干线公路路线安全设计方法与评价体系探讨

朱盛彤

（江苏纬信工程咨询有限公司，江苏 南京210014）

公路归属于线状构造物的范畴，它的线形设计优劣，不但与造价密切相关，还关系到后续的交通安全性和舒适性。线形设计不合理，会增大交通安全事故的发生概率，车况相同的前提下，线形恶劣的路段事故发生的可能性要远远高于线形良好的路段[1]。为确保线形设计合理，可构建评价体系对设计方案加以评价。

1 工程概况

某公路是一条干线公路，具有可达性高的特点，为沿线地区提供方便、快捷的运输服务。该公路的交通流量相对较大，据调查统计结果显示，交通流量单日平均为2 万辆左右。

在城镇化进程加快的推动下，该公路的交通流量增速非常明显，每年平均增速为8.5%左右。因平交道口数量过多，加之混合交通比例相对较高，导致该公路的通行能力受到一定程度的影响，安全隐患进一步增多，出于安全方面的考虑，决定对该公路进行改建。

2 干线公路路线安全设计方法与评价体系

2.1 线形安全设计方法

2.1.1 平面设计

2.1.1.1 直线最大长度

干线公路直线最大长度取值，需要考虑的因素包括加速过程的时间、在期望速度下稳定行驶的时间、减速过程以及主观限速行驶等。其中最为重要的因素是主观限速行驶，即以主观意愿控制车辆以特定速度行驶的时间。为便于分析，设维持主观限速行驶的时间为10 s，结合其他因素，可得出干线公路直线最大长度的控制时间，具体如表1 所示。

表1 干线公路直线最大长度所需的控制时间

由表1 中得到的直线最大长度所需的控制时间为125 s 可知，干线公路景观良好的路段，直线最大长度（单位以m 计）可以设计为35V（V代表设计时速，单位是km/h）；而景观较差的地段，车辆处于驾驶员期望速度下稳定行驶的时间可以取30 s，最终得到的直线最大长度所需的控制时间为105 s，与之对应的直线最大长度为29V。

2.1.1.2 圆曲线半径

本工程为干线公路，在确定圆曲线半径时，可将一般最小圆曲线半径作为重点，具体取值如下。在圆曲线最小半径取值时，需要着重考虑2 个方面的因素：①车辆以接近或达到设计车速的状态下行驶时，车内的人员要有舒适感；②选取的半径不会导致后续施工建设中的工程量增加。基于此，最小半径的横向力系数i和横坡度u应按照表2 的规定取值。

表2 （续）

表2 干线公路一般最小半径i 和u 的取值

在具体设计时需要注意，当路线所在地的地势较为平坦且开阔时，路线的铺设夹角相对较大，此时若选取小的半径会与实际情况不符。

2.1.2 纵断面设计

纵坡坡度。干线公路纵坡坡度取值，需要考虑驾驶倾向、重载车辆、海拔高度等方面的因素。在理想状态下，干线公路的最大纵坡是指车辆油门开度达到最大时，保持等速行驶可以克服的坡度。而现实中很难达到理想状态，因此要选取一个相对较合理的车速。通过调查发现，当公路的行车时速设计的较高时，驾驶员习惯以高速档行驶，基于这一前提，可以获得最大纵坡下车辆在各个挡位的车速[2]。受到一些因素的影响和制约，想要实现理想最大纵坡的难度非常大，只能在降低车速的情况下，争取较大的纵坡，可将之称为不限长度的最大纵坡。经过计算，得出理想状态下最大纵坡及不限长度的最大纵坡值，如表3 所示。

表3 干线公路纵坡坡度参考取值

竖曲线半径。竖曲线的取值是干线公路纵断面线形设计的重要内容之一，竖曲线有2 种类型，即凹形和凸形。在公路行车过程中，驾驶员的视觉受竖曲线半径的影响较大，若是取值不当，则会导致驾驶员判断和操作失误，进而诱发安全事故。凸形竖曲线引发的交通安全事件多发生在双向会车时，因此可将满足会车视距要求作为设计参考值。凹形竖曲线必须符合车辆前灯照明距离的要求，设计中应对凹形竖曲线的最小半径加以控制[3]。竖曲线半径可以根据停车视距计算，表4 为停车视距的参考数值。

表4 停车视距参考值

在对凸形竖曲线半径和凹形竖曲线半径进行设计时，可参考表5 和表6 中的数值。

表5 凸形竖曲线半径设计参考值

表6 凹形竖曲线半径设计参考值

2.1.3 平纵组合线形设计

线形连续。平纵线形在视觉上的连续，可通过平面与纵断面的对应来实现，当线形达到连续的效果时，对行车安全非常有利，因为连续的线形是驾驶员眼中最为理想的线形。具体的设计方法为：平竖曲线尽可能相互重叠，使前者的中点与后者的变坡点重叠，且平曲线要略长于竖曲线。

要保持平竖曲线的大小均衡，可将平曲线作为前导，出于协调性方面的考虑，当竖曲线的半径在平曲线半径的10～20 倍范围内，能够达到视觉平衡。满足视觉要求的纵坡与平曲线半径关系如表7 所示。

表7 与视觉要求相符的纵坡与平曲线半径关系

平曲线与竖曲线的组合必须与周围的环境相配 合，当受到地形条件限制时，可以考虑设置护栏或是采用坡面绿化的方法，改善公路环境，以此达到诱导驾驶员视线的效果。

中国现行的公路规范标准中，对平纵组合设计有着明确的要求，但实际设计中，一些具有可用性的指导数值，可在平纵组合设计中灵活运用，不仅能够达到规范标准要求，由此设计出来的平纵组合也更加合理。比如，为保证路面排水，合成的坡度要在0.5%以上。

2.2 评价体系的构建

2.2.1 线形方案综合评价

构建模糊评价指标。在评价公路线形质量的过程中，可将一级指标确定为平面线形、纵断面线形和平纵组合线形；二级指标分别对应一级指标，具体包括直线长度、圆曲线半径、坡度、竖曲线半径、平竖曲线均衡等。随后建立评价矩阵，采用无量纲化对各项指标加以处理，确定出标准分值，以此作为主要依据，求出评价矩阵。基于这一前提，要对标准函数进行改变，建立起与各个因素相关的隶属度函数。

综合评判。根据各因素的权重，对一级指标进行模糊综合评判，依据一级综合评判结果进行二级综合评判。最后采用加权平均法，对模糊综合评判结果加以处理，通过计算得出路线线形设计方案的分数，根据得分情况判断设计线形的优良程度[4]。

2.2.2 线形组合质量评价

舒适性评价。在干线公路路线安全设计中，舒适度是线形组合质量评价的重要指标之一。从实际情况来看，影响公路行车舒适性的因素主要包括线形、周边景观、行车速度以及驾驶员的水平等方面。可基于行车舒适性这一前提条件，合理选取公路线形设计质量的评价指标。在充分考虑行车舒适性影响因素的基础上，将横向加速度、轴向加速度作为主要评价指标，基于轴向加速度的评价标准如表8 所示。

表8 轴向加速度评价标准

对于干线公路而言，平曲线的存在是横向加速度产生的重要前提，当车辆处于平曲线时，会产生一个具有水平性特点的向外离心力，其中部分离心力会被超高所抵消，而剩余的部分则需要由驾驶员承受，当觉得不舒适时，说明承受的离心力过大。同时，车辆的横向运行稳定性也与横向加速度密切相关，相关研究结果显示，正常情况下人体在车辆中能够承受的横向加速度为3.6 m/s2，但会感到不适，当超过这个数值后，人体会感到非常不适。按照车辆行驶试验所得的结果，可将横向加速度为2.0 m/s2作为舒适性的临界点。基于此，在评价道路舒适性的过程中，可按曲线半径、超高值，并结合车辆行驶速度，准确计算出横向加速度，结果小于等于2.0 m/s2时，表明道路非常舒适；结果在2.0～3.0 m/s2之间时，舒适性一般，但可以接受；结果超过3.0 m/s2时，舒适性差，需要调整线形组合设计方案。

敏感性评价。对干线公路线形设计的安全性进行评价时，必须充分考虑环境因素，若是脱离环境，则会导致评价的科学性降低。中国的道路具有自然属性和社会属性2 类基本属性，所以在评价路线设计质量时，要将社会敏感性作为主要影响因素加以考虑。社会环境敏感性指标包括交通安全效果、交通便捷及舒适效果、资源开发利用效果、土地增值效益、生态环境影响等。在具体评价时，要将所有的指标考虑在内，以此来确保评价结果的科学性。

3 结论

干线公路路线设计是一项复杂的工作，为确保设计出的路线满足行车安全的需要，设计人员应当掌握正确的设计方法，将设计的重点放在平面、纵断面和平纵组合等方面，并在设计完毕后，运用模糊评价的方法评价设计方案是否合理可行。