高速公路线路设计运行速度分析

高红伟

（中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100032）

0 引言

高速公路作为现代交通网络的重要组成部分，在促进经济发展、改善人民生活品质方面发挥着重要作用。而高速公路的线路设计和运行速度是影响其安全性和通行效能的关键因素之一，因此，对高速公路线路设计与运行速度进行科学合理的研究和探索，对于提升道路交通的安全性、效率和可持续发展具有重要意义。

1 高速公路线路设计运行速度考虑要素分析

高速公路线路设计中的运行速度是一个重要的设计指标，直接影响着高速公路的交通流畅性、安全性和经济效益。在设计时需要考虑下面几个要素：

第一，设计车速。设计车速是指在高速公路设计中考虑的理论最高速度，它根据道路的几何标准、交通流量和车辆类型等因素确定，以保证车辆在高速公路上平稳、安全地行驶，设计车速是制订其他设计参数的基础，如曲线半径、坡度、超车道长度等。

第二，交通流量。高速公路的运行速度受到交通流量的直接影响。当交通流量较大时，车辆之间的间隔会缩小，从而致使运行速度降低。因此，在设计过程中必须考虑高峰期和拥堵情况下的交通流量，并采取相应措施来提高道路的通行能力。这包括合理的道路规划和设计，以确保交通流畅，并采取交通管理策略来优化交通流量。通过综合考虑交通流量因素，高速公路设计可以最大程度地提高道路的通行效率，提供高质量的交通服务。

第三，几何标准。道路的几何标准，包括曲线半径、坡度和超高限制等因素，对车辆的行驶速度有着直接影响。合理的几何标准设计能够确保车辆在高速公路上保持稳定的速度，并提供舒适的行车环境。通过精确控制曲线半径和坡度，可以减少车辆在转弯和上下坡时的速度变化和惯性影响，从而提高行驶的安全性和稳定性。合适的超高限制能够保证车辆在高速公路上无障碍行驶，避免超高障碍物对行车速度和安全的影响[1]。

第四，路面状况和维护。良好的路面状况对运行速度至关重要。平整、光滑的路面能够有效减少车辆与路面之间的摩擦阻力，降低能量损失，从而提高车辆的行驶速度。

此外，平整的路面还能降低车辆的颠簸和震动，提供更舒适的行车体验。为了保持路面的良好状况，需要定期进行路面维护和修复工作，以防止路面的凹凸不平、裂缝和坑洼等问题对行车速度和舒适性造成影响。通过保持良好的路面状态，可以提高车辆的行驶效率和运行速度，提供更安全、平稳和舒适的行车环境。

2 运行速度设计程序

2.1 设计方法

在高速公路路线设计环节，通过运行速度的设计方式，主要是根据运行速度作为基础进行高速公路线形的设计，其基本设计思路如下：结合前期的可行性研究，确定高速公路项目行车速度标准，然后按照行车速度进行公路线形的初步设计，以此作为基础，考虑到现场的几何要素进行不同路段的划分。利用运行速度预测模型，推算确定各个路段的运行速度，保证各个线形达到连续速度一致的效果，提高线路线形设计质量水平。

同时，根据现场施工需要做出合理的改进和调整，确保线路平纵线形和运行速度相互匹配，进而达到高速公路运行安全性、通畅性的标准，避免引发严重的安全事故，保证交通正常的通行。

2.2 设计步骤

2.2.1 初始设计

前期调研和设计是高速公路线路设计的基础工作，其中包括加强可行性研究，以确定最佳的公路行车速度标准。

通过对道路几何特征、交通流量和车辆类型等因素的综合分析，可以利用行车速度计算的方法进行公路线形的初始设计。在这个过程中，还可以绘制平面图和纵断面图，以便更好地理解和展示设计方案。通过前期的研究和设计，可以为后续的详细设计和施工提供有力的技术支持[2]。

2.2.2 划分分析路段

按照目前的曲线半径和纵坡坡度的大小，对整条线路进行全面划分，将其组合为直线段、纵坡段、平曲线段等部分，然后按照不同部分使用要求进行合理的设计，进而提高公路线形的设计水平，完全能够满足当前高速公路通行需要。对于纵坡坡度在3%以内的直线段以及半径超过1000m 的大半径曲线设计成为一个整体，其他的半径较小的曲线段、纵坡坡度超过3%、坡长大于300m 的纵坡路段组合形式，按照独立单元进行运行速度的测算，然后确定高速公路的线形。

2.2.3 运行速度V85 预测

在高速公路的线路线形设计中，考虑到运行速度的差异是非常重要的。目前，使用V85 预测的方法是一种常见方式，通过建立速度模型来准确测定运行的速度，为高速公路线形的确定提供基础条件。根据我国国家标准要求，公路设计单位需要考虑公路线形的实际需求，对整个项目进行安全性评价，进而确定适当的运行速度，以满足高速公路的标准要求。通过合理设计和准确预测运行速度，可以确保高速公路的安全性、效率性和可靠性，提供优质的出行体验和道路服务。

2.2.4 线形的连续性检验

相邻路段在设计环节，两段路线在投入使用之后，均匀的匀速速度差值控制在10km/h 以内，如果线形不符合要求，需要及时作出改进和调整，并且布置过渡段结构，以免给道路的运行产生不利影响。

2.2.5 绘制平、纵面图

按照目前各个路段的设计速度要求，绘制出平、纵面图。

2.2.6 完成设计

按照设计半径与运行速度图，加强平曲线超高、视距、宽度的控制，最终形成合格的线路线形设计方案。

3 高速公路线路设计中运行速度的使用

3.1 制订具体的线路运行速度设计方法

对于高速公路线路设计的科学性、合理性进行判定，首先要分析确定计算运行速度，这是目前主要的方法，对于提高设计水平有着积极的作用和价值。当前我国的公路运行速度、设计方案以及标准颁布发行超过十年的时间，已经形成完善的评价工作体系，所以设计人员参照运行速度展开高速公路线形的设计，让各项工作顺利进行，提高线形设计水平，能够满足高速公路运行的需要。通常来说，在高速公路线路运行速度确定的环节，通过实测或者利用模型计算的方法进行确定。在进行线路线形设计的环节，利用计算模型的方式合理测算，使运行速度完全贴合高速公路运行的需要，为线路线形设计水平的提高奠定基础。

目前，我国高速公路线路设计计算的过程中，严格执行国家标准和技术要求，也要参考国外公路企业设定的运算方式来选择确定，进而提高设计的总体水平。在运行速度确定环节，加强运行速度的测算和分析，使公路路线分段研究和控制综合分析曲线半径、纵坡坡度等相关的数据，实现多种线形的合理分配和使用，进而使各个段落的起止点都能够进行准确的速度测算，使各项数据达到准确性的标准。根据上述标准要求，准确地检测路线设计水平，使整个设计方案达到科学性、合理性。根据实际情况进行设计速度的改进和调整，时刻保持在合理的范围内，进而提高运行的安全性、稳定性，完全能够满足高速公路运行的需要[3]。

3.2 运行速度对设计速度的合理性验算

在高速公路项目线形设计的环节，确定运行速度之后，还要根据运行速度实现设计速度的验算和分析。具体按照如下标准进行：通过运行速度和设计要素之间的差异作出合理评价，如果运营速度和设计速度之间的差异为10～20km/h，说明设计速度之前有较大差距，应再次进行设计，使之达到运行的效果和要求。从上述差值验算方面进行分析，考虑到公路路线、设计环节运行速度、设计要素的改进，作出合理调整，以达到设计的标准要求。根据上述的标准规定，作出设计速度的改进和调整，满足当前系统运行的需要，符合运行安全稳定的标准，对于整体运行质量水平的提升产生积极的意义。

3.3 运行速度的获取方法

三种方法获取运行速度：

一是定义法。运行速度在设计过程中，以行驶速度累计分布曲线的85%分位值的速度为主，按照该定义在所测量的线路关键点位上设置录像设施或者雷达测速仪器，分析该数据之后，可以得出路线行驶速度分布曲线，进而可以得出85%分位值的速度，这就是运行速度。

二是根据车辆运行速度模型法进行分析。该方法是通过计算机模型模拟出车辆运行的状态，然后通过车辆系统动力学、运动学、汽车安全行驶等情况，确定车辆速度的预测模型，进而使各项速度达到准确真实的效果。

三是实时数据回归模型法。根据当前运行速度的实际情况，分析公路线形和周边环境之间的影响，还要分析驾驶员的驾驶习惯和影响因素，发现公路线路对于运行速度产生的影响最为明显。在运行速度回归模型模拟中，只需要考虑公路线形的影响，首先分析车辆运行速度导致的线路设计参数改变，从而建立线路关键点的运行速度和设计参数的影响方程，然后按照线路关键点位安装测速设备，掌握车辆行驶的速度，最后通过数据展开回归分析，进而实现运行速度回归模型的建立和运行[4]。

3.4 基于运行速度的公路线形设计

按照当前运行速度预测的方法，以设计速度为主要线路设计的控制要素，在特殊路段上进行运行速度修正，从而保证该路段的线形设计满足高速公路通行的需要，防止发生严重不适应的情况。根据不同的路段方式和地形特点，以纵坡3%和曲线半径600m 作为界线进行线路的划分，然后对各个路段的运行速度合理预测。在运行速度预测环节，根据预定的车速、初始运行速度、预测特征点等方面展开深入的分析。为了使线形达到连续性的要求，合理地调整运行速度。根据正向和反向的方式逐一进行检测，需要对出现的车辆不安全点、线形不理想点作出调整。不安全点运行速度突然变大，极易造成车辆行驶的过程中制动不及时。线形不理想点则主要指的是相邻线形单元之间行驶速度之差超过10km/h，极易导致交通事故的发生，影响交通的安全性。在运行速度调节的环节，考虑到单元路段出入口的地形条件，通过提高和降低运行速度的方式，达到线路连续性的标准。

3.5 通过运行速度进行公路线形安全设计

高速公路运行安全性直接受到线形方面因素的影响，设计水平的高低反映出公路运行的安全性。在线形设计环节，结合运行速度来确定线形，从而提高运行的设计水平。公路线路线形影响因素比较多，这些因素之间存在一定的内在联系，为了使线形设计达到要求，建设综合评价体系尤为重要，对于车辆行驶安全性的各方面因素展开深入分析。综合每个因素的影响建立模型，从而对交通安全影响因素展开对比，得出线形安全性设计要求，防止在高速公路投入使用之后发生严重的安全事故[5]。

3.6 平曲线半径设计

在行驶到转弯路段时，会受到离心力作用，离心力和行驶速度之间存在正相关的关系，与平曲线的半径以反比的关系存在。当离心力和摩擦力、汽车重力分力受力平衡时，汽车可以安全转弯。在轮胎和路面确定超高固定的情况之下，摩擦力和重力分力保持不变，使车辆行驶达到安全性的要求。结合当前行驶速度来确定曲线半径，小型客车的运行速度应超过设计速度的0～20km/h，根据设计速度的平曲线半径做出汽车运行速度的调整，排除存在的安全隐患。因此，在平曲线设计环节，应加强运行速度的检验。根据当前转弯舒适度的差异，平曲线半径又分为极限最小半径和一般最小半径两种，减小平面曲线半径，驾驶人员转弯过程中舒适度较高，却容易发生安全事故。对于山区道路在设计的环节，运行速度和设计速度之间存在差异，则要加强极限最小半径的控制，才能确保运行的安全性。

4 结语

高速公路线路设计与运行速度是一个综合性的问题，需要在考虑道路地理、交通流量、车辆性能等多个方面进行综合权衡和优化。通过合理的线路设计，可以提高道路的通行能力和交通效率，减少交通事故的发生。合适的运行速度限制能够提高交通流的稳定性和道路运行的安全性。因此，在高速公路的规划、建设和管理过程中，需要综合考虑线路设计和运行速度，以实现高速公路的安全、高效运行，为人民群众提供更加便捷、舒适的出行体验。未来，随着技术的不断创新和社会需求的不断增加，高速公路线路设计与运行速度的研究将继续深入，为道路交通的可持续发展作出更大贡献。