現(xiàn)代道路設計新方法文獻綜述分析

1、現(xiàn)代道路設計新方法文獻綜述分析摘要隨著科技與經(jīng)濟的發(fā)展，我國公路建設不斷發(fā)展并取得重大進步。但是根 據(jù)國家最新的基礎建設投資計劃 ,我國的公路仍處于高速發(fā)展階段 ,而一些合理設 計公路路線的指標參數(shù)和設計方法對我國包括公路的道路建設和安全具有重大 意義。路線線形設計的優(yōu)劣決定著道路建成后所能發(fā)揮的安全性、 舒適性、 經(jīng)濟 性的程度 ,同時也是影響其沿線經(jīng)濟建設、人們的生活水平等的主要因素 ,所以設 計者應特別重視線形設計質(zhì)量。 本文通過對國內(nèi)外現(xiàn)代道路設計新方法新技術總 結分析，進而發(fā)現(xiàn)新的問題并探求該領域未來研究方向。關鍵詞：現(xiàn)代道路設計 新方法 幾何線形設計引言道路是國家經(jīng)濟和社會發(fā)展的重

2、要基礎設施， 社會經(jīng)濟水平和交通運輸需求 決定著道路交通的發(fā)展進程， 而道路交通也制約著社會經(jīng)濟和交通運輸?shù)陌l(fā)展水 平。道路線形是公路的骨架 ,是車輛運行的直接載體 ,它控制著整個公路的路基、 橋涵、交叉、沿線設施等構造物的規(guī)模和投資。同時 ,對汽車行駛的安全、舒適、 經(jīng)濟和車輛的通行能力起著決定性的作用 ,一旦線形確定 ,將是長期存在的 ,無論 優(yōu)劣 ,都很難改變。 合理設計路線的設計方法對我國的交通道路經(jīng)濟建設和安全 具有重大意義。 我們要充分考慮由于國情、 理念、技術等的不同帶來的眾多差距 , 在實踐中應該積極轉(zhuǎn)變設計觀念 ,充分吸收設計的新思路和新理念。同時設計中 思路要靈活 ,避免盲

3、目的套用規(guī)范 ,以達到適合我國國情的“以功能為主線 ,以安全 為核心,以人為本,合理采用技術標準 ,靈活運用技術指標 ,協(xié)調(diào)處理環(huán)保、 經(jīng)濟、美 觀的關系 ,確保公路建設的可持續(xù)發(fā)展”的總體設計理念。本文具體安排如下：1. 介紹國內(nèi)外道路線形設計研究現(xiàn)狀。 2.分析總結現(xiàn)代道路設計中用到的新方 法。 3.未來展望。1. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國道路現(xiàn)狀 ,自改革開放以來 ,公路建設取得了巨大成就 ,但是與國際上發(fā)達 國家相比 ,差距仍很大 ,不能滿足交通運輸?shù)囊?。未來建設將以加快國家高速公 路網(wǎng)主骨架、“斷頭路”、擴容路段和農(nóng)村公路為重點 ,積極推進國省干線改造。一是加快國家高

4、速公路網(wǎng)主骨架建設 ,到 2020 年,基本建成國家高速公路網(wǎng) 我國高速公路通車里程將達 10 萬公里。今后將以“7918 ”高速公路網(wǎng)規(guī)劃為指 導,“十一五”期間 ,重點建設“五射兩縱七橫”共 14 條路線,到2010 年,基本建 成西部 8 條省際公路通道。東部地區(qū)基本形成高速公路網(wǎng) ,長江三角洲、珠江三 角洲和京津冀地區(qū)形成較完善的城際高速公路網(wǎng)絡 ;中部地區(qū)基本建成比較完善 的干線公路網(wǎng)線 ,承東啟西、連南接北的高速公路通道基本貫通 ;西部地區(qū)公路建 設取得突破性進展 ,實現(xiàn)內(nèi)引外聯(lián)、通江達海。二是國省干線公路建設。加大改造建設力度 ,國省干線公路技術等級、質(zhì)量 和服務水平進一步提高。

5、 一些經(jīng)濟影響重大、 在救災應急過程中反映出來的瓶頸 通道加強建設和擴充 ,包括沿海地區(qū)道路和由北向南跨越的經(jīng)濟大通道 ,也包括最 近幾次大自然災害暴露出來的一些迂回能力差、保障能力不強的通道,積極消除瓶頸制約 ,進行擴容建設 ,在原有的路兩邊增加一些車道 ,或開辟復線。同時 ,發(fā)展與 國家區(qū)域經(jīng)濟相適應的區(qū)域間通道 ,如珠三角、長三角、長株潭、成渝經(jīng)濟區(qū)、遼寧沿海經(jīng)濟帶、東北經(jīng)濟區(qū)等。三是農(nóng)村公路建設。采取“部省聯(lián)手、各負其責、統(tǒng)籌規(guī)劃、分級實施、 因地制宜、量力而行”的辦法 ,啟動實施“農(nóng)村公路建設五年千億元工程” ,確保 到 2010 年,全國鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本實現(xiàn)通油 （水泥 ）路,東、中部地區(qū)

6、所有具備條件的建制村 通油（水泥）路,西部地區(qū)基本實現(xiàn)具備條件的建制村通公路。交通運輸部門將以科學發(fā)展觀為指導 ,堅持以人為本、與環(huán)境相協(xié)調(diào)的理念 , 注重資源節(jié)約和環(huán)境友好 ,采取生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的有效方法和途徑 ,突 出“以人為本”的設計理念 ,在公路建設過程中進一步增加人性化設計 ,體現(xiàn)公路 基礎設施的人性關懷 ,為全面建設小康社會做出應有的貢獻?？梢姰斍白钔怀龅?問題是公路建設發(fā)展速度跟不上經(jīng)濟發(fā)展的速度 ,也跟不上交通量發(fā)展的速度。 據(jù)統(tǒng)計:我國干線公路有 50%的路段,其交通量都在 2000 輛/晝夜以上 ,處于超負 荷運行狀態(tài)。這就是說 ,有 50% 的現(xiàn)有干道需要改造成

7、二級以上的公路。而現(xiàn)有 的 10.8 萬公里的國道網(wǎng)中二級以上的公路只占 30% 。因此加快公路改擴建工程 建設是當務之急。1.2 國外研究的現(xiàn)狀歐美等國家近些年公路建設方面 ,提出了一些新的公路設計理念 ,并將這些理 念與先進的測設技術結合 ,提出了一系列新的公路設計程序和技術 ,與我國規(guī)范有 不同和改進之處 ,值得我國學習和借鑒。國外道路強調(diào)協(xié)調(diào)設計方法的重要性 ,著重強調(diào)現(xiàn)有設計標準中的靈活性運 用問題 ,并鼓勵設計者在處理項目時 ,創(chuàng)造性的采用標準和規(guī)范 ,更好的提出創(chuàng)造 性的解決方案。在總結過去建設經(jīng)驗的基礎上提出的綜合平衡和處理公路建設中 安全、快速、環(huán)保、美學、經(jīng)濟要求 ,增加社

8、區(qū)價值等各種因素的一種具有系統(tǒng) 工程思想的協(xié)調(diào)方法和理念。具體表現(xiàn)在以下幾個方面 :1、靈活運用技術標準通過給出關鍵性指標的推薦范圍 ,給設計人員以設計指導 ,允許設計人員針對特殊 情況 ,發(fā)揮充分的靈活性 ,使設計切合實際情況。美國的靈活性設計方法還表現(xiàn)在 當工程受到環(huán)境條件嚴格限制時 ,經(jīng)過論證 ,可以進行超標設計。2、重視公路設計的安全性上世紀 60 年代到 80 年代末 ,是公路建設的高速發(fā)展時期。 隨著交通事故的猛增 公路設計的理念除了重視環(huán)保等其它因素外 ,公路的安全性是設計者關注的主要 問題。美國為此多次制定并修改了公路幾何設計標準來確保公路設計的安全性。 除此以外 ,還通過制定

9、一系列的法規(guī)、政策來約束和教育駕駛員和行人,增強安全意識 ,這些措施對減少了交通事故起到了較好的作用 ,在保證安全方面取得了一定 的效果。3、重視環(huán)境保護隨著高速公路的大量興建 ,公路建設對環(huán)境的影響越來越受到社會的關注 ,有些國 家開始制訂法律要求新建公路必須進行環(huán)境保護和綠化。 如美國制定了 “國家環(huán) 境政策法案” (NEPA), 其中對公路建設中的規(guī)劃、設計、施工與營運各階段的環(huán) 保要求都做了明確規(guī)定?，F(xiàn)在 ,美國在公路網(wǎng)規(guī)劃初期就同步開展戰(zhàn)略性的環(huán)境 影響評價 ,再通過項目環(huán)境影響評價、環(huán)境恢復與治理 ,形成了一整套的公路環(huán)境 保護和綜合治理模式。4、重視公眾在規(guī)劃、設計中參與的作用

10、讓公眾參與在項目中 ,來提高項目的整體效益。首先 ,讓相關人員提出意見和要求 可加強居民對項目的認同感和擁護感 ,減少公眾對項目的抵觸 ;其次 ,通過不斷的 溝通 ,可以改善公路設計 ,提高環(huán)境影響評價與決策的水平。2. 分析總結現(xiàn)代道路設計中用到的新方法。2.1.基于駕駛?cè)怂俣冗x擇行為設計方法的創(chuàng)新 我國現(xiàn)行的設計方法是以設計速度為核心的。采用設計速度作為設計指標 , 實質(zhì)上規(guī)定了道路設計最低限度應該采用的指標 , 但對采用高于設計速度所對 應的指標沒有限制。 實際上車輛在公路上行駛時 , 駕駛員總是根據(jù)道路的行車條 件 （ 特別是幾何條件 ）及車輛本身性能等來確定車速 , 只要條件允許 ,

11、 總是傾向 于采用較高車速行駛。 這樣駕駛員實際采用的運行車速所需的線形指標就會與設 計車速所確定的線形指標相脫節(jié) , 從而增加了道路的危險性和失調(diào)性。 經(jīng)過多年 的設計實踐 , 國內(nèi)、 外的設計者發(fā)現(xiàn)這種設計方法存在著不足 :1）線形設計要素與實際行車速度不相符現(xiàn)行設計方法最顯著的特征是對于一個設計路段設計車速是一個固定值 , 計算行車速度作為基礎參數(shù) , 規(guī)定了線形設計要素的最小指標值 , 卻沒有考慮是 否能夠滿足實際行車速度的要求。實際上 , 車輛在公路上行駛時 , 駕駛員是根據(jù) 道路條件特別是線形幾何條件來不斷調(diào)整車速的 , 實際車速經(jīng)常會超過計算行 車速度。因此 , 滿足計算行車速度

12、要求的道路設計值 （如視距、 超高等 ）, 不一 定能夠滿足駕駛員選用的實際車速。2）線形要素之間組合設計不合理 根據(jù)計算行車速度所作出的設計中采用的最小線形設計值是指車輛按計算 行車速度行駛 , 逐一駛過各個孤立的道路特征路段時保證安全行車的設計值。 在 丘陵和山嶺地區(qū) , 經(jīng)常需要把縱面線形要素與平面線形要素結合使用。 一般認為 , 對孤立要素適用的最小值 , 在這些要素同時出現(xiàn)時可能就不安全。因此 , 不少國 家都強調(diào)要避免組合使用多種最小設計值。 我國也強調(diào)在線形設計時要避免同時 采用一些最小值的組合 , 這實際上正是對計算車速法的修正。然而 , 無論是這些 特殊說明 , 還是計算行車

13、速度概念本身 , 都不能指導設計人員恰當?shù)亍?合理地組 合設計值。3）設計車速與實際運行車速存在差異在按等值設計車速設計的公路上行駛時 , 駕駛員會根據(jù)實際的交通環(huán)境以及 自己的主觀期望和直覺來調(diào)整行駛車速 , 對線形造成的危險感就會有所變化 , 相 應地駕駛員選用的車速又隨之發(fā)生循環(huán)變化 , 經(jīng)常會以設計車速值為中心上下 波動。這樣對特定設計車速合適的線形技術指標 , 相對駕駛員所選用的實際車速 就可能不滿足要求或者設計指標留有余地 , 就不能滿足線形設計的合理性 （即線 形在具有經(jīng)濟性的同時也能滿足使用質(zhì)量的要求 , 做到線形經(jīng)濟性和安全性、 舒適性的高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一 ）。為了更好地貼近起伏地

14、形公路的真實行駛狀態(tài)世紀七八十年代國外學者提 出了基于運行速度的路線設計方法，該方法的核心是以運行速度 85% 車速作為 設計車速進行線形設計。運行速度設計方法的優(yōu)勢：1） 運行速度設計方法根據(jù)實際車速確定設計指標 , 使設計要素值能夠滿足車輛 實際速度的要求 ,同時解決了設計要素之間的相容性問題 ;2） 通過采用相鄰路段運行車速差控制原則 , 保證了在一個設計區(qū)段內(nèi)行車速度 的連續(xù)性和一致性。運行速度的引入 , 可以有效地解決路線設計指標與實際行駛速度所要求的 線形指標脫節(jié)的問題 , 但由于國內(nèi)外的交通條件和駕駛員行為差別明顯 , 欲完全 借鑒采納這種設計方法客觀上還存在許多困難 ,現(xiàn)階段可

15、在現(xiàn)行設計方法的基礎上 , 采用運行速度對其進行改進道路設計理念引導設計方法不斷創(chuàng)新， 隨著“用真實的駕駛行為和車輛特性 來控制道路幾何設計” 這一設計理念的提出使人們必須充分考慮真實世界中 駕駛?cè)硕鄻踊男袨榱晳T比如選取有代表性的典型駕駛模式， 根據(jù)典型駕駛模式 的汽車行駛特性來控制幾何線形參數(shù)的選取才能實現(xiàn)人 -車- 路-環(huán)境系統(tǒng)的安全 有效運行。區(qū)別于設計速度和運行速度這種傳統(tǒng)路線設計方法。 近年來中國陸續(xù)有研究 者提出了新的路線設計思路與方法， 楊少偉等認為設計速度方法難以滿足汽車行 駛特性要求， 容易出現(xiàn)各技術指標取值不合理、 相互組合不協(xié)調(diào)， 進而導致交通 事故的發(fā)生 !為此提出了

16、可能速度的概念計算方法以及基于可能速度的公路線形 設計方法和流程。并通過調(diào)查分析與理論分析證明了可能速度圖上的速差與交通 事故的密切相關性， 因此設計人員根據(jù)速度差能夠?qū)肪€形設計成果進行檢查 和改進。后來有人根據(jù)可能速度計算公式求出了各設計速度的速差量， 作為評價 線形連續(xù)性的標準，進一步豐富和完善了可能速度設計方法。由于運行速度和可能速度線形設計方法存在普適性和增加工程經(jīng)濟成本的問 題。符鋅砂提出了理論運行速度概念， 建立了一套理論速度預測模型和基于理論 運行速度的路線設計及評價體系。隨著可靠度理論引入道路設計， 顛覆了傳統(tǒng)道路設計中定值設計的思想。 通 過建立設計指標極限狀態(tài)下功能函數(shù)

17、， 將隨機變量納入路線設計考慮， 使路線設 計既靈活又更貼近于真實情況。 朱興琳運用可靠度對平曲線半徑、 豎曲線半徑和 停車視距進行了分析， 陳富堅等結合公眾心理承受度分析提出了平曲線半徑可靠 性設計的目標可靠度及可靠指標。 考慮車輛作用分析了曲線路段行車安全的可靠 性，并提出了平曲線可靠性設計流程。 基于可靠度的路線設計方法還局限于對個別參數(shù)指標的探索， 沒有形成整套的設計指標體系和設計流程， 值得進一步深入 研究。2.2 基于方向控制行為的設計方法。大量的案例表明很多事故是直接與方向控制（軌跡控制）的失控有關。單 一的速度指標無法全面衡量出路線設計的安全性， 徐進等提出了一種新的山區(qū)公 路

18、路線設計理論，即基于軌跡 - 速度協(xié)同控制的公路平面線形設計新方法，其基 本思想是：根據(jù)公路的等級、 功能、線形條件和地形環(huán)境確定出代表性駕駛模式。 在道路幾何行駛環(huán)境、車輛動力性、安全性、舒適性的約束下，決策出代表性方 向控制模式的行駛軌跡。再根據(jù)軌跡曲率決策出代表性速度控制模式的行駛速 度，最后同時使用軌跡和速度控制道路幾何要素的取值該設計方法能夠幫助設計 者實現(xiàn)對全部平面和橫斷要素的調(diào)整和控制， 成功解決了先前僅能調(diào)整彎道半徑 的困境。徐進等使用人 - 車-路協(xié)同仿真手段徑彎道上采用切彎行駛更容易達到舒緩軌 跡的目的，并且彎道越短或路幅越寬，切彎效果越顯著。他的研究還表明：回旋 線會使切彎行駛時的軌跡變得舒緩， 從而解釋了有回旋線的彎道為何伴隨著較高 行駛速度的原因。近年來，由于人 -車-路 - 環(huán)境協(xié)同設計思想在道路設計中日益 被強調(diào)。如果在設計階段能夠預測出汽車在所設計道路上的行駛軌跡， 則能夠在 很大程度上衡量出人 -車- 路-環(huán)境是否能安全 %有效運行。因此，汽車行駛軌跡 預測技術將是未來很長一段時間的研究熱點。3. 未來展望目前絕大多數(shù)的平曲線v85模型只含半徑R