高紅偉

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100032）

0 引言

高速公路作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，在促進經(jīng)濟發(fā)展、改善人民生活品質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用。而高速公路的線路設(shè)計和運行速度是影響其安全性和通行效能的關(guān)鍵因素之一，因此，對高速公路線路設(shè)計與運行速度進行科學合理的研究和探索，對于提升道路交通的安全性、效率和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 高速公路線路設(shè)計運行速度考慮要素分析

高速公路線路設(shè)計中的運行速度是一個重要的設(shè)計指標，直接影響著高速公路的交通流暢性、安全性和經(jīng)濟效益。在設(shè)計時需要考慮下面幾個要素：

第一，設(shè)計車速。設(shè)計車速是指在高速公路設(shè)計中考慮的理論最高速度，它根據(jù)道路的幾何標準、交通流量和車輛類型等因素確定，以保證車輛在高速公路上平穩(wěn)、安全地行駛，設(shè)計車速是制訂其他設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)，如曲線半徑、坡度、超車道長度等。

第二，交通流量。高速公路的運行速度受到交通流量的直接影響。當交通流量較大時，車輛之間的間隔會縮小，從而致使運行速度降低。因此，在設(shè)計過程中必須考慮高峰期和擁堵情況下的交通流量，并采取相應(yīng)措施來提高道路的通行能力。這包括合理的道路規(guī)劃和設(shè)計，以確保交通流暢，并采取交通管理策略來優(yōu)化交通流量。通過綜合考慮交通流量因素，高速公路設(shè)計可以最大程度地提高道路的通行效率，提供高質(zhì)量的交通服務(wù)。

第三，幾何標準。道路的幾何標準，包括曲線半徑、坡度和超高限制等因素，對車輛的行駛速度有著直接影響。合理的幾何標準設(shè)計能夠確保車輛在高速公路上保持穩(wěn)定的速度，并提供舒適的行車環(huán)境。通過精確控制曲線半徑和坡度，可以減少車輛在轉(zhuǎn)彎和上下坡時的速度變化和慣性影響，從而提高行駛的安全性和穩(wěn)定性。合適的超高限制能夠保證車輛在高速公路上無障礙行駛，避免超高障礙物對行車速度和安全的影響[1]。

第四，路面狀況和維護。良好的路面狀況對運行速度至關(guān)重要。平整、光滑的路面能夠有效減少車輛與路面之間的摩擦阻力，降低能量損失，從而提高車輛的行駛速度。

此外，平整的路面還能降低車輛的顛簸和震動，提供更舒適的行車體驗。為了保持路面的良好狀況，需要定期進行路面維護和修復(fù)工作，以防止路面的凹凸不平、裂縫和坑洼等問題對行車速度和舒適性造成影響。通過保持良好的路面狀態(tài)，可以提高車輛的行駛效率和運行速度，提供更安全、平穩(wěn)和舒適的行車環(huán)境。

2 運行速度設(shè)計程序

2.1 設(shè)計方法

在高速公路路線設(shè)計環(huán)節(jié)，通過運行速度的設(shè)計方式，主要是根據(jù)運行速度作為基礎(chǔ)進行高速公路線形的設(shè)計，其基本設(shè)計思路如下：結(jié)合前期的可行性研究，確定高速公路項目行車速度標準，然后按照行車速度進行公路線形的初步設(shè)計，以此作為基礎(chǔ)，考慮到現(xiàn)場的幾何要素進行不同路段的劃分。利用運行速度預(yù)測模型，推算確定各個路段的運行速度，保證各個線形達到連續(xù)速度一致的效果，提高線路線形設(shè)計質(zhì)量水平。

同時，根據(jù)現(xiàn)場施工需要做出合理的改進和調(diào)整，確保線路平縱線形和運行速度相互匹配，進而達到高速公路運行安全性、通暢性的標準，避免引發(fā)嚴重的安全事故，保證交通正常的通行。

2.2 設(shè)計步驟

2.2.1 初始設(shè)計

前期調(diào)研和設(shè)計是高速公路線路設(shè)計的基礎(chǔ)工作，其中包括加強可行性研究，以確定最佳的公路行車速度標準。

通過對道路幾何特征、交通流量和車輛類型等因素的綜合分析，可以利用行車速度計算的方法進行公路線形的初始設(shè)計。在這個過程中，還可以繪制平面圖和縱斷面圖，以便更好地理解和展示設(shè)計方案。通過前期的研究和設(shè)計，可以為后續(xù)的詳細設(shè)計和施工提供有力的技術(shù)支持[2]。

2.2.2 劃分分析路段

按照目前的曲線半徑和縱坡坡度的大小，對整條線路進行全面劃分，將其組合為直線段、縱坡段、平曲線段等部分，然后按照不同部分使用要求進行合理的設(shè)計，進而提高公路線形的設(shè)計水平，完全能夠滿足當前高速公路通行需要。對于縱坡坡度在3%以內(nèi)的直線段以及半徑超過1000m 的大半徑曲線設(shè)計成為一個整體，其他的半徑較小的曲線段、縱坡坡度超過3%、坡長大于300m 的縱坡路段組合形式，按照獨立單元進行運行速度的測算，然后確定高速公路的線形。

2.2.3 運行速度V85 預(yù)測

在高速公路的線路線形設(shè)計中，考慮到運行速度的差異是非常重要的。目前，使用V85 預(yù)測的方法是一種常見方式，通過建立速度模型來準確測定運行的速度，為高速公路線形的確定提供基礎(chǔ)條件。根據(jù)我國國家標準要求，公路設(shè)計單位需要考慮公路線形的實際需求，對整個項目進行安全性評價，進而確定適當?shù)倪\行速度，以滿足高速公路的標準要求。通過合理設(shè)計和準確預(yù)測運行速度，可以確保高速公路的安全性、效率性和可靠性，提供優(yōu)質(zhì)的出行體驗和道路服務(wù)。

2.2.4 線形的連續(xù)性檢驗

相鄰路段在設(shè)計環(huán)節(jié)，兩段路線在投入使用之后，均勻的勻速速度差值控制在10km/h 以內(nèi)，如果線形不符合要求，需要及時作出改進和調(diào)整，并且布置過渡段結(jié)構(gòu)，以免給道路的運行產(chǎn)生不利影響。

2.2.5 繪制平、縱面圖

按照目前各個路段的設(shè)計速度要求，繪制出平、縱面圖。

2.2.6 完成設(shè)計

按照設(shè)計半徑與運行速度圖，加強平曲線超高、視距、寬度的控制，最終形成合格的線路線形設(shè)計方案。

3 高速公路線路設(shè)計中運行速度的使用

3.1 制訂具體的線路運行速度設(shè)計方法

對于高速公路線路設(shè)計的科學性、合理性進行判定，首先要分析確定計算運行速度，這是目前主要的方法，對于提高設(shè)計水平有著積極的作用和價值。當前我國的公路運行速度、設(shè)計方案以及標準頒布發(fā)行超過十年的時間，已經(jīng)形成完善的評價工作體系，所以設(shè)計人員參照運行速度展開高速公路線形的設(shè)計，讓各項工作順利進行，提高線形設(shè)計水平，能夠滿足高速公路運行的需要。通常來說，在高速公路線路運行速度確定的環(huán)節(jié)，通過實測或者利用模型計算的方法進行確定。在進行線路線形設(shè)計的環(huán)節(jié)，利用計算模型的方式合理測算，使運行速度完全貼合高速公路運行的需要，為線路線形設(shè)計水平的提高奠定基礎(chǔ)。

目前，我國高速公路線路設(shè)計計算的過程中，嚴格執(zhí)行國家標準和技術(shù)要求，也要參考國外公路企業(yè)設(shè)定的運算方式來選擇確定，進而提高設(shè)計的總體水平。在運行速度確定環(huán)節(jié)，加強運行速度的測算和分析，使公路路線分段研究和控制綜合分析曲線半徑、縱坡坡度等相關(guān)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多種線形的合理分配和使用，進而使各個段落的起止點都能夠進行準確的速度測算，使各項數(shù)據(jù)達到準確性的標準。根據(jù)上述標準要求，準確地檢測路線設(shè)計水平，使整個設(shè)計方案達到科學性、合理性。根據(jù)實際情況進行設(shè)計速度的改進和調(diào)整，時刻保持在合理的范圍內(nèi)，進而提高運行的安全性、穩(wěn)定性，完全能夠滿足高速公路運行的需要[3]。

3.2 運行速度對設(shè)計速度的合理性驗算

在高速公路項目線形設(shè)計的環(huán)節(jié)，確定運行速度之后，還要根據(jù)運行速度實現(xiàn)設(shè)計速度的驗算和分析。具體按照如下標準進行：通過運行速度和設(shè)計要素之間的差異作出合理評價，如果運營速度和設(shè)計速度之間的差異為10～20km/h，說明設(shè)計速度之前有較大差距，應(yīng)再次進行設(shè)計，使之達到運行的效果和要求。從上述差值驗算方面進行分析，考慮到公路路線、設(shè)計環(huán)節(jié)運行速度、設(shè)計要素的改進，作出合理調(diào)整，以達到設(shè)計的標準要求。根據(jù)上述的標準規(guī)定，作出設(shè)計速度的改進和調(diào)整，滿足當前系統(tǒng)運行的需要，符合運行安全穩(wěn)定的標準，對于整體運行質(zhì)量水平的提升產(chǎn)生積極的意義。

3.3 運行速度的獲取方法

三種方法獲取運行速度：

一是定義法。運行速度在設(shè)計過程中，以行駛速度累計分布曲線的85%分位值的速度為主，按照該定義在所測量的線路關(guān)鍵點位上設(shè)置錄像設(shè)施或者雷達測速儀器，分析該數(shù)據(jù)之后，可以得出路線行駛速度分布曲線，進而可以得出85%分位值的速度，這就是運行速度。

二是根據(jù)車輛運行速度模型法進行分析。該方法是通過計算機模型模擬出車輛運行的狀態(tài)，然后通過車輛系統(tǒng)動力學、運動學、汽車安全行駛等情況，確定車輛速度的預(yù)測模型，進而使各項速度達到準確真實的效果。

三是實時數(shù)據(jù)回歸模型法。根據(jù)當前運行速度的實際情況，分析公路線形和周邊環(huán)境之間的影響，還要分析駕駛員的駕駛習慣和影響因素，發(fā)現(xiàn)公路線路對于運行速度產(chǎn)生的影響最為明顯。在運行速度回歸模型模擬中，只需要考慮公路線形的影響，首先分析車輛運行速度導(dǎo)致的線路設(shè)計參數(shù)改變，從而建立線路關(guān)鍵點的運行速度和設(shè)計參數(shù)的影響方程，然后按照線路關(guān)鍵點位安裝測速設(shè)備，掌握車輛行駛的速度，最后通過數(shù)據(jù)展開回歸分析，進而實現(xiàn)運行速度回歸模型的建立和運行[4]。

3.4 基于運行速度的公路線形設(shè)計

按照當前運行速度預(yù)測的方法，以設(shè)計速度為主要線路設(shè)計的控制要素，在特殊路段上進行運行速度修正，從而保證該路段的線形設(shè)計滿足高速公路通行的需要，防止發(fā)生嚴重不適應(yīng)的情況。根據(jù)不同的路段方式和地形特點，以縱坡3%和曲線半徑600m 作為界線進行線路的劃分，然后對各個路段的運行速度合理預(yù)測。在運行速度預(yù)測環(huán)節(jié)，根據(jù)預(yù)定的車速、初始運行速度、預(yù)測特征點等方面展開深入的分析。為了使線形達到連續(xù)性的要求，合理地調(diào)整運行速度。根據(jù)正向和反向的方式逐一進行檢測，需要對出現(xiàn)的車輛不安全點、線形不理想點作出調(diào)整。不安全點運行速度突然變大，極易造成車輛行駛的過程中制動不及時。線形不理想點則主要指的是相鄰線形單元之間行駛速度之差超過10km/h，極易導(dǎo)致交通事故的發(fā)生，影響交通的安全性。在運行速度調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)，考慮到單元路段出入口的地形條件，通過提高和降低運行速度的方式，達到線路連續(xù)性的標準。

3.5 通過運行速度進行公路線形安全設(shè)計

高速公路運行安全性直接受到線形方面因素的影響，設(shè)計水平的高低反映出公路運行的安全性。在線形設(shè)計環(huán)節(jié)，結(jié)合運行速度來確定線形，從而提高運行的設(shè)計水平。公路線路線形影響因素比較多，這些因素之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，為了使線形設(shè)計達到要求，建設(shè)綜合評價體系尤為重要，對于車輛行駛安全性的各方面因素展開深入分析。綜合每個因素的影響建立模型，從而對交通安全影響因素展開對比，得出線形安全性設(shè)計要求，防止在高速公路投入使用之后發(fā)生嚴重的安全事故[5]。

3.6 平曲線半徑設(shè)計

在行駛到轉(zhuǎn)彎路段時，會受到離心力作用，離心力和行駛速度之間存在正相關(guān)的關(guān)系，與平曲線的半徑以反比的關(guān)系存在。當離心力和摩擦力、汽車重力分力受力平衡時，汽車可以安全轉(zhuǎn)彎。在輪胎和路面確定超高固定的情況之下，摩擦力和重力分力保持不變，使車輛行駛達到安全性的要求。結(jié)合當前行駛速度來確定曲線半徑，小型客車的運行速度應(yīng)超過設(shè)計速度的0～20km/h，根據(jù)設(shè)計速度的平曲線半徑做出汽車運行速度的調(diào)整，排除存在的安全隱患。因此，在平曲線設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)加強運行速度的檢驗。根據(jù)當前轉(zhuǎn)彎舒適度的差異，平曲線半徑又分為極限最小半徑和一般最小半徑兩種，減小平面曲線半徑，駕駛?cè)藛T轉(zhuǎn)彎過程中舒適度較高，卻容易發(fā)生安全事故。對于山區(qū)道路在設(shè)計的環(huán)節(jié)，運行速度和設(shè)計速度之間存在差異，則要加強極限最小半徑的控制，才能確保運行的安全性。

4 結(jié)語

高速公路線路設(shè)計與運行速度是一個綜合性的問題，需要在考慮道路地理、交通流量、車輛性能等多個方面進行綜合權(quán)衡和優(yōu)化。通過合理的線路設(shè)計，可以提高道路的通行能力和交通效率，減少交通事故的發(fā)生。合適的運行速度限制能夠提高交通流的穩(wěn)定性和道路運行的安全性。因此，在高速公路的規(guī)劃、建設(shè)和管理過程中，需要綜合考慮線路設(shè)計和運行速度，以實現(xiàn)高速公路的安全、高效運行，為人民群眾提供更加便捷、舒適的出行體驗。未來，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和社會需求的不斷增加，高速公路線路設(shè)計與運行速度的研究將繼續(xù)深入，為道路交通的可持續(xù)發(fā)展作出更大貢獻。