王 裕

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司,湖南 長沙 410000)

1 引 言

經(jīng)濟的發(fā)展,促進了我國公路事業(yè)的繁榮。同時交通的便捷,又促進了經(jīng)濟的發(fā)展,兩者相輔相成。公路數(shù)量增長帶來利好的同時,交通事故等道路安全問題也日益突出。圖1給出2015～2020年,我國交通事故發(fā)生數(shù)量及直接財產(chǎn)損失金額,由此可見交通事故的嚴重危害性。交通事故的發(fā)生,除了駕駛?cè)说认嚓P(guān)的不可控的主觀因素外,車速與公路路線設(shè)計直接影響道路行車安全。同時,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,車量的增長,人們對道路路線的舒適性與適用性的要求也日益提高。因此研究公路路線設(shè)計,提高公路路線設(shè)計的合理性與安全性,對降低交通事故,減少經(jīng)濟財產(chǎn)損失,提高公路適用性,滿足人們對道路設(shè)計日益增長的要求,不斷促進經(jīng)濟的發(fā)展,具有重要意義。

圖1 2015～2020年中國交通事故發(fā)生數(shù)量及直接財產(chǎn)損失金額

2 運行時速概念

在公路的建設(shè)過程、運營過程中,車輛的時速設(shè)計和路線方案設(shè)計尤其重要,同時也是運營過程中車輛行車安全的重要保障。其中,車速又是路線方案設(shè)計的重要參考因素之一,其大小不僅直接影響路線幾何參數(shù),還極大的影響了公路投入運營之后的使用安全和使用效率。目前,國內(nèi)外路線方案設(shè)計的參考依據(jù)主要兩種:分別是設(shè)計時速和運行時速。

設(shè)計時速指的是在外界因素較好,其他設(shè)計特征均能夠滿足現(xiàn)有設(shè)計要求的前提下,特定區(qū)間公路路段能夠保持的最高時速。該概念最早于1940年,由美國AASHTO協(xié)會提出。并隨著國內(nèi)公路事業(yè)的發(fā)展,我國于2014年9月由交通部發(fā)布符合國情的《公路工程技術(shù)標準》(JTG B01—2014)中設(shè)計速度取值標準。

運行速度即公路上車輛的實際行駛速度[1]。研究表明[1-2],駕駛員在一個路段上的車速是以0.14的變化系數(shù)均勻提高?；诮?jīng)濟性和選值代表性考慮,將車速百分比分布85%點對應(yīng)的速度,取為運行速度V85。運行速度獲得方法大致有三種:一種是路段實測法,該方法指的是通過某一特定路段對該路段的實際速度進行測量,并由此繪制該路段的行車曲線,最后對曲線上的85%所對應(yīng)的值進行選取,即為該路段的速度值。第二種是模型預測法,2016年4月交通部分布的《公路項目安全性評價規(guī)范》中,提出運行速度V85的模型計算方法[3-5]。第三種是理論預測法,根據(jù)汽車動力學以及運動學等指標與運行速度關(guān)系,反算得到運行速度。其中,第一種方法費時費力且僅適用于建成的公路,第三種方法要已知初步公路路線設(shè)計,從而得到初步的相關(guān)指標,多用于公路路線設(shè)計評價階段,目前第二種方法,應(yīng)用較廣。

3 我國公路路線設(shè)計分析

我國現(xiàn)行公路路線設(shè)計基本思路是:首先根據(jù)公路設(shè)計等級按照現(xiàn)行規(guī)定,擇選適當?shù)脑O(shè)計速度值。設(shè)計速度選定后,對照《標準》要求選擇確定其它設(shè)計要素的最低指標。最終只要設(shè)計所采用的最小幾何指標大于所對應(yīng)的最低指標,則認為該公路路線設(shè)計滿足要求。

但經(jīng)過多年研究,國內(nèi)外學者發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計方法存在一定的不足,主要表現(xiàn)在。

(1)公路路線設(shè)計中設(shè)計車速往往和該公路建成后的運營速度存在一定偏差,且往往低于實際運營中速度,由此導致設(shè)計方案中的幾何指標不能滿足實際使用需求。

(2)根據(jù)設(shè)計車速確定的設(shè)計要素最低指標,最低指標的限制與最高指標的不設(shè)限,造成公路路線線形設(shè)計要素之間不協(xié)調(diào),線形指標組合的不合理。盡管設(shè)計標準中指出要避免多種最小值指標的組合設(shè)計,但類似的定性的描述,并不能指導實際設(shè)計中指標定量的確定。

基于現(xiàn)行公路路線設(shè)計的不足,以及運行速度的影響性,本文提出基于運行速度的公路路線設(shè)計研究。

4 基于運行速度的公路路線設(shè)計研究

4.1 運行速度計算

以運行速度進行公路路線設(shè)計時,首先得知道運行速度大小,前述介紹了三種運行速度獲得方法,在此具體總結(jié)第二種模型預測法?！豆讽椖堪踩栽u價規(guī)范》預測模型中,取曲線中點作為速度計算點,認為車輛在圓曲線上做勻減速運動,公路平面路線線形基本構(gòu)成要素見圖2。實際情況中,駕駛員在看到圓曲路段之前已在平直段完成減速,在彎曲路段上很少拐彎加速或突然減速,而是保持勻速率運動。曲線路段入口處,我們可以看到剎車痕跡分布位置,并非在曲線段上,而是在曲線段前的直線段上。故認為應(yīng)取緩圓點作為運行速度計算點,并且將該點上的車輛的云頂速度近似認為是做勻速運動。

圖2 線形基本構(gòu)成要素見

將《公路項目安全性評價規(guī)范》該規(guī)范上的速度進行修正,其模型如下。

(1)車輛在平直路段上加速行駛,直線段出口運行速度Vc求解如下所示

(1)

式中:V0為直線段入口運行速度;a0為車輛推薦加(減)速度,小車建議取0.15～0.4,大型貨車建議取0.20;s為直線段長度。

(2)縱坡段運行速度,按表1對進行修正。

表1 運行速度修正表

(3)小半徑平曲線路段運行速度,按表2記取。

表2 速度模型

(4)針對彎坡組合路段的運行速度,按表3記取。

表3 預測模型

4.2 基于運行速度的公路路線設(shè)計

考慮我國現(xiàn)行規(guī)范與工程技術(shù)人員設(shè)計習慣,結(jié)合內(nèi)外學者相關(guān)路線設(shè)計方面的研究,在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)之上提出了一種基于運行速度的新的設(shè)計方法。該方法首先是對公路路線的初步設(shè)計。初步設(shè)計階段,第一步是完成數(shù)據(jù)的收集與整理,以相似已建成路段的實測運行速度為原始數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)處理軟件擬合實測車速在測試過程中得到的一個正態(tài)分布,曲線,并取該擬合曲線上85%所對應(yīng)的速度值,并將該值的大小作為V0,即初始速度大小。比較V0與《標準》設(shè)計速度Vd大小,當兩者差值不超過10 km/h時,取V0作為初步設(shè)計速度。當兩者差值超過10 km/h時,取兩者之間的較大值作為初步設(shè)計速度。當無相似已建成公路可參考時,可直接取Vd作為初步設(shè)計速度。根據(jù)初步設(shè)計速度,運用公路路線設(shè)計速度法進行路線初步設(shè)計,繪制公路平面線形。

其次,依據(jù)《公路項目安全性評價規(guī)范》,將路線劃分為路段分析單元。

然后,采用4.1所述運行速度模型預測法,分別計算各路段運行速度。對得到的相鄰路段運行速度進行連續(xù)性檢驗。連續(xù)性檢驗要求控制相鄰路段運行速度差值不超過10 km/h,并對不符合路段路線設(shè)計進行調(diào)整或者增設(shè)過渡段。根據(jù)各路段調(diào)整結(jié)果,重新繪制公路全線設(shè)計圖,完成路線設(shè)計。

4.3 公路路線設(shè)計評價

基于公路路線設(shè)計安全性與舒適性慎重考慮,應(yīng)對已完成公路路線設(shè)計進行設(shè)計評價。在運行速度計算方法3中,也是基于路線設(shè)計的評價模型反算運行速度。國內(nèi)外學者針對公路路線設(shè)計評價提出了多種評價模型,在此不再贅述。評價模型選取時,需符合路段實際情況。

5 結(jié) 語

我國現(xiàn)行公路路線設(shè)計的設(shè)計速度法存在的不足已被廣泛地認知,運行速度在公路路線設(shè)計中應(yīng)用的必要性與合理性,也被提出,公路路線設(shè)計正在向更完善更成熟的方向發(fā)展。但公路運行速度及基于運行速度的提出較晚,發(fā)展仍不成熟,首先關(guān)于運行速度的獲得與記取,亟待更多更簡單更合理的計算模型。其次基于運行速度的設(shè)計方法,受困于路面幾何指標與規(guī)范相應(yīng)設(shè)計要素限制,仍不能脫離設(shè)計速度法,需要更多學者的研究與分析。