运行速度设计法在公路路线设计中的应用

尹正文

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 昆明市 650051)

公路交通安全事故的发生与驾驶员行为、车辆状况、道路条件、气候环境等多个因素有关。目前我国公路设计普遍采用设计速度法，经过国内外诸多实践证明，设计速度法不能够保证设计指标之间的协调性、连续性等要求，目前国际上普遍采用运行速度法进行检验设计。采用动态的运行速度进行公路线形设计，可以保证路线设计相关要素的协调均衡，达到良好的行驶效果。我国交通运输部颁布的现行《公路项目安全性评价规范》(以下简称“《评价规范》”)也提出采用运行速度评价公路线形的连续性和安全性，为公路线形设计提供辅助，检验设计指标的合理性，以避免由于设计原因导致的公路交通安全“硬伤”。

1 设计速度法与运行速度法

(1)设计速度法在路线设计中的局限性

设计速度法是在确定公路的等级及设计速度后，依据现行《公路路线设计规范》等标准规范，来确定满足设计速度要求的平面线形、纵断面线形、横断面组成、超高加宽、视距等空间几何指标的设计方法。空间几何指标设计时只要其设计值大于对应设计速度要求的最小指标值，即认为该设计是合规的。实际上，当汽车在公路上行驶时，驾驶员通常是根据其驾驶水平、车辆动力性能、道路路况、气候环境等情况不断调整车速，只要条件允许，驾驶员大多都倾向于采用较高的速度行驶，汽车的实际行驶速度要远高于设计速度。设计速度法设计存在平纵横等设计指标与实际行车速度不相符、空间几何要素之间组合设计不协调等问题，已不能真实反映当前我国公路交通的实际运行特性，而某些参数选取不当、组合不协调，往往形成事故黑点，对行车安全构成较大威胁。

(2)运行速度设计法的优势

运行速度设计法是指以某条公路上行驶的车辆的实际运行速度V85为设计车速进行公路空间几何设计或检验的方法。运行速度是在特定路段上，在良好的天气条件，干净、潮湿的路面条件和自由流状态的交通条件下，公路路段上85%的车辆不会超过的行驶速度。采用运行速度进行设计或检验可以最大程度解决公路空间几何设计指标与车辆实际运行速度所需要的空间几何指标不协调的问题。基于当前我国实际情况，完全采用运行速度法进行公路空间几何设计还存在一些困难。就目前而言，可在基于设计速度的公路空间几何要素设计的基础上，采用运行速度法进行公路空间几何全要素安全性评价，对于不满足安全性评价要求的指标进行调整，以确保指标的协调性、连续性和一致性。

2 基于运行速度的安全性评价指标

2.1 直接评价指标

(1)运行速度协调性

我国现行《评价规范》采用相邻路段运行速度的差值，作为对公路进行连续性评价的指标：

ΔV85<10km/h：运行速度协调性好；

ΔV85为10～20km/h：运行速度协调性较好，还需进一步对相邻路段的空间几何要素指标进行优化调整，使运行速度差值小于等于10km/h；

ΔV85>20km/h：运行速度协调性不良，需重新对相邻路段空间几何要素参数调整设计。

(2)运行速度与设计速度一致性

车辆在公路上行驶时，其行驶速度主要取决于驾驶员驾驶技能的熟练程度、车辆性能、公路条件、天气、路侧干扰等环境因素，其行驶速度除非在严格限速的条件下，否则很少会与公路的设计速度保持一致，尤其是在很多公路空间几何要素指标远高于极限低值，即低设计速度、高设计指标，经常会出现车辆的实际行驶速度超过设计速度的情况。由此可见，在设计中使设计速度和运行速度尽可能接近，达到高度协调性，就成为另一重要的安全评价因素。其评价标准为：

当|V85-Vd|<20km/h时，设计速度一致性好；

当|V85-Vd|>20km/h时，设计速度一致性差。

2.2 间接评价指标

2.2.1直线长度

根据我国现行《公路路线设计规范》规定，直线长度采用设计速度进行计算。引入运行速度设计法的理念后，直线长度宜采用运行速度计算值进行评价：最大直线长度不宜大于运行速度的20倍，当路段|V85-Vd|>20km/h时，反向圆曲线间的直线最小长度应不小于运行速度ΔV85的2倍，同向曲线间直线最小长度应不小于运行速度ΔV85的6倍。

2.2.2平面线形指标

(1)圆曲线半径

在公路空间几何要素中，圆曲线半径主要决定了车辆转弯时的离心力大小，其影响车辆转弯的稳定性、安全性和驾乘人员的舒适性。由于设计速度和运行速度不可能保持一致，在设计速度下行驶舒适性较好的圆曲线半径，在实际行驶中可能会明显感觉有曲线存在，行车的舒适程度和安全性开始降低。因此需要根据运行速度对平曲线半径的取值进行检验。现行《公路路线设计规范》采用设计速度计算平曲线最小半径，引入运行速度理念后，宜采用运行速度计算平曲线半径，如式(1)。

(1)

式中：R—平曲线半径；

V85—运行速度值，km/h；

μ—横向力系数；

i—路拱横坡度值，%。

当路拱横坡不变时，平曲线最小半径应采用运行速度计算得出的值；当所采用的平曲线半径不变时，可通过调整路基横断面超高值满足车辆行驶稳定性要求；设计速度对应的平曲线半径和横坡度调整均受限制时，应采取调控措施，以减小运行速度与设计速度的差值。

(2)圆曲线超高

现行《公路路线设计规范》中超高值采用设计速度进行计算。引入运行速度后，应采用运行速度进行计算。结合现行《公路路线设计规范》中相关公式，超高横坡度可用下式进行计算：

(2)

当采用运行速度计算的超高横坡值大于采用设计速度计算的超高横坡值时，应采用大值；反之，也亦采用大值。

(3)平曲线长度

平曲线长度需满足以下条件：

①行驶时间过短，会使驾驶员操作不便，在平曲线上操作方向盘最合理的时间约为3s。

②当平曲线是由两段缓和曲线组成的凸形曲线时，平曲线的最小长度应取该最小缓和曲线长度的2倍。

(4)视距

视距是公路空间几何要素设计时必须要满足的一项关乎行车安全的重要指标，公路上任何一个车道中心线的任何一个位置均应满足视距要求。对于高速公路而言，应同时满足小客车和大货车停车视距要求。当采用运行速度计算的停车视距大于采用设计速度计算的停车视距时，应采用大值，并应采取措施满足要求；反之，也亦采用大值。

2.2.3纵断面指标

对于纵断面指标，需按照运行速度对所需的最小凹、凸形竖曲线半径值进行检查。最小凹、凸形竖曲线半径主要影响行车视距，避免产生视线盲区。对于纵坡度而言，当路段纵坡度小于等于3%时其坡长不受限制；当路段纵坡度大于3%时应按采用运行速度和设计速度分别对坡长进行检查，取两者之小值。对于合成坡度应采用运行速度计算值和设计速度值的差值进行评价，即当路段|V85-Vd|<20km/h时，认为设计速度一致性较好，该路段的合成坡度维持不变；当路段|V85-Vd|>20km/h时，认为设计速度一致性较差，需调整该路段的纵断面坡度、路拱横坡，确保该路段的合成坡度满足按运行速度计算值标准规定的最大合成坡度要求。

3 运行速度设计法步骤

运行速度设计法主要包括初步设计拟定空间几何指标参数、运行速度测算、直接评价指标检验、间接评价指标检验、指标调整完成设计等步骤，具体步骤如图1所示。

4 路线设计实例

4.1 工程概述

某山区高速公路全长73.376km，采用双向4车道高速公路标准，设计速度80km/h，路基宽度25.5m，路线跨越高差约1500m，为典型的山岭重丘区公路。

4.2 直接评价指标检验

该项目运行速度计算采用《评价规范》附录B.3中的计算方法。由起点到终点、终点到起点进行双向预测，计算结果如图2、图3。

通过对其运行速度进行评价，可看出该高速公路右线线形指标连续性和均衡性较好，左线小客车运行速度协调性基本良好，局部路段不良，大货车运行速度协调性良好，只有在ZK55+957.889～ZK55+519处相邻路段的运行速度差值最大为27.4km/h；在ZK41+480.414～ZK40+983.370处相邻路段的运行速度差值最大为20.5km/h。

鉴于此，ZK55+957.889～ZK55+519以及ZK41+480.414～ZK40+983.370路段范围在条件允许时宜适当调整相邻路段技术指标，使运行速度的差值小于或等于10km/h，条件不允许时需补充设置相应的视线诱导标。

4.3 间接平纵指标检验

4.3.1直线段长度

经检查，该项目有8处路段不满足按运行速度控制的最大直线长度要求，长直线路段均需补充设置视线诱导标。同向曲线间直线长度均满足6V的要求，反向曲线间直线长度均满足2V的要求。

4.3.2平曲线指标

(1)圆曲线半径

评价路段在平曲线超高不变时，按曲线中点运行速度计算各个曲线的临界平曲线半径，经检查，全线路段的圆曲线半径均大于按照运行速度计算的临界圆曲线半径，符合规范要求，并能够满足司乘人员舒适性的要求。

(2)缓和曲线长度

经检查，该项目评价路段回旋线最小长度为120.536m，满足设计速度80km/h时70m的要求，同时也满足运行速度对其的要求。

(3)圆曲线超高

根据设计超高值、半径、运行速度值来反算横向力系数，当计算横向力系数值小于横向力系数最大值时，认为能够满足驾驶人舒适感的要求，即本超高可以满足运行速度下的行车条件。经检查，该项目验算所得横向力系数均能满足运行速度的要求，车辆在运行速度和设计超高下，可以正常、稳定的在圆曲线上运行。

(4)平曲线长度

该项目最小平曲线长度为150m，满足按设计速度80km/h控制时的规范要求的公路平曲线最小长度，但是不满足运行速度对其的要求，因此在此路段加强视线诱导与速度控制，保障行车安全。

(5)视距

①挖方路段小客车停车视距

挖方路段右转弯道内侧具有的横净距为：3.75/2+3+0.75+2.0+1.2×0.75=8.525m。经检查，具有横净距值均大于计算净距值，挖方路段小客车视距满足要求。

②填方路段小客车停车视距

填方路段右转弯道内侧具有的横净距为：3.75/2+3.0=4.875m，左转弯道内侧具有的横净距为：3.75/2+0.75=2.625m。

表1 填方路段小客车视距验算表

经检查，该项目小客车填方视距存在多处路段不满足视距要求。采用设计速度80km/h作为限制速度进一步对填方路段小客车的停车视距进行检查，均满足视距要求。故对视距不满足曲线路段按限制速度80km/h进行速度限制，并加强视线诱导，来保证视距要求，满足安全行车的需求。

③货车停车视距

挖方路段弯道内侧具有的横净距为：3.75/2+3+0.75+2.0+2×0.75=9.125m。经检查，该项目评价路段全线挖方路段可提供的视距均满足货车需要的停车视距。

④曲线隧道路段小客车停车视距

左转曲线具有横净距：1.875+0.5+0.75=3.125(m)；右转曲线具有横净距为：1.875+0.75+0.75=3.375(m)。经检查，该项目曲线隧道路段存在多处路段不满足小客车按运行速度验算所需的停车视距。针对运行速度下多处曲线隧道路段不满足小客车的视距问题，采取80km/h限速的措施并加强视线诱导来保障行车的安全。

4.3.3纵断面指标

(1)竖曲线半径

①凸形竖曲线半径

该项目最小凸形竖曲线半径为12000m，共11处。按照运行速度所需最小凸形竖曲线半径的极限值对设计进行检查，经检查可知最小凸形竖曲线半径均大于按照运行速度计算的临界凸形竖曲线半径，符合规范要求，并能够满足司乘人员舒适性的要求。

②凹形竖曲线半径

该项目最小凹形竖曲线半径为8000m，共3处，均满足按照运行速度计算的临界凹形竖曲线半径，符合规范要求，并能够满足司乘人员舒适性的要求。

(2)竖曲线长度

该项目最小竖曲线长度为180m，桩号范围为K1+425～ K1+605，运行速度110km/h，满足按设计速度80km/h控制时的竖曲线一般值170m和按运行速度110km/h控制时的竖曲线极限值92.5m的要求。

(3)坡长

对该项目纵坡坡度不小于3%的路段按照设计速度和运行速度进行坡长检查，发现其纵坡长度均满足最大坡长的规定。

经检查，该项目满足按设计速度和运行速度控制的坡长的要求，能够满足安全行车的需求。

(4)合成坡度

该项目评价路段最大纵坡为4%，最大超高横坡度为4%，当两者都取最大值时，合成坡度为5.657%，按最大运行速度120km/h控制时，满足规范最大合成坡度10%的要求。

根据现行《公路路线设计规范》相关规定，各级公路的最小合成坡度不宜小于0.5%；在超高渐变段过渡的变化处，合成坡度不应设计为0%；若该路段的横、纵向排水设施不足，易形成集中降雨积水，影响行车安全。经检查，该项目最小纵坡为0.3%，最小路拱横坡值为2%，其合成坡度为2.022%，满足排水的要求。

5 结论

以现行《公路项目安全性评价规范》为依据，阐述了基于运行速度的公路路线设计安全性评价方法及步骤，并对某山区高速公路路线设计进行了安全性评价检验。从评价指标中可看出，为达到相邻路段的运行速度协调，同一路段的运行速度和设计速度一致，就必须要使各空间几何要素指标均衡、组合合理、搭配协调，这样才能保证车辆能以较高的速度安全、连续行驶。

通过前述分析，笔者认为采用运行速度进行公路路线设计或者检验是比较合理的，它能够及时发现并消除设计速度法中存在的一些诸如指标不连续、不均衡、相邻路段速度差过大、车辆行驶不连续、不顺畅等一些问题。采用运行速度法设计可以从本质上减少由于设计引起不安全因素，减少由于设计原因产生的安全黑点。希望通过本文的研究分析，能够让更多的人了解到运行速度设计法的优势所在，同时也希望能够在公路路线安全性设计方面提出更多有见地的见解，能够为建设平安公路贡献一份力量。