1 交通部 2000 年度公路建设标准规范计划项目 高速公路运行速度设计方法与标准高速公路运行速度设计方法与标准 研究总报告研究总报告 主编单位：主编单位：XXXXXX 公路科学研究所公路科学研究所 参编单位：参编单位：XXXXXX 公路勘察设计研究院公路勘察设计研究院 2 目目 录录 1. 概 述1 1.1 立项背景1 1.2 研究内容与思路3 1.3 研究成果5 2.国内外研究现状6 2.1 国外研究现状概述6 2.2 国内应用情况概述10 3.数据采集方案设计.12 3.1 试验目的12 3.2 调查的内容12 3.3 调查的地点13 3.4 代表车型13 3.5 观测设备14 3.6 试验观测方案15 3.7 调查的样本量16 4.主要结论.17 4.1 启动/停止/稳定运行速度特征及模型 .17 4.2 行车道宽度对运行速度的影响模型19 4.3 纵坡坡度与运行速度的关系模型21 4.4 车辆在平曲线上运行速度特性及速度模型23 4.5 弯坡组合运行速度特征及模型28 4.6 绘制运行速度图32 4.7 路线设计的评价指标与评价标准34 4.8 干燥与潮湿路面上运行速度的差异38 5 “运行速度设计方法与标准”条文规定.40 6. 下一步工作建议46 1 1. 概概 述述 1.1 立项背景立项背景 速度是公路设计时确定其几何线形的最关键参数。
我国从五十年代起引入 了设计车速即计算行车速度的概念作为路线设计的基础指标，根据当时车辆 动力性能和地形条件，确定了不同等级公路的计算行车速度指标：各级公路按 地形条件的差别，从 20km/h 到 120km/h设计速度一经选定，公路的所有相关 要素视距、超高、纵坡、竖曲线半径等指标必须与其配合以获得均衡设计目 前，基于计算行车速度的路线设计方法已被所有规划设计人员所了解掌握用 此标准设计的公路（即用计算行车速度作为设计车速进行平纵线形设计），意 味着中等水平驾驶员，在干燥平整的路面和良好的能见度下，受限制路段（弯 道）所能提供的最大安全车速 但是经过几年来的设计实践，设计与管理人员发现这种设计方法本身存在 一定缺陷因为计算行车速度对一特定路段而言是一固定值，这一值作为基础 参数，用于规定一个路段的最低设计标准但在实际的驾驶行为中，没有一个 驾驶员自始至终地去恪守这一固定车速现有路段观测结果表明，计算行车速 度的设计方法不能保证线形标准的一致性实际的行驶速度总是随道路线形、 车辆动力性能与驾驶员特性等各种条件的改变而变化只要条件允许，驾驶者 总是倾向于采用较高的速度行驶因此，单相独立的指标符合规范要求的公路 几何线形，不能有效地保证汽车行驶的安全性。
汽车在指标较高的路段上以远 大于计算行车速度的速度行驶，当遇到较小的指标的曲线时 ，驾驶者未必能够 意识到行驶速度过高或当感觉速度过高时已来不及减速或减速不够时，其结果 便可能会发生交通事故所以依照现行《公路路线设计规范》确定的公路线形， 往往在承载实际的驾驶行为时产生出功能偏差，一些不“违规”的设计，如长 直线尽头或长大下坡端部紧接小半径曲线，车辆的实际运行速度要远高于设计 采用的计算行车速度，产生了高车速与低线形的矛盾尤其是在某些施工条件 困难的路段，由于“标准”将设计车速与路基宽度指标对应起来，设计人员为 减小路基宽度，不得不采用 60km/h 的计算行车速度通常当车辆驶过这些控制 路段时，要求驾驶员提高注意力，行车只允许采用设计时速才能保证安全但 2 由于相邻路段的线形指标较高，司机不需要限制车速这样，没有经验的或不 细心观察的驾驶员，驶过前面的道路时，由于没有考虑到后面控制路段几何线 形的特点，而加快了行车速度，使速度大大超过后面弯道的设计速度这样一 旦遇到必须迅速减速和道路环境复杂、判断增多的时候，就会造成交通事故； 同样对于长时间驾驶而导致疲劳的驾驶员，由于其反应较慢也会发生类似的情 况。
这种偏重工程经济、忽视运营成本和驾驶员心理感受的设计方法，存在着 较严重的行车安全隐患 国内高速公路的某处道路线形是 600 米长直线末端接半径为 125 米的平曲 线，坡度为 1％据连续三年交通事故资料统计，此处发生事故占平曲线上事 故数的 21％，虽然在曲线前设置了 60km/h 的限速标志，但事故仍屡有发生 观测表明：弯道前的车辆实际行驶速度达到 96km/h，远远超出了该曲线 60km/h 的计算行车速度标准因此，从为用路者安全考虑的角度，在进行公路 路线设计时，不能简单地以计算行车速度来控制道路线形指标，因为车辆是连 续行驶的，需要以动态的观点来考虑车辆进入曲线时的运行速度，所选择的设 计车速度要与车辆运行速度相适应，从而提高道路的安全性 针对计算行车速度方法存在的主要问题，德、法等欧洲国家和美国、澳大 利亚等国外发达国家广泛运用了以运行速度概念为基础的路线设计方法运行 速度是在特定路段上，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考虑了公路上绝大多数驾驶员的交通心 理需求，以车辆的实际运行速度作为线形设计速度，从而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的合理搭配， 以获得连续、一致的均衡设计。
运行车速的引入，可以有效解决路线设计指标与实际行驶速度所要求的线 形指标脱节的问题但由于国内外的交通条件和驾驶员行为差别明显，欲采纳 这种设计方法，先决条件是对我国的运行速度要有深入的调查，确定适合国情 的设计参数值反之，运行速度设计法就不能可靠地在我国应用 为此，交通部公路司在 2000 年度标准规范项目中立专题开展《高速公路运 行速度设计方法和标准》专项研究，以期在观测数据的基础上，建立适合我国 3 驾驶员特征和山区高速公路特点的平、纵线形指标速度预测模型；确定基于运 行速度 V85的路线设计方法和设计流程，以确保公路几何线形设计能够满足车 辆实际行驶速度的要求，同时解决各设计要素之间的相容性问题，改善路线设 计质量，提高公路路线设计的安全性与协调性 1.2 研究内容研究内容与思路与思路 公路路线设计的发展趋势，将从基于车辆动力学分析的旧有模式，向考虑 人、车、路系统因素，尤其是注重人的特性与驾驶行为的方向发展运行速度 设计方法正是适应了这一趋势，以车辆的实际行驶速度作为路线几何要素的 “设计速度”因此，研究需要解决两个关键问题：一是建立设计模式，提出 具体的设计原则和设计流程；二是建立路段的运行速度预测模型，用以在路线 设计阶段或线形优化阶段推算各路段的运行速度。
而研究驾驶员在各种线形指 标和平、纵线形组合下的实际行驶速度，是运行速度设计方法能否推广实施的 关键 众所周知：车辆的行驶速度受到公路类型，道路的平面线形、纵坡坡度与 坡长、行车道宽度与侧向净空，车辆动力性能、交通量与交通组成、路面状况 与交通管理控制措施，环境气候因素，出行距离与驾驶员行为特征等诸多参数 的影响如交通量的大小就反映了道路上其它车辆对驾驶员选择行驶速度的干 扰程度高低因此，应用于公路路线设计的运行速度应剔除交通量、路面状况 和气候环境等非线形指标的影响因素，集中考虑驾驶员在自由行驶条件下，由 公路线形指标控制的实际行驶速度 由于不同的驾驶员在行车过程中可能采用不同的行驶速度，其分布规律呈 正态分布从经济性出发，通常选用在速度累计分布曲线上第 85 位百分点的车 辆行驶速度作为运行速度 V85，这样采用绝大部分驾驶员都能遵守的运行速度 V85作为设计车速进行公路路线的设计与检验，更多地考虑了人、车、路的关系， 使设计与实际相贴近，并从根本解决由计算行车速度带来的线形标准不一致、 线形几何要素之间不相容、设计车速与实际运行速度的差距大等问题，保证交 通流中大部分汽车的运行安全。
4 从定义看，用于路线设计的运行速度与交通分析中采用的行驶速度都是在 良好的气候与实际道路条件下的运行速度，但二者有本质的区别首先，前者 是自由行驶条件下，由公路线形指标控制的 85%位行驶速度，用于公路路线平、 纵指标的设计；而后者是受交通量控制的平均行驶速度，用于交通运行分析与 经济评价 综上所述，《高速公路运行速度设计方法和标准》的主要研究内容，包括 以下四方面： （一）基于运行速度的公路路线设计方法研究（一）基于运行速度的公路路线设计方法研究 1）运行速度的设计方法：公路路线运行速度设计方法是以车辆的实际运行速度 V85为设计车速进行路线平纵几何设计或验证的方法通过调查和分析国、 内外关于公路路线设计方法与现状，提出适合我国国情的公路路线设计方法； 2）公路路线设计路段划分与设计控制原则：确定路段划分的标准，建立路线设 计控制原则，明确控制指标； 3） 基于运行速度的路线设计流程图：在实际应用之前，首先需要建立具有可 操作性的设计模式，提出具体的设计和验证原则及设计流程； （二）高速公路运行速度预测模型研究与参数标定（二）高速公路运行速度预测模型研究与参数标定 1） 构造直线段与缓和曲线上的加、减速过程模型，确定稳态运行速度。
2） 构造各种曲线半径下速度预测模型 3） 构造各种路面宽度、路肩宽度下的速度分布模型 4） 构造各种纵坡下的运行速度和稳态速度模型 5） 弯坡组合下的运行速度模型 ( (三三) ) 自由流状态下，分车型的运行速度采集、观测方法自由流状态下，分车型的运行速度采集、观测方法 1）观测、试验方案设计 2）影响因素与样本量的选取 5 ( (四四) ) ““公路运行速度设计标准公路运行速度设计标准””条文规定与编写说明条文规定与编写说明 1）一般规定 2）运行速度设计流程 3）试设计 1.3 研究成果研究成果 项目历时 30 个月，投入了大量的人力、物力，取得了大量的研究成果建 立了高速公路典型车型在自由流状态下车辆启动、停止、和直线上稳定运行的 速度预测模型；不同行车道宽度下的速度预测模型；平曲线半径、纵坡坡度对 运行速度的影响规律，以及弯坡组合线形的运行速度特征；经过实测数据的对 比验证，相对误差在 10%左右 由于研究内容丰富、报告篇幅较多，因此，按研究内容将横断面速度预测 模型、直线段的加、减速过程和稳态速度模型、平曲线半径速度预测模型、纵 坡坡度与运行速度的关系、以及弯坡组合线形的运行速度模型列入专项分报告 中，就各自内容的调研方法、分析过程和研究结论等作了详细的阐述，因此， 本报告只对研究的主要内容和成果做结论性叙述。
此外在速度预测模型的基础上，提出了“高速公路运行速度设计方法和设 计流程；作为《公路路线设计规范》中的独立一章，按规范编写要求完成了 “公路运行速度设计标准条文”和条文编写说明，为在国内推广基于运行速度 的路线设计方法奠定了理论基础和实施操作指南 6 2.国内外研究现状国内外研究现状 2.1 国外研究现状国外研究现状概述概述 国外尤其是欧美发达国家关于公路路线设计理论，已从根据汽车行驶对道 路的动力学要求开始，逐渐考虑了驾驶员的驾驶行为和生理心理特征，提倡人 性化的设计即以服务于用路者为目标，要求道路能够为其使用者提供舒适、 安全、快捷的交通服务这种以人为本的设计思想，不仅考虑汽车行驶要求， 还要考虑路用者的交通要求，即驾驶员的心理—生理反应，综合人、车的要求， 采用用动态的观点设计路线的各个元素，并力求指标协调按此原则设计的公 路路线，可以满足驾驶员在行车过程中产生的期望心理要求，即能预知前进方 向的道路条件、交通条件，还可满足视觉连续、车速连续和交通安全 2.1.1 联邦德国的设计方法联邦德国的设计方法 联邦德国的公路路线设计方法也经历了一个发展过程早期（1937 年规范） 是采用平均行驶速度作为其设计车速，因此有很大比例的驾驶员车速超过平均 行驶速度。
这里既有个别行车速度比车流主要组成部分的驾驶员开得快的驾驶 员，也包含一些经验不足或甘愿冒险以过高车速行驶的驾驶员当这种设计出 现一定的安全问题后，1943 年的“路线。