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1、公路几何设计细则附录272附录四 公路路线运行速度设计方法1 公路设计方法1.1 基于计算行车速度的设计方法现行的公路路线设计方法是基于计算行车速度，即设计车速的。设计时，当公路功能、等级确定后，在满足汽车运动学和力学要求的前提下，是以一个恒定的设计速度作为基础控制参数，然后对照相应的技术标准确定出设计路段几何线形的指标采用值。现行的方法容易理解和掌握，但设计速度仅控制了最低指标，在具体设计中设计者在指标采用时随意性较大，经常出现机械套用规范指标和参数的现象，却忽略了路线前后线形的均衡和与驾驶行为的一致性等问题，导致汽车在公路上实际的行驶速度与设计速度出现明显不一致性；而且，恒定的设计速度与动
2、态变化的实际驾驶特征也存在许多偏差，甚至不符的情况。国内外大量研究和统计表明，这些在速度方面出现的问题是发生交通事故的主要诱因之一，成为公路交通安全潜在的隐患。1.2 基于运行速度的设计方法基于运行速度的设计方法是对现行设计方法的发展和完善。这是由于运行速度能够体现汽车行驶对道路的动力学要求外，更加直接地反应出不同公路线形对驾驶员驾驶行为和心生理特征的干扰，以及路侧环境、大型公路工点对速度的影响。通过测算设计路段上的运行速度，评价和分析路段上速度分布的连续性和协调性，达到动态检验与评价设计路线的各项技术指标的目的，其结果是力求保证设计线形、公路行驶环境的连续和协调。该方法为公路设计中路线方案的
3、优化与调整、具体技术参数的选取、完善交通设施设计等提供依据和合理地处治措施，避免驾驶特性与公路特征不匹配的现象，增强了公路后期行车的安全性；在设计中注重体现 “以人为本” 、服务于公路使用者的思想，突出强调路线安全设计这一理念。2 运行速度预测、分析与评价2.1 运行速度定义、特点和意义运行速度是指在特定路段上，在干净、潮湿条件下，85%的驾驶员行车不会超过的行驶速度，简称 V85。运行速度 V85是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，最终得到第 85 位的速度值，并回归出运行速度相应的测算模型。运行速度反映驾驶员心理、视觉和驾驶行为的实时变化，并综合汽车
4、性能特征和所处公路几何设计细则附录273线形几何设计等因素，动态地、实时检测和效验公路特征指标与驾驶行为的协调性和一致性，有效更正公路设计中设计速度带来的驾驶特性与公路特征不匹配的状况，该方法科学合理、大大增强了设计路线的行车安全性。同时，以车辆的运行速度作为线形设计基础检测指标，将有效地保证路线相邻线形的连续均衡、避免出现速度突变点。实现行驶速度与所有相关设计要素的合理搭配，从而消除安全隐患。2.2 我国运行速度和设计方法的研究与发展现状在欧美等国家已广泛应用基于运行速度的公路设计方法。我国自 2000 年开始立专题开展适合我国交通运行特征和行驶特性的运行速度测算方法和设计标准的研究工作，并
5、取得阶段性的研究成果。已经初步建立符合我国高速公路和双车道公路运行速度的应用模型，在 2004 年交通部颁布的公路项目安全性评价指南 （简称指南 ）中提供了适用高速公路标准的具体计算和评价分析方法。近年来，基于运行速度研究高速公路新的设计方法和设计流程的工作已通过多条典型高速公路的试设计、评价过程得以实施、总结和完善，逐渐形成适合我国高速公路设计的新方法。目前适用于长大隧道内、互通式立交区间的运行速度应用模型、一级公路的运行速度应用模型和评价标准等尚在进一步的研究和总结中。2.3 高速公路运行速度预测和分析方法我国高速公路运行速度模型和评价标准的研究是以不同地形类别、不同设计速度、具有典型代表
6、性的多条高速公路和全封闭的一级公路的工程项目的车流数据为基础，通过对实际速度的观测数据统计分析建立起来的，适应于我国驾驶员行驶特征和高速公路路况特点。运行速度应用模型主要涉及到公路类型、平面线形、纵坡坡度与坡长、行车道宽度与侧向净空、车辆动力性能等影响因素，在自由流状况下车辆的运行速度测算问题。对于交通量与交通组成、路面状况、交通管理及环境气候等因素进行了必要的忽略和理想化修正。我国高速公路运行速度测算方法有以下两种： 方法一：以 2000 年交通部标准规范研究课题高速公路运行速度设计方法与标准的研究成果为标准，提出了全面的速度应用模型和评价方法。 方法二：参照国外的速度统计资料，通过数据统计
7、图表，查找出不同设计半径对公路几何设计细则附录274应的运行速度，再对纵坡段进行修正后得到测算速度。该方法仅适用于小客车车型，只能通过图表粗略查出速度范围，在使用上具有一定的局限性。上述“方法一”中的运行速度测算模型及评价标准虽已纳入指南中应用，但在具体测算和安全性评价时仍需要参考高速公路运行速度设计方法与标准中相关的内容对工作进行必要的补充和标定。采用“方法一”进行速度测算时，要根据小客车和大货车两种车型，将路线按直线段、平曲线段，纵坡段和弯坡组合段等划分成特征路线单元，采用不同的运行速度模型测算出所有单元各特征结点的运行速度 V85。2.3.1 车型选择以往设计中注重交通量和通行能力指标，
8、设计代表车型基本换算成小客车来设计，在运行速度设计方法中应对车型组成和车型比例认真分析，区别对待。采用不同车型，分析结果主要影响以下方面： 纵面设计时极限坡度坡长、长大纵坡的设置； 横断面设计时不同车道超高的设置、紧急避险车道和爬坡车道的设置； 停车视距的检验、安全设施的布置等。在分别对小客车，大货车两种车型进行运行速度测算时，一般交通组成的公路，其测算速度分析的代表车型为小客车；但当有长大纵坡路段的判别，紧急避险车道、爬坡车道等特殊交通安全设施设置时，应以大货车的运行速度变化为依据；当交通量组成中大型客货车的比例达到 30%时，应以大货车为代表车型重点评价一些技术指标（如视距、超高等） 。2
9、.3.2 划分测算分析路段路段划分应分别针对两种车型进行，分段原则如下： 小客车：路线平曲线半径大于 1000m、坡度小于 3时，为平直段路线平曲线半径大于 1000m、坡度大于等于 3时，为纵坡段路线平曲线半径小于等于 1000m、坡度小于 2时，为平曲线段路线平曲线半径小于等于 1000m、坡度大于等于 2时，为弯坡段 大货车：与上述小客车相似，根据平曲线半径 1000m 和坡度 2作为临界点，将测 算路线分为平直段、平曲线段、纵坡段、弯坡段。对于分段后的直线段，当长度小于 200m，视为短直线段，该段运行速度保持不变。其公路几何设计细则附录275余纵坡段、平曲线段、弯坡段测算时没有长度的
10、限制。当平曲线半径大于 1000m 时，可认为行驶车辆对所处曲线的影响已可以忽略，仅考虑纵坡对速度的影响。而小客车在坡度为23的路段上，汽车动力性能基本没有损失，表现出速度的增加，应视为平直路段；大货车在坡度为 23的路段上，汽车动力性能已逐渐损失，表现出速度的减小，应视为纵坡路段。具体可参见下表 1 进行路段划分。表 1 小客车分段技术临界值车 型平面纵断面半径 m0半径 10注意的问题坡度 %3直线段 Ve) ( V0=Ve)20svassv2)平曲线路段：车辆驶入曲线后至曲中路段都有不同程度的减速，减速幅度通常是半径越小减幅越大，驶出平曲线时，其可能小幅加速，也可能进一步减速或匀速，其具
11、体情况与前方连接的线形有关。曲线中点和曲线出口速度应采用平曲线速度预测模型计算。表 4平曲线上速度预测模型曲线连接形式 平 曲 线 速 度 预 测 模 型入口直线-曲线nowinmidle RVVCar l729.5834.021.:961()il iTuck入口曲线-曲曲线backr nowinmidle _l.l.7.: noiil RVVck293042出口曲线-直线:1.96.8out midleCariltTck75出口曲线-曲线:.20.32.06ln5.203ln_out midleowrVVRfrot)(9198ckilt注：表中 V-middle：曲中点的运行速度；V-out
12、 ：驶出曲线的运行速度；R-front：曲线前方的曲线的半径；-now：当前曲线半径；R-back ：曲线后方的曲线半径；3)纵坡路段： 可采用“特殊纵坡下各车型运行速度修正值” （简称“拟合修正法” ）和公路几何设计细则附录277“功率重量比计算法” （简称“理论公式法” ）计算坡顶，坡底点的速度。 拟合修正法在纵坡路段，车辆基本表现为上坡减速、下坡加速的情况。利用表 5、图 1 对小客车和大型货车驶入纵坡段时的运行速度 V85进行增加或折减。该测算方法属粗略计算，但简单易行，为纵坡段速度推荐测算方法。表 5 纵坡路段各车型的运行速度修正 速度调整值(km/h)纵坡坡度小客车 大型货车坡度
13、4%， 降低 5km/h/1000上坡坡度4% 降低 8km/h/1000m按图 1 速度折减量与坡长关系曲线进行调整坡度 4%， 增加 10km/h/500m至期望运行速度下坡坡度4%增加 20km/h/500m至期望运行速度增加 10km/h/500m增加 15km/h/1000m增加至期望运行速度01234567891001020304050607080901010120130坡 长 (m)纵坡(%) 5km/h1015202530图 1 速度折减量与坡长关系曲线图 理论公式法对于坡长在 4001000m 之间、坡度在 25之间的反复上、下坡路段，这种测算方法比较“拟合修正法”则更为敏感
14、和准确，符合实际情况。测算模型的原理：是通过研究纵坡上的运行车速、车辆的动力性能与坡度和坡长的关系，建立功率重量比 P 与运行速公路几何设计细则附录278度(坡顶速度 V2、坡底速度 V1)，坡长 s，坡度 i 的函数关系，来描述运行速度随坡度坡长而变化的特性和规律，如下式： 2122113/00VKFVVgfi PgsG 其中， 各车型坡底的行车速度，m/s；1各车型坡顶的运行速度，m/s；2V坡长，m；s、 车辆的风阻系数和惯性阻力系数，小客车 K=0.0025，大型货车 K=0.0035；KF小客车 ,大型货车 ； =0.01；2.0 26. mF、 摩擦阻力、纵坡坡度；fi重力加速度，
15、取 ；g29.8/s车辆空载质量加实际载重，Kg。小客车取 ，大型车取 ；G150Gkg150Gkg车辆的功率重量比，w/kg；P在纵坡模型预测中，P 值的选用可参照表 6 公式计算，表中提供的功率重量比 P 是标准车辆载重的参数值，对于超载严重的路况宜注意其影响。表 6 车辆的功率重量比 P 值参数表 小客车 大型货车20.163*.18.23%,)(,6Piii1.579*0.24.876%,)(,6ivi4)弯坡组合路段：车辆进入曲线后到曲中前都有不同程度的减速，减速幅度与曲线半径和坡度有关，通常是半径越小减幅越大，坡度越陡减速越大，两者的作用比例随机性变化比较大。弯坡组合段时速度测算时，将平曲线从曲线中点分开，分别将两端曲线对应的纵坡加权平均值作为对应分段纵坡。弯坡组合中心点，出口点的速度应采用“弯坡组合线形下的运行速度预测模型”计算，按表 7 推算小客车和大货车在组合线形中点的运行速度，该模公路几何设计细则附录279型是线形与速度关系统计分析的结果，测算精度较高。表 7 弯坡组合线形下的运行速度预测模型 曲线连接形式 弯 坡 组 合 运 行 速 度 预 测 模 型入口直曲:31.690.5471.ln0.176_midleinowCarVVRIno)829l(il iTuckI入口曲曲:
