现代道路设计基于运行速的设计方法

现代道路设计基于运行速的设计方法第1页/共79页

据估计全世界每年约有120万人死于道路交通事故，大约每天有3000多人死亡；受伤者更多达5000万人。如果不采取强有力措施，今后20年中道路交通事故死亡和受伤人数将增加65％左右。因道路交通事故引起的85％的死亡以及90％的伤残发生在中等收入和低收入国家。

§1.线形设计与交通安全第2页/共79页道路交通安全事故代价高昂！

（１）道路交通安全事故=贫穷！（２）道路交通安全事故=全球疾病！据世行资料显示，在不发达国家和地区，道路交通事故造成损失占国内生产总值的1%~5%！在发展中国家，每年由于交通事故造成的直接经济损失高达1000亿美元！

在全球:每年全球有因近4000万人在交通事故中受伤，死亡人数高达120万人，每天有3000人丧命在路上，每3分钟就有一个儿童因交通安全事故而失去生命！而这其中多于80%的死亡人数发生在发展中国家！第3页/共79页道路交通安全是全球普遍性问题全世界,每3分钟就有一个儿童因交通安全事故而失去生命!第4页/共79页由于中国经济的迅猛增长，道路里程和机动车数量逐年显著增加，道路交通事故近二十年几何级增长，中国已经成为全球道路交通事故死亡绝对数最高的国家！每年有超过10万人因道路交通事故死亡，占全球死亡人数的15%，而中国的机动车保有量仅占全球的2%！中国道路交通安全状况第5页/共79页第6页/共79页第7页/共79页第8页/共79页第9页/共79页第10页/共79页在公安部和国家安全生产监督管理局确定的两部局督办治理的全国29处公路危险路段中，其中属于连续纵坡路段的事故多发路段就有16处，高达55%，这些路段已连续发生重大交通事故或发生一次伤亡数十人的特大道路交通事故，其中有北京八达岭、广东京珠北和山西运三高速公路，其纵坡坡度与坡长限制指标也都小于现行《标准》、《规范》的规定值。由此可见，相比全国公路平均事故水平，位于山岭重丘地区的公路连续纵坡路段，重大恶性交通事故的发生率最高，所面临的交通安全形势也更加严峻。第11页/共79页地区道路名称路段位置主要隐患近年交通事故情况北京八达岭高速公路(进京方向）55km至50km长下坡且弯多，长时间使用制动，导致制动失灵。1998年11月以来，发生事故170起，死43人，伤111人。河北207国道（南行）386km至388km连续下坡转弯2002年以来，发生事故48起，死20人，伤20人。山西运三高速公路22km至12km连续下坡转弯。2002年以来，发生事故17起，死20人，伤20人。内蒙古110国道（东行）321km至325km坡长路陡，弯道，视距不足2003年7月以来，发生事故14起，死9人，伤19人。黑龙江301国道(西向）122km至126km连续下陡坡急弯。02年以来，发生重大以上事故10起，死21人，伤24人。公安部督办整治的公路危险路段

第12页/共79页地区道路名称路段位置主要隐患近年交通事故情况黑龙江301国道(西向）122km至126km连续下陡坡急弯。02年以来，发生重大以上事故10起，死21人，伤24人。福建316国道103km至95km10公里下坡，极限弯、极限坡。2002年以来，发生事故53起，死34人，伤40人。江西320国道1115km下坡连续急弯，车流量大；视距为20米。02年以来，发生事故25起，死20人河南107国道走马岭坡道（北向）936km至938km路面狭窄，坡陡且长，标志设置缺乏、且不合理。2002年以来，发生事故76起，死12人，伤86人。湖北318国道（西行向）1358km-1362km长陡坡、急弯、一侧悬崖。2000年以来，发生重特大事故13起，死18人，伤13人。湖南永慈线（西行）39km加500m连续下坡转弯2003年,发生1起特大事故，死12人，伤21人。公安部督办整治的公路危险路段第13页/共79页公安部督办整治的公路危险路段

公安部督办整治的公路危险路段地区道路名称路段位置主要隐患近年交通事故情况广东京珠高速公路粤北段（南行）39km至52km下坡近13公里，重载车辆长时间制动，造成事故；2003年4月开通至8月，事故40起，死27人，伤57人。四川321国道（大纳公路）157km至159km连续弯道，陡坡，最陡处坡度达9％，2002年以来，发生事故105起，死6人，伤13人。陕西长武县亭口坡二级公路,南行1650km至1654km为连续坡道组合，平均坡度5％。重载车辆刹车失灵近2年发生事故76起，死31，伤42人。甘肃天谗公路（东行）75km至63km长下坡，连续S形弯道，车辆连续使用制动刹车失灵。2001年以来，发生事故51起，死72人，伤96人。宁夏101省道（双向）354km至361km弯多、坡陡。2001年以来，发生事故10起，死4人。新疆312国道（西行）3732km至3750km18公里长下坡，下坡终点处为急转弯，且外超高不够。2002年以来，发生事故7起，死10人，伤11人。第14页/共79页与此同时，在许多发达国家，尤其在最近的20年里，尽管机动车数量逐年增加，但道路交通事故却逐年下降。在英国：在美国：第15页/共79页与此同时，在许多发达国家，尤其在最近的20年里，尽管机动车数量逐年增加，但道路交通事故却逐年下降。在澳大利亚：在加拿大：第16页/共79页与此同时，在许多发达国家，尤其在最近的20年里，尽管机动车数量逐年增加，但道路交通事故却逐年下降。经合组织其他成员国：第17页/共79页导致交通事故产生的原因导致交通事故的因素有很多，包括人、车、路（道路状况、几何条件）、环境（气候条件、道路环境）等，在影响交通安全的诸因素中，公路线形本身的安全是一个至关重要的因素。公路线形设计是公路总体设计、总体布局的关键。线形是公路的骨架，其设计合理与否，直接影响到公路运行安全。从交通事故的统计和分析看，线形设计是否合理是关系到高速公路安全性的根本问题。第18页/共79页

设计速度在公路设计中的局限性

设计速度是指气候正常、交通密度小、汽车运行只受道路本身条件几何要素、路面、附属设施等影响时，一般驾驶员能保持安全而舒适地行驶的最大行驶速度。（1）线形设计要素与实际行车速度不相符（2）线形要素之间的组合设计不合理（3）设计车速和实际行车速度的不相容第19页/共79页

运行速度在公路设计中的作用利用运行车速作为车速基本参数设计和评价公路几何线形，其优点如下：（1）利用运行车速作为计算车速，确保线形各几何元素能满足汽车行驶的需要（2）利用运行车速来评价相邻路段车速的差距，保证汽车在连续路段上行驶的连续性和一致性（3）与实际行车速度相符第20页/共79页公路线形对交通安全的影响

公路线形是直线与曲线连接而成的空间立体线形。线形设计的合理与否，直接影响汽车行驶的安全性。面对复杂的地形、地貌、地质条件，工程量艰巨、环境保护工作难度大等因素，如何使得公路设计做到安全、经济、舒适、美观、利于环境保护，公路路线设计指标的选取以及线形指标的均衡性对交通安全将起着举足轻重的作用。第21页/共79页1.长直线

在运用直线线形并决定其长度时，必须持谨慎态度，不宜采用过长的直线。

《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）（以下简称《规范》）对长直线没有量化，从理论上讲，合理的直线长度应根据驾驶员的心理和视觉效果等方面来确定，各国对长直线的限制都是从经验出发，通过调查来确定的。针对我国的实际情况，定线时要避免追求长直线，又要因地制宜，灵活运用。

第22页/共79页2.曲线半径平曲线线型应适合地形的变化，曲线半径不可过大或过小。统计表明，10％～12％的交通事故发生在平曲线处，并且半径愈小的路段上，发生交通事故也愈多。第23页/共79页图3-1曲率与道路交通事故率的关系

对于高速公路建议应尽量少采用600m半径以下的平曲线，只有在不得以的情况下才采用半径<400m的平曲线。但在任何条件下均建议，对于半径<1500m的平曲线路段应该采取一定措施提高其安全性。对于平曲线的最大半径，《规范》中规定，最大半径不宜超过10000m。

第24页/共79页3.曲线转角

根据统计研究表明，曲线的偏角不能太小，曲线偏角过小时，曲线长度将会看起来比实际的要短，使驾驶员对公路产生急转弯的错觉，这种错觉偏角越小越显著。因此，当偏角小时应设置较长的曲线，使之形成公路是在顺适转变的感觉，以避免驾驶员枉作减速的准备。同时曲线转角也应该小于30°，大于30°的曲线转角会造成严重的交通安全隐患，应该尽量避免较大曲线转角的出现。

第25页/共79页4.坡度与坡长

德国学者比兹鲁调查了德国高速公路的坡度与道路交通事故率的关系，得出了表3-2和图3-2的结论。从中可以看出，坡度越陡，事故率越大。当坡度大于4%时，事故率便急剧上升。表3-2高速公路纵坡度与道路交通事故率的关系表

坡度(%)0－1.992－3.994－5.996－8.00事故率(次/亿车公里)46.567.2190210.5第26页/共79页图3-2高速公路纵坡度与道路交通事故率的关系

一般情况下，下坡行驶的事故数量要比上坡行驶的多出1~2倍，并且由于上、下坡行车条件的差异，在较小纵坡的条件下就开始反映出来。从理论讲最小纵坡视距良好，是理想的设计方案，但实际上高速公路上的小纵坡区段对交通安全也有不利影响。

第27页/共79页5.竖曲线

竖曲线半径过小或长度不足会产生离心力过大和行车时间过短等不利因素。因此，在竖曲线设计中就尽量避免连续的短竖曲线(特别是在直线路段)和长而浅的凹型竖曲线上应确保道路的横向排水系统。此外，竖曲线的频繁变换会影响行车视距，这将严重降低道路安全性能，尤其在凸曲线路段，视距受限会大大增加交通事故率。

第28页/共79页6.视距

视距不足引起交通事故的形式主要有三种：（1）平面弯曲路段，如图3-3所示。

图3-3视距不足的平面弯曲路段

第29页/共79页（2）凸形变坡路段，如图3-4所示。

图3-4视距不足的凸形变坡路段

（3）凹形变坡路段，如图3-5所示。

图3-5视距不足的凹形变坡路段

第30页/共79页事故的数量不仅取决于视距不足的路段，而且取决于这种路段的分布频率。在较多地点视距受限制的情况下，驾驶员提高了注意力和警惕程度，交通事故反而减少。相反，在几何线形要素能得到保证的高车速道路上，个别难得出现的视距不足路段常常是具有较高交通事故危险性的地点。

第31页/共79页7.平纵组合

公路交通安全的可靠性不仅与道路的平纵线形指标大小有关，还与道路设计时选定的几何线形之间的组合是否协调密切相关。

几何线形的均衡性是保证安全的重要前提。

优良的道路几何线形组合设计应为：宽阔连续的视野能使驾驶员自觉地保持随时对车辆行驶状态进行及时的调整，并为驾驶员在遇到紧急情况时采取安全措施赢得时间

第32页/共79页新的文件编制办法的要求1、前言2、初步设计/3.2.2第一篇总体设计/2.说明书3、初步设计/3.2.2第一篇总体设计/2.说明书4、初步设计/3.2.2第一篇总体设计/3.图表及附件§2.运行速度理念第33页/共79页1、基于设计速度（计算行车速度）的路线设计方法

设计速度被视作线形设计的里程碑，其概念最早是由AASHTO（美国国家公路与运输协会）在1940年提出的。许多国家早期的设计规范都是基于这个概念而产生的。随着当代汽车尺寸加大，功率提高，汽车的运行速度便与设计速度有了很大的差别，而且也不再是等速，特别是在设计速度低的路段上二者的差异越大。为此，一些国家在设计速度的基础上，进行了适当的修改。一、国内外研究应用现状§2.运行速度设计理念第34页/共79页1、基于设计速度（计算行车速度）的路线设计方法目前设计速度导致线形设计可能出现的问题设计要素采用最低指标忽略前后线形取值的一致性和均衡性与实际的行驶特性不符一、国内外研究应用现状线形设计缺乏连续性和一致性速度与设计速度不一致相邻速度差增大交通事故率增加§2.运行速度设计理念第35页/共79页2、基于运行速度(V85）的路线设计方法

运行速度是近20年来国外路线设计人员针对设计速度法在实际应用中的缺陷而提出的。运用运行速度来研究、解决道路线形的问题，有以下几个优点：避免恒定的设计速度设计的盲目性和不具体性；具有很强的针对性和实用性；考虑各种影响因素（道路线形、驾驶员、汽车、路侧自然景观和环境等因素），更加科学，考虑的因素也更加全面；以运行速度为依据设计，线形是连续的，不会出现速度突变点，避免安全隐患。一、国内外研究应用现状§2.运行速度设计理念第36页/共79页国内的研究和应用

我国《高速公路运行速度设计方法和标准》－2000年标准规范项目专题研究参考澳大利亚、美欧等国家的运行速度测算方法和标准

04年发布《公路项目安全评价指南》

2007年西部交通项目《基于运行速度的公路设计方法和体系研究》一、国内外研究应用现状§2.运行速度设计理念第37页/共79页二、运行速度的定义、特点和意义运行速度的定义：

是指在特定路段上，在干净、潮湿条件下，在自由流的情况下，85%的驾驶员行车不会超过的行驶速度，简称V85。综合驾驶行为、心理、视觉需求汽车性能特征线形几何设计因素

是通过在典型公路上行驶车辆的实际行驶速度观测，经统计、分析、总结其数据分布，从而回归出运行速度的测算模型。

§2.运行速度设计理念第38页/共79页三、国外运用运行车速评价线形的方法

美国方法（Leisch方法）根据路线平面及纵面路况估计小客车及大货车的可能平均速度，将其绘制成车速变化图，根据其判断准则确定线形上的速度是否达到设计一致性。

10mph(英里/小时＝1.6km/h)准则：

1、在给定的设计速度内，潜在的小客车平均速度的变化在l0mph以内；

2、连续路段中所采用的设计速度变化量应该在10mph以内；

3、一般路段上大货车的平均速度不应该低于小客车平均速度的10mph。第39页/共79页

瑞士方法瑞士道路设计中所定义的设计速度根据每条道路类型的不同而各异。由模型所得的项目设计速度一旦超过常规设计速度，则以项目设计速度作为实验速度用以评价道路的视距以及超高率是否适合。两个连续的平面曲线上(或者是曲线与直线间)项目设计速度的变化量通常不允许超过12mph(约20km/h)，但是对于更小设计速度(小于45mph)的道路建议项目设计速度变化量的临界值为6mph（约10km/h）。

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德国方法使用运行速度控制道路的设计标准，其定义的运行速度反映的是干燥和潮湿路面状况下自由流状态客车的85%分位车速。德国设计指南中规定任何给定路段的预测运行速度应不超过其设计速度12mph，并且要求两个连续路段之间的运行速度差允许的最大限制值为6mph以确保道路设计的一致性，并提供一个整体平衡设计。如果对于特定的路段不能达到这一要求，平面线形设计必须讲行调整。

第41页/共79页为了避免不同道路特性的路段间运行速度上的突然变化，或者是连续道路设计元素上运行速度的突然变化，上述三个国家应用自己的一致性评价方法对道路运行速度进行一致性研究，得到如下表所建议的客车最大允许速度变化量：表4-1西方三国推荐的客车允许速度变化方法推荐速度变化量美国leisch方法10mph(16km/h)瑞士方法12mph(10knm/h)德国方法6mph(20km/h)第42页/共79页四、运行速度测算方法半径R＞1000m纵坡I≤2%(3％)半径R≤1000m纵坡I＞2%(3％)纵坡I≤2%纵坡I＞2%平直段纵坡段曲线段弯坡段

前弯坡后曲线前曲线后弯坡短直线段

测算模型的段落划分§2.运行速度设计理念第43页/共79页四、运行速度测算方法

五种模型的调整和修订平直段匀加速稳定运行模型

曲线段弯坡段

纵坡段功率重量比P标定模型和图表修正法平曲线速度预测模型

计算曲线中点、出口点速度

两阶段弯坡模型和线性组合弯坡模型计算中、出点速度短直线段

速度不变

§2.运行速度设计理念第44页/共79页四、运行速度测算方法§2.运行速度设计理念第45页/共79页四、运行速度测算方法

横断面宽度对速度的影响模型

在理想状态下车道宽度为3.75m，路缘宽度为0.5m，路肩宽度为2.5m。如实际道路横断面组成部分的宽度大于此宽度，则认为其横断面因素不对自由流速度构成影响。反之，将要考虑横断面因素影响模型对不同车道的运行速度进行修正。§2.运行速度设计理念第46页/共79页四、运行速度测算方法输入平、纵、横设计数据分析参数输入和标定路线分段（可干预）测算各结点速度大货车分析评价路段小客车分析评价运行速度图表的输出公路项目安全性评价指南高速公路运行速度研究报告线形连续性速度一致性超高检验视距检验爬坡车道设置避险车道设置紧急停车带大型工点测算过程与步骤§2.运行速度设计理念第47页/共79页五、运行速度评价标准即相邻路段线形指标的连续性评价。当速度梯度＜10km/h/100m且相邻路段的运行速度差△V85

＜

20km/h,则满足线形的连续性设计标准。当不符合上述条件时，应调整平、纵面线形。

1、相邻路段结点运行速度的一致性评价即运行速度与设计指标的一致性、匹配性评价。当运行速度V85与设计速度之差Vd＜

20km/h，则满足设计速度一致性原则。当速度差大于规定值时要对公路路线的相关技术指标进行安全性验算，验算内容见《公路项目安全分析评价指南》。2、运行速度与设计速度的协调性评价§2.运行速度设计理念第48页/共79页五、运行速度评价标准§2.运行速度设计理念运行速度与设计速度差大于20km/h的路段第49页/共79页相邻路段结点运行速度差大于20km/h五、运行速度评价标准§2.运行速度设计理念第50页/共79页相邻路段结点运行速度梯度变化突变点五、运行速度评价标准§2.运行速度设计理念第51页/共79页结点运行速度分析表格五、运行速度评价标准§2.运行速度设计理念第52页/共79页设计中考虑的因素：

1、工程经济性（造价、填挖平衡、控制点……）

2、环境影响（拆迁、文物、景观）

3、地质选线（绕避不良地质路段）

4、……关注运行速度变化（均衡、连续）；运行速度与设计速度同等重要的高度。一、设计理念的转变§3.基于运行速度的公路设计方法第53页/共79页1、运行速度概念；2、具体测算方法；单元划分（如何划分单元、共分5类单元）不同的测算模型（每一种模型的速度变换趋势和规律）平纵划分标准（平曲线1000米，纵坡2％（3％））评价标准（一致性指标和协调性指标）二、深入理解运行速度理念§3.基于运行速度的公路设计方法第54页/共79页【从多个项目的安全分析和评价，从而反观设计指标的选取】1、项目设计标准和等级2、与该等级所对应的各项技术指标平曲线（一般半径、一般最小半径、极限半径）纵坡（纵坡与坡长的对应要求）横断面（标准横断面）……3、运行速度的单元划分指标（平、纵及组合）三、准确掌握与等级标准相对应的技术指标§3.基于运行速度的公路设计方法第55页/共79页1、总体上与标准和等级相适应，以期得到可掌控的运行速度；2、始终注意路段间线形变化的连续性（协调性）指标采用随意、忽高忽低普遍过高，局部路段受限采用较低指标△V＞20KM/H或者＞10KM/H/100m（协调性不满足要求）措施：注意路段间高低指标过渡、避免突变、均衡采用指标四、恰当地运用设计指标体系§3.基于运行速度的公路设计方法第56页/共79页3、与等级对应采用设计指标（一致性）指标过高→运行速度过高→设计速度＜运行速度指标过低→运行速度过低→设计速度＞运行速度△V

＞20KM/H（一致性不满足要求）措施：与等级对应，系统化选用指标四、恰当地运用设计指标体系（续）§3.基于运行速度的公路设计方法第57页/共79页测算全线正反向运行速度（绘图、出表）根据测算成果进行评价（同时关注一致性和协调性）依据评价优化设计指标（加强路段过渡、衔接）五、根据运行速度成果优化设计方案测算运行速度一致性和协调性评价优化设计方案§3.基于运行速度的公路设计方法第58页/共79页利用运行速度不能只停留在设计完成后的检验；应该以测算成果指导设计和优化；并且需要测算、分析、优化的多次反复；应该将运行速度测算分析贯穿到路线方案设计的全过程中。六、上述工作的多次的循环和反复测算运行速度一致性和协调性评价优化设计方案§3.基于运行速度的公路设计方法第59页/共79页指标总体均衡、连续过渡；多用曲线（增大曲线比重）；不取极限指标（平纵均不建议选用极限指标）；控制坡度坡长（控制平均坡度）注重车型比例

（以前注重交通量（折合）、通行能力，注重交通组成和代表车型：超高设置、爬坡车道、视距检测等位置确定（重车比例超过30％就应该按照重车来设计超高等））总体原则§3.基于运行速度的公路设计方法第60页/共79页实例一、同一段路线路线设计两个方案，从总体指标上，明显方案一的指标均高于方案二，但是运行速度分析的结果却是方案二优于方案一。原因在于方案一虽总体指标较高，但局部因为限制采用接近极限的指标，未主意连续过渡和均衡；项目实例§3.基于运行速度的公路设计方法第61页/共79页实例二、因项目实际情况，只能是大半径或者直线的末端采用小半径平曲线时如何处理？ 方法1：尽量增加R2的半径； 方法2：尽可能增长R2的曲线长度，包括缓和曲线在内； 方法3：可能的条件下减小R1的半径和指标，使得直线路段的入口速度较低； 方法4：将从R1→R2设计成上坡（主动减速）；R1R2§3.基于运行速度的公路设计方法项目实例第62页/共79页实例三、山区高速项目中可能遇到部分沿溪线或者一段地形较为平缓的路段，指标高导致速度高如何处理？ 方法1：如果路段较长>20KM，考虑提高该路段的设计速度和标准；

方法2：不用降低这一路段的平纵指标，对视距、超高等按照运行速度验证加强；

方法3：较短时，可考虑选用较低指标；地形复杂区域地形复杂区域地形平缓区域RRR§3.基于运行速度的公路设计方法项目实例第63页/共79页1、平、纵、横均采用一般值，包括横断面组成宽度。 一般行车道>3.75M，路缘带>50CM，硬路肩>2.5M，有些项目是平、纵指标能满足100KM/H，但横断面宽度无法满足，所以降低了等级。平纵可以再降低（如典型的沿溪线）；2、当路线纵坡较缓（i≤3％），运行速度仅受平曲线半径影响，平曲线在取值时则应尽量避免取最小值和极限值，而采用一般值且注意曲线长度值尽量长一些，保证速度变化的渐变长度要求；3、当平面指标较高，处在大半径曲线或直线路段时（视为直线段），速度仅受纵坡影响。设计中坡度或坡长尽量避免取极限值，同时注重平均纵坡值和相对路段坡长的设置，不宜出现个别陡坡或长大纵坡。几点认识：§3.基于运行速度的公路设计方法第64页/共79页4、一般路段为了顺应地形，常出现小半经与较大纵坡路段配合，只要平纵组合得当，平纵指标配合均衡，应该是安全的理想线形；5、对于长大下坡路段的中段，在速度增加过程中，适当布设半径为600-1000m的圆曲线可起到降低运行速度、提醒驾驶员减速等安全措施。6、运行速度测算成果可以十分有效的确定长大纵坡路段降温设施、紧急避险车道和爬坡车道位置的设置。几点认识：§3.基于运行速度的公路设计方法第65页/共79页7、对于大型独立桥梁和隧道进出口限速时，应注意速度的连续性。运用运行速度进行检测时，因模型的不完善，常常出现运行速度变化较大的情况，从这个角度出发不宜强调速度差值满足20Km/h的要求，建议应主要考虑视距的检测和标志标牌设置的设计(如进行必要的限速或工点提示)。8、超高设置时宜根据不同车型的运行速度测算超高值，在严格分车道行驶路段中考虑分车道设置超高的可能。几点认识§3.基于运行速度的公路设计方法第66页/共79页安全更是关注的问题重点首先对旧路要按照新的拟建标准进行安全分析和评价；与交通事故统计资料、平纵横指标结合提出改扩建路线方案；对新方案完成后再评价和优化针对改扩建项目的设计方法§3.基于运行速度的公路设计方法第67页/共79页一、安全视距1、视距的概念（高速公路停车视距）2、设计视距（设计速度所要求的视距）3、运行