美國(guó)的公路設(shè)計(jì)理念強(qiáng)在哪？
2016-09-08
美國(guó)的高速公路不論是里程還是質(zhì)量在全世界都是一流的。自1937年開始修建高速公路，到1995年高速公路里程達(dá)到8.85萬Km，占世界高速公路總里程的近一半，實(shí)現(xiàn)了州州通高速公路的目標(biāo)，而且一般使用年限為15年左右，交通事故的發(fā)生率也相對(duì)較低，這與他們完善的路線幾何設(shè)計(jì)是分不開的。
公路線形設(shè)計(jì)是公路總體設(shè)計(jì)、總體布局的關(guān)鍵。線形是公路的骨架，其設(shè)計(jì)合理與否，不僅直接關(guān)系到公路建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量好壞、里程長(zhǎng)短、投資多少、效益高低，更直接影響到公路運(yùn)營(yíng)安全。雖然每個(gè)國(guó)家對(duì)線形的設(shè)計(jì)都有明確的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但是僅僅滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的線形設(shè)計(jì)并不代表是最合理的線形。
線形設(shè)計(jì)是否合理不僅是關(guān)系到高速公路安全性問題的最主要因素，也是確定道路的經(jīng)濟(jì)性、景觀環(huán)境、通行能力等方面的重要因素。通常在設(shè)計(jì)中追求的高指標(biāo)公路并不一定是安全的公路，而高速公路線形指標(biāo)的均衡性、一致性、線形的連續(xù)性及線形與環(huán)境景觀的協(xié)調(diào)性才是滿足汽車高速及安全行駛的重要保證。
路線的適宜性和均衡性
路線的適宜性是指公路路線與自然條件的協(xié)調(diào)、配合，使公路與周圍環(huán)境融為一體，最大限度地減少對(duì)自然環(huán)境的破壞。路線的均衡性是指公路路線自身各要素間的協(xié)調(diào)、配合，使公路線形能自然地誘導(dǎo)駕駛員的視線，并保持視覺的連續(xù)性，最大限度地保證行車安全。
美國(guó)高速公路設(shè)計(jì)將環(huán)境提到了一個(gè)相當(dāng)高的地位。其規(guī)范要求：公路的定線和設(shè)計(jì)可以而且應(yīng)該能使環(huán)境更加完美，并作為改善環(huán)境的促進(jìn)因素。同時(shí)認(rèn)為，環(huán)境不僅僅指自然環(huán)境，它包括人類、植物和動(dòng)物三類群體以及這三類群體起作用的各自力量。
因此，美國(guó)高速公路設(shè)計(jì)的參考者，不僅有設(shè)計(jì)工程師，還有生物、化學(xué)、歷史、考古學(xué)家和土地評(píng)估家，在某些情況下甚至還有社會(huì)學(xué)家。聽取公眾意見是方案確定階段必不可少的程序。
而在高速公路設(shè)計(jì)階段，非常強(qiáng)調(diào)路線與地形及環(huán)境的協(xié)調(diào)，盡可能消除造成大填大挖的人為因素，注重對(duì)原有地貌的保護(hù)和盡可能恢復(fù)自然的外觀。公路線形相鄰路段技術(shù)指標(biāo)不均衡、銜接不合理，會(huì)使車輛行駛速度出現(xiàn)較大突變，從而影響交通安全。因此路線設(shè)計(jì)除了應(yīng)使線形同地形、地物、景觀相適宜外，還應(yīng)使線形流暢、連續(xù)、視覺良好，保證行車安全與舒適。公路作為一個(gè)三維空間構(gòu)造物，在路線設(shè)計(jì)中還應(yīng)該對(duì)公路的平、縱、橫三個(gè)面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，做到平面順適、縱坡均衡、橫面合理。
美國(guó)公路線形設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)在符合汽車行駛力學(xué)方面的要求外，還應(yīng)考慮用路者的視覺、心理與生理方面的要求，以提高汽車行駛的安全、舒適與經(jīng)濟(jì)性。為了使線形連續(xù)、均衡，從根本上解決公路安全設(shè)計(jì)問題．通常采用運(yùn)行速度理論檢驗(yàn)公路線形設(shè)計(jì)。要滿足路線適宜性的要求，需要通過靈活設(shè)計(jì)、精心創(chuàng)作，合理選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保、美觀、節(jié)約的目的。路線的適宜性和均衡性實(shí)質(zhì)上也是強(qiáng)調(diào)公路靈活性設(shè)計(jì)以及景觀環(huán)境設(shè)計(jì)的效果。這些對(duì)我國(guó)高速公路設(shè)計(jì)具有很好的借鑒作用。
線形設(shè)計(jì)的連續(xù)性
公路線形的連續(xù)性設(shè)計(jì)是指公路的幾何條件既不違背駕駛員的期望，也不違背駕駛員安全操作和駕駛汽車的能力。滿足連續(xù)性要求的路線設(shè)計(jì)，能夠連續(xù)地引導(dǎo)駕駛員的視覺和滿足駕駛員的心理和生理要求，減少駕駛員的無謂操作、疲勞和恐懼心理，增加駕駛員和乘客的安全感和舒適感。可見，連續(xù)性對(duì)于公路設(shè)計(jì)是非常重要的。
道路線形的連續(xù)性是路線設(shè)計(jì)的基本要求之一，連續(xù)的道路設(shè)計(jì)應(yīng)確保駕駛員能夠沿著路線以他們期望的速度行駛。我國(guó)目前所使用的上述技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范中雖已提出線形連續(xù)性，但對(duì)連續(xù)性的標(biāo)準(zhǔn)并沒有明確提出。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于線形連續(xù)性的研究很多，主要分為：基于速度的研究，基于安全的研究，基于駕駛員操作難易的研究。其中基于速度的研究比較成熟，因?yàn)榈缆肪€形連續(xù)與否對(duì)車輛產(chǎn)生的影響首要表現(xiàn)在車速上。車速變化的大小也就代表著線形連續(xù)程度。事故率大小是對(duì)道路線形連續(xù)性的直接檢驗(yàn)結(jié)果，事故率比較大的事故多發(fā)地點(diǎn)，也必然代表著其線形在此存在問題。因此，美國(guó)等國(guó)均采用運(yùn)行速度評(píng)價(jià)線形設(shè)計(jì)的連續(xù)性。
線形設(shè)計(jì)的靈活性
公路設(shè)計(jì)靈活性思想最先由美國(guó)提出，美國(guó)聯(lián)邦公路局(FHWA)聯(lián)合美國(guó)各州公路與運(yùn)輸官員協(xié)會(huì)(AASHTO)等相關(guān)機(jī)構(gòu)于1997年出版了《公路靈活性設(shè)計(jì)》，特別強(qiáng)調(diào)了線形的靈活性設(shè)計(jì)理念和方法。靈活性設(shè)計(jì)包含合理選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、靈活運(yùn)用設(shè)計(jì)指標(biāo)兩個(gè)層面的內(nèi)容。靈活性設(shè)計(jì)是有條件的，必須以保證安全為前提，嚴(yán)格按照現(xiàn)行組合的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)就是保障安全的有力措施。
實(shí)際上，每一個(gè)公路建設(shè)項(xiàng)目都具有特殊性(公路個(gè)性)，由于項(xiàng)目所在區(qū)域的地理位置、地形地貌、地質(zhì)條件、氣候氣象、社會(huì)環(huán)境、不同的文化傳統(tǒng)、風(fēng)俗習(xí)慣、審美觀特點(diǎn)以及公路使用者的需求、面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇等均不盡相同，這些都構(gòu)成不同地區(qū)特有的公路景觀環(huán)境，公路靈活性設(shè)計(jì)所面臨的任務(wù)就是在運(yùn)輸功能和安全與周圍自然和社會(huì)環(huán)境之間尋求協(xié)調(diào)與結(jié)合，其目的是針對(duì)不同公路、不同路段的不同特點(diǎn)給出切合實(shí)際的設(shè)計(jì)方案，強(qiáng)調(diào)的是公路的個(gè)性、環(huán)境的個(gè)性，因此設(shè)計(jì)靈活性也體現(xiàn)為公路的個(gè)性環(huán)境設(shè)計(jì)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是公路設(shè)計(jì)的依據(jù)。
與我國(guó)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同的是，綠皮書僅僅是一本設(shè)計(jì)指南，它實(shí)際上是提出了有關(guān)道路幾何設(shè)計(jì)的一系列指導(dǎo)方針，設(shè)計(jì)人員在使用這套指導(dǎo)方針時(shí)可以有一定的靈活性。該書在序言中就明確申明了此書的目的在于向設(shè)計(jì)人員提供指導(dǎo)方針，對(duì)關(guān)鍵尺寸設(shè)計(jì)給出了推薦的設(shè)計(jì)數(shù)值范圍。
允許充分的靈活性是為了鼓勵(lì)針對(duì)具體情況做出合適的特殊設(shè)計(jì)方案。美國(guó)作為一個(gè)聯(lián)邦制國(guó)家，各個(gè)州可以根據(jù)自己的實(shí)際情況制定自己的法律，包括自己的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。AASH—TO的《公路與城市道路幾何設(shè)計(jì)政策》對(duì)一些主要技術(shù)指標(biāo)推薦了一個(gè)參考值的范圍，允許各州根據(jù)各自的特點(diǎn)確定本州的公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而各州的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)取值一般都在AASHTO所提供的范圍之內(nèi)，但是也允許超出這個(gè)推薦范圍。如美國(guó)加州根據(jù)本州特點(diǎn)，高速公路最大車速采用了130km／h，超過了AASHTO所規(guī)定的最大設(shè)計(jì)車速。由于各州的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均以綠皮書作為基本標(biāo)準(zhǔn)或參考標(biāo)準(zhǔn)，這就給設(shè)計(jì)者在本州的公路設(shè)計(jì)中有更大的靈活性和創(chuàng)造性。
當(dāng)然，靈活性設(shè)計(jì)決不能單純地理解為對(duì)幾何規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的降低，而是在滿足道路安全性的前提下，靈活運(yùn)用技術(shù)規(guī)范，盡量找出適應(yīng)自然經(jīng)濟(jì)合理的線形。這樣，公路建設(shè)才能與社會(huì)自然和諧地發(fā)展。關(guān)于路線的靈活性設(shè)計(jì)我國(guó)尚在研究探索中，未形成一套完整的設(shè)計(jì)方法。因此，美國(guó)的靈活性設(shè)計(jì)理念和方法對(duì)我國(guó)公路設(shè)計(jì)具有很好的借鑒作用。
線形設(shè)計(jì)的安全性
公路的安全性設(shè)計(jì)是指從改善環(huán)境安全人手，通過在設(shè)計(jì)階段的公路安全性評(píng)價(jià)，優(yōu)化公路設(shè)計(jì)，從而彌補(bǔ)行車安全、車輛安全的不足，消除存在安全性隱患的線形組合，提高道路運(yùn)營(yíng)的安全可靠性、提升高速公路的安全服務(wù)水平。公路安全性設(shè)計(jì)首先是對(duì)設(shè)計(jì)的道路線形進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，指出存在安全性隱患的路段或線形組合，從而提出線形修改的依據(jù)，進(jìn)行線形設(shè)計(jì)的優(yōu)化。從公路設(shè)計(jì)角度，安全評(píng)價(jià)的內(nèi)容總體上可歸并為包括平、縱、橫的線形設(shè)計(jì)和包括凈空寬度、路側(cè)邊坡、排水設(shè)施、交通工程的路側(cè)設(shè)計(jì)等影響到行車安全的各種因素。
美國(guó)在公路安全性方面的研究，主要集中在道路安全管理、幾何設(shè)計(jì)一致性與實(shí)際運(yùn)行速度評(píng)估、駕駛員行為調(diào)查分析及數(shù)學(xué)模型與輔助工具等方面。對(duì)公路線形的安全性評(píng)價(jià)主要通過對(duì)擬建道路的運(yùn)行車速預(yù)測(cè)來對(duì)道路的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
相對(duì)我國(guó)公路路線設(shè)計(jì)而言，美國(guó)道路設(shè)計(jì)理論和體系更注重路線與地形、環(huán)境的配合和協(xié)調(diào)。在設(shè)計(jì)中充分強(qiáng)調(diào)路線的一致性和連續(xù)性，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的靈活性。路線線形指標(biāo)充分考慮了地形、地貌條件，為了使道路與地形條件、景觀環(huán)境相協(xié)調(diào)，在滿足規(guī)范安全性的基礎(chǔ)上，不惜放寬線形設(shè)計(jì)指標(biāo)。另外，在設(shè)計(jì)中采用了汽車運(yùn)行車速的理念，路線設(shè)計(jì)中追求各線形指標(biāo)的相互配合協(xié)調(diào)、高低指標(biāo)之間的過渡緩和、路線線形均衡，追求實(shí)際行駛車速相對(duì)平穩(wěn)等，這對(duì)降低工程造價(jià)、克服超速現(xiàn)象、減少交通事故、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和道路景觀及與環(huán)境的相互協(xié)調(diào)具有重要的意義。
高速公路線形指標(biāo)的均衡性、一致性、線形的連續(xù)性、線形和環(huán)境景觀的協(xié)調(diào)性，以及線形設(shè)計(jì)的靈活性、安全性，作為現(xiàn)代公路設(shè)計(jì)的新理念已經(jīng)廣泛為國(guó)內(nèi)外公路研究和設(shè)計(jì)領(lǐng)域所認(rèn)同。而利用運(yùn)行速度評(píng)價(jià)方法是通過運(yùn)行車速檢查評(píng)價(jià)，使公路線形各要素的設(shè)計(jì)達(dá)到連續(xù)、均衡和協(xié)調(diào)。采用預(yù)測(cè)運(yùn)行速度評(píng)價(jià)道路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量，使得公路設(shè)計(jì)的上述要求由定性研究過渡到定量研究。運(yùn)行速度預(yù)測(cè)已成為近年來國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究和應(yīng)用的主要方法，也是研究的熱點(diǎn)。因此在充分學(xué)習(xí)和理解的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和方法，對(duì)提高我國(guó)的公路設(shè)計(jì)水平具有重要意義。
