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公路设计中人性化理念的具体体现

新闻时间:2019-09-28 文章来源: 文章作者:ztcjjt
公路设计理论大部分内容是在20世纪40年代末期建立起来的,这些参数指标经过多年的研究和修正,一直沿用到今天仍然能够指导实践。在公路设计理论主框架比较成熟的前提下,要满足新时期对公路的更高要求,只有通过公路设计理念的提升才能实现保护生态环境、推进科技创新、体现人文景观成果的目标。从20世纪60年代起,美国进行了大量的调查和分析工作,根据道路几何特性估算车辆平均运行速度和运行费用的方法。以诺谟图的形式供道路规划管理部门使用,并一直沿用至今。在80年代后期,以美国为代表的发达国家在道路设计领域突出强调行车速度与道路设计速度一致性的设计思想,以此修正几何线形的设计尺寸。此外,美国、法国和巴西等国专家在进行自由交通条件下各类车型的运行费用模型(HDM-Ⅲ)的研究过程中,对车辆车速的确定也进行了深入的研究,以速度作为关键设计指标的动态和协调理念得到深化。与此同时,欧美等国家先后颁布了Roadside Design Guide和Road Safety Audit等指南,突出强调了安全与容错的设计理念。在借鉴国外先进经验的基础上,我国也开展了速度协调性和安全容错设计的一系列研究工作,其中较为典型的是交通部公路研究院以及同济大学等开展的运行车速与设计车速协调性的研究,以及道路安全设施、路侧安全指南和安全评价手册等研究。
  1  公路设计理论出发点
  人、车、路构成了公路交通系统。这3个要素之间并不是简单的叠加,而是相互依赖、相互制约、相互补偿的。传统公路设计理论主要是从车辆指标出发作为公路设计的控制因素,如设计车辆外廓尺寸、交通量、设计速度、公路建筑限界都和车辆直接关联。该设计理论体系简化了公路三要素之间错综复杂的关系,具有很强的操作性,尤其是在公式推导、数理计算、指标量化等方面具有不可替代的作用。但在“以车为基”的设计思想指导下,人们逐步发现道路设计的最终目标是为了满足车辆的使用要求,但是保证了车辆的安全,却不一定能够保证驾驶员的安全;满足了车辆的动力性能,却不一定满足乘客的舒适性。出现上述现象的原因,除了公路规范本身需要进一步完善,最主要的根源就是传统公路设计理念中人的因素考虑的不足。
  在公路交通系统中,人是起主导作用的,人驾驶汽车的过程,也就是人控制汽车在公路上运行的过程,人的参与活动是重要的环节。当前,人性化设计思想已经普遍被交通行业乃至全社会所接受,以《公路工程技术标准》[5]颁布实施的时间为主线,交通部先后于1988年、1997年、2004年发布了3个版本的《公路工程技术标准》,每部《标准》的出台,都标志着新一轮公路工程标准体系更新的开始。而最新版《标准》[1]更是突出体现了公路工程建设中安全、环保以及以人为本的指导思想和建设理念,只有有效的贯彻以人为本的设计理念,才能够为提升公路运输系统的服务功能奠定坚实的基础。
 2   动态与协调理念
  传统公路线形指标的检验大多依赖于孤立的设计参数符合和局部段落的线形组合,这是一种静态的思维模式。而实际上公路使用者是保持在一定速度下利用公路设施的,这是一个动态的过程。很显然,人在静态和动态时的生理活动是大相径庭的,所以采用动态的速度指标来进行路线设计具有重要的实际意义此外,公路作为一种构造物,既要满足车辆通行的基本要求,又要达到自然景观与再造景观的和谐统一。协调包含公路各个元素之间的协调、面的协调、整个路线与环境的协调,这种协调具有景观协调和速度协调的双重含义。
  动态地解决道路设计问题,首先就是选择表征动态的车速。在公路设计中有关速度的概念有很多,其中设计速度是公路设计时确定其几何线形的最关键参数。我国从20世纪50年代起引入设计车速的概念[9],作为路线设计的基础指标,根据车辆动力性能和地形条件,确定了不同等级公路的设计速度指标。设计速度一经选定,公路的所有相关要素如视距、超高、纵坡、竖曲线半径等指标均与其配合以获得均衡设计。但这种设计方法本身存在一定的缺陷,因为设计速度对一特定路段而言是固定值,这一值作为基础参数,用于规定一个路段的最低设计标准,但在实际的驾驶行为中没有一个驾驶员自始至终地去恪守这一固定车速。现有路段观测结果表明,设计速度的设计方法不能保证线形标准的一致性。实际的行驶速度总是随公路线形、车辆动力性能以及驾驶员特性等各种条件的改变而变化。只要条件允许,驾驶者总是倾向于采用较高的速度行驶。从公路使用者的安全角度考虑,在进行公路路线设计时,不能简单地以设计速度来控制公路线形指标,因为车辆是连续行驶的,需要以动态的观点来考虑车辆进入曲线时的运行速度,所选择的设计速度要与车辆运行速度相适应,从而提高公路的安全性。速度的协调主要是强调道路线形对驾驶员和乘客舒适度的影响。实践表明,道路高等级公路适合采用大半径平曲线而不宜采用长直线,同向曲线和反向曲线的过渡要自然,避免夹直线过短。这些定性、定量的规定,归结到一点就是要保证车辆的行驶速度在安全前提下要具有协调性,避免相邻路段因为平、纵、横几何尺寸的改变而产生较大的速度差。为此,要保证速度的协调性,须从公路线形入手,优化平纵组合、改善线形,避免长直线或者频繁的变坡,相邻路段运行速度差不能过大,直接平曲线相连的曲率半径要近似相等,保证使其流畅连续,确保车辆快速安全通过,提供舒适的行车条件,营造出优美的公路运营环境。 
  针对传统设计速度方法存在的主要问题,欧美国家广泛运用了以运行速度概念为基础的路线设计方法。因为运行速度考虑了公路上绝大多数驾驶员的交通心理需求,以车辆的实际运行速度作为线形设计速度,从而有效地保证了路线所有相关要素与设计速度的合理搭配,可以获得连续、一致的均衡设计。尽管2004版《公路工程技术标准》仍采用设计车速这一概念指标,但我国高速公路运行速度设计方法和标准已经基本完成,《运行速度指南》、《公路项目安全性评价指南》均采用运行速度这一指标,可以说采用运行速度进行公路线形设计将是公路设计动态理念的一次飞跃。
  3 安全与容错理念
  “安全问题”在公路交通系统中怎样强调都不过分,其重要程度是毋庸置疑的。鉴于道路交通事故的严峻性,欧美工业化国家于20世纪80年代致力于道路交通安全设计的专项研究。以最早建立正式道路安全审计的澳大利亚为例:澳大利亚国家交通部[8]编制了交通安全审查指南,设计审查时要有专门的程序对道路安全进行审查。审查包括路线平、纵、横断面设计,平交、立交设计,跨线立交桥的位置和基础形式设计,标志、标线的设计以及线外工程设计等都要做出交通安全评价,以便业主根据审查意见要求设计部门做出完全符合交通安全标准的设计文件。交通安全审查坚持“预防重于治理”,在设计阶段,交通安全审查不但要贯穿于项目的可行性研究、初步设计、详细设计阶段,而且还要在项目建设阶段、道路试运行阶段进行审查,以确保向使用者提供一个有安全保障的道路。目前我国出台了《公路项目安全性评价指南》[3-4],标志着我国道路安全评价体系基本形成,这也是安全理念的集中体现。另外,人性化设计理念一个鲜明的特征就是公路设施本身应该提供给使用者宽容的使用空间,并且能够通过道路设施等客观条件对主观错误加以纠正。
       安全理念还突出体现在道路安全设施的设置上。以路侧护栏设置为例,正确设置的路侧护栏能够实现阻止车辆越出路外并使车辆回复到正常行驶方向、诱导驾驶员视线以及对于发生碰撞的车辆减轻乘客损伤程度的功能。但就其路侧护栏本身,它是指在仅依靠道路主体本身不能保证行驶安全性的前提下增设的一种道路附属设施,这是一种消极的道路安全防护方式。没有路侧护栏并不意味着道路不安全,但若不科学合理地设置原则会使得路侧护栏成为路侧的障碍物,造成更大的潜在危险。根据《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》(JTJ074-94)[2]规定:护栏设置的主要地点是在几何线型危险路段和存在障碍物的路段。从公路的技术指标衡量,我国的公路技术标准与发达国家的公路技术标准相差不多,公路路侧护栏设置原则与国际一般要求基本符合。但在具体应用中,我国公路护栏的设置存在诸多问题,比如护栏设置的不连续、端部处理不到位,都埋下了道路事故隐患。此外由于我国国情限制,护栏防撞试验比较有限,这就制约了护栏形式选择以及护栏材料和构造性能的研究。当务之急的工作就是在充分借鉴欧美发达国家成熟经验,在此基础上修订《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》,使之满足人性化的安全要求。
  保证安全的有效手段是道路的容错设计。根据大量的资料调查,很大比例的事故是车辆冲出路侧造成的。且不谈路侧事故的发生机理,这里主要探讨能否通过工程技术的手段为驾驶员提供纠正错误的空间。路侧设计[7]作为整个公路设计的一个组成部分,它是一个相对比较新的概念。20世纪60年代才成为公路设计中的一个备受人们关注的方面。70年代以后路侧安全设计才正式与公路项目相结合。路侧区域是指从路肩外边缘到公路红线边界的这一范围,路侧安全设计也就是对路侧区域进行安全设计,又称为路外设计。无论引发车辆驶离公路的原因是什么,路侧环境中无固定物。边坡平缓都能提高降低事故严重程度的可能性。宽容性路侧设计理念允许犯错误的车辆驶出公路,同时在引发严重交通事故的地方提供良好的路侧安全设计。美国经过几十年的经验和研究,宽容性路侧设计理念已得到不断的提升,已成为路侧设计、乃至公路设计的一个重要组成部分。由于我国“人多地少”的基本国情,道路设计原则突出强调“减少占地”,所以美国路侧宽容设计理念还不能完全与我国实际情况接轨,但缓边坡、低路基的设计思想已经被普遍推广并采用。容错理念还体现在公路的服务设施等附属设施的设置上。以往对于高速公路的建设主要强调主体工程,对于收费站、服务区等附属设施没有明确要求。但现在包括服务区建设标准、规模、数量以及相应的照明设施、标志标线等诱导设施、高速公路出口的间距都有了具体规定。尽管还有许多细节需要完善, 但人性化的道路服务体系已初具规模。
4  结束语
  人性化设计理念已经成为道路设计的发展趋势,其中动态和协调、安全和容错是该理念的集中体现。我国公路工程标准化工作经过20多年的发展,总体上形成了一套基本能够满足我国公路发展需要的工程标准体系,为其公路基础设施的规划、建设、养护与运营管理提供了重要的保障,为促进我国公路交通发展发挥了积极作用。国家公路标准规范,是针对于全国范围内的纲领性法规。各地区应根据各自的特点和具体情况进行执行。一个项目标准的确定,需要考虑地形等多种因素,往往所有因素不可能同时达到标准规定的条件,或者说很难整个项目或较大路段均达到标准规定的条件。做到标准指标灵活掌握,深刻理解标准规范的实质,避免生搬硬套、机械地使用时至关重要的。人性化设计理念的实现,绝不是脱离规范要求进行主观的臆想,而是要根植在传统道路线形设计理论的基础上,引入动态、协调、安全、容错新成果,灵活地选择各项参数和指标。也只有通过这一途径,设计出的道路才能够真正实现“以人为本”的目标。

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