李 晨

（中恒工程設(shè)計院有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

線形是道路的骨架，線形設(shè)計是道路總體設(shè)計和布局的關(guān)鍵。根據(jù)對交通事故的統(tǒng)計和分析，線形設(shè)計是否合理是關(guān)系道路安全性的根本問題。當前，城市道路線形設(shè)計主要是采用基于設(shè)計速度的方法。

設(shè)計速度又稱計算行車速度，在道路線形設(shè)計中具有里程碑式的意義，早期的設(shè)計規(guī)范均基于此概念產(chǎn)生。但隨著現(xiàn)代車輛尺寸的增大，功率的提高以及駕駛員心理的變化，運行速度與設(shè)計速度有了很大的差別，也不再是等速。一些理論上不“違規(guī)”的設(shè)計，如長直線末端接小半徑曲線，車輛運行速度實際上遠遠超出設(shè)計速度，導(dǎo)致了快車速與低指標線形的差異，在設(shè)計速度低的路段上差異更大。因此，在進行道路路線設(shè)計時，不能簡單地以設(shè)計速度來控制道路線形，而應(yīng)當以動態(tài)的觀點來考慮車輛在路線中的實際運行速度，所選擇的設(shè)計指標要與車輛運行速度相適應(yīng)，從而提高道路的安全性。運行車速的引入，可以有效解決路線設(shè)計指標與實際行駛速度所要求的線形指標脫節(jié)的問題，有必要在公路與城市道路工程的線形設(shè)計中推廣使用。

1 公路設(shè)計行業(yè)運行速度計算方法概述

運行速度v85[1]是指在特定路段上，在干凈、潮濕條件下，在自由流的情況下，85%的駕駛員行車不會超過的行駛速度。這一概念綜合考慮了駕駛者的行為、心理、視覺需求，以及汽車性能、特征線形幾何設(shè)計等因素。通過在典型公路上行駛車輛的實際行駛速度觀測，經(jīng)統(tǒng)計、分析、總結(jié)其數(shù)據(jù)分布，從而回歸出運行速度的測算模型。

運行速度計算法的基本思路是：首先按軸距或功率比，將車輛分為小車和大車兩種類型；再按照曲線半徑R和縱坡坡度大小，將公路劃分為平直路段、縱坡路段、平曲線路段、彎坡路段等若干個基本分析單元以及隧道路段、立體交叉路段等特殊單元，每個分析單元都有其對應(yīng)的運行速度預(yù)測模型。路線基本分析單元劃分見圖1，各分析單元所對應(yīng)的計算模型見圖2。

圖1 路線基本分析單元劃分

圖2 各分析單元所對應(yīng)的計算模型

進行運行速度計算時，應(yīng)首先確定路線第1個單元起點的初始運行速度v0，然后根據(jù)行車方向和分析單元對應(yīng)的運行速度模型，計算出第1個單元末端的運行速度v85,并以此作為第2個分析單元的初始運行速度；接著代入第2個分析單元的計算公式計算出第2個分析單元末端的運行速度，并以此方法依次迭代直到最后一個分析單元[1]。若分析單元范圍內(nèi)存在路側(cè)干擾或平交口，可根據(jù)相應(yīng)公式對運行速度進行一定程度的修訂。

近年來，隨著新版《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01—2014）和《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）的發(fā)布實施，在公路設(shè)計行業(yè)，采用運行速度設(shè)計法對線形設(shè)計方案進行檢驗已經(jīng)從規(guī)范層面得到了確認。而運行速度的具體計算方法，也在《公路項目安全性評價規(guī)范》（JTG B50—2015）[1]中明確給出。

2 運行速度對線形設(shè)計的指導(dǎo)意義

2.1 相鄰路段節(jié)點運行速度的一致性評價

通過運行速度，可以對運行速度梯度以及相鄰路段線形指標的一致性、連續(xù)性進行評價[1]。具體評價標準為：當速度梯度每100 m小于10 km/h且相鄰路段的△v85小于20 km/h時，滿足線形的連續(xù)性設(shè)計標準；反之，應(yīng)調(diào)整平縱線形。

2.2 運行速度與設(shè)計速度的協(xié)調(diào)性評價

通過運行速度，可以對運行速度與設(shè)計指標的一致性、匹配性進行評價[1]。具體標準為：當運行速度v85與設(shè)計速度vd之差小于20 km/h，或v85小于該路段原定的設(shè)計速度時，則滿足協(xié)調(diào)性設(shè)計標準；若路段運行速度v85大于該路段原定的設(shè)計速度，但小于設(shè)計速度vd+20 km/h時，設(shè)計速度保留，但路面超高、停車視距的計算應(yīng)采用vd+10 km/h作為設(shè)計車速；當路段運行速度v85大于該路段原定設(shè)計速度vd+20 km/h時，則需提高原定設(shè)計速度使其匹配運行速度，或調(diào)整路線設(shè)計要素以減少該路段的運行速度v85。

2.3 根據(jù)運行速度計算結(jié)果優(yōu)化設(shè)計方案

采用運行速度方法對設(shè)計方案進行優(yōu)化，應(yīng)首先測算全線正反向運行速度并繪制運行速度分布曲線圖和相關(guān)表格。根據(jù)測算成果，對線形方案的一致性和協(xié)調(diào)性進行評價，再依據(jù)評價結(jié)果，通過調(diào)整設(shè)計指標、加強路段超高、設(shè)置過渡銜接等方式優(yōu)化設(shè)計方案。需要注意的是，利用運行速度不能只停留在設(shè)計完成后的檢驗，而應(yīng)該以測算成果指導(dǎo)設(shè)計和優(yōu)化，并且需要測算、分析、優(yōu)化的多次反復(fù)?？傊?，應(yīng)該將運行速度測算分析貫穿到路線方案設(shè)計的全過程中。

根據(jù)運行速度優(yōu)化設(shè)計方案的步驟見圖3。

圖3 根據(jù)運行速度優(yōu)化設(shè)計方案

3 城市道路設(shè)計中運行速度計算探索

由于城市道路設(shè)計的相關(guān)規(guī)范中，只定性要求采用運行速度進行檢驗，卻未給出具體計算方法，因此，目前只能借鑒公路方法進行計算。鑒于這種情況，如何合理地利用公路運行速度計算方法來評價城市道路運行速度就成為了一個現(xiàn)實課題。

根據(jù)城市道路的特點，其與公路相比有以下差異：

（1）道路等級劃分標準不同。城市道路分為快速路、主干路、次干路、支路4個等級[2]，這一劃分標準兼顧了道路在路網(wǎng)中的地位、交通功能以及對沿線的服務(wù)功能等因素；公路則分為高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路5個技術(shù)等級[3]，公路運行速度計算方法也根據(jù)公路技術(shù)等級的不同而有所區(qū)分。因此城市道路若要借鑒公路運行速度設(shè)計法，則需要將城市道路等級與公路技術(shù)等級合理對應(yīng)。

（2）城市道路受交叉口顯著影響。城市道路路網(wǎng)密度高，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，交叉口間距小；同時，交叉口轉(zhuǎn)向交通大，常常超過30%，大多采用信號燈控制，交通組織復(fù)雜。

（3）城市道路路側(cè)干擾較大。由于城市道路服務(wù)對象復(fù)雜，包括機動車、非機動車和行人，且道路沿線設(shè)置了較多公交、出租車及其他特種車輛的?？空?，甚至還有路邊停車位，導(dǎo)致車輛運行時受到較大的干擾。

根據(jù)城市道路的以上特點，在借鑒公路運行速度設(shè)計法時，應(yīng)進行以下調(diào)整：

（1）合理選擇相對應(yīng)的道路技術(shù)等級。公路運行速度計算時劃分為：高速公路、一級公路、二級以下公路[1]。每一類分別對應(yīng)了不同的運行速度計算模型。因此，結(jié)合交通特點和路側(cè)干擾因素的不同，城市道路與公路可按以下方式對應(yīng)：快速路對應(yīng)高速公路或無路側(cè)干擾的一級公路；主干路對應(yīng)一級公路或二級以下公路；次干路和支路對應(yīng)二級以下公路。在具體確定最終對應(yīng)的等級時，應(yīng)綜合考慮設(shè)計速度、路側(cè)干擾程度、交通量大小、城市規(guī)模等因素。

（2）充分考慮城市道路的特點，針對交叉口和路側(cè)干擾等因素，合理選擇相關(guān)的影響因素，對運行速度進行適當?shù)男拚?，使其滿足城市道路的相關(guān)特征。

（3）合理選擇對應(yīng)的運行速度初值和期望值。城市道路與公路的設(shè)計速度在各自的路線規(guī)范上有不同的規(guī)定。其中城市道路有50 km/h這一速度而公路沒有；公路有120 km/h這一速度而城市道路沒有。當城市道路借鑒公路運行速度設(shè)計方法時，若無相應(yīng)的設(shè)計速度，可采用內(nèi)插法進行對應(yīng)取值。

4 案例應(yīng)用

4.1 項目概況

川西某城市橋梁工程，橫跨某長江支流，連接城區(qū)兩大功能組團。建成后將成為南北兩岸組團間乃至組團與外部相互聯(lián)系的重要通道，有著巨大的社會經(jīng)濟效益。

橋位現(xiàn)狀主要節(jié)點平面圖見圖4。

圖4 橋位現(xiàn)狀主要節(jié)點平面圖

項目設(shè)計范圍全長1.56 km，其中含主線橋梁990 m，最大寬度36 m。橋墩布置方案最大跨徑188 m。根據(jù)城市規(guī)劃，本道路在本市路網(wǎng)中的等級為主干路,橋梁分類為特大橋,設(shè)計速度為50 km/h。

4.2 按設(shè)計速度法進行線形設(shè)計

城市道路線形設(shè)計首要的依據(jù)是城市規(guī)劃文件。為此，基于控制性詳細規(guī)劃所確定的橋位和大致線形走廊帶，結(jié)合道路等級、設(shè)計速度等基本設(shè)計標準，遵循《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》（CJJ 193—2012）[4]進行了線形設(shè)計，具體方案如下：

平面設(shè)計：橋梁平面線形全長1 560 m，基本延控規(guī)走向布置，全線設(shè)1處平曲線，其中圓曲線半徑R為600 m，2段緩和曲線長度Ls均為50 m。根據(jù)規(guī)范，當設(shè)計速度為50 km/h，圓曲線半徑R長度為400m以上時，可不設(shè)超高[4]。平面線位圖見圖5。

圖5 平面線位圖

縱斷面設(shè)計：主線縱斷面設(shè)計控制點主要有兩側(cè)交叉口規(guī)劃高程、北岸濱江大道高程、南側(cè)濱江西路高程、河流洪水位及凈空要求等。方案最小坡度為0.3%（主橋），最大坡度為4.2%（引橋）；最小凹曲線半徑R為2 800 m，最小凸曲線半徑R為1 800 m。主線縱斷面圖見圖6。

圖6 主線縱斷面圖（單位：m）

4.3 運行速度法檢驗

4.3.1 參數(shù)設(shè)置

道路等級：根據(jù)上述分析，主干路可對應(yīng)一級公路或二級以下公路，最終根據(jù)設(shè)計速度、路側(cè)干擾程度、交通量大小、城市規(guī)模等因素綜合確定。本道路設(shè)計速度為50 km/h，相對較低；主線在兩岸延伸段有一定路側(cè)干擾；城市人口大約30萬，屬于小城市，且南岸組團開發(fā)程度較低，因此交通量不大。綜上所述，可選擇二級以下公路運行速度計算模型。

車速：由于設(shè)計速度50 km/h在二、三、四級公路運行速度計算模型中并無對應(yīng)值，因此采用內(nèi)插法選取。

初始速度：小車50 km/h；大車35 km/h。

期望速度：小車75 km/h，大車60 km/h。

最低允許速度：小車30 km/h，大車15 km/h。

加速度：規(guī)范規(guī)定的加速度為小車amin=0.15m/s2，amax=0.5 m/s2；大車amin=0.2 m/s2，amax=0.25 m/s2；由于橋梁尚未建成，缺乏實際觀測資料，因此本次取中值，即小車a=0.325 m/s2，大車a=0.225 m/s2。

4.3.2 計算結(jié)果

根據(jù)規(guī)范以及以上參數(shù)設(shè)置，采用某軟件計算后得出本項目運行速度計算結(jié)果，如表1～表4所示。

表1 運行速度計算表（右幅，小客車）

表2 運行速度計算表（左幅，小客車）

表3 運行速度計算表（右幅，大貨車）

表4 運行速度計算表（左幅，大貨車）

根據(jù)以上結(jié)果可以看出：

小車相鄰單元△v85均小于20 km/h，速度梯度每100 m均小于10 km/h，滿足相鄰路段節(jié)點運行速度一致性的要求；但正反雙向均存在運行速度與設(shè)計速度差v85-vd大于20 km/h的情況，說明小車在部分路段的運行速度與設(shè)計速度協(xié)調(diào)性不滿足要求。

大車的相鄰單元△v85有1處略大于20 km/h，但速度梯度每100 m均小于10 km/h，說明基本滿足相鄰路段節(jié)點運行速度一致性的要求；正反雙向運行速度與設(shè)計速度差v85-vd均小于20 km/h，說明其運行速度與設(shè)計速度的協(xié)調(diào)性滿足要求。

4.4 根據(jù)計算結(jié)果對設(shè)計方案進行調(diào)整

根據(jù)運行速度的計算結(jié)果可以看出，本項目線形的主要問題是大橋兩端的運行速度與設(shè)計速度差值過大。因此，需要提升相應(yīng)路段的設(shè)計指標，使其能夠滿足運行速度下的車輛安全行駛要求。具體調(diào)整方案如下：

按運行速度75 km/h,對北橋頭圓曲線設(shè)置超高，并增加緩和曲線長度至62.5 m以上。

按運行速度75 km/h,分別增加南橋頭位置2處豎曲線的半徑和長度。

調(diào)整之后，平縱線形的設(shè)計方案滿足各段運行速度下的設(shè)計指標。

5 結(jié) 語

在城市道路工程運行速度設(shè)計方法尚未由官方明確頒布之時，參考公路工程設(shè)計方法，根據(jù)城市道路的相關(guān)特點進行適當調(diào)整修正，可以完成運行速度的計算和線形設(shè)計。但城市道路與公路在很多方面存在較大差異，采用公路設(shè)計方法僅能作為權(quán)宜之計。因此，主管部門盡早在全國范圍內(nèi)展開相關(guān)調(diào)查研究工作，早日頒布可以直接應(yīng)用于城市道路的運行速度設(shè)計方法，仍是十分必要的。