山区分离式高速公路运行速度模拟检验

1山区分离式高速公路运行速度模拟检验丁健华丁正林庄稼丰（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056）摘要：本文结合运行速度设计新理念，针对山区分离式高速公路运行速度模拟检验效率低下的现状，分析了其主要原因，并提出了智能化、交互化、自动化的解决方案，采用自主研发的计算辅助软件提高了山区分离式高速公路运行速度模拟检验的效率。关键词：山区高速公路分离式运行速度模拟检验一、引言近年来，交通安全形势异常严峻，国家有关部门加强了“以人为本，安全至上”的公路设计新理念的宣传，使基于运行速度的设计新方法渐入人心，运行速度模拟检验也已成为公路设计中举足轻重的关键环节。但在山区分离式高速公路设计中，因项目地质复杂、地势险峻，平纵线形设计更复杂、桥隧构造物更密集，运行速度模拟检验效率低、困难多。为此，本文结合运行速度设计新理念，分析了山区分离式高速公路运行速度模拟检验工作效率低下的主要原因，提出了智能化拼接的解决方案，并自主研发了运行速度计算辅助软件，为提高山区分离式高速公路运行速度模拟检验效率提供了新的思路。二、运行速度设计新理念（一）运行速度与设计速度设计速度，是公路设计的控制要素，是根据一条公路的功能、等级、服务水平、沿线地形地质等自然条件，同时考虑控制工程规模及造价，而确定的一定长度内不变的最低速度控制值，它决定了几乎所有公路几何设计参数，直接影响着公路的营运安全与效率。运行速度，是指绝大多数（85％）具有一定驾驶技术、心情状态良好的驾驶员，根据车辆、道路、交通、天气等客观条件和个人驾驶习惯所实际采用的安全行车速度，简称V85。运行速度在驾驶行为、心理、视觉需求、汽车性能特征、线形几何设计等因素综合影响下是连续变化的，比设计速度更贴近实际行驶速度。通过在典型公路上大量行驶车辆的实际行驶速度观测，统计、分析、总结其数据分布，可回归出运行速度的测算模型。（二）基于运行速度的设计方法目前，常用的基于设计速度的路线设计方法，已被实践证实可能导致线形设计出现：设计要素易采用最低指标、前后平纵线形一致性和均衡性设计易忽略、与实际行驶特性相符性较差等问题。针对设计速度法的这些缺陷，近20年来，国外路线设计人员提出了基于运行速度的设计方法，利用运行速度来研究、解决道路线形设计问题，具有：更强的设计针对性、更全面地考虑了各种影响因素、线形设计更连续均衡、保证线形与实际行驶车速更协调、有效消除行车安全隐患、更人性化地顾及驾驶员的行车安全等诸多优点。（三）国内运行速度研究应用现状运行车速理论优势突出，是我国公路设计理论体系的发展方向。我国交通部在参考和借鉴澳大利亚、美欧等国家的运行速度测算方法和标准的基础上，于2004年11月1日实施行2业推荐性标准——《公路项目安全评价指南（JTG/TB05-2004）》（下文简称《指南》），其初步提出的安全性评价内容、方法和标准，主要适用于高速或一级公路新改扩建工程的运行速度模拟检验，促进了运行速度设计法在我国高等级公路设计项目中的推广应用。而在最新修订的《公路工程基本建设项目设计文件编制办法（2007年版）》（下文简称《编制办法》）中，提高了对安全设计的要求，重点增加了“运行速度对运营安全模拟检验”等内容。《编制办法》在“总体设计”章节明确了运行速度模拟检验的要求：1．“对设计速度小于等于100km/h的路段，宜采用运行速度方法，对可能出现运行速度差大于20km/h的路段进行安全性分析、评价”；2．绘制直观的“运行速度曲线图”和“运行速度计算表”，为交通工程设计提供依据。三、现状分析根据《指南》和《编制文件》规定，全路线的运行速度模拟检验必须按不同行驶方向（正向或反向）、不同测试车型（小客车和大货车）进行多次V85测算，并绘制所有运行速度计算图表。但目前山区分离式高速公路设计中运行速度模拟检验效率低下，严重制约了整体设计的生产进度，经分析，主要原因有如下三个方面：（一）分离式设计工况繁多且设计习惯不统一与平原微丘地区高速公路相比，山区高速公路平纵设计更为复杂，经常因为新老路分幅展线、小间距分离隧道、上下行分幅拉纵坡、跨越不同投影面等不同工况，分别采用平纵均分离、仅平面分离、仅纵面分离、仅桩号分离等多种的分离式设计。在进行这些分离式设计时，不同设计单位或设计人员的设计习惯也是大相径庭，经调研，主要有三种：“左幅分离+右幅分离”、“左幅贯通+右幅分离”、“右幅贯通+左幅分离”（如图1所示）。图1三种不同的分离式设计习惯V85测算需要全路线真实的连续桩号，但因为分离式设计工况繁多和不同的设计习惯，所以必须在V85计算前完成大量预处理工作，包括：理顺所有线位对应关系、复核各分离式线位起终点桩号、拼接所有零散分离线位为左右连贯线、校验各类断链数据等。为应付这些繁琐的预处理工作，设计人员需花费大量精力和时间，直接导致了运行速度检验效率低下。（二）比选线较多且复杂时计算量大因山区高速公路的地质地形更为复杂，故在初步设计阶段比选线位一般较多，特殊困难路段，推荐线和比较线均可能为复杂的分离式设计。按《编制文件》规定，与推荐线类似，各比较线也需进行运行速度检验。比较线的检验对象是：被比较路段以外的推荐线路段与比较线路段一起组成的连贯线位。3图2比较线运行速度检验的示例如图2示例，推荐线K、比较线A、比较线B的运行速度检验对象可理解为表1所示。表1示例图中推荐线和比较线的运行速度检验对象线位名称右幅检验对象顺序左幅检验对象顺序推荐线KK1+K2+K3+K4+K5K5+K4+K3+K2+K1比较线AK1+A+K3+K4+K5K5+K4+K3+A+K1比较线BK1+K2+K3+B+K5K5+B+K3+K2+K1可见，若山区高速公路项目中比选线越多、越复杂，运行速度的计算量也就越大，也直接影响了运行速度模拟检验工作的效率。（三）运行速度图表绘制修改量大根据《编制文件》规定，公路项目运行速度检验完成后，必须完成“运行速度曲线图”、“运行速度计算表”等图表成果的绘制，主要包括“右幅小客车”、“右幅大货车”、“左幅小客车”、“左幅大货车”等四类，图表绘制工作量大。若设计线位局部调整一次，将导致V85重新计算、运行速度图表重复绘制；设计线位调整次数越多，运行速度重复工作量也就翻倍增加，严重降低了运行速度检验工作的效率。四、解决方案针对导致山区分离式高速公路运行速度模拟检验效率低下的三个主要原因，我公司成立了QC小组进行课题攻关，充分总结了我公司近年来在大量山区高速公路设计生产项目中积累的运行速度计算经验，自主研发完成了运行速度计算辅助软件——“公路运行速度计算分析系统JSL-V85”（见图3），为山区分离式高速公路运行速度模拟检验提供了智能化、交互化、自动化的解决方案，有效提高了运行速度模拟检验的效率。图3“公路运行速度计算分析系统JSL-V85”软件主界面4（一）智能化处理分离式多线位拼接利用JSL-V85软件“数据输入-分离式”功能，分离式设计中繁琐的数据预处理工作将更为轻松、便捷。图4智能化处理分离式多线位拼接的示例图4示例项目分离式类型是“左幅分离+右幅分离”，我们仅需批量导入全路线原始设计数据文件，根据设计项目线位对应关系分别将左幅、右幅线位数据依次排序，浏览、校核拼接线位及对应桩号后，点击“确定”按钮，系统将自动完成繁琐的预处理，将大量零散分离线位自动拼接为左幅、右幅贯通线。（二）交互化计算比选线图5多个比较线交互化计算的简化流程针对含较多比较线的设计项目，利用JSL-V85软件可交互式完成所有比较线的运行速是否比较线A比较线B比较线X比较线A比较线B比较线X交互插值查询获取起终点对应桩号V85值自定义初始运行速度V0交互分析计算是否优化运行速度图表输出山区高速公路项目分离式设计数据整理推荐线K推荐线K………………分析计算计算项目V85结果5度计算，交互式计算多个比较线的简化流程如图5所示。首先为推荐线和每个比较线均建立相对独立的V85计算项目，然后各比较线计算项目从推荐线计算项目中交互获取起终点对应桩号的V85值，最后进行自定义初始运行速度V0的交互分析计算。各比较线的V85结果可浏览校核和修改计算，有效提高了含较多比较线的山区分离式高速公路运行速度模拟检验的效率。（三）自动化输出运行速度图表JSL-V85软件“图表输出”功能，可将大量V85计算结果数据根据《编制文件》图例要求，自动化编辑绘制、分页排版，并保存为Excel、AutoCAD等标准格式文件，如图6所示，真正让设计人员从繁琐枯燥的图表编辑工作中解放出来，有效改善了山区高速公路运行速度模拟检验的效率和质量。图6运行速度图表输出五、应用实例（一）项目背景实例为贵州省某高速公路初步设计项目，双向四车道，设计速度为80km/h。如图7所示，推荐线K含4处左幅分离，比较线D、比较线W均含1处左幅分离，比较线S为整体式，各线位起终点桩号对应关系参见表2。图7各线位对应关系示意图表2各线位起终点桩号对应表项目名称包含线位起点桩号对应桩号终点桩号对应桩号推荐线K右幅KK1+263.050——K42+500——左幅Z1Z1K9+850K9+850Z1K20+002.208K20+000左幅Z2Z2K21+300K21+300Z2K24+758.678K24+760左幅Z3Z3K29+300K29+300Z3K31+634.228K31+600左幅Z4Z4K35+400K35+400Z4K36+910.305K36+900比较线S左右幅SSK2+710.755K2+850SK4+687.047K4+800完成运行速度分析计算图表输出运行速度计算表运行速度曲线图运行速度梯度图Excel表格文件（包括4类表格）CAD图形文件（总体图/分页图）6项目名称包含线位起点桩号对应桩号终点桩号对应桩号比较线D右幅DDK7+680.135K7+820DK14+847.159K14+800左幅DZDZK9+900DK9+900DZK14+011.649DK14+000比较线W右幅WWK15+380K15+380WK24+851.632K24+760左幅WZWZK15+380WK15+380WZK24+849.128WK24+851.632（二）运行速度计算过程从图7不难看出，实例项目在分离式类型为“右幅贯通+左幅分离”，首先利用JSL-V85软件智能拼接导入各分离线位，分别建立“推荐线K”、“比较线S”、“比较线D”、“比较线W”等4个计算项目，其次直接对K线进行V85计算，然后利用K线插值获取各比较线起终点对应桩号的V85值，依次交互计算比较线S、D、W，最终完成所有4条线的V85计算。（三）运行速度图表成果推荐线K和比较线S、D、W在V85计算完成后，可自动绘制输出各类运行速度图表，浏览各线位的左右幅统计分析表，如图8所示，为后续安全性分析评价提供图表数据。图8运行速度图表成果六、结论本文针对山区分离式高速公路运行速度模拟检验效率低下的现状，提出了智能化、交互化、自动化的解决方案，经大量实践验证，采用自主研发的运行速度计算辅助软件JSL-V85能够有效提高山区分离式高速公路运行速度模拟检验的效率。但是，结合运行速度新理念进行山区分离式高速公路设计，仍存在诸多问题：例如连续长陡纵坡路段、大型桥隧构造物路段、互通立交匝道区、平交口限速区的V85适用性，更细致全面的运行速度测算模型，以及更具典型指导意义的规范指南等，均有待深入研究。参考文献【1】交通部颁，《公路项目安全性评价指南》（JTG/TB05-2004），人民交通出版社，2004【2】交通部公路司，新理念公路设计指南（2005版），人民交通出版社，2005