《道路线形设计理论与方法》结课论文
基于运行速度的路线设计方法研究
摘要：随着交通量的日益增长，设计速度在公路路线设计中的局限性愈来愈突出，对此，提出了运行速度的概念。运行速度是公路设计时确定其几何线形的关键参数之一，而基于运行速度的公路路线设计方法和流程是建立在传统勘察设计流程基础上，将运行速度检验、安全评价手段贯穿于整个设计过程，以公路设计速度为基本指标，运行速度为动态评价指标，实时对路线几何状况进行安全检测，将公路运营过程中可能出现的安全隐患在设计中通过方案优化、调整设计、完善交通设施等措施予以剔除或避免。本文主要阐述了运行速度的定义特点、基于运行速度的路线设计方法及设计流程、运行速度的评价方法和标准等，为改善路线设计提供参考。
关键词：路线设计；设计速度；运行速度；评价 引言
汽车行驶安全是建立在良好的公路路线设计上的，优秀的路线设计会对汽车行驶过程中的种种因素进行综合考虑，同时尽最大努力为汽车行驶提供一个安全舒适的线路设计，保证汽车运行的综合指数达到最大化。我国目前在线路设计上多采用设计速度的设计方法，实质上是规定了汽车运行的最低限度指标，并不能够全面覆盖汽车运行过程中可能出现的高于设计速度所对应的指标情况。所以要对目前的线路设计加以改进。
1 设计速度在路线设计中的局限性
设计速度 (设计车速 )是指气候正常，交通密度小，汽车运行只受道路本身条件 (几何要素、路面、附属设施等 )的影响时，一般驾驶员能保持安全而舒适行驶的最大行驶速度。基于设计速度的路线设计方法，实质上规定了道路设计最低限度应该采用的指标, 但对采用高于设计速度所对应的指标没有限制。但实际上车辆在公路上行驶时，只要道路的行车条件（尤其是几何条件）及车辆本身性能等允许，驾驶员总是倾向于采用较高车速行驶。这样驾驶员实际采用的运行车速所需的线形指标便会与设计车速所确定的线形指标相脱节, 从而增加了道路的危险性和失调性。
1.1 线形设计要素与实际行车速度不相符
基于设计速度的路线设计方式虽然对路线可能存在因素做了综合考虑，但其在车速上的最低限度的设定却无法满足现实条件的需求。也就是预先的设计速度是既定的，但实际中车速需要根据不同路段、天气、线路情况等各种因素做出相应调整，无法实现匀
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基于运行速度的路线设计方法研究 速行驶。同时驾驶员的生理以及心里情况也会随外界环境变化而不同，这也是行驶中车速控制的一个重要因素，但是目前的设计速度并未考虑到这一点。
1.2 线形要素之间的组合设计不合理
通常在进行线路设计的过程中，设计人员虽然采用了较为合理的综合设计方法，但仍然无法避免线形要素之间组合设计不合理的现象发生。比如我国地貌较为复杂，汽车行驶的路线中有很多的山丘等不平稳地区，而对这些地区的线路设计上一般都采用了最小线形设计指标，但是并不能够满足实际车速的要求，从而就存有了安全隐患。目前无论是在国际还是国内，在公路线路设计上都明确要求避免采用最小值的组合方式进行设计依据，这无疑是线路设计上的一次改进，避免因最小值组合的影响使设计人员设计出不符实际的线路。
1.3 设计车速和实际行车速度存在差异
设计车速的存在意义是要驾驶员根据不同的设计车速为参照安全行驶于不同路线上，它为安全行驶速度提供了可参考的行驶环境。可在实际行驶过程中，驾驶员并不总是保持着设计速度行驶，而是会因为周遭环境的不同做出相应调整，达到自己希望达到的实际速度。从而，设计速度对应下的线形设计就不能与驾驶员的实际行驶速度相对应，就可能存在安全隐患。
2 运行速度的定义、特点和意义 2.1 运行速度的定义
运行速度是指在理想的外部条件下，公路路段上第85个百分位上的车辆行驶速度，用V85表示。其中理想的外部条件是指良好的天气条件，干净、潮湿的路面条件，自由流状态的交通条件。
运行速度综合驾驶行为、心理、视觉需求，通过在典型公路上行驶车辆的实际行驶速度观测，经统计、分析、总结其数据分布，从而回归出运行速度的测算模型。
2.2 运行速度的特点和意义
运行速度设计方法有效地保证了路线所有相关要素，如视距、超高、纵坡、竖曲线半径等指标与设计速度地合理搭配，有效地解决路线设计指标与实际行驶速度所要求的线形指标脱节的问题，以获得连续、一致的均衡设计。
利用运行车速作为车速基本参数设计和评价公路几何线形，其优点如下： （1）利用运行车速作为计算车速，确保线形各几何元素能满足汽车行驶的需要；
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（2）利用运行车速来评价相邻路段车速的差距，保证汽车在连续路段上行驶的连续性和一致性；
（3）与实际行车速度相符。
3 基于运行速度的设计方法和设计流程 3.1 设计方法
运行速度设计方法是以运行速度作为设计车速进行线形设计的方法，其基本设计思路是：在前期确定初始平面线形和纵断面设计的基础上，通过运行速度预测模型推算各路段运行速度V85，并以线形的连续性和速度的一致性为路线设计质量评价原则，检验和修正初期的平纵几何设计，然后根据调整后的路线平纵线形和运行速度, 最终确定曲线超高、加宽、视距等设计指标。即在现有设计步骤中增加一个设计检验阶段，在此阶段运用运行速度概念对初始设计进行检验和调整，使其满足安全行车的要求。
3.2 设计流程 3.2.1 初步设计
依据前期的可行性研究确定的公路等级，依照表1选取一个设计速度V0，运用设计速度法进行路线的初步设计，绘制出线形和纵坡的草图。
表1 各级公路设计速度
公路等级 高速公路 120 一级公路 100 80 60 二级公路 80 60 三级公路 40 30 四级公路 20 设计速度 100 80 3.2.2 划分分析路段
根据曲线半径和纵坡坡度的大小将整条路线划分为直线段、纵坡段、平曲线段和弯坡组合段等若干分析单元。其中纵坡坡度小于3%的直线段和半径 1000m以上的大半径曲线自成一段；其余小半径曲线段、纵坡坡度大于等于3%、坡长300m以上的纵坡路段以及弯坡组合路段, 作为独立单元分别进行运行速度测算；当直线段位于两小半径曲线段之间，且长度小于临界值200m时，则该直线视为短直线，车辆在此路段上的运行速度保持不变。分析路段的划分如图1所示。
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基于运行速度的路线设计方法研究 图1 分析路段划分示意图
3.2.3 运行速度V85的预测
任选一个行车方向进行运行速度测算。主要是根据所划分的路段类型，按直线段、平曲线段和长大纵坡路段等各自的运行速度预测模型进行。对改建公路可以采用现场实测法，也可以采用运行速度预测模型对路段运行速度V85进行测算。对于新建公路只能采用运行速度的预测模型进行测算。具体的测算方法在我国的《公路项目安全性评价指南》( JTG/T B 05——2004)附录(B)中推荐了两种运行速度测算方法：①我国交通部公路科研所“公路运行速度研究”课题的成果；②澳大利亚运行速度计算方法。建议采用第一种方法，因为得出这一成果的观测数据来源于对我国车辆运行速度的观测，所以该方法会更符合我国的实际情况。
3.2.4 线形的连续性检验
检验相邻路段的运行速度V85之差，即△V85。两相邻均匀路段之间的运行速度差应控制在10km/h以内；不符合要求的线形设计应进行调整或设置一过渡段。
3.2.5 设计速度的一致性检验
当路段推算的运行速度V85小于该路段原定的设计速度（计算行车速度）时，原设计车速不需调整；若路段运行速度V85大于该路段原定的设计速度，但小于设计速度Vd+20km/h时，设计速度保留，但路面超高、停车视距的计算应采用Vd+10km/h作为设计
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车速；当路段运行速度V85大于该路段原定的设计速度Vd+20km/h时，则需提高原定的设计速度或调整路线设计要素，以减少该路段的运行速度V85。
3.2.6 修正结果，绘制平、纵面图 根据各路段调整的设计速度，重新绘制全线的平、纵面图。
3.2.7 绘制双向运行速度图
根据修正后的设计线形，再次推算路线运行速度变化过程，以运行速度V85为纵坐标，路线长度为横坐标，绘制公路沿线运行速度变化曲线，即沿线“运行速度图”。
3.2.8 完成设计
根据设计半径和“运行速度图”，确定平曲线超高、视距、平曲线加宽等设计要素，最终完成路线线形设计。（见图2）
4 基于运行速度的路线评价方法及评价标准 4.1 国外运用运行速度评价线形的方法 4.1.1 美国方法（Leisch方法）
根据路线平面及纵面路况估计小客车及大货车的可能平均速度，将其绘制成车速变化图，根据其判断准则确定线形上的速度是否达到设计一致性。他的研究结果建议使用“10mph(1mph=1.6km/h)准则”
4.1.2 瑞士方法
瑞士道路设计中所定义的设计速度根据每条道路类型的不同而各异。由模型所得的项目设计速度一旦超过常规设计速度，则以项目设计速度作为实验速度用以评价道路的视距以及超高率是否适合。
两个连续的平面曲线上(或者是曲线与直线间)项目设计速度的变化量通常不允许超过12mph(约20 km/h )，但是对于更小设计速度(小于45mph )的道路建议项目设计速度变化量的临界值为6mph（约10 km/h）。
4.1.3 德国方法
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图2 运行速度设计方法流程图
基于运行速度的设计方法研究
