小议公路路线设计中应注意的问题

章羿

摘要：公路的兴建有利于地区的经济发展,有利于改善沿线居民的社会发展质量,能快速的为人们提供运输等优越性,具有很好的发展前景,本文结合公路实际情况，对公路的路线设计进行分析探讨，争取把公路设计工作做得更好！

关键词：公路路线设计；安全性；可靠性；存在问题；应对方法

中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：

公路线形设计是公路设计的核心，其设计应保证车辆行驶的安全舒适，驾驶员的视觉和心理反应，引导驾驶员的视线，保持线形的连续性，使驾驶员有足够的舒适感和安全感。公路线形质量的好坏，直接影响公路运营的安全、经济、舒适、快捷功能的发挥。目前我国公路路线设计采用中华人民共和国行业标准JTG D20-2006公路路线设计规范、JTG B01-2003公路工程技术标准所规定的各等级公路的线形设计标准值，采用设计车速为基础设计参数规定的最低设计标准，其他的设计指标根据设计车速相应取定。提高道路运输的能力和服务水平，达到线形设计最优经济性，建立合理、科学、完善的公路路线设计方案比选评价方法是科研和设计人员共同面临的挑战。

公路的路线定线是公路设计中最为关键的一步，因为路线线形是一条公路的骨架，线形是否合理，将直接影响到公路的桥隧、人工构造物、路基、路面等的设计，也是控制工程造价的主要因素，同时在公路建成后，如果再要改变线形，一般也是非常困难的。尤其是高等级公路的路线，一经建成将长期制约着公路的经济和社会效益的发挥。所以，有的国家提出公路路线是公路的生命，它对汽车行驶的舒适、安全、经济和道路的通行能力，都起着决定性的作用和影响。

一．公路路线设计现状及存在的问题

国外发达国家关于公路路线设计的理论已经从单纯考虑汽车的动力学要求，逐渐注重考虑驾驶员的生理心理特征，提倡以人为本的设计理念，注重线形设计后使用上的舒适性，并在开展设计的安全性、连续性、一致性、经济性等方面进行了研究。我国的路线方案基本上是采取传统的经济评价、财务评价以及工程技术方面比较方案优劣，存在的主要问题是忽视了环境、社会等方面的影响，不能全面反映线路的科学性和合理性，经济上最优的方案未必是最优方案。

二．公路路线分析方法

公路路线优化问题具有设计目标不可公度性和目标间的矛盾性两大特点，设计目标的不可公度性是指各个目标没有统一的度量标准，很难加以比较。线性设计目标间的矛盾性是指如果采用某种方案去改进或改变某一目标值，可能会使另一目标的最优值变好或变坏。

（一）可靠性研究分析

可靠度理论在公路线形设计中的应用很早就已经开始研究，而我国将可靠度理论应用在公路路线设计方面研究还未全面开展。可靠度理论在一些领域特别是结构工程和岩土工程学中应用较广泛，同时在运输工程学领域也有研究，如公路排水管道设计、交通信号灯间隔时间可靠性分析，信号配时设计等。可靠度理论是以概率论为基础的极限状态设计，用概率来描述工程结构可靠性的问题。

公路路线设计可靠性分析中，主要目的是根据路线设计极限状态下功能函数计算可靠指标、失效概率等。路线设计功能函数是用公路供给值和驾驶期望值来表示。假定公路供给设计参数随机变量为s，驾驶期望设计参数随机变量为D，其相应的概率密度函数为冬和，且S与D相互独立，则功能函数z表示为：

Z=g(S，D)=S-D

对于路线设计的各个极限状态方程：当Z=0时，该路线设计参数处于极限状态；当Z>O时，该路线设计参数满足功能要求；当Z<0时，路线设计参数不满足功能要求，即为失效。其设计参数失效概率为：

假定随机变量s和D均服从正态分布，其平均值和标准差分别为和，则功能函数z：s—D也服从正态分布：其平均值和标准差分别为及和，失效概率：

对其进行标准正态变换，令，可得：

式中，为标准正态分布函数，现引入符号β，并令，则得：，式中：β为一量纲的系数，称为可靠指标，可靠指标β的表达式为：

（二）系统分析法

将路线设计成果进行系统分析，可以对设计成果及环境约束情况作出定量或定性的评价，指出存在的问题和改进的方案，从而达到最优化设计。系统分析法包括五个要素：目标、评价标准、现状数据、分析评价、优化决策。

《公路路线设计规范》中明确规定：公路路线设计应对公路的平、纵、横三个面进行综合设计，做到平面顺适、纵面均衡、横面合理；公路路线设计规范是公路设计的依据，也是评价公路路线设计可靠性质量的标准，其表现为一系列规范条文，这些规范条文既有原则性的。也有针对各个细部的，所有规范条文构成一个系统现状数据，包括路线设计成果及公路环境约束的数据。公路设计成果数据为主要技术经济指标采用值，环境约束状况则包括地形、地质、水文情况等。将公路设计现状与评价标准进行比对，将公路环境约束与设计现状比对，分析路线设计的合理性，论证需要加以改进的，基本合理但仍有改进余地的，基本达到技术要求而不满足经济要求的，满足经济要求而实际技术指标不太理想的；对公路分析评价中发现的问题进行合并、归类，找出重点．提出科学合理的优化方法，并付诸实施，同时对公路优化后的成果数据进行再分析与优化。

系统分析法的要点包括：系统与定量，系统分析法的形式可以多种多样，按系统与定量的原则来要求，系统要求全面、清晰，定量要求书面化的数据成果。系统分析法评价公路线形设计质量，工作量相对较小，且定量分析的结果清晰明了。利用计算机辅助设计情况下，在路线设计中推广系统分析法。有效地提高路线设计质量，合理地减少工程量，具有良好的推广应用前景。

(三)路线智能优化法

智能优化法是基于空间数据挖掘技术和多目标遗传算法求解路线方案Pareto最优解集的公路路线智能优化模型，获得协调各设计目标的路线方案，作为交互式公路路线CAD系统初始设计方案，从而提高公路路线计算机辅助设计能力水平和设计层次，提高公路路线设计智能辅助决策能力。

公路路线设计优化过程必须从公路原始空间数据库中真实及时地提取、分析与公路路线相关的空间数据，为公路路线目标函数计算提供数据资料依据；按所需空间数据的属性和查询方法，路线设计空间数据挖掘方法可分为点数据挖掘、线数据挖掘、面数据挖掘。公路是敷设于自然界的人工构造物。所经区域的地面高程决定了路线的位置、工程量等因素，是公路路线设计的关键信息。通过GIS的空间分析模块，利用数字高程模型(digital elevation model，DEM)可获得路线地区任一点的地面高程，由于公路路线设计需要纵断面地面线和横断面地面线，所以必须将公路路线设计领域知识与GIS空间分析相结合，以获得所需地理地质和公路区域的有效信息。公路路线在布设时，不可避免地要与其他公路、铁路、河流等相交，通过GIS的拓扑关系查询，获取公路与线状构造物的拓扑关系，合理地确定立体交叉或平面交叉的类型。而通过分析路线所交河流的宽度、流量等信息，则可以合理确定拟建桥涵的跨径，从而为公路路线方案优化提供充分的信息。面数据挖掘方式，为公路路线挖掘面域信息，为路线设计提供依据。

建立公路路线智能优化系统模型，有利于解决路线优化过程中模糊性、不确定性问题，为公路路线的设计提供科学和有效的依据。

三、结论

从公路路线设计工作中存在的问题出发，提出了一些解决方法。这样做才能省工、省时还能有效节约资源，降低建设费用，希望本文提出的方法能对公路路线设计更为安全和经济起到点作用。