（道路与铁道工程专业论文）公路路线方案评价模型与应用.pdf

摘要 改革开放以来，我国公路建设取得了世人瞩目的成就，但是，在公路建设中还是存 在一些问题，如安全问题、沿线环境的影响等，这些问题也逐渐引起了国内外专家的重 视。本文通过建立公路路线安全评价模型、公路沿线环境影响评价模型和公路经济费用 评价模型对公路路线进行评价。 本文总结了国内外公路安全、沿线环境影响和经济费用三个方面评价的方法和发 展。公路路线安全评价模型，详细介绍了模型建立的理论依据、结构设计和实现的功能。 对公路路线设计强制性指标进行了校验，并通过计算路线的运行车速对路线安全性进行 检验。公路沿线环境影响评价模型，依据公路建设项目环境影响评价规范、公路对 环境影响的特点和评价指标体系建立原则建立公路沿线环境影响评价指标体系，并对各 评价指标因子的评价方法提出可行方案。公路经济费用评价模型，经济费用评价从建设 费用和用户费用两方面对公路经济费用进行评价，实现从公路建设到公路使用的费用预 测。 关键词：路线公路安全、运行速度、环境影响、评价体系、经济费用 a b s t r a c t s i n c et h er e f o r m ，h i g h w a yc o n s t r u c t i o ni nc h i n ah a sa c c o m p l i s h e dg r e a ta c h i e v e m e n t s ， h o w e v e r ，i ts t i l le x i s t e n c es o m ep r o b l e m ， s u c ha ss e c u r i t yp r o b l e m ， i n f l u e n c i n go f e n v i r o n m e n ta l o n gr o a de t c ，s ot h e s ep r o b l e m sh a sb e e ng i v e nm o r ea t t e n t i o n i nt h i sp a p e r ， h i g h w a yr o u t ew a se v a l u a t e db ye s t a b l i s h m e n th i g h w a yr o u t es a f e t ye v a l u a t i o nm o d e l ， e n v i r o n m e n ti n f l u e n c ee v a l u a t i o nm o d e la n dh i g h w a ye c o n o m ye v a l u a t i o nm o d e l h o p i n gt o s o l v et h ep r o b l e m t h er e s e a r c hh a si n d i c a t e dt h em e t h o d sa n dd e v e l o p m e n t so fe v a l u a t i o na b o u tt h es a f e t y e n v i r o n m e n ti n f l u e n c ea n de c o n o m yo ft h eh i g h w a y i nt h es a f e t ye v a l u a t i o no ft h eh i g h w a y r o u t em o d e l ，w eh a v ei n t r o d u c e dt h et h e o r e t i c a lb a s i s s t r u c t u r a ld e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n o ft h ef u n c t i o n w eh a v ec h e c k e dt h ed e s i g ni n d e xo fh i g h w a yr o u t e ，a n dc a l c u l a t e do p e r a t i o n s p e e dt oe x a n i m a t et h es a f e t yo fh i g h w a yr o u t e i ne n v i r o n m e n ti n f l u e n c ee v a l u a t i o nm o d e l a c c o r d i n gt oh i g h w a yc o n s t r u c t i o np r o j e c t se n v i r o n m e n t a li m p a c ta s s e s s m e n tn o r m s a n dt h ee n v i r o n m e n ti n f l u e n c eo fc h a r a c t e r i s t i c sa n dp r i n c i p l eo fe s t a b l i s h e da s s e s s m e n t s y s t e m ，s e tu pa s s e s s m e n ts y s t e m p u tf o r w a r df e a s i b l em e t h o df o ra c t o ro fe v a l u a t i o ni n d e x ， o u t p u th i g h w a ye n v i r o n m e n ti n f l u e n c ee v a l u a t i o nr e s u l tt h eh i g h w a ye c o n o m ye v a l u a t i o n m o d e l ，i ti se v a l u a t et h eh i g h w a ye c o n o m i cf e ef r o mc o n s t r u c t i o ne x p e n s e sa n du s e re x p e n s e s o u t p u tt h ep r e d i c t i o no fc o s tf r o mh i g h w a y sc o n s t r u c t i o nt oh i g h w a yo p e r a t i o n k e yw o r d s ：r o u t e ；r o a ds a f e t y ；o p e r a t i o ns p e e d ，e n v i r o n m e n t a li m p a r t ；a s s e s s m e n t s y s t e m ；e c o n o m i cf e e 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 旧獗 岛年y 月i 2 - e t 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 论歹玖 d 铷獬：惟 鸹年y 月12 - 日 四年，月i 2 e t 长安人学硕 二学位论义 1 1 研究的背景及意义 第一章绪论 改革开放以来，我国公路建设取得了世人瞩目的成绩。特别是自1 9 9 8 年国家实行 积极的财政政策，公路建设实现了跨越式发展。数量迅速增加，布局趋于合理，结构得 以调整，质量逐渐提高。统计资料显示，截至2 0 0 6 年底，全国公路总里程达3 4 5 7 0 万公 里，路网结构进一步改善。全国公路总里程中，国道1 3 3 4 万公里，省道2 3 9 6 万公里， 县道5 0 6 5 万公里，乡道9 8 7 6 万公里，专用公路5 8 0 万公里，村道1 5 3 2 0 万公里，分别占 公路总里程的3 9 、6 9 、1 4 7 、2 8 6 、1 7 和4 4 3 。公路技术等级进一步提高， 全国等级公路里程2 2 8 2 9 万公里，占公路总里程的6 6 o ，其中高速公路4 5 3 万公里，一 级公路4 5 3 万公里，二级公路2 6 2 7 万公里，三级公路3 5 4 7 万公里，四级公路1 5 7 4 8 万公 里，等外公路1 1 7 4 l 万公里。公路密度进一步提高，全国公路密度为3 6 0 公里百平方公 里。全国通公路的乡( 镇) 占全国乡( 镇) 总数的9 8 3 ，通公路的建制村占全国建制 村总数的8 6 4 。根据公路水路交通“十一五”发展规划，至u 2 0 1 0 年，我国公路网总 里程将达至u 2 3 0 万公里，高速公路里程将达到6 5 万公里，县乡公路将达到l8 0 万公里，我 国公路建设已经走上了蓬勃发展的道路。 我国公路设计理念随公路建设的蓬勃发展产生了巨大的变化，在经历建国初期的 “设计的公路应该是经济的和改革开放后至9 0 年代中期的“快速、安全、经济、舒 适”之后， 2 0 世纪9 0 年代中期，这个时期国家采取了扩大内需的积极财政政策以推 动国民经济发展，这给公路建设带来前所未有的发展机遇。公路设计理念强调“安全、 快速、环保、美观”。在2 0 0 4 年全国公路勘测设计会议上，交通部冯正霖副部长针对 目前公路设计存在的问题，根据树立和落实科学发展观的要求提出了“六个坚持、六个 树立的设计新理念。即：坚持以人为本，树立安全至上的理念；坚持人与自然相和谐， 树立尊重自然、保护环境的理念：坚持可持续发展，树立节约资源的理念；坚持质量第 一，树立让公众满意的理念；坚持合理选用技术指标，树立设计创作的理念：坚持系统 论的思想，树立全寿命周期成本的理念。标志着我国公路设计理念有了一次质的飞跃。 由于公路建设速度加快，设计周期不足等原因，公路勘察设计暴露出一些突出问题，与 公路建设的巨大成就形成了鲜明的反差，同国外公路相比更是存在较大的差距，我们仍 然面临着巨大的挑战：如何在提供安全、高效的运输服务的同时，保护对人类生活至关 第一章绪论 重要的环境、景观、历史和社会资源。 公路勘察设计是公路建设的前提，是工程管理的龙头，是工程质量的基础；没有好 的设计，就不可能有高品质的建设成果。勘察设计工作对工程质量、功能、造价有着重 大影响。“设计是核心”，路线设计是核心的灵魂。它影响工程质量，影响环境保护，影 响行车安全，也是控制工程造价的最关键因素。没有一流的设计，就不会有一流的工程， 也不会建成与自然相和谐的精品工程。因此，路线方案评价是非常重要的，方案评价是 保证路线方案质量的必要环节，包括路线安全性评价、对沿线环境影响评价和经济费用 评价。 1 2 国内外研究概况 公路路线方案评价模型包括路线安全性评价模型、沿线环境影响评价模型和经济费 用评价模型，以下是国内外这三个方面的发展和最新动态。 1 2 1 国外研究概况 1 2 1 1 公路路线安全性评价 国外安全性评价研究，主要经历了两个阶段。 阶段一：研究道路交通事故分布规律与事故黑点。 1 9 4 9 年，英国伦敦人学的s m e e dr j 教授，对事故次数与机动车及人口数量进行 了回归分析，建立了斯密德模型，对事故分布做宏观分析川。 2 0 世纪4 0 年代后，发达国家普遍展开了交通量调查工作，具有了交通量数据，其 后，开始对交通事故的微观研究，集中于事故黑点的鉴别上。 提出了事故率法，对路段而言，该方法以每年百万车公里的事故次数作为评价标准， 确定事故黑点。 1 9 5 6 年质量控制法由德国n o r d e n 等人提出，己假设各路段的事故次数服从泊松分 布，然后将各路段的事故率与相似路段的平均事故率做比较，根据统计资料来鉴定事故 多发区域【2 1 。 1 9 9 7 年，j s c h e n 和s c w a n g 总结了事故频率法、事故率等多种方法的优缺点， 提出了鉴别危险路段的临界率法【3 i 。 该阶段国外公路还处于大规模建设时期，对于规划设计阶段交通安全的重视程度不 足，同时，数据量的积累还较少，完全确定事故规律从而指导实际存在欠缺。因此，相 2 长安大学硕上学位论文 关研究主要集中于公路建成后实际运营中的交通事故分析，针对单_ 类型点段，便于进 行事后改善处理。 阶段二：道路交通事故预测与安全评价 随着公路建设的成熟，大量的交通事故使得各国丌始反思规划设计的安全性保障， 力图在事前即有效控制公路事故危险性，提高系统的安全容量。具体又可分为两类，即 事故预测研究与安全性评价研究。 安全预测研究注重分析人、车、路、环境条件与事故问的联系，通过建立相互之间 的关系模型，确定公路的总体安全性。 1 9 9 0 年，v 巴布可夫就开始系统地研究道路条件与交通安全的内在关系，提出了道 路条件的作用及其改善意义【4 1 。 其后，z e e g e r 模型的建立【5 】，根据曲线长度、曲率、交通量，预测交通事故数；g l e n n o n 模型则根据路段总长度、其中曲线长度等预测交通事故；m c g e e 根据竖曲线处视距与 交通量，预测事故率；m o h a m e d 则采用神经网络模型，直接根据车速数据预测事故率， 以预测道路安全性。 1 9 9 9 年，r u e d i g e rl a m m 等研究了道路设计、驾驶动力特性与交通安全的内在关系， 对交通安全特征进行分析和评价。 2 0 0 0 年，m a r cg a u d r y 研究了道路线形和路面质量对车速和交通安全的影响。 各类安全预测技术的研究为安全性评价奠定了理论基础。安全性评价充分结合了事 故分析的经验与安全预测的理论，通过审核各公路设计要素，确定其是否安全，从而进 行必要的设计改善。 英国公路与运输研究所在1 9 8 0 年编制了对主干道进行安全检查的“事故率降低与 防止指标书，1 9 8 8 年，研究编撰了( ( g u i d e l i n e sf o rt h es a f e t y a u d i to f h i g h w a y s ) ) 1 6 1 , 其 后通过多次修订，建立了公路的安全评价体系，通过分析影响交通安全的主要因素是否 达到要求，起到间接评价公路安全性的作用，1 9 9 1 年起，安全核查成为英国全境主干 道、高速公路建设与养护工程项目必须进行的程序，从而将安全核查的功能在立法层次 上得到确认。 美国联邦公路局建立了道路安全管理系统，包括：建立系统的、综合的安全管理方 法；鉴别和研究危险或潜在危险的道路位置、特征，并提出建议采取的措施；保证在道 路建设计划和项目中尽早地考虑安全；在道路规划、设计、建造和运营中确定道路特殊 用户( 如小学生、残疾人等) 的安全要求：道路安全设施和道路要素的同常养护和改善。 第一章绪论 2 0 0 0 年，美国联邦公路局推出了i n t e r a c t i v eh i g h w a ys a l t yd e s i g nm o d e i ( i h s d m ) ，提 出了交互式道路设计模型，将人、车、路等对道路安全的影响建立不同的子模块，主要 包括一致性模块、事故分析模块、政策法规模块、人车辆模块与交通流模块，共同构 成安全审计体系，并将已集成到c a d 软件中。具体进行两方面评价，即直接与规范做 复合以及采用一致性指标等对安全性做评估。 德国道路与交通研究协会( f g s v ) 于2 0 0 2 年推出了道路安全核查建议【7 1 ，主要 依据对交通事故特点和规律的长期统计结果，提出道路功能、横断面、线形、交叉口等 1 9 个方面的核查指标清单，以核查清单内各条是否满足要求评价公路安全性，并根据 实践应用中的已有经验，设置相应的改善措施。 澳大利亚1 9 9 2 年制定了国家道路安全战略，开展大量研究工作。澳大利亚道路安 全评价指南是由a u s t r o a d 提出的，但是在澳大利亚每个州又依据这个指南建立了适 合本州的安全指南。安全指南重视“道路安全以人为本，遵守为用户设计 的原则，强 调在设计中考虑所有用户。 1 2 1 2 公路沿线环境影响评价 进入2 0 世纪后，鉴于全球性的环境污染、资源短缺、生态恶化等重大问题，从5 0 年代起，许多环境科学家开始研究和编制出各种环境指数以及各种生物指标。直到6 0 年代，加拿人和美国的学者提出“环境影响评价 的概念，即成一个新的科学技术领域。 1 9 7 0 年，德国的汉斯洛伦茨博士就提出了人与自然环境密切相关的道路设计方法， 力求使设计出的公路既具有快速、安全行驶的优美线形及良好的行驶环境，又具有保护 景观与野生动物、防止噪音等措施。到8 0 年代后，欧美各国开始着手研究公路对沿线 区域生态环境影响，并建立公路环保法律体系和环保机制( 在1 9 8 8 年欧洲共同体8 5 3 3 7 号指令通过了高速公路环境影响评价法) ，在整个公路建设中充分体现环保优先原则， 对于公路沿线生态环境影响的研究与保护非常重视，致力于建设生态公路。 美国在公路设计中【8 】 尽量避免高填深挖，减少对原地形、地貌的影响，公路的排 水设计非常注重环境保护。同时，美国公路在重点路段两边设有监测系统，对空气质量 实时监测，对噪声超标地段设置减噪设施。在公路施工过程中，美国政府对承包商在环 境保护方面的要求非常严格，施工时尽量减少对原有土壤的扰动，施工前根据原有地表 径流，并结合设计的永久排水设施的设置做好临时排水系统，周围环境有较大影响的路 段进行重点防范。 4 长安人学硕j ：学位论文 欧洲各国公路一个很大的特色是在设计与建设中，就注意生态环境保护，只要碰到 敏感的生态环境问题，设计人员采取避让的原则，以保护沿线自然资源，并做好公路的 绿化美化。 法国在2 0 世纪9 0 年代中期，就注意公路建设与生态保护的关系，在修建高速公路 时，利用取土场地创建了两个生物栖息场所，这两个生物栖息场所在法国国内成为尊重 自然环境和生态学的典范，备受重视，获得1 9 9 5 年创设的“r u b a n v e r t 绿带奖章。 早在六十年代，法国已经开始为动物设专用通道，到9 0 年代法国己在高速公路网等重 要道路上设置了1 1 0 多条动物通道；为了保护水质，法国在高速公路上设置了许多收集 雨水和事故污染物的贮水槽、过滤水槽和脱油装置等，以此来保护水源【9 1 。 瑞士在修建高速公路时实施了防止动物移动离群，建设替代栖息地的措施，在修建 穿越有动物经常出没地区的公路时，尽可能地保护公路沿线所有地植物，并根据动物出 没线路，给动物修建专门的跨线桥，且在桥上复土种植与周围环境中相似的乔灌数目和 草类，以利于动物通过，保证动物应具备的活动领地等。 1 2 1 3 公路经济费用评价 对建设项目进行评价的理论与方法是随着社会发展的需要以及社会思想的演变而 逐渐产生和发展的。国外项目评价研究，在不同时期有不同的研究内容。5 0 年代、6 0 年代着重于财务评价，主要从项目本身的盈利能力评价项目；7 0 年代开始重视经济评 价，并相继出版了发展中国家工业项目分析手册、项目评价准则、项目经济分析 等项目评价著作。 法国工程师杜庇，于1 8 8 4 年，发表了公共工程效用的度量，第一次提出了“消 费者剩余”的思想，并将其作为衡量项目经济效益的基础，在实践中项目经济效益的确 定一般都以消费者剩余的变化作为依据，公路建设项目也不例外。目前各国在对公路建 设项目效益计算采取的方法中，美国的a a s h t 0 、日本的都是以消费者剩余的概念作为 基础。不仅发达国家如此，同时也是世界银行采用或推荐的广泛使用的公路项目经济分 析方法。以消费者剩余为理论基础，按各个路段上的车辆为研究对象的公路建设项目国 民经济效益计算方法，是目前国外采用的般方法，该方法从上世纪7 0 年代起就己比 较成熟。其效益计算的范围一般包括降低车辆营运成本、节约客货在途时间和减少车辆 事故损失三部分效益。 美国于1 9 8 7 年颁发a a s h t 0 手册，对公路使用者效益的计算程序作了明确的规定并 第一章绪论 沿用至今。由于公路、车辆状况的发展变化，上述规定中的一些参数不断得到调整，但 计算的原理、框架并没有大的改变。 日本交通运输项目建设的效益主要包括利用者效益，供给者效益和社会费用的增加 和减少，其中利用者效益的计算内容与常规的三部分效益相同。在实际应用中，一般只 对利用者效益进行量化计算以用于费用效益分析。 1 2 2 国内研究概况 1 2 2 1 公路路线安全性评价 自上世纪8 0 年代以来，随着我国公路事业的发展，我国学者对公路安全的研究也 做了大量的工作。 9 0 年代初期，同济大学的景天然1 0 1 在其翻译的前苏联教授b 由巴布可夫的著作 中论述了道路几何线形条件对交通安全的影响程度，详细列出了平曲线半径及纵坡坡度 在不同数值范围内对交通安全的影响系数，并引入了事故系数法。 1 9 9 8 年由田鲁泉n 引入了泊松回归模型。该模型认为，在一定时间内一定交通量情 况下某路段上发生的事故次数( 事故率) 的概率服从泊松分布。将曲线半径、转角、坡度 等道路条件因素与事故率建立回归模型。 2 0 0 2 年同济大学的梁夏n 2 3 等人采用了前、后分析法原理对同一条道路不同路段进行 分析。这样利用较少的数据量也能得到与道路安全有关的规律，克服了国内道路交通事 故调研困难的现状。并应用此法重点对高速公路的线形指标与道路安全性的关系进行了 分析。 2 0 0 2 年北京工业大学交通工程研究所贺玉龙n 3 1 等运用车载g p s 设备，以直线段小客 车的运行车速为主要目标，采集了高速公路直线段车辆连续运行车速数据，在分析高速 公路直线段长度，直线段相邻平曲线半径对车辆运行车速影响的基础上，根据平曲线半 径的大小，将直线段分为3 组，分别建立了直线段车辆稳定运行速度的数学模型。 2 0 0 4 年长安大学的杨少伟教授利用可能速度n4 j ，可能速度能够反映道路线形的变 化状况，作者提出这一概念的目的是利用它修正道路设计中不合理的、存在明显交通安 全隐患的路段，并在论文中详细给出了评价标准。 2 0 0 5 年同济大学的吴德华；1 提出了高速公路线形设计的质量量化模型，该模型在分 析国内外相关研究及实际调查研究的基础上，构造了高速公路线形设计质量量化评价模 型，充分验证了评价模型的适应性和有效性，最后给出了高速公路线形设计质量评价标 6 长安大学硕l 学位论文 准。 2 0 0 5 年，交通部颁布了推荐性行业标准公路项目安全性评价指南( j t g t b 0 5 - 2 0 0 4 ) ，旨在可行性研究、设计、运营阶段对高等级公路的安全性进行评价，主要 考虑设计对车速的影响，以运行速度协调性为主体，通过相邻路段速度差、设计车速与 运行速度差，评价公路的安全性。 1 2 2 2 公路沿线环境影响评价 中国公路环境影响评价工作起步较晚，始于八十年代。1 9 8 6 年西安公路学院环境 工程研究所对西安临潼高速公路进行了环境影响评价，这是中国第一个进行环境影 响评价的公路建设项目，从此拉开了公路建设项目环境影响评价的序幕。1 9 8 7 年交通 部颁布了交通建设项目环境保护管理办法( 试行) ，标志着公路建设的环境影响评价 工作正式启动。之后至1 9 9 8 年，湖北宜( 昌) 黄( 石) 高速公路、贵州贵( 阳) 黄( 果 树) 高等级公路和广东深( 圳) 汕( 头) 高速公路等项目的环境影响评价为标志，公路 环境影响评价工作进入了快车道。 在法规标准方面，1 9 9 6 年7 月交通部相继颁布了交通建设项目环境保护管理办 法的部长令和公路建设项目环境影响评价规范( 试行) ，并于2 0 0 6 年2 月正式颁布 公路建设项目环境影响评价规范。使公路环境影响评价进入制度化阶段，要求对汽 车专用公路及其它有特殊意义公路的新建、改建项目进行社会环境、生态环境、环境空 气质量和环境噪声的影响评价。关于建设项目环境影响评价的还有中华人民共和国环 境保护法等法律依据。 在评价方法理论方面，交通部早已制订出“交通环境保护管理办法”、“交通建设项 目环境保护管理办法”、公路建设项目环境影响评价规范等技术规范。国内一些高 等院校及相关机构和单位也进行了大量的研究。西南交通大学的陈斌、魏庆耀等开展了 基于多级关联灰度模型的公路建设社会经济环境影响评价方法的研究n 引。郑新奇以山东 省为例，进行了以基于g s 和g i s 的区域生态环境质量综合评价n7 。李修刚、王炜等开 发了用于道路环境影响综合评价的基于g i s 的图形叠置法n8 | 。长沙交通学院的曾胜、张 起森进行了模糊综合评价方法的研究。交通部也对公路环境影响评价模型、公路交通环 境影响评价技术和高等级公路对沿线生态环境影响进行了相关的课题研究。 1 2 2 3 公路经济费用评价 我国交通运输建设项目的经济评价工作始于上世纪5 0 年代，当时是在学习苏联交 第一章绪论 通运输建设的基础上，制定了运输建设项目的评价方法。我国于7 0 年代末开始了工程 项目评价理论和方法的研究，1 9 8 8 年交通部颁布了公路建设项目经济评价办法是 我国第一次对公路建设项目国民经济效益计算的理论与方法作出明确规定，并实施至 今。1 9 9 0 年6 月国家计划委员会投资司和建设部标准定额研究所联合编制出版建设 项目经济评价方法与参数实用手册，对交通运输项目经济评价作了专门规定，推动了 我国项目经济评价工作的进展。1 9 9 5 年中澳合作编制的( ( s t u d yo fp r i o r i t i z a t i o no f h i g h w a yi n v e s t m e n t sa n di m p r o v i n gf e a s i b i l i t ys t u d ym e t h o d o l o g i e s ) ) 及交通部制定的公 路建设项目经济评价方法，对1 9 8 8 年至1 9 9 5 年间我国公路建设项目可行性研究及经 济评价的实践进行了总结研究，对效益计算的范围、方法作了改进。1 9 9 7 年交通部修 订颁布公路建设项目后评价工作管理办法和公路建设项目后评价报告编制办法， 其中明确提出进行社会经济影响评价。1 9 9 8 年2 0 0 3 年交通部分别甄选了成渝、太旧、 宜黄、济青等4 0 个重点公路项目开展项目评价工作。 进入2 l 世纪后，由于东西部区域经济差距的拉大、区域间收入水平的拉大以及生 态环境污染加剧，使公路特别是高速公路建设项目的社会经济影响评价愈来愈受到重视 【1 9 】。至今，我们国家的科研工作者对公路经济的评价还处于探索阶段，迄今为止仍未形 成统一的评价指标体系和评价方法。但是，项目对社会经济环境的影响，对促进区域经 济的发展，大家已经形成了共识，认识到建立一套全面、系统、科学、完善的指标体系 和评价方法是十分必要的。 1 3 本文研究的主要内容 1 3 1 研究的主要内容 本文以地理信息系统( g i s ) ，以m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o2 0 0 5 为开发平台，对公路 路线设计方案进行安全性、沿线环境影响和经济费用三个方面的评价工作，建立了公路 沿线环境影响评价指标体系。主要研究内容如下： ( 1 ) 公路路线安全性评价，对公路路线设计指标进行校验，并检验停车视距；通 过对运行车速计算，从线型连续性、运行速度连续性( 运行速度一致性) 和运动动力学 连续性三方面对路线进行评价。 ( 2 ) 公路沿线环境影响评价，通过公路对沿线社会环境、生态环境、环境空气、 水环境质量和环境噪声五个方面的影响分析，建立公路沿线环境影响评价指标体系，并 对各个指标的评价方案提出具体、可行的方法和建议。 长安大学硕一i ：学位论文 ( 3 ) 公路经济评价，对公路建设时期的工程费用和公路运营时期用户费用进行了 科学的预测。 1 3 2 技术路线 研究分为三个方面：公路路线安全性、公路沿线环境影响和公路经济费用。其中安 全方面根据运行车速的计算结果对公路路线进行安全性评价；环境影响方面依据公路 建设项目环境影响评价规范建立评价体系。 下图是研究技术路线。 型赢 设计庀重审蠹攘嚣 曩性宣电矬攫有 霹舒违度厨霸 讯线蚪境影 狗评价垓翌 国囤 图1 1 研究技术路线图 9 黼1 晤剐汁丁、 髓她傀饯悄憾张彬斛妣 第二章公路路线安全评价模型 第二章公路路线安全评价模型 汽车行驶速度是公路线形设计中最关键的起决定性作用的参数。我国从5 0 年代起 就引入了设计车速的概念。设计车速对一特定路段而言是一设定值。这一值作为基础参 数，用于规定一个路段的最低设计标准。按照2 0 0 6 年颁布的公路路线设计规范( j t g d 2 0 2 0 0 6 ) ，一条公路的设计车速确定后，其相应的圆曲线半径、车道宽度、超高、加 宽、纵坡、视距、竖曲线半径等设计要素的最低、最高指标便确定了。只要设计所采用 的指标大于或小于所选定的设计车速所对应的指标，认为该设计是符合规范要求的。从 理论上讲，在正常条件下，汽车行驶于该道路上安全是有保证的。然而，近几十年来国 内外实践及研究表明：指标均符合规范要求的公路，不一定能有效地保证汽车行驶的安 全性。汽车在公路上行驶时，驾驶者一般是依据道路的行车条件( 线形几何条件、路面 条件、气候条件、环境条件和交通流密度) 及车辆本身的性能来确定行驶速度。条件允 许下，驾驶者总是倾向于采用较高的速度行驶。汽车在指标较高的路段上以远大于设计 车速的行驶速度行驶后，当遇到较小指标的曲线时，驾驶者未必能够意识到行驶速度过 高或当感觉速度过高时已来不及减速或减速不够时，很可能会发生交通事故。 2 1 三种速度的概念和相互关系 与公路设计和公路交通安全相关的车速主要有三种，分别是设计车速，运行车速和 期望车速。这三种速度看似各自独立，但它们之间又存在着相互的联系。 2 1 1 概念 ( 1 ) 设计车速 设计车速，指当气候良好、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) 的影响时，中等驾驶技术的驾驶员能保持安全顺适行驶的最大行驶 速度。设计车速是决定道路几何形状的基本依据，是公路线形设计中起决定性作用的最 重要参数之一。 ( 2 ) 运行车速 行车速度是一个随机变量。不同的车辆在行驶过程中可能采用不同的行车速度。研 究表明，在公路路段上汽车的行车速度一般呈正态分布。通常用自由交通流状态下各类 小汽车在车速累计分布曲线上第8 5 位百分点的车辆行驶速度作为运行速度。运行速度 的概念就是：通常在良好的天气、干净潮湿的路面和自由交通流状态下，各类汽车在车 l o 长安大学硕十学位论文 速累计分布曲线上第8 5 位百分点的车辆行驶速度作为运行速度v 8 5 。 ( 3 ) 期望速度 期望车速是指在行车辆在不受或基本不受其他车辆约束的条件下，驾驶员所希望达 到的最高“安全车速。一般而言，期望车速与道路等级及交通状况、在行车辆的性能 状况、驾驶员的性格、承运任务的急缓相关。当在行车辆驾驶员感觉行驶过程中的运行 速度低于期望车速一定数值时，便有改变其车速的意图。若用表达式描述，见式( 2 1 ) ： 望= 魄行 ( 2 1 ) 式中：k 为折减系数，建议取值范围：跟车状态取k 1 2 5 1 4 2 ，非跟车状态取k = 1 1 1 。 期望车速是驾驶员驾车过程中依据道路条件、车流状况、所驾车辆性能经综合考虑 后存在于其心目中的一种目标车速。该车速首先决定于道路等级，在道路等级一定后， 其大小随驾驶员性别、年龄、性格的差异及驾车风格的不同而在一定范围内变化，并呈 现出一定的模糊性。 2 1 2 三种车速的相互关系 设计车速是用于规定道路路段的设计标准。高等级公路因受地形、地貌影响，实际 中不同路段可以分别采用不同的设计车速。运行车速是车辆在行驶之中的实际运行速 度，随道路条件的不同而产生变化的。期望车速是存在于驾驶员心目中的一种目标车速， 也是随着道路条件的不同而发生变化。实际当中期望车速与运行车速并不始终一致，当 运行速度与期望车速之差满足式( 2 1 ) 时，驾驶员便会改变行车速度直至达到期望车 速。虽然期望车速存在于驾驶员的心目中，但该车速直接影响着在行车辆的实际运行速 度值的大小。 上述三种车速之间的理想关系为：对于高等级公路上不同路段的设计车速，应确定 与之相适应的运行速度，同时也使驾驶员产生与之相对应的期望车速。实际中，三种车 速问的关系是：驾驶员对公路的等级、公路的设计车速并不关心，而是根据实际路段条 件，确定相应的运行速度、期望车速，只要道路条件许可，按心目中的期望车速引导在 行汽车的运行速度。 2 2 安全评价模型采用的标准以及理论依据 2 2 1 评价标准 1 、美国研究成果 第一二章公路路线安伞评价模型 l e i s c h 曾经提出用速差作为评价标准，建议在连续的道路线形设计中的评价标准 为： 一条路线的小客车平均速度变化不应超过1 0 m i l e h ； 设计速度的变化量不应超过1 0 m i l e h ； 货车平均速度和小客车平均速度相差不应超过1 0 m i l e l a 。 在l a m m 等人的一个评价独立道路要素上的设计连续性的研究中( 1 9 9 5 ) ，主要调查 了事故率、平曲线线形特征、设计速度和运行速度之差的关系，并根据事故率，提出了 以设计速度和运行速度的差值作为评价设计连续性的标准( 1 9 9 5 ) ： 表2 1 设计连续性评价标准一 好 v 8 5 一屹l o k m h 中 1 0 k m h v 8 5 一v d 2 0 k m h 差 y 8 5 一v d 2 0 k m h 他在另一个研究中推荐了直线和紧接的圆曲线的设计连续性评价标准： 表2 2 设计连续性评价标准二 好 a v 8 5 1 0 k m h 中 1 0 k m h a v 8 5 2 0 k m h 差 a v 8 5 2 0 k m h 1 9 9 5 年，l a m m 等人根据事故率资料，还采用 和厶之差钒作为评价设计连续 性的标准： 表2 3 设计连续性评价标准三 好 z x f r o 0 2 中 一o 0 2 4 5 m p h ( 7 5 k m h ) 时：v 1 2 m p h ( 2 0 k m h ) ； 设计速度 4 5 p l l l h ( 7 5 k m h ) 时：a v _ 6 m p h ( 1 0 k m h ) 。 式中：v 指相邻平曲线或平曲线与直线之间项目设计速度的变化量。项目设计速 度是以平面和纵面线形的设计元素为参数的速度模型得到的特定路段上的最大速度预 测值，这个值在同一个曲线上是不变的。 3 、德国研究成果 德国设计指南采用运行速度控制设计的标准，但是运行速度概念是指干燥和潮湿状 况下自由流状态客车的8 5 分位车速。 指南规定，任何给定路段的预测运行速度应不超过其设计速度2 0 k r n h ( 1 2 m p h ) ；一 条连续路段相邻线形要素之i 、日j 的运行速度差允许最大值为1 0k m h ( 6 m p h ) 。如果该特定 第二章公路路线安伞评价模型 路段不能达到限定要求，平面线形设计必须进行调整。 德国在线形上采用曲率变化率指标( 平曲线角度变化的绝对值除以路段长度) 来描 述整体路段的线形质量，并避免同一路段之间的运行速度突变来增加线形的一致性。 4 、国内研究成果 2 0 0 4 年1 1 月交通部颁布j t g tb 0 5 2 0 0 4 公路项目安全性评价指南g u i d e l i n e sf o r s a f e t ya u d i to fh i g h w a y ) ) ，作为公路工程行业推荐性标准。初步提出了我国高速公路和 一级公路安全性评价的内容、方法和标准。在设计阶段的评价内容有： ( 1 ) 设计符合性 根据现行标准、规范的规定，按照有关部门批准的项目技术指标，以项目设计成果 采用的技术标准的正确性进行检查，并提出不符合现行标准、规范规定的技术指标。 ( 2 ) 运行速度协调性 运行速度协调性是对相邻路段的运行速度的差值进行评价。评价指标采用相邻路段 运行速度的差值，。 l a v 。5 1 2 0 k m h ：运行速度协调性不良。相邻路段要重新调整平、纵面设计。 ( 3 ) 设计速度与运行速度协调性 设计车速与运行速度协调性评价是对同一路段的设计速度与运行速度的差值进行评 价。当同一路段设计速度与运行速度的差值大于2 0 k m h 时，应对该路段的相关技术灯 标进行安全验算。 本文结合以上标准，并考虑到课题的实际情况拟定以下标准作为评价线形安全性的 标准。 1 、安全标准i ( 设计一致性) 安全标准i 的目的是进行设计一致性检验，检验的对象是独立曲线段或单个曲线 段。设计车速和运行车速应保持平衡，相差较小，才能保证较好的设计一致性。安全标 准i 检查内容和标准如表2 6 所示。 1 4 长安大学硕 ：学位论文 表2 6 安全标准i 评价内容和标准 i 圪5 f i t l o k m h 优良设计：可以保证设计一致性。 一般设计：宜采用交通安全设施调整速度： l o k m h i 圪5 f - z o i 2 0 k m h 不良设计：交通事故发生频繁路段，宜重 新设计。 2 、安全标准i i ( 运行速度一致性) 安全标准i i 进行运行速度一致性检查，检查对象是相邻线形要素运行速度的关系是 否满足安全需要的要求。安全标准i i 检查内容和标准如表2 7 所示。 表2 7 安全标准评价内容和标准 陈，- v , ，( h ) 1 l o k m h 优良设计：可以保证设计一致性 一般设计：相邻线形要素之间存在运行 l o k m h i k ，- v , ，( ) 1 2 0 k m h 不良设计：交通事故发生频繁路段，宜 重新设计。 3 、安全标准i i i ( 运动动力学连续性) 研究表明，增加可利用的摩擦力可以有效的减少交通危害性。很多国家的交通安全 研究机构指出足够的摩擦力可以提高公路安全性。在公路设计中，应该注重在轮胎和路 面之阳j 提供足够的摩擦力，尤其在平曲线路段内。安全标准i i i 用于检查并保证汽车行驶 稳定性。国外研究表明，可以通过考虑最大有效横向力系数厶和最大容许横向力系数 如之间的关系，来评价汽车行驶的稳定性。，从而得到安全标准1 1 l 的检查内容和标准。 安全标准i i i 检查内容和标准如表2 8 所示。 第一二章公路路线安全评价模型 表2 8 安全标准评价内容和标准 允一厂尬o 0 1 优良设计( 摩阻力有富余) 一0 0 4 允一 4 增加l o k m h 5 0 0 m 至期望运增加1 5 k m h 5 0 0 m 至期望运行 行速度速度 1 8 k 安大学硕士学位论文 1 0 9 8 7 薹雪 暴； 2 l ，fl 、 l；、 l 、 i、，够 、j5 、2 0 、o 、 = 1 0 0 0 m 的曲线) 和曲线段( 半 径 3 坡长 3 0 0 m ) 。 第三步：在曲线段内考虑纵坡的影响将其进一步分为小半经曲线段和弯坡组合段。 ( 2 ) 缓和曲线的处理 缓和曲线多为汽车加、减速行驶的区段。也是直线段与曲线段、曲线段与曲线段的 衔接部位。缓和曲线不单独划分成为一个单元，而应与各自所连接的圆曲线一起作为一 个整体。 。 ( 3 ) 划分结果如表2 1 6 ： 表2 1 6 公路单元分段表 直线段r 1 0 0 0 ，+ ，i ( 一3 ，3 ) 纵坡段r 1 0 0 0 ，+ ui 一3 或r 1 0 0 0 + ui 3 平曲线段 r 1 0 0 0 ui ( 一3 ，3 ) 弯坡组合段 r 1 0 0 0 ui - 3 或r 1 0 0 0 0 0 , ，r ，r ) a s 曲 线半径，sa s 路线长度，ia s 坡度，v 8 5 ，v 8 5 m ，c la s v 8 5 m - - v ，安全标准，c 2a s 运行 速筹，安全标准，摩阻力差，安全标准f r o mt a b l e 3