高昕昱

(黑龍江省公路勘察設計院)

1 引 言

公路路線設計是一系統(tǒng)工程,從公路路線布局至路線的線形設計,需綜合考慮多方面因素的影響。公路是線狀構造物,線形是其骨架,是平、縱、橫線形技術指標的立體組合,線形設計的好壞不僅決定著設計階段的工程造價,而且還決定著運營階段的使用質量即行駛的安全性和舒適性。公路建成以后,要改變公路線形幾乎是不可能的,它將長期限制汽車的運行。線形設計時,應該綜合考慮汽車行駛的安全、舒適,工程造價營運費用的經濟性,駕駛員的視覺、心理狀態(tài)以及與公路周圍的壞境與景觀的協(xié)調。

針對公路線形設計而進行的研究已有許多,其中包括交通安全、線形美學等方面的,而且我國現(xiàn)行規(guī)范中也對路線線形要素的設計進行了詳細的規(guī)定。通過實際的觀測研究,現(xiàn)行規(guī)范中的一些線形設計有關的硬性規(guī)定有不當之處,所以根據(jù)實測研究結果綜合考慮技術經濟可行性,改進路線線形進行設計就很有必要了。所論述的有關線形設計的影響因素的分析,對于線形設計有一定的借鑒參考作用。

2 公路路線設計系統(tǒng)分析

通過分析路線設計流程,可將其分為宏觀設計與微觀設計兩個階段。從前期的對路網交通評價、需求分析到路廊設計,這屬于路線宏觀設計階段。而之后的平縱橫線形要素設計,則屬于路線微觀設計階段。這兩個階段都是綜合考慮多方面因素來進行設計的。

影響公路最終使用質量的是公路路線的線形的優(yōu)劣,線形設計時考慮因素很多,其中工程地質條件為非可抗因素,一般針對此因素設計人員可回旋的余地不大,所以對于其應嚴格按相應規(guī)范進行設計;技術經濟合理性應針對工程復雜程度、施工工藝水平等進行綜合評定,這也是很具有客觀評價標準的,而對于其它的因素,則人為主觀因素比較大,這也是本文所要討論的重點。

3 線形設計影響因素分析

3.1 交通安全、行車心理研究

(1)線形與交通安全概述

公路交通事故伴隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展應運而生,近年來,隨著機動車輛保有量的增加,交通事故發(fā)生量有不斷增加的趨勢。公路交通安全是整個人 -車 -路系統(tǒng)信息運行處理的綜合表現(xiàn),系統(tǒng)中公路因素處于基礎性地位,其對安全的影響形式多樣但客觀存在。結合調查結果,通過定量和定性的研究分析,公路因素中的公路種類和規(guī)格、公路線形、視距、公路路面狀況、公路交通工程設等都會不同程度的影響交通安全。其中路線線形設計方面因素屬于先天性因素,所以對線形要素與交通安全的關系進行研究以指導線形的設計,對于減少交通隱患具有重要意義。此外,人在這個系統(tǒng)中為主觀因素,公路的線形設計、公路交通條件的好壞,對駕駛司機又很直接的影響,這也是行車交通安全與否的關鍵。所以,將公路線形設計與司機行車心理一并考慮研究,具有其科學性,而且也體現(xiàn)了以人為本的設計原則。

(2)線形設計各要素與交通安全關系

長期以來,評價道路設計的優(yōu)劣一般僅論其工程質量和造價,很少論其使用安全性。近年來,國內研究、設計人員對線形設計各要素與交通安全的關系做出了一定的研究,其中包括曲線半徑、曲線頻率、轉角、坡度與坡長、線性組合與安全的關系,下面給以簡要說明。

①平面曲率變化

隨著平曲線曲率半徑的增大,事故發(fā)生的頻率隨著增加;在公路上頻繁的設置曲線會相應地減少公路交通事故;對于曲率較小的彎道,曲線頻率的影響相對較小。

②曲線頻率

隨著曲線半徑的減小,事故率上升;隨著曲線頻率增加,相同曲線半徑的事故率降低;平曲線路段上轉角對事故率產生較大影響。

③平曲線轉角

隨著轉角的增加,交通事故率逐漸增加。

④平縱線形組合

平縱線形協(xié)調的好壞,對人心理影響很大。好線形會給人連貫流暢之感,通過視覺刺激人體,給人以新鮮感,減少司機和乘客之疲勞,集中駕駛員的注意力,讓人感到是種藝術與美的享受;平縱組合不當,會使駕駛員總是處于精神高度緊張的應急狀態(tài),這不利于安全、舒適行車。公路中可能出現(xiàn)的與安全關系密切的線形組合為:平曲線上有多個變坡點;豎曲線內有多個平曲線;小曲線與短直線組合成的斷背曲線;凸曲線、凹曲線設置小半徑平曲線起點;凸曲線頂部、凹曲線底部設置反向平曲線拐點。

⑤行車視距

視距直接影響對駕駛員的交通信息的輸入,因此,視距對交通安全的影響較大。視距不良會引起交通事故的明顯增加。小半徑彎道、小半徑凸形豎曲線、交叉口與鐵路平交、其它超車視距不良等條件下可以充分的驗證視距對交通安全的影響。由美國交通安全手冊數(shù)據(jù)分析可知:視距越小,交通事故率就可能越高。

(3)運行速度

汽車行駛速度是公路線形設計中最關鍵的起決定性作用的參數(shù)。長期以來我國一直用計算行車速度作為基礎參數(shù),來規(guī)定線形設計要素的最小指標值。經過多年的設計實踐,設計計算行車速度的概念不能保證線形標準的一致性。計算行車速度只對限制安全行車速度的具體路段有意義。由于地形地質等條件的原因,原本希望用等值的計算行車速度來設計公路線形,而實際結果則是車速標準變化很大。車輛在公路上行駛時,駕駛員是根據(jù)公路條件特別是線形幾何條件來不斷調整車速的,實際車速經常會超過計算行車速度。這樣,滿足計算行車速度要求的公路設計值,如視距、超高等不一定能夠滿足駕駛員選用的實際車速。因此,以考慮到公路車輛實際運營狀態(tài)的行車速度來指導公路路線的設計的相關研究被開展開來。行車速度是一個隨機變量,不同的車輛在行駛過程中可能采用不同的行車速度。研究表明,在公路路段上汽車的行車速度一般呈正態(tài)分布。通常用自由交通流狀態(tài)下各類小汽車在車速累計分布曲線上第 85%的車輛行駛速度作為運行速度 V,以運行速度 V來控制設計是考慮到絕大部分小汽車的實際運行速度,保證了交通流中大部分汽車的安全。國外的研究表明:對于V＞100 km/h的高速公路,V一般比 V大 10 km/h;對于 V＜100 km/h的高速公路,V一般比V大 20 km/h。當運行速度V與計算行車速度V之差大于 20 km/h,公路線形由高指標到低指標變化時,就容易發(fā)生交通事故。所以,國外線形設計規(guī)定:路線的平縱設計應盡可能使道路實際運行速度 V與計算行車速度 V保持一致,且 V與 V之差必須小于20 km/h。

現(xiàn)階段,在我國完全采用運行車速設計方法客觀上還存在許多困難。為此,現(xiàn)在可行的方法是在計算車速法設計步驟中增加一個設計檢驗階段?；驹O計思路是:在初始平面線形和縱坡設計的基礎上,通過“運行車速測算模型”推算各路段運行車速,并以“設計控制原則”為標準檢驗和修正線形的平縱設計,然后根據(jù)路段線形和運行車速最終確定曲線超高、加寬、視距等設計指標。這種設計方法具有兩點明顯的相對優(yōu)勢,一是該方法根據(jù)實際車速確定設計指標,使設計要素值能夠滿足車輛實際速度的要求,同時解決了設計要素之間的相容性問題;二是通過采用“設計控制原則”,保證了在一個設計區(qū)段內行車速度的連續(xù)性和一致性。

3.2 線形美學

一條真正安全的公路,不僅要有高標準的幾何組成和完備的安全設施,即有高的安全度,而且要有優(yōu)美的景觀和良好的視覺連續(xù)性,使駕駛員有良好的安全感。如果沒有安全感,就不能認為在美學上是滿意的,因為美學涉及了人類的全部感覺和感情。

目前我國在公路設計和施工中熟練地運用美學原則還不夠,許多公路顯得僵直、呆板,與自然地形、環(huán)境不協(xié)調,不僅看起來別扭,而且降低了行車的安全性、舒適性。要改變這種狀況,僅依據(jù)公路工程技術標準和有關政策是不夠的,還必須要注意在公路線形設計中掌握合理的美學原則,并應用正確的技術和方法,這樣就可在不影響安全和運行效率的情況下,改善公路的外觀及環(huán)境。因此,深入研究公路線形設計的美學問題,對改進公路設計和施工是非常有益的。

對于線形設計的美學問題,歐美國家在早期就進行了深入的研究分析,我國今年也開始對這個問題開始給與足夠的重視。線形要素美學的研究涉及對直線、平曲線、緩和曲線、縱坡與豎曲線進行美學效果分析。一般來說,線形設計中應注意以下幾個美學問題:公路線形要適應地形與環(huán)境;線形要均勻、連續(xù)、不能驟變;要克服線形的單調感;線形要素的組合要均衡、勻順。

3.3 技術經濟性

在綜合考慮交通安全、線形美學、行車心理等多方面因素后,對公路線形進行設計時需要考慮的另一個很重要的方面就是技術經濟的可行性。在對運行車速、行車視距等進行近似路實測后,以實測數(shù)據(jù)作為指導,相關設計規(guī)范值為依據(jù),在經濟性能接受的情況下,盡可能提高設計標準,而且要使其設計、施工水平不受到制約。

4 結 論

(1)從宏觀上定性分析了公路路線線形設計影響因素,下一階段應開展對各影響因素進行定量化的研究以指導實際工作。

(2)公路路線設計的發(fā)展趨勢,將從基于車輛動力分析的舊有模式,向考慮人、車、公路系統(tǒng)因素,尤其是向注重人的特性(生理、心理)與駕駛行為的方向發(fā)展,以體現(xiàn)以人為本的設計原則。