设计速度在线形设计中的局限及措施

设计速度在线形设计中的局限及措施

杨晨

（重庆交通大学 土木工程学院，重庆  400041）

摘要：我国现行公路设计规范是以设计速度为理论基础编制的，重点考虑汽车行驶时的横向、纵向稳定性，给出了保证车辆安全行驶的最低限度的指标要求，但未给出保证行车舒适性的建议性取值。道路设计者们通常按照经验取值并对比规范进行检验，盲目取值易导致多个不利指标大小相组合，形成合法但不合理的线形。设计速度对平曲线长度提出了要求，一定程度上限制了线形与环境之间的协调设计。通过在设计中融入宽容设计理念，并对道路线形进行安全性评价，可以有效改善上述问题。

关  键  词：设计速度；道路线形设计；理论运行速度

0 引言

设计速度是指仅在公路设计要素均起控制作用的情况下，具有中等驾驶技术的驾驶员，能够在道路上安全、平稳地行驶的最高车速。为满足汽车在横向与纵向行驶的稳定性、保证汽车动力性能与爬坡能力，道路安全性从力学与运动学的角度向汽车容许行驶速度提出了要求。因此，我国的道路线形设计理论选择以设计速度为基础进行制定。设计速度决定着不同等级、不同类型道路的弯道半径、超高横坡以及纵坡等各项设计要素的确定。但以设计速度为基础的道路线形设计理论存在一定的局限性，确定指标大小时，仅考虑设计速度作为影响因素过于单一，不利于各项要素的组合。此外还可能引起设计要素不相容、车辆运行速度与设计速度不适应和设计时灵活性较差等问题。本文将对设计速度在道路线形设计中存在的局限提出对应的解决对策。

1 设计速度在道路线形设计中的不足

1.1 设计要素的参数取值搭配较简单

规范的制定上，在以设计速度为基础确定的某项指标取值大小时，考虑的因素比较单一，往往仅考虑了设计速度与该项指标的映射关系，却忽略了其他设计要素对该指标可能造成的影响，这使得难以论证各项设计要素的指标大小的组合搭配是否合理。参数取值上，设计者们在确定线形参数大小时，通常只是在考虑取值是否满足最小值要求的基础上，按自身经验取值并将各线形要素硬性组合在一起，未考虑或论证各项参数取值在组合后的合理性。再者，基于设计速度计算得出的指标取值只是满足了安全行驶所需的线形指标的最小值，对采用较高的线形指标未作要求。这导致虽然各项指标都满足规范最低限度要求，但各项要素组合起来的道路线形仍然较差，事故不断的现象屡见不鲜。在传统的道路线形设计中，平曲线要素的简单组合仅保证了曲线连续与曲率连续，未做到曲率变化率连续。

1.2 设计要素不相容

当路线与构造物之间适配性较差时，设计要素会出现不相容的情况。在设置了桥梁、隧道的路段道路线形往往并不连续。通常，桥梁、隧道的设计速度比一般路段的设计速度小，这种线形的不连续要求驾驶员必须提前减速或变道，容易引起驾驶员的心理紧张。设计速度不同时，道路等级与道路类型也不同，为减小桥梁、隧道与一般道路间线形连续性中断带来的影响，一般会在路线与构造物间设置过渡路段，这在一定程度上降低了该道路的通行能力。直线与复杂的地形存在较差的适配性。同向平曲线间直线应满足6倍设计速度的长度；反向平曲线间直线应满足2倍设计速度的长度。在山区道路的路线线形设计时为满足上诉直线条件，往往会选择减小圆曲线半径，从而增加一定的填挖量，牺牲一定的经济性。

1.3 运行速度与设计速度不适应

设计速度对于某一个特定的路段是一个固定值，而在实际的驾驶行为中，没有任何驾驶员会从始至终选择遵守该固定车速，通常，当路线线形良好时，驾驶员一般会选择加速至理想车速，甚至超过设计速度，因此，与设计速度相配合的线形指标一般很难满足公路使用者对安全行车的要求。运行速度是一定长度的路段上车辆实际行驶速度，是不断变化的，驾驶员在公路上将根据自己对车辆性能的了解与对前方的公路线形、路况等的直觉判断来调整车速。当路段较短时，驾驶员会选择保持初速度；当路段较长时，驾驶员会选择加速至理想车速并保持匀速行驶。但以设计速度计算得到的线形指标并没有考虑车辆行驶速度的变化规律和驾驶员的驾驶行为。

2 改善方法

2.1 贯彻宽容设计理念

为增加道路设计的灵活性，可以在充分掌握和理解现有标准规范的基础上，并得到良好的安全性评价后，通过合理选择标准、灵活运用指标，对环境条件严格限制的路段进行超标设计。着重从道路的服务要求与功能出发，研究公路不同路段上的用途与服务性质，以满足符合实际使用需求为目的放松相应的指标要求。进行超标设计时，需重点考虑设计指标降低的程度、不同指标间的相互影响以及如何通过其他设计要素弥补超标带来的影响，充分保证设计的施工可行性与行车安全性。宽容设计理念可以有效避免搭配不佳或指标取值极端的问题。宽容设计可有效防止因偶然因素而引起交通事故，弥补线形的缺陷。如在急弯路段，车辆行驶轨迹通常更偏向路侧，此时应增加净区宽度，以较大的横向宽度与小半径曲线组合搭配，保证车辆即使冲出路面，也能有足够时间与距离返回路面。

2.2 注重道路线形安全性评价

对道路设计方案进行安全性评价是一种有效避免道路合法但不合理的方法。规范中只给出了线形要素的最小值，实际取值时设计者们往往会依照经验选取参数大小并对比规范是否合法，最后再对拟定的线形方案作质量评价判断是否合理。道路安全性评价主要根据道路运行情况和过去的交通数据统计来分析道路的安全状况，评定道路安全等级，找出安全度较低的路段，通过对目标路段上线形要素的组合与边坡坡率、曲线半径、超高横坡和路侧宽度等指标的分析，找到不合理的参数取值并作动态调整。当地形条件严格受限时，应当设置减速带、交通标志和紧急避险车道等被动式预防措施以弥补线形上的不足，必要时可以考虑超标设计。

2.3 合理选择线形设计方法

道路线形要素不相容可以通过选择合理的线形设计方法来解决。道路线形要素不相容通常是由于地形条件过于复杂，线形与地形地物难以协调所致，针对不同地形条件应当合适地设计方法。曲线型设计方法摒弃了以直线作为导向线的思想，将直线、圆曲线和缓和曲线视为同等重要的曲线要素，提高了线形的平顺性。曲线型设计方法更加注重三种设计要素连结的连续性，甚至局部坐标下的三次样条曲线和B样条曲线可以保证曲线整体达到二阶连续，使得直线、圆曲线和缓和曲线之间可以平滑过渡，加强了线形要素之间的关联性。同时，曲线型设计方法避免了参数取值的盲目性，该方法从曲线的曲率出发，计算或拟合出相应平曲线要素的参数取值，在参数选取上更为合理，一定程度上避免了各项参数的硬性组合。

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