现代道路设计新方法文献综述分析 7页

现代道路设计新方法文献综述分析摘要随着科技与经济的发展，我国公路建设不断发展并取得重人进步。但是根据国家最新的基础建设投资计划，我国的公路仍处于高速发展阶段,而一些合理设计公路路线的指标参数和设计方法对我国包括公路的道路建设和安全只有重大意义。路线线形设计的优劣决定着道路建成后所能发挥的安全性、舒适性、经济性的程度，同时也是影响其沿线经济建设、人们的生活水平等的主要因素，所以设计者应特别重视线形设计质量。本文通过对国内外现代道路设计新方法新技术总结分析，进而发现新的问题并探求该领域未来研宄方向。关键词：现代道路设计新方法几何线形设计引言道路是国家经济和社会发展的重要基础设施，社会经济水平和交通运输需求决定着道路交通的发展进程，而道路交通也制约着社会经济和交通运输的发展水平。道路线形是公路的骨架，是车辆运行的直接载体，它控制着整个公路的路基、桥涵、交叉、沿线设施等构造物的规模和投资。同时,对汽车行驶的安全、舒适、经济和车辆的通行能力起着决定性的作用，一旦线形确定，将是长期存在的，无论优劣，都很难改变。合理设计路线的设计方法对我国的交通道路经济建设和安全具有重大意义。我们耍充分考虑由于国情、理念、技术等的不同带来的众多差距，在实践中应该积极转变设计观念，充分吸收设计的新思路和新理念。同时设计中思路要灵活，避免盲目的套用规范，以达到适合我国国情的“以功能为主线，以安全为核心，以人为本，合理采用技术标准，灵活运用技术指标，协调处理环保、经济、美观的关系，确保公路建设的可持续发展”的总体设计理念。木文具体安排如下：1.介绍国内外道路线形设计研究现状。2.分析总结现代道路设计中用到的新方法。3.未来展望。 1.国内外研究现状1.1国内研宄现状我国道路现状，自改革开放以来，公路建设取得了巨大成就，但是与国际上发达W家相比，差距仍很大,不能满足交通运输的耍求。未来建设将以加快国家高速公路网主骨架、“断尖路”、扩容路段和农村公路为重点，积极推进国省干线改造。一是加快国家高速公路网主骨架建设，到2020年，基本建成国家高速公路网，我国高速公路通车里程将达10万公里。今后将以“7918”高速公路网规划为指导，“十一五”期间，重点建设“五射两纵七横”共14条路线，到2010年，基木建成西部8条省际公路通道。东部地区基本形成高速公路网，长江三角洲、珠江三角洲和京津冀地区形成较完善的城际高速公路网络；中部地区基本建成比较完善的干线公路网线，承东启西、连南接北的高速公路通道基本贯通;西部地区公路建设取得突破性进展，实现内引外联、通江达海。二是国省干线公路建设。加大改造建设力度，国省干线公路技术等级、质量和服务水平进一步提高。一些经济影响重大、在救灾应急过程中反映出来的瓶颈通道加强建设和扩充，包括沿海地区道路和由北向南跨越的经济大通道，也包括最近几次人&然灾害暴露出來的一些迂回能力差、保障能力不强的通道，积极消除瓶颈制约，进行扩容建设，在原有的路两边增加一些车道,或幵辟复线。冋吋，发展与国家区域经济相适应的区域间通道，如珠三角、长三角、长株潭、成渝经济区、辽宁沿海经济带、东北经济区等。三是农村公路建设。采取“部省联手、各负其责、统筹规划、分级实施、因地制宜、量力而行”的办法,启动实施“农村公路建设五年千亿元工程”，确保到2010年,全国乡镇基本实现通汕（水泥）路，东、中部地区所有具备条件的建制村通油（水泥）路，丙部地IX基木实现备条件的建制村通公路。交通运输部门将以科学发展观为指导，坚持以人为本、与环境相协调的理念,注重资源节约和环境友好，采取生态环境保护和可持续发展的有效方法和途径，突出“以人为本”的设计理念，在公路建设过程屮进一步增加人性化设计，体现公路基础设施的人性关怀，为全面建设小康社会做出成有的贡献。可见当前最突出的问题是公路建设发展速度跟不上经济发展的速度，也跟不上交通量发展的速 度。据统计:我国干线公路有50%的路段，其交通量都在2000辆/昼夜以上，处于超负荷运行状态。这就是说，有50%的现有干道需要改造成二级以上的公路。而现有的10.8万公里的国道网中二级以上的公路只占30%。因此加快公路改扩建工程建设是当务之急。1.2国外研允的现状欧美等国家近些年公路建设方面，提出了一些新的公路设计理念，并将这些理念与先进的测设技术结合，提出了一系列新的公路设计程序和技术，与我国规范有不同和改进之处，值得我国学习和借鉴。国外道路强调协调设计方法的重要性，着重强调现有设计标准屮的灵活性运用问题，并鼓励设计者在处理项0吋,创造性的采用标准和规范，更好的提出创造性的解决方案。在总结过去建设经验的基础上提出的综合平衡和处理公路建设中安全、快速、环保、美学、经济要求，增加社区价值等各种因素的一种具有系统工程思想的协调方法和理念。具体表现在以下几个方而：1、灵活运用技术标准通过给出关键性指标的推荐范围，给设计人员以设计指导，允许设计人员针对特殊情况，发挥充分的灵活性，使设计切合实际情况。美国的灵活性设计方法还表现在当工程受到环境条件严格限制时，经过论证,可以进行超标设计。2、重视公路设计的安全性上世纪60年代到80年代末，是公路建设的高速发展时期。随着交通事故的猛增，公路设计的理念除了重视环保等其它因素外，公路的安全性是设计者关注的主要问题。美国为此多次制定并修改了公路几何设计标准来确保公路设计的安全性。除此以外，还通过制定一系列的法规、政策来约束和教育驾驶员和行人，增强安全意识，这些措施对减少了交通事故起到了较好的作用，在保证安全方而取得了一定的效果。3、重视环境保护随着高速公路的大量兴建，公路建设对环境的影响越来越受到社会的关注，有些国家开始制订法律耍求新建公路必须进行环境保护和绿化。如美国制定了“国家环境政策法案”（NEPA），其中对公路建设中的规划、设计、施工与营运各阶段的环保要求都做/明确规定。现在，美国在公路网规划初期就同步开展战略性的环 境影响评价，再通过项0环境影响评价、环境恢复与治理,形成了一整套的公路环境保护和综合治理模式。4、重视公众在规划、设计中参与的作用让公众参与在项目中，来提高项目的整体效益。首先，让相关人员提出意见和要求，可加强居民对项H的认同感和拥护感，减少公众对项目的抵触;其次，通过不断的沟通，可以改善公路设计，提高环境影响评价与决策的水平。1.分析总结现代道路设计中用到的新方法。2.1.基于驾驶人速度选择行为设计方法的创新我国现行的设计方法是以设计速度为核心的。采用设计速度作为设计指标，实质上规定了道路设计最低限度应该采用的指标，但对采用高于设计速度所对应的指标没有限制。实际上车辆在公路上行驶时，驾驶员总是根据道路的行车条件（特别是几何条件）及车辆本身性能等来确定车速，只要条件允许，总是倾向于采用较高车速行驶。这样驾驶员实际采用的运行车速所需的线形指标就会与设计车速所确定的线形指标相脱节，从而增加了道路的危险性和失调性。经过多年的设计实践，国内、外的设计者发现这种设计方法存在着不足：1）线形设计要素与实际行车速度不相符现行设计方法最显著的特征是对于一个设计路段设计车速是一个固定值，计算行车速度作为基础参数，规定了线形设计要素的最小指标值，却没有考虑是否能够满足实际行车速度的要求。实际上，车辆在公路上行驶时，驾驶员是根据道路条件特别是线形儿何条件来不断调整车速的，实际车速经常会超过计算行车速度。因此，满足计算行车速度要求的道路设计值（如视距、超高等），不一定能够满足驾驶员选用的实际车速。2）线形要素之间组合设计不合理根据计算行车速度所作出的设计中采用的最小线形设计值是指车辆按计算行车速度行驶，逐一驶过各个孤立的道路特征路段时保证安全行车的设计值。在丘陵和山岭地区，经常需要把纵而线形要素与平而线形要素结合使用。一般认为，对孤立要素适用的最小值，在这些要素同时出现时可能就不安全。因此，不少国家都强调要避免组合使用多种最小设计值。我国也强调在线形设计吋要避免冋吋釆用一些最小值的组合，这实际上正是对计算车速法的修正。然而，无论是这些 特殊说明，还是计算行车速度概念本身，都不能指导设计人员恰当地、合理地组合设计值。3）设计车速与实际运行车速存在差异在按等值设计车速设计的公路上行驶吋，驾驶员会根据实际的交通环境以及自己的主观期望和直觉来调整行驶车速，对线形造成的危险感就会有所变化，相应地驾驶员选用的车速又随之发生循环变化，经常会以设计车速值为中心上下波动。这样对特定设计车速合适的线形技术指标，相对驾驶员所选用的实际车速就可能不满足要求或者设计指标留有余地，就不能满足线形设计的合理性（即线形在A有经济性的同时也能满足使用质量的要求，做到线形经济性和安全性、舒适性的高度协调统一）。为了更好地贴近起伏地形公路的真实行驶状态世纪七八十年代国外学者提出了基于运行速度的路线设计方法，该方法的核心是以运行速度85%车速作为设计车速进行线形设计。运行速度设计方法的优势：1）运行速度设计方法根据实际车速确定设计指标，使设计耍素值能够满足车辆实际速度的要求，同时解决了设计要素之间的相容性问题；2）通过采用相邻路段运行车速差控制原则，保证了在一个设计区段内行车速度的连续性和一致性。运行速度的引入，可以有效地解决路线设计指标与实际行驶速度所要求的线形指标脱节的问题，但由于国内外的交通条件和驾驶员行为差别明显，欲完全借鉴采纳这种设计方法客观上还存在许多M难，现阶段可在现行设计方法的棊础上，采用运行速度对其进行改进。道路设计理念引导设计方法不断创新，随着“用真实的驾驶行为和车辆特性来控制道路几何设计”这一设计理念的提出使人们必须充分考虑真实世界中驾驶人多样化的行为习惯比如选取有代表性的典型驾驶模式，根据典型驾驶模式的汽车行驶特性来控制几何线形参数的选取才能实现人-车-路-环境系统的安全有效运行。区别于设计速度和运行速度这种传统路线设计方法。近年来中国陆续奋研究者提出了新的路线设计思路与方法，杨少伟等认为设计速度方法难以满足汽车行驶特性耍求，容易出现各技术指标取值不合理、相互组合不协调，进而导致交通 事故的发生!为此提出了可能速度的概念计算方法以及基于可能速度的公路线形设计方法和流程。并通过调查分析与理论分析证明了可能速度图上的速差与交通事故的密切相关性，因此设计人员根据速度差能够对公路线形设计成果进行检查和改进。后来有人根据可能速度计算公式求出了各设计速度的速差量，作为评价线形连续性的标准，进一步丰富和完善了可能速度设计方法。由于运行速度和可能速度线形设计方法存在普适性和增加工程经济成本的问题。符锌砂提出丫理论运行速度概念，建立了一套理论速度预测模型和基于理论运行速度的路线设计及评价体系。随着可靠度理论引入道路设计，颠覆了传统道路设计中定值设计的思想。通过建立设计指标极限状态下功能函数，将随机变量纳入路线设计考虑，使路线设计既灵活又更贴近于真实情况。朱兴琳运用可靠度对平曲线半径、竖曲线半径和停车视距进行了分析，陈富坚等结合公众心理承受度分析提出了平曲线半径可靠性设计的目标可靠度及可靠指标。考虑车辆作用分析了曲线路段行车安全的可靠性，并提出了平曲线可靠性设计流程。基于可靠度的路线设计方法还局限于对个别参数指标的探索，没有形成整套的设计指标体系和设计流程，值得进一步深入研究。2.2基于方向控制行为的设计方法。大量的案例表明很多事故是直接与方向控制（轨迹控制）的失控有关。单一的速度指标无法全面衡量出路线设计的安全性，徐进等提出了一种新的山区公路路线设计理论，即基于轨迹-速度协同控制的公路平面线形设计新方法，其基木思想是：根据公路的等级、功能、线形条件和地形环境确定出代表性驾驶模式。在道路儿何行驶环境、车辆动力性、安全性、舒适性的约束下，决策出代表性方向控制模式的行驶轨迹。再根据轨迹曲率决策出代表性速度控制模式的行驶速度，最后同时使用轨迹和速度控制道路几何要素的取值该设计方法能够帮助设计者实现对全部平面和横断要素的调整和控制，成功解决了先前仅能调整弯道半径的困境。徐进等使用人-车-路协同仿真手段径弯道上采用切弯行驶更容易达到舒缓轨迹的目的，并且弯道越短或路幅越宽，切弯效果越显著。他的研宂还表明：回旋线会使切弯行驶时的轨迹变得舒缓，从而解释了有回旋线的弯道为何伴随着较高 行驶速度的原因。近年来，由于人-车-路-环境协同设计思想在道路设计中曰益被强调。如果在设计阶段能够预测出汽车在所设计道路上的行驶轨迹，则能够在很大程度上衡量出人-车-路-环境是否能安全%有效运行。因此，汽车行驶轨迹预测技术将是未来很长一段时间的研光热点。1.未来展望目前绝大多数的平曲线v85模型只含半径R，所以只有R才能够被调整，但实上偏角、偏转方向、路宽、回旋线等都能影响驾驶人的速度选择行为。因此，需要将更多的几何要素反映进来。并且，对于弯道密集的山区公路相邻弯道之间的驾驶行为和车辆运动学存在明显的耦合。因此，合理的模型应该将这一特性考虑进来。以实现整条道路的协同设计。不管是设计速度方法还是运行速度方法在求解汽车横向受力时都是将弯道半径R作为计算参数，即相当于采用了行车道内居中行驶的假定驾驶模式，但居中行驶方式在真实山区公路上的比例非常低，显然不能因为其合法就将其作为设计假定并用其控制线形参数的取值。因此应该深入调查各类III区公路的驾驶行为，选取代表性的驾驶模式。并在设计吋重点考虑。三维设计路线优化及新一代CAD技术路线几何设计理论体系己经从单一的设计速度法发展出较多其他形式的设计理论，但还是将道路设计划分为平纵横三阶段随着三维设计思想和建筑信息模型技术日趋成熟，应该逐步建立起完善的道路三维设计理论和方法体系，包括三维设计和评价指标，三维优化算法等,将道路路线设计从二维平台带入三维平台。这必将大大提高路线设计的效率和水平，冋时对提高道路的运营安全性也有重要意义。考虑生态环境和节能减排的路线设计。在路线设计中将碳排放#油耗等指标纳入优化目标，进一步落实与自然环境协调，突出当地文化特色等原则，实现可持续化发展的路线设计。