現(xiàn)代道路設(shè)計新方法文獻(xiàn)綜述分析

1、現(xiàn)代道路設(shè)計新方法文獻(xiàn)綜述分析摘 要 隨著科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國公路建設(shè)不斷發(fā)展并取得重大進(jìn)步。但是根據(jù)國家最新的基礎(chǔ)建設(shè)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(shè)計公路路線的指標(biāo)參數(shù)和設(shè)計方法對我國包括公路的道路建設(shè)和安全具有重大意義。路線線形設(shè)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(jì)性的程度,同時也是影響其沿線經(jīng)濟(jì)建設(shè)、人們的生活水平等的主要因素,所以設(shè)計者應(yīng)特別重視線形設(shè)計質(zhì)量。本文通過對國內(nèi)外現(xiàn)代道路設(shè)計新方法新技術(shù)總結(jié)分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)新的問題并探求該領(lǐng)域未來研究方向。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)代道路設(shè)計 新方法 幾何線形設(shè)計引言 道路是國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，社會經(jīng)

2、濟(jì)水平和交通運(yùn)輸需求決定著道路交通的發(fā)展進(jìn)程，而道路交通也制約著社會經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展水平。道路線形是公路的骨架,是車輛運(yùn)行的直接載體,它控制著整個公路的路基、橋涵、交叉、沿線設(shè)施等構(gòu)造物的規(guī)模和投資。同時,對汽車行駛的安全、舒適、經(jīng)濟(jì)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(shè)計路線的設(shè)計方法對我國的交通道路經(jīng)濟(jì)建設(shè)和安全具有重大意義。我們要充分考慮由于國情、理念、技術(shù)等的不同帶來的眾多差距,在實踐中應(yīng)該積極轉(zhuǎn)變設(shè)計觀念,充分吸收設(shè)計的新思路和新理念。同時設(shè)計中思路要靈活,避免盲目的套用規(guī)范,以達(dá)到適合我國國情的“以功能為主線,以安全為核心

3、,以人為本,合理采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),靈活運(yùn)用技術(shù)指標(biāo),協(xié)調(diào)處理環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、美觀的關(guān)系,確保公路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展”的總體設(shè)計理念。本文具體安排如下：1.介紹國內(nèi)外道路線形設(shè)計研究現(xiàn)狀。2.分析總結(jié)現(xiàn)代道路設(shè)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(shè)取得了巨大成就,但是與國際上發(fā)達(dá)國家相比,差距仍很大,不能滿足交通運(yùn)輸?shù)囊?。未來建設(shè)將以加快國家高速公路網(wǎng)主骨架、“斷頭路”、擴(kuò)容路段和農(nóng)村公路為重點,積極推進(jìn)國省干線改造。 一是加快國家高速公路網(wǎng)主骨架建設(shè),到2020年,基本建成國家高速公路網(wǎng),我國高速公路通車?yán)锍虒⑦_(dá)10萬公里。今后將

4、以“7918”高速公路網(wǎng)規(guī)劃為指導(dǎo),“十一五”期間,重點建設(shè)“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(luò);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(shè)取得突破性進(jìn)展,實現(xiàn)內(nèi)引外聯(lián)、通江達(dá)海。 二是國省干線公路建設(shè)。加大改造建設(shè)力度,國省干線公路技術(shù)等級、質(zhì)量和服務(wù)水平進(jìn)一步提高。一些經(jīng)濟(jì)影響重大、在救災(zāi)應(yīng)急過程中反映出來的瓶頸通道加強(qiáng)建設(shè)和擴(kuò)充,包括沿海地區(qū)道路和由北向南跨越的經(jīng)濟(jì)大通道,也包括最近幾次大自然災(zāi)害暴露出來的

5、一些迂回能力差、保障能力不強(qiáng)的通道,積極消除瓶頸制約,進(jìn)行擴(kuò)容建設(shè),在原有的路兩邊增加一些車道,或開辟復(fù)線。同時,發(fā)展與國家區(qū)域經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的區(qū)域間通道,如珠三角、長三角、長株潭、成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)、遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶、東北經(jīng)濟(jì)區(qū)等。 三是農(nóng)村公路建設(shè)。采取“部省聯(lián)手、各負(fù)其責(zé)、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(shè)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)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(yùn)輸部門將以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo),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

6、護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的有效方法和途徑,突出“以人為本”的設(shè)計理念,在公路建設(shè)過程中進(jìn)一步增加人性化設(shè)計,體現(xiàn)公路基礎(chǔ)設(shè)施的人性關(guān)懷,為全面建設(shè)小康社會做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)?？梢姰?dāng)前最突出的問題是公路建設(shè)發(fā)展速度跟不上經(jīng)濟(jì)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(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。這就是說,有50%的現(xiàn)有干道需要改造成二級以上的公路。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(kuò)建工程建設(shè)是當(dāng)務(wù)之急。1.2國外研究的現(xiàn)狀 歐美等國家近些年公路建設(shè)方面,提出了一些新的公路設(shè)計理念,并將這些理念與先進(jìn)的測設(shè)技術(shù)結(jié)合,

7、提出了一系列新的公路設(shè)計程序和技術(shù),與我國規(guī)范有不同和改進(jìn)之處,值得我國學(xué)習(xí)和借鑒。 國外道路強(qiáng)調(diào)協(xié)調(diào)設(shè)計方法的重要性,著重強(qiáng)調(diào)現(xiàn)有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的靈活性運(yùn)用問題,并鼓勵設(shè)計者在處理項目時,創(chuàng)造性的采用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,更好的提出創(chuàng)造性的解決方案。在總結(jié)過去建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出的綜合平衡和處理公路建設(shè)中安全、快速、環(huán)保、美學(xué)、經(jīng)濟(jì)要求,增加社區(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(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通過給出關(guān)鍵性指標(biāo)的推薦范圍,給設(shè)計人員以設(shè)計指導(dǎo),允許設(shè)計人員針對特殊情況,發(fā)揮充分的靈活性,使設(shè)計切合實際情況。美國的靈活性設(shè)計方法還表現(xiàn)在當(dāng)工程受到環(huán)境條件嚴(yán)格

8、限制時,經(jīng)過論證,可以進(jìn)行超標(biāo)設(shè)計。2、重視公路設(shè)計的安全性上世紀(jì)60年代到80年代末,是公路建設(shè)的高速發(fā)展時期。隨著交通事故的猛增,公路設(shè)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(shè)計者關(guān)注的主要問題。美國為此多次制定并修改了公路幾何設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來確保公路設(shè)計的安全性。除此以外,還通過制定一系列的法規(guī)、政策來約束和教育駕駛員和行人,增強(qiáng)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(hù)隨著高速公路的大量興建,公路建設(shè)對環(huán)境的影響越來越受到社會的關(guān)注,有些國家開始制訂法律要求新建公路必須進(jìn)行環(huán)境保護(hù)和綠化。如美國制定了“國家環(huán)境政策法案”(N

9、EPA),其中對公路建設(shè)中的規(guī)劃、設(shè)計、施工與營運(yùn)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(fù)與治理,形成了一整套的公路環(huán)境保護(hù)和綜合治理模式。4、重視公眾在規(guī)劃、設(shè)計中參與的作用讓公眾參與在項目中,來提高項目的整體效益。首先,讓相關(guān)人員提出意見和要求,可加強(qiáng)居民對項目的認(rèn)同感和擁護(hù)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(shè)計,提高環(huán)境影響評價與決策的水平。2. 分析總結(jié)現(xiàn)代道路設(shè)計中用到的新方法。2.1.基于駕駛?cè)怂俣冗x擇行為設(shè)計方法的創(chuàng)新 我國現(xiàn)行的設(shè)計方法是以設(shè)計速度為核心的。采用設(shè)計速度作

10、為設(shè)計指標(biāo), 實質(zhì)上規(guī)定了道路設(shè)計最低限度應(yīng)該采用的指標(biāo), 但對采用高于設(shè)計速度所對應(yīng)的指標(biāo)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, 總是傾向于采用較高車速行駛。這樣駕駛員實際采用的運(yùn)行車速所需的線形指標(biāo)就會與設(shè)計車速所確定的線形指標(biāo)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(shè)計實踐, 國內(nèi)、 外的設(shè)計者發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計方法存在著不足:1)線形設(shè)計要素與實際行車速度不相符 現(xiàn)行設(shè)計方法最顯著的特征是對于一個設(shè)計路段設(shè)計車速是一個固定值, 計算行車速度作為基礎(chǔ)參數(shù), 規(guī)定了線形設(shè)計要素的最小指標(biāo)值,

11、 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, 滿足計算行車速度要求的道路設(shè)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(shè)計不合理 根據(jù)計算行車速度所作出的設(shè)計中采用的最小線形設(shè)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(shè)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(jié)合使用。一般認(rèn)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(qiáng)調(diào)要避

12、免組合使用多種最小設(shè)計值。我國也強(qiáng)調(diào)在線形設(shè)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, 還是計算行車速度概念本身, 都不能指導(dǎo)設(shè)計人員恰當(dāng)?shù)亍?合理地組合設(shè)計值。3)設(shè)計車速與實際運(yùn)行車速存在差異 在按等值設(shè)計車速設(shè)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(yīng)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(shè)計車速值為中心上下波動。這樣對特定設(shè)計車速合適的線形技術(shù)指標(biāo), 相對駕駛員所選用的實際車速就可能不滿足要求或者設(shè)計指標(biāo)留有余地, 就不能滿足線形設(shè)計的合

13、理性 (即線形在具有經(jīng)濟(jì)性的同時也能滿足使用質(zhì)量的要求, 做到線形經(jīng)濟(jì)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形公路的真實行駛狀態(tài)世紀(jì)七八十年代國外學(xué)者提出了基于運(yùn)行速度的路線設(shè)計方法，該方法的核心是以運(yùn)行速度85%車速作為設(shè)計車速進(jìn)行線形設(shè)計。運(yùn)行速度設(shè)計方法的優(yōu)勢：1)運(yùn)行速度設(shè)計方法根據(jù)實際車速確定設(shè)計指標(biāo), 使設(shè)計要素值能夠滿足車輛實際速度的要求,同時解決了設(shè)計要素之間的相容性問題;2)通過采用相鄰路段運(yùn)行車速差控制原則, 保證了在一個設(shè)計區(qū)段內(nèi)行車速度的連續(xù)性和一致性。運(yùn)行速度的引入, 可以有效地解決路線設(shè)計指標(biāo)與實際行駛速度所要求的線形指標(biāo)脫節(jié)的問題, 但由于

14、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(shè)計方法客觀上還存在許多困難,現(xiàn)階段可在現(xiàn)行設(shè)計方法的基礎(chǔ)上, 采用運(yùn)行速度對其進(jìn)行改進(jìn)。道路設(shè)計理念引導(dǎo)設(shè)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(shè)計”這一設(shè)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?xí)慣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(yùn)行。 區(qū)別于設(shè)計速度和運(yùn)行速度這種傳統(tǒng)路線設(shè)計方法。近年來中國陸續(xù)有研究者提出了新的路線設(shè)計思路與方法，楊少偉等認(rèn)為設(shè)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(shù)指標(biāo)

15、取值不合理、相互組合不協(xié)調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生!為此提出了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(shè)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(guān)性，因此設(shè)計人員根據(jù)速度差能夠?qū)肪€形設(shè)計成果進(jìn)行檢查和改進(jìn)。后來有人根據(jù)可能速度計算公式求出了各設(shè)計速度的速差量，作為評價線形連續(xù)性的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步豐富和完善了可能速度設(shè)計方法。 由于運(yùn)行速度和可能速度線形設(shè)計方法存在普適性和增加工程經(jīng)濟(jì)成本的問題。符鋅砂提出了理論運(yùn)行速度概念，建立了一套理論速度預(yù)測模型和基于理論運(yùn)行速度的路線設(shè)計及評價體系。隨著可靠度理論引入道路設(shè)計，顛覆了傳統(tǒng)道路設(shè)計中定值設(shè)計的

16、思想。通過建立設(shè)計指標(biāo)極限狀態(tài)下功能函數(shù)，將隨機(jī)變量納入路線設(shè)計考慮，使路線設(shè)計既靈活又更貼近于真實情況。朱興琳運(yùn)用可靠度對平曲線半徑、豎曲線半徑和停車視距進(jìn)行了分析，陳富堅等結(jié)合公眾心理承受度分析提出了平曲線半徑可靠性設(shè)計的目標(biāo)可靠度及可靠指標(biāo)?？紤]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(shè)計流程?；诳煽慷鹊穆肪€設(shè)計方法還局限于對個別參數(shù)指標(biāo)的探索，沒有形成整套的設(shè)計指標(biāo)體系和設(shè)計流程，值得進(jìn)一步深入研究。2.2基于方向控制行為的設(shè)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(guān)。單一的速度指標(biāo)無法全面衡量出路線設(shè)計的安全性，徐進(jìn)等提出了一種新的山

17、區(qū)公路路線設(shè)計理論，即基于軌跡-速度協(xié)同控制的公路平面線形設(shè)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(shè)計方法能夠幫助設(shè)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(jìn)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(dá)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

18、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(shè)計思想在道路設(shè)計中日益被強(qiáng)調(diào)。如果在設(shè)計階段能夠預(yù)測出汽車在所設(shè)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(yùn)行。因此，汽車行駛軌跡預(yù)測技術(shù)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，所以只有R才能夠被調(diào)整，但實上偏角、偏轉(zhuǎn)方向、路寬、回旋線等都能影響駕駛?cè)说乃俣冗x擇行為。因此，需要將更多的幾何要素反映進(jìn)來。并且，對于彎道密集的山區(qū)公路相鄰彎道之間的駕駛行為和車輛運(yùn)動學(xué)存在明顯的耦合。因此，合理的模型應(yīng)該將這一特性考慮進(jìn)來。以實現(xiàn)整條道路的協(xié)同設(shè)計。不管是設(shè)計速度方法還是運(yùn)行速度方法在求解汽車橫向受力時都是將彎道半徑R作為計算參數(shù)，即相當(dāng)于采用了行車道內(nèi)居中行駛的假定駕駛模式，但居中行駛方式在真實山區(qū)公路上的比例非常低，顯然不能因為其合法就將其作為設(shè)計假定并用其控制線形參數(shù)的取值。因此應(yīng)該深入調(diào)查各類山區(qū)公路的駕駛行為，選