朱晴晴

（貴州順康勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

根據(jù)現(xiàn)行公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范，我國山區(qū)高速公路新建和改建公路的路線設(shè)計(jì)方法采用的是設(shè)計(jì)速度，并結(jié)合運(yùn)行速度進(jìn)行線形連續(xù)性檢驗(yàn)，最終確定限制速度。德、美、法等發(fā)達(dá)國家普遍采用運(yùn)行速度設(shè)計(jì)理念。這兩種設(shè)計(jì)理念存在的局限性直接影響了限制速度的設(shè)計(jì)，且受到山區(qū)地形限制，局限性在山區(qū)高速表現(xiàn)得尤為明顯。因此，在設(shè)計(jì)中平衡設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度的關(guān)系，達(dá)到兼顧“以人為本”的公路設(shè)計(jì)目的，需對設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度理念在公路限速設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)一步展開研究。

1 設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用分析

我國的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)是以設(shè)計(jì)速度為基本指標(biāo)，并考慮路線曲線半徑、視距、縱坡等多指標(biāo)相互協(xié)調(diào)[1]。目前，國家已制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)范公路限速標(biāo)志的設(shè)計(jì)[2]，技術(shù)人員在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中出于安全考慮，往往會全線統(tǒng)一采用設(shè)計(jì)速度為限制速度，僅在因隧道等構(gòu)筑物影響的局部考慮限速調(diào)整，其主要原因在于設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度的平衡設(shè)計(jì)關(guān)系較為模糊。以設(shè)計(jì)速度為特定概念的高速公路設(shè)計(jì)方法，首先將設(shè)計(jì)速度作為一個(gè)定值常數(shù)，不同技術(shù)等級的設(shè)計(jì)速度可以相同，同時(shí)要確保設(shè)計(jì)速度與公路等級相匹配，并根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照曲線段元素信息如平縱面幾何線形的指標(biāo)采用值，對照設(shè)計(jì)各個(gè)路段?；谠O(shè)計(jì)速度理念的設(shè)計(jì)方法，在國內(nèi)已被路線設(shè)計(jì)人員熟練掌握和使用，一方面是設(shè)計(jì)方法和思路容易理解，另一方面是國家規(guī)范的推動。一般來說，設(shè)計(jì)速度理念是滿足于最低的技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)也存在一些不足，其一，從本質(zhì)上來看，按照設(shè)計(jì)速度方法不可避免地與實(shí)際運(yùn)行速度是存在不一致。其二，路線設(shè)計(jì)人員在技術(shù)指標(biāo)控制方面存在主觀隨意性、盲目性，生搬硬套指標(biāo)參數(shù)，導(dǎo)致路線的實(shí)際運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度明顯不協(xié)調(diào)。其三，現(xiàn)行設(shè)計(jì)中往往簡單地把設(shè)計(jì)速度設(shè)置為限制速度，忽略了運(yùn)行速度的可優(yōu)化性，降低了駕駛舒適感。

以運(yùn)行速度作為設(shè)計(jì)理念的方法，也是許多國家的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法。與設(shè)計(jì)速度方法不同是，運(yùn)行速度方法基于駕駛實(shí)際，根據(jù)高速公路的可視線形、駕駛員水平及駕駛車輛的動力性能等各種因素動態(tài)變化。運(yùn)行速度設(shè)計(jì)方法主要參考影響車輛運(yùn)行速度的因素，包括氣候影響、車輛性能、駕駛員水平、道路的交通擁擠情況、路側(cè)敏感點(diǎn)影響以及路線的幾何特征等，更偏向于采用動態(tài)和實(shí)際運(yùn)營情況的指標(biāo)?；谶\(yùn)行速度的設(shè)計(jì)方法，為公路設(shè)計(jì)中路線方案的優(yōu)化與調(diào)整、具體技術(shù)參數(shù)的選取、完善交通設(shè)施設(shè)計(jì)等方面提供更準(zhǔn)確的依據(jù)，可以更有效地避免駕駛特性與公路特征不匹配的現(xiàn)象。

我國相關(guān)公路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定必須采用運(yùn)行速度檢驗(yàn)設(shè)計(jì)路線的合理性，主要針對設(shè)計(jì)速度存在的不足，改善技術(shù)指標(biāo)，或采用必要的交通安全技術(shù)、管理措施，是對設(shè)計(jì)速度的設(shè)計(jì)方法的補(bǔ)充、完善與提高。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)相鄰路段運(yùn)行速度之差應(yīng)小于20km/h，運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度之差應(yīng)小于20km/h。由于運(yùn)行速度只有在項(xiàng)目建成后才能真正反映，基于運(yùn)行速度的設(shè)計(jì)方法實(shí)際上采用的也是一種模擬設(shè)計(jì)，需要后期調(diào)整，具有局限性。

基于設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度均有局限性，設(shè)計(jì)復(fù)雜程度更是增加不少，因此，要充分應(yīng)用設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度的優(yōu)勢，使限速設(shè)計(jì)更加合理，道路資源利用率更高，就需要進(jìn)一步研究設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度的應(yīng)用關(guān)系。事實(shí)上，對于既有高速，為了滿足日益提升的公路服務(wù)體驗(yàn)，多考慮調(diào)整限速。關(guān)于調(diào)整限速，國內(nèi)學(xué)者作出了一些有意義的研究，如黃晨[3]針對我國高速公路速度運(yùn)營管理現(xiàn)狀，充分考慮公路服務(wù)效率和安全交通兩個(gè)方面，提出了一種用于高速公路限速標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整效果評價(jià)的方法。對于不利氣候影響研究中，劉瑋蔚等[4]從考慮雨天影響交通安全的角度出發(fā)，結(jié)合雨天特征應(yīng)用了隨機(jī)森林模型，對高速公路的風(fēng)險(xiǎn)特征進(jìn)行重要度標(biāo)定，同時(shí)又結(jié)合了熵值理論，建立了風(fēng)險(xiǎn)模型，從理論上深入研究了雨天可變速的設(shè)計(jì)方法。王大偉等[5]從行車安全性和舒適性兩個(gè)方面對限速路段進(jìn)行了基本研究。值得注意的是，既有研究一般均以設(shè)計(jì)速度理念或運(yùn)行速度理念中的一種，作為公路設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)方法。

我國以前建設(shè)的高速公路車道劃分為內(nèi)側(cè)超車、外側(cè)混合的交通管理模式，隨著我國交通發(fā)展加速，山區(qū)高速公路建設(shè)里程和規(guī)模相應(yīng)增大，為了滿足更大交通需求，許多山區(qū)高速公路的車道數(shù)量也從最開始常見的雙向四車道升級為雙向六車道、雙向八車道甚至雙向十車道，多車道中各車輛在空間上行駛橫向分布位置差異較大，設(shè)計(jì)中采用的二維線形控制標(biāo)準(zhǔn)已不符合實(shí)際情況，其主要原因在于我國高速公路采用分車道限速管理和控制方式，規(guī)定了在內(nèi)側(cè)車道主要是小型車輛行駛，大型車則要求靠右行駛，即外側(cè)車道。不同車道的車輛對應(yīng)的運(yùn)行速度也不相同，這樣也會降低車型間的相互干擾，分車道限速管理的實(shí)施方式使得車輛運(yùn)行速度有所提升，對道路線形的要求也隨之提高。事實(shí)上，行駛區(qū)域中不同車輛的差異，如駕駛員視距和動力性能差異，導(dǎo)致各個(gè)車輛間存在駕駛干擾，使道路的通行服務(wù)能力下降；如果相互車輛之間行駛紊亂，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致交通事故，因此，應(yīng)根據(jù)不同車型采取分車道管理模式，為交通安全提供更好的保障。

值得注意的是，在分車道管理模式及考慮不同車道的運(yùn)行速度差異情況下，對道路設(shè)計(jì)人員道路的幾何要素設(shè)計(jì)和指標(biāo)把控能力方面也提出更高要求，比如作為山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中重要指標(biāo)之一的視距、加減速車道設(shè)計(jì)以及標(biāo)志標(biāo)牌的設(shè)置準(zhǔn)確性和合理性，若未綜合考慮山區(qū)高速公路不同車道運(yùn)行速度特點(diǎn)和行車規(guī)律，將造成一定的交通安全隱患，因此，道路設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡可能采取合適的指標(biāo)，保障高速公路的運(yùn)行安全。

一般來說，高速公路行駛中車速越高，發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)也越大，受車輛性能、駕駛水平以及其他因素的綜合影響，風(fēng)險(xiǎn)與速度不成線性關(guān)系。眾所周知，車輛的速度與事故發(fā)生的概率和事故發(fā)生的嚴(yán)重性存在直接關(guān)系，其中，超速行駛是山區(qū)高速公路中導(dǎo)致事故發(fā)生最為常見的因素。超速行駛的危害包括[6]：

第一，駕駛員在高速行駛的過程中視距是比較差的，在超速行駛時(shí)駕駛員能直觀感受到視野變窄，突發(fā)交通險(xiǎn)情的判斷力變差，特別是在山區(qū)高速公路行駛中，長時(shí)間或遠(yuǎn)距離的高速駕駛，加之山區(qū)高速公路的線形較平原地區(qū)存在“彎急坡陡”的不利情況，極易導(dǎo)致駕駛員在出現(xiàn)疲乏狀態(tài)的情況下難以準(zhǔn)確應(yīng)對急彎和陡坡加速，大大增加了發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。

第二，超速行駛的車輛，因慣性和車輛自重較大的影響，發(fā)生碰撞、側(cè)翻等事故產(chǎn)生的沖擊力很大。對于貨車，根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）中的規(guī)定，貨車在高速公路的設(shè)計(jì)速度取值通常確定為80km/h，該設(shè)計(jì)速度對應(yīng)的視距為125m。

第三，超速行駛的車輛制動距離明顯增長，車速與制動距離的關(guān)系約是四倍關(guān)系，即車速增加一倍，制動距離將增加四倍；對于重載車輛，距離將顯著增加；對于濕滑路面，發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)和嚴(yán)重程度也是以指數(shù)級增加的。

澳大利亞RTA 以60km/h 的速度為實(shí)測基本變量，研究速度與事故危險(xiǎn)性的關(guān)系，如圖1 所示。從圖1 中可以看出，速度每增加5.0km/h，發(fā)生事故的危險(xiǎn)性大概以兩倍遞增，駕駛安全性對速度變化的敏感性是很強(qiáng)的。事實(shí)上，運(yùn)行速度與公路事故風(fēng)險(xiǎn)程度之間是一個(gè)U 型曲線關(guān)系，如圖2 所示。從圖2 中可以看出，當(dāng)運(yùn)行速度與平均速度和差值增大時(shí)，事故風(fēng)險(xiǎn)程度都是增大的，即在高速公路行駛中，超速或低速行駛都會使事故程度顯著增大。

圖1 速度與事故危險(xiǎn)性的關(guān)系

2 設(shè)計(jì)限速方法的應(yīng)用優(yōu)化分析

由于設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度理念均存在局限性，因此，路線設(shè)計(jì)中首先會根據(jù)規(guī)范要求按照設(shè)計(jì)速度理念設(shè)計(jì)，再采用運(yùn)行速度進(jìn)行檢驗(yàn)。該設(shè)計(jì)方法是一種相對“靜態(tài)”的方法，要想使得路線設(shè)計(jì)總體上更加符合“以人為本”的科學(xué)限速設(shè)計(jì)理念，須從設(shè)計(jì)速度、運(yùn)行速度和限速方案相互關(guān)系中尋求優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從而讓限速方案更加合理，道路服務(wù)水平更高。

2.1 靜態(tài)限速設(shè)計(jì)

靜態(tài)限速設(shè)計(jì)中最典型的方法就是根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)，靜態(tài)限速設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)從以下三個(gè)方面考慮：

第一，建立設(shè)計(jì)信息共享平臺。目前，道路設(shè)計(jì)人員采用的設(shè)計(jì)理念類似于參數(shù)對照式方法，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)往往在于熟練把握各規(guī)范對應(yīng)的參數(shù)或指標(biāo)，且各勘察設(shè)計(jì)單位間的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不共享，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)合理性嚴(yán)格依賴于規(guī)范，設(shè)計(jì)人員對設(shè)計(jì)是否合理主要體現(xiàn)在是否滿足規(guī)范。從國家交通安全設(shè)計(jì)良性發(fā)展的角度來看，有條件時(shí)應(yīng)建立道路優(yōu)化設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)平臺。比如，首先邀請代表單位根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)過程中理論運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度差別較大、較小以及基本一致的代表性路段。其次，根據(jù)交工階段的實(shí)地駕駛感受，更為清晰和直觀地對設(shè)計(jì)成果中合理駕駛速度進(jìn)行評價(jià)，以此豐富設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)。最后，結(jié)合規(guī)范將設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化后的數(shù)據(jù)反饋于數(shù)據(jù)平臺，為規(guī)范的更新和完善以及設(shè)計(jì)案例參考提供較為可靠的依據(jù)。只有在理論設(shè)計(jì)方法更加合理的情況下，才能更好地保障限速設(shè)計(jì)方案的合理性和安全性。

第二，充分考慮限速設(shè)計(jì)因素。當(dāng)路線經(jīng)過包括理論運(yùn)行速度核驗(yàn)等設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，應(yīng)多方面考慮各個(gè)影響限速設(shè)計(jì)的因素，如多車道、長直線、長下坡或大半徑圓曲線接小半徑圓曲線、視覺連續(xù)性、連續(xù)彎道、隧道、橋梁等，可以采用仿真模型進(jìn)行分析。

第三，提高交通安全設(shè)施實(shí)施合理性。由于交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)涉及標(biāo)志、標(biāo)線、標(biāo)牌、護(hù)欄等設(shè)施，這些設(shè)施又在一定程度上影響了限速標(biāo)志位置和信息的合理性，使得設(shè)計(jì)人員難以準(zhǔn)確、合理地協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)施之間的空間位置和信息關(guān)系。同時(shí)，采用BIM 信息集成技術(shù)來替代目前普遍采用的二維CAD 設(shè)計(jì)，通過數(shù)字化技術(shù)建立信息化虛擬三維模型，可以較為可靠地在設(shè)計(jì)階段解決該問題。此外，結(jié)合交工階段的實(shí)地駕駛檢視與排查，將進(jìn)一步優(yōu)化限速設(shè)計(jì)，節(jié)約工程造價(jià)。

2.2 動態(tài)限速設(shè)計(jì)

動態(tài)限速設(shè)計(jì)方法一般是在靜態(tài)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行合理可變限速控制，屬于一種后處理方法。動態(tài)限速設(shè)計(jì)主要考慮不利天氣和交通流影響，從原理角度來看，較靜態(tài)設(shè)計(jì)方法簡單，不利天氣主要考慮雨霧、凝凍氣候，一般根據(jù)路段監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地、動態(tài)地將安全限速值動態(tài)反饋在可變限速標(biāo)志系統(tǒng)。目前，在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中，一般重點(diǎn)對考慮設(shè)置樞紐互通位置的交通量影響，弱化不同路段交通流預(yù)測。事實(shí)上，受到多因素的綜合影響，全路段準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地進(jìn)行交通流監(jiān)測較為困難，因此，交通流監(jiān)測往往在運(yùn)營期定點(diǎn)觀測較為可靠。

3 結(jié)語

第一，山區(qū)高速公路限速設(shè)計(jì)中同時(shí)采用設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度設(shè)計(jì)方法是必要的。

第二，為了更好地保障限速設(shè)計(jì)方案的合理性和安全性，有條件時(shí)整合道路設(shè)計(jì)資源建立道路優(yōu)化設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)平臺是值得嘗試的。

第三，對于影響限速設(shè)計(jì)中的諸多因素，一般來說采用仿真模型進(jìn)行分析設(shè)計(jì)階段是相對科學(xué)可靠的方法之一。

第四，基于當(dāng)前交通安全設(shè)施的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，結(jié)合BIM 技術(shù)與交工階段的實(shí)地駕駛與排查，可進(jìn)一步提高交通安全設(shè)施實(shí)施合理性。