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运行速度在道路设计及安全评估中的应用

2016-03-20 13:17 字体:   打印 收藏 

摘要:设计速度是道路设计的最低标准,在复杂受限制的道路线形设计中存在不足,运行速度的概念很好地解决了设计速度的不连续性和安全性。论文提出了基于运行速度的道路线形设计方法,并基于运行速度的连续性和道路线形设计的连续性,对基于运行速度的设计进行了安全评估。表明,运行速度更贴合于实际的道路车辆行驶状态,更能准确反映道路的实际设计需求。
关键词:运行速度,设计速度,道路设计,道路安全评估

速度是道路设计的最基础参量,速度选择的合理性对于道路的运营效率和安全具有重要价值。设计速度和运行速度是目前广泛应用于道路设计的两种主流方法[1],考虑到汽车驾驶的随机性和不确定性,设计速度仅控制了道路运行的最低标准,忽略了路线线形的均衡和与驾驶行为一致性,使得设计速度法并不能很好适用实际车辆运行情况,运行速度成为改善和弥补这一技术标准的重要措施,在道路设计和安全评估中得到了广泛关注和应用[2,3]
1.     运行速度和设计速度
设计速度是外界气候条件良好、道路交通良好、车辆运行仅受道路本身条件影响状态下,具备中等驾驶技术人员在路段能够安全而顺势驾驶的速度,设计速度往往道路设计的最低标准,也是决定道路的其他几何设计参量如超高、视距、纵坡、道路半径的基本依据。设计速度的确定不仅需要考虑道路等级,还要基于路址区域地形条件、路网功能、交通组成及交通量大小等参数综合确定。
运行速度是道路车辆的实际行驶速度,由于受到驾驶人员心情、车辆类型、交通状况及天气状态等复杂因素影响,车辆行驶速度是随机变量。特定路段上,在干净、潮湿条件下,各类车辆在车速累积分布曲线上的85%分位值 即为测算的运行速度[4]
实际车辆运行中,驾驶员总是根据道路的行车条件(如气候环境,车流拥堵及道路几何条件等)和车流本身的性能来确定车速,只要条件允许总是倾向于采用较高的速度行驶,这时只有采用运行速度指标,对于复杂受限制的道路线形,才能有效地保证路线线形的连续均衡性及不出现速度突变点,并将其他道路设计要素进行合理搭配,从而避免安全隐患。例如,大半径曲线或直线道路上,驾驶员倾向于高速行驶,当出现小半径曲线道路时,驾驶员很难按照设计速度行驶,否则可能出现交通事故,说明运行速度的概念补充和完善了设计速度在道路设计中的合理性。
2.     基于运行速度的道路设计
上述分析表明,设计中若采用运行车速作为道路几何设计、超高、加宽等指标的依据,能够较好地解决设计指标与实际行车所要求的指标不相符的问题,且至少能保证85%车辆的运行安全,使得道路的设计更加安全和协调。以下将研究基于运行速度开展道路设计的方法和步骤。
首先,根据道路工程的前期研究基础和相关技术标准,确定道路的设计速度,依据《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)规范进行公路平面和纵断面线形的初始设计。设计的初始线形及各指标应该符合现行标准及规范的要求,这便是现有基于设计速度的路线设计方法。
其次,在初始设计方案的基础上,通过建立预测模型推算各关键路段(直线和半径超过600m的曲线归类为直线段,其余为曲线段)的实际运行速度。《公路项目安全评价指南》(JTG/T B05-2004)提出了对于运行速度 的计算方法:一种是根据数学统计模型预测运行速度(模型法),一种是根据图表读取路段运行速度(图表法)。模型法是将所有车辆的运行速度进行统计分析,若有实测数据则直接进行回归分析,如若没有实测数据则根据车辆的驾驶行为:匀速、加速、减速等,计算分析路段的运行速度。图表法则是根据客车的行驶初始速度、直线长度和最终速度三者关系,回归分析运行速度。图表法在预测速度特征点偏少,仅适用于小客车的情况。
再则,基于运行速度对路线的相邻路段区间的运行速度变化值,同一路段上设计速度和运行速度的差值进行研究。如果相邻路段的运行速度发生数值突变,则需要优化和改善相邻路段的平面和纵面设计;如果同一个路段的运行速度与设计速度相差很大,则需要考虑调整线形或者采用其他措施。总的目标是保证路段行驶速度的平稳变化以及行驶速度和运行速度差异合理。
最后,对于优化调整或者最终确定的道路线形,推算各路段的运行速度,并计算与之相匹配的平曲线、纵曲线、横断面、视距和超高等各项指标,最终确定道路的线形设计。
3.     基于运行速度的安全评估
运行速度是汽车行驶行驶状态的最真实表征,运行速度沿道路的改变反映了道路路线设计的连续性和平稳性,国外均采用运行速度评估道路设计的安全性[5,6]
3.1运行速度连续性
运行速度本身应该具有连续性,前后路段运行速度的连续性是保证行车安全的重要标准。一般将相邻路段的运行速度差值 作为评价标准。
式中: 为调查路段i上车辆的运行速度; 为调查路段的后一路段(i-1)的车辆运行速度; 为调查路段i与相邻路段(i-1)的运行速度差值(绝对值)。
当 时,说明道路前后路段的运行速度较接近,设计路线的连续性和安全性良好,不需要修改设计参数;当 时,说明前后路段的运行速度差值很大,不能满足设计速度的连续性和安全性要求,是交通事故的频发路段,必须要重新进行设计,调整路线,如若由于客观因素不能修改设计路线的,则必须采取其他交通安全措施控制车速。当 时,说明相邻路段存在道路的不连续性问题和安全隐患,但是可以不进行重新设计,只要对一些道路设计参数进行适当调整,或设置交通安全措施予以回避。
3.2设计线形连续性
道路设计线形的连续性和安全性一般通过路段运行速度和设计速度的差值 表达,体现了实际路线和设计线形的符合程度。由于行车实际速度在正常情况下比道路的设计车速高,因为为了保证道路行驶的安全性,必须合理地控制行车速度,使行车速度与设计车速的差值 在允许范围内。
式中: 为调查路段的车辆运行速度; 为道路的设计车速; 为调查路段车辆运行速度与设计车速的差值(绝对值)。
当 时,说明道路的实际路线与设计线形符合性良好,可以保证设计的连续性和安全性,不需要修改设计参数;当 时,道路的实际路线与设计线形误差很大,实际行车速度远大于设计车速,该路段容易发生安全事故,需要重新进行设计,调整路线,如若由于客观因素不能修改设计路线的,则必须采取其他交通安全措施控制车速。当 时,说明实际路线与设计线形的偏差在可接受范围,可以不进行重新设计,但建议采用交通安全设施调整速度,例如根据运行速度修改超高值,检查停车视距等,保证汽车行驶的安全性和平稳性。
4.     结论
论文基于设计车速和运行车速的概念分析,指出了设计车速在复杂受限制的道路线形设计中存在的不足,提出运行速度用于保证复杂路段设计线形连续性和安全性的设计步骤和方法,并基于运行速度连续性和设计线形连续性对运行速度设计方法进行了评估研究。结果说明前后道路的运行速度以及道路运行速度与设计速度的差值最好在10km/h范围,才能最好地保证道路线形设计的安全和连续流畅性。
参考文献
[1]郑安文, 牛倬民. 高等级公路运行速度与设计车速匹配研究[J]. 武汉科技大学学报(自然科学版).2003.26(3):273-275
[2]王宇亮. 运行速度的设计方法在二级公路设计中的应用[J]. 工程建设. 2010. 42(3):29-32
[3]王晓辉. 运行速度方法在高速公路设计中的应用[J]. 交通科技. 2008年7月:48-51
[4]许金良,胡圣能,杨宏志. 运行速度在公路线形质量设计中关键问题研究[J]. 河北工业大学学报. 2011. 40(1):114-118
[5]杨阳. 基于运行车速的高速公路交通安全性能研究[D]. 长沙:湖南大学. 2012
[6]赵爽爽, 吴海锋, 蒋林志. 运行速度在公路路线设计中的应用[J]. 城市道桥与防洪. 2009年第2期:19-20



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