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公路線形優化設計干貨，決定了老司機飆車速度
公路線形是車輛運行的直接載體，一旦確定，無論優劣，都很難改變，高速公路尤其如此。這就要求公路設計者應特別重視線形設計質量，任何一個不安全的指標、一個不良的組合設計都可能形成交通安全隱患，設計者必須認識到所繪制的每條線不僅是幾何線，還是經濟線、能源線、環境線，更是生命線。
以往，我們已經認識到長直線接小半徑等不利線形組合是車輛運行安全的隱患，但受設計車速體系制約，該問題一直無法定量化。運行車速理論提供了解釋和解決該類問題的方法。有關研究顯示，大量的公路交通事故是由相鄰路段較大的運行車速差導致，當相鄰路段運行車速差超過某一限值時，路段存在運行安全隱患，而運行車速理論的核心就是通過改善相鄰路段指標組合，降低容許運行車速差，從而消除安全隱患。
運行速度作為公路安全設計的主要指標，將指導我國公路設計工作更加關注“以人為本，注重安全”等新理念，以期在設計階段就消除隱含的一些安全隱患，體現動態設計、考慮駕駛行為。所以根據基本的平、縱、橫設計數據，進行運行速度測算分析；以分析結果指導路線設計與優化，將逐漸成為我國公路設計工作（流程）中不可或缺的重要一環。
01運行速度的定義及路段劃分
運行車速是在單元路段上車輛的實際行駛速度。因不同車輛在行駛過程中可能采用不同車速，通常按統計學中測定的從高速到低速排列第85個百分點對應的車輛行駛速度作為運行車速。有別于設計車速的人為規定，運行車速是一個統計學指標，是單元路段車輛實際行駛速度。因此，運行速度的定義：是指在特定路段（無橫向干擾等）上，在干凈、潮濕條件下，在自由流的情況下，85%的駕駛員行車不會超過的行駛速度，簡稱V85。
運行車速計算之前，首先要對路線進行單元路段劃分，通過《公路項目安全性評價指南》中的預測模型公式計算出單元路段特征點的運行速度（v85），然后根據各單元路段特征點的運行速度之差（△v85）進行評價，最后按評價結果指導路線線形最優設計。
路線單元路段通常劃分為直線段、縱坡段、小半徑組合段、彎坡組合段、短直線段等路段類型。
直線段是指路線縱坡小于3%的直線段或曲線半徑大于1000m且縱坡小于3%的曲線段。
小半徑組合段是指曲線半徑小于等于1000m且縱坡小于3%的曲線段。
縱坡段是指路線縱坡大于等于3%的直線段或曲線半徑大于1000m且縱坡大于等于3%的曲線段。
彎坡組合段是指路線曲線半徑小于等于1000m且縱坡大于等于3%的曲線段。
短直線段是指曲線半徑小于等于1000m的兩曲線之間直線長度小于200m的路段。
02運行速度的測算
在任選一個方向進行第一次的運行速度v85測算時，首先要推算與設計路段銜接的相鄰路段達到該路段時的實際速度，作為本路段的初始運行速度v0，然后根據所劃分的路段類型，按照相應的速度測算模型進行運行速度v85的測算。
如果劃分路段位于路線的起、終點，初始運行速度v0如何確定？一般可通過調查點的現場觀測或按01表查取各種設計速度對應的小客車和大型貨車的運行速度，作為該路段的初始運行速度v0。
表01 設計速度與運行速度v0間的對應關系表
2.1直線段運行速度的測算
《公路項目安全性評價指南》中直線段運行速度的測算是采用勻加速穩定運行模型，其公式為：vs=，式中：
vs ——直線段終點處的運行速度（m/s）；
v0——直線段起點處的初始運行速度（m/s）；
a0——直線段起點處的初始運行速度（m/s2）；
S——直線段長度（m）。
小客車和大型貨車在直線段上都有一個期望運行速度ve，當初始運行速度v0小于期望運行速度ve時為變加速過程，直至達到期望運行速度的為勻速行駛。當利用上面公式，計算直線段終點處的運行速度vs 大于期望運行速度ve時，應把期望運行速度ve代入上面公式，反算出S，算出實際的變加速長度，根據起點樁號推出變加速樁號段落范圍和勻速行駛樁號段落范圍。
表02 直線段期望運行速度和推薦加速度值
2.2小半徑組合段運行速度的測算
《公路項目安全性評價指南》中小半徑組合段運行速度的測算是采用平曲線速度預測模型，分進入曲線前線形為直線、進入曲線前線形為曲線、駛出曲線后接直線線形、駛出曲線后接曲線四種情形，利用03表相應的公式，計算出曲線中部速度和曲線出口處的速度。
表03 平曲線上的速度預測模型
表中：
vin ——曲線入口速度（km/h）；
vmiddle ——曲線中部速度（km/h）；
vout ——曲線出口速度（km/h）；
Rnow ——曲線半徑（m）；
Rback——前接曲線半徑（m）；
Rfron——后續曲線半徑（m）；
2.3縱坡段運行速度的測算
《公路項目安全性評價指南》中縱坡段運行速度的測算是功率重量比P標定模型和圖表修正法，根據前一段測算的運行速度加上縱坡段長度乘以04表對應的單位修正數，即可測算出縱坡段終點處的運行速度。
表04 縱坡下各車型運行速度的修正
2.4彎坡組合段運行速度的測算
《公路項目安全性評價指南》中彎坡組合段運行速度的測算是采用兩階段彎坡模型和線形組合彎坡模型，也分進入彎坡組合段前線形為直線、進入彎坡組合段前線形為曲線、駛出彎坡組合段后接直線線形、駛出彎坡組合段后接曲線四種情形，利用05表相應的公式，計算出彎坡組合段中部速度和彎坡組合段出口處的速度。
表05 彎坡組合線形下的運行速度預測模型
注：①表中R∈[120，1000]U[2%，6%]；
②vin、vmiddle、vout—分別為駛入曲線的速度、曲中或變坡點前的速度、駛出曲線的速度；
③Rback、Rnow，Rfront—分別為駛入曲線前的半徑、所在曲線的半徑、前曲線的半徑；
④inowl、inow2—分別為曲線前后兩段的不同坡度。
2.5短直線段運行速度的測算
短直線段運行速度的測算按直線段運行速度的測算方法進行測算。
03運行速度的評價標準
評價指標是采用相鄰路段運行速度的差值△v85。
∣△v85∣<10km/h：運行速度協調性好。
∣△v85∣為10～20km/h：運行速度協調性較好。條件允許時盡量調整相鄰路段技術指標，使運行速度的差值小于或等于10km/h。
∣△v85∣>20km/h：運行速度協調性不良。相鄰路段應重新調整平、縱面設計。
04運行速度的安全性檢驗
同一路段設計計速度與運行速度的差值大于20km/h時，應對該路段進行安全性檢驗，如平曲線半徑、緩和曲線長度、最小直線長度、停車視距等的檢驗，合理運用v85計算值調整相應的技術指標，或增加爬坡車道、緊急停車帶、緊急避險車道等必要的措施，從而達到安全行車的目的。
對于線形確實難以調整的特殊困難路段（如老路改造，若調整線形將導致大量廢棄工程時），則應采取以下安全性措施：
1）改善視距，增加線形誘導標志，使駕駛人主動提前減速；
2）增設限速標志，設置減速振蕩線，迫使駕駛人被動減速；
3）加大曲線超高，降低以較高速度行駛車輛的風險。
05結束語
運行車速理論具有充分顧及交通安全的人性化特點、保證線形與實際運行車速緊密協調的優勢，是我國公路設計理論和體系的發展方向，因此，按設計車速理論進行設計的過程中，應開展運行車速安全性檢驗工作，從而提高路線線形設計質量。
以往，我們已經認識到長直線接小半徑等不利線形組合是車輛運行安全的隱患，但受設計車速體系制約，該問題一直無法定量化。運行車速理論提供了解釋和解決該類問題的方法。有關研究顯示，大量的公路交通事故是由相鄰路段較大的運行車速差導致，當相鄰路段運行車速差超過某一限值時，路段存在運行安全隱患，而運行車速理論的核心就是通過改善相鄰路段指標組合，降低容許運行車速差，從而消除安全隱患。
運行速度作為公路安全設計的主要指標，將指導我國公路設計工作更加關注“以人為本，注重安全”等新理念，以期在設計階段就消除隱含的一些安全隱患，體現動態設計、考慮駕駛行為。所以根據基本的平、縱、橫設計數據，進行運行速度測算分析；以分析結果指導路線設計與優化，將逐漸成為我國公路設計工作（流程）中不可或缺的重要一環。
01運行速度的定義及路段劃分
運行車速是在單元路段上車輛的實際行駛速度。因不同車輛在行駛過程中可能采用不同車速，通常按統計學中測定的從高速到低速排列第85個百分點對應的車輛行駛速度作為運行車速。有別于設計車速的人為規定，運行車速是一個統計學指標，是單元路段車輛實際行駛速度。因此，運行速度的定義：是指在特定路段（無橫向干擾等）上，在干凈、潮濕條件下，在自由流的情況下，85%的駕駛員行車不會超過的行駛速度，簡稱V85。
運行車速計算之前，首先要對路線進行單元路段劃分，通過《公路項目安全性評價指南》中的預測模型公式計算出單元路段特征點的運行速度（v85），然后根據各單元路段特征點的運行速度之差（△v85）進行評價，最后按評價結果指導路線線形最優設計。
路線單元路段通常劃分為直線段、縱坡段、小半徑組合段、彎坡組合段、短直線段等路段類型。
直線段是指路線縱坡小于3%的直線段或曲線半徑大于1000m且縱坡小于3%的曲線段。
小半徑組合段是指曲線半徑小于等于1000m且縱坡小于3%的曲線段。
縱坡段是指路線縱坡大于等于3%的直線段或曲線半徑大于1000m且縱坡大于等于3%的曲線段。
彎坡組合段是指路線曲線半徑小于等于1000m且縱坡大于等于3%的曲線段。
短直線段是指曲線半徑小于等于1000m的兩曲線之間直線長度小于200m的路段。
02運行速度的測算
在任選一個方向進行第一次的運行速度v85測算時，首先要推算與設計路段銜接的相鄰路段達到該路段時的實際速度，作為本路段的初始運行速度v0，然后根據所劃分的路段類型，按照相應的速度測算模型進行運行速度v85的測算。
如果劃分路段位于路線的起、終點，初始運行速度v0如何確定？一般可通過調查點的現場觀測或按01表查取各種設計速度對應的小客車和大型貨車的運行速度，作為該路段的初始運行速度v0。
表01 設計速度與運行速度v0間的對應關系表
| 設計速度（km/h） | 60 | 80 | 100 | 120 | |
| 初始運行速度v0 | 小客車 | 80 | 95 | 110 | 120 |
| 大貨車 | 55 | 65 | 75 | 75 | |
《公路項目安全性評價指南》中直線段運行速度的測算是采用勻加速穩定運行模型，其公式為：vs=，式中：
vs ——直線段終點處的運行速度（m/s）；
v0——直線段起點處的初始運行速度（m/s）；
a0——直線段起點處的初始運行速度（m/s2）；
S——直線段長度（m）。
小客車和大型貨車在直線段上都有一個期望運行速度ve，當初始運行速度v0小于期望運行速度ve時為變加速過程，直至達到期望運行速度的為勻速行駛。當利用上面公式，計算直線段終點處的運行速度vs 大于期望運行速度ve時，應把期望運行速度ve代入上面公式，反算出S，算出實際的變加速長度，根據起點樁號推出變加速樁號段落范圍和勻速行駛樁號段落范圍。
表02 直線段期望運行速度和推薦加速度值
| 車 型 | 小客車 | 大貨車 |
| 期望運行速度ve（km/h） | 120 | 75 |
| 推薦加速度值a0（m/s2） | 0.15～0.50 | 0.20～0.25 |
2.2小半徑組合段運行速度的測算
《公路項目安全性評價指南》中小半徑組合段運行速度的測算是采用平曲線速度預測模型，分進入曲線前線形為直線、進入曲線前線形為曲線、駛出曲線后接直線線形、駛出曲線后接曲線四種情形，利用03表相應的公式，計算出曲線中部速度和曲線出口處的速度。
表03 平曲線上的速度預測模型
| 曲線連接形式 | 平曲線模型 | |
| 入口直線-曲線 | 小客車 | vmiddle=-24.212+0.834vin+5.729lnRnow |
| 大貨車 | vmiddle=-9.432+0.963vin+1.522lnRnow | |
| 入口曲線-曲線 | 小客車 | vmiddle=1.277+0.924vin+6.19lnRnow-5.959lnRback |
| 大貨車 | vmiddle=-24.472+0.990vin+3.629lnRnow | |
| 出口曲線-直線 | 小客車 | vout=11.946+0.908vmiddle |
| 大貨車 | vout=5.217+0.926vmiddle | |
| 出口曲線-曲線 | 小客車 | vout=-11.299+0.936vmiddle-2.0601lnRnow+5.203lnRfront |
| 大貨車 | vout=5.899+0.925vmiddle-1.005lnRnow+0.329lnRfront | |
vin ——曲線入口速度（km/h）；
vmiddle ——曲線中部速度（km/h）；
vout ——曲線出口速度（km/h）；
Rnow ——曲線半徑（m）；
Rback——前接曲線半徑（m）；
Rfron——后續曲線半徑（m）；
2.3縱坡段運行速度的測算
《公路項目安全性評價指南》中縱坡段運行速度的測算是功率重量比P標定模型和圖表修正法，根據前一段測算的運行速度加上縱坡段長度乘以04表對應的單位修正數，即可測算出縱坡段終點處的運行速度。
表04 縱坡下各車型運行速度的修正
| 縱坡坡度 | 速度調整值 | ||
| 小客車 | 大貨車 | ||
| 上坡 | 3%≤坡度≤4％ | 降低5km/h/1000m | 按圖01所示速度折減量與坡長的關系曲線進行調整 |
| 坡度＞4％ | 降低8km/h/1000m | ||
| 下坡 | 3%≤坡度≤4％ | 增加10km/h/500m | 增加10km/h/500m |
| 坡度＞4％ | 增加10km/h/500m | 增加15km/h/500m | |
2.4彎坡組合段運行速度的測算
《公路項目安全性評價指南》中彎坡組合段運行速度的測算是采用兩階段彎坡模型和線形組合彎坡模型，也分進入彎坡組合段前線形為直線、進入彎坡組合段前線形為曲線、駛出彎坡組合段后接直線線形、駛出彎坡組合段后接曲線四種情形，利用05表相應的公式，計算出彎坡組合段中部速度和彎坡組合段出口處的速度。
表05 彎坡組合線形下的運行速度預測模型
| 曲線連接形式 | 彎坡組合運行速度預測值 | |
| 入口直線-曲線 | 小客車 | vmiddle=-31.669+0.574vin+11.714lnRnow+0.176inowl |
| 大貨車 | vmiddle=1.782+0.859vin-0.51inowl+1.196lnRnow | |
| 入口曲線-曲線 | 小客車 | vmiddle=0.750+0.802vin+2.717lnRnow-0.281inowl |
| 大貨車 | vmiddle=-1.798+0.248lnRnow+0.977vin-0.133inowl+0.23lnRback | |
| 出口曲線-縱坡 | 小客車 | Car:vout=27.294+0.720vmiddle-1.444inow2 |
| 大貨車 | Truck:vout=13.490+0.797vmiddle-0.697inow2 | |
| 出口曲線-曲線 | 小客車 | Car:vout =1.819+0.839vmiddle+1.427lnRnow+0.782lnRfront-0.48inow2 |
| 大貨車 | Truck:vout=26.837+0.109lnRfront-3.039lnRnow-0.594inow2+0.830 middle | |
②vin、vmiddle、vout—分別為駛入曲線的速度、曲中或變坡點前的速度、駛出曲線的速度；
③Rback、Rnow，Rfront—分別為駛入曲線前的半徑、所在曲線的半徑、前曲線的半徑；
④inowl、inow2—分別為曲線前后兩段的不同坡度。
2.5短直線段運行速度的測算
短直線段運行速度的測算按直線段運行速度的測算方法進行測算。
03運行速度的評價標準
評價指標是采用相鄰路段運行速度的差值△v85。
∣△v85∣<10km/h：運行速度協調性好。
∣△v85∣為10～20km/h：運行速度協調性較好。條件允許時盡量調整相鄰路段技術指標，使運行速度的差值小于或等于10km/h。
∣△v85∣>20km/h：運行速度協調性不良。相鄰路段應重新調整平、縱面設計。
04運行速度的安全性檢驗
同一路段設計計速度與運行速度的差值大于20km/h時，應對該路段進行安全性檢驗，如平曲線半徑、緩和曲線長度、最小直線長度、停車視距等的檢驗，合理運用v85計算值調整相應的技術指標，或增加爬坡車道、緊急停車帶、緊急避險車道等必要的措施，從而達到安全行車的目的。
對于線形確實難以調整的特殊困難路段（如老路改造，若調整線形將導致大量廢棄工程時），則應采取以下安全性措施：
1）改善視距，增加線形誘導標志，使駕駛人主動提前減速；
2）增設限速標志，設置減速振蕩線，迫使駕駛人被動減速；
3）加大曲線超高，降低以較高速度行駛車輛的風險。
05結束語
運行車速理論具有充分顧及交通安全的人性化特點、保證線形與實際運行車速緊密協調的優勢，是我國公路設計理論和體系的發展方向，因此，按設計車速理論進行設計的過程中，應開展運行車速安全性檢驗工作，從而提高路線線形設計質量。
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