编办运行速度设计方法郭腾峰PPT课件

交通部公路司中交第一公路勘察设计研究院有限公司郭腾峰2007年10月31日,公路工程基本建设项目设计文件编制办法宣贯及技术培训讲座第十三讲基于运行速度的设计方法,介绍内容,运行速度理念国内外研究应用现状概念、特点、意义运行速度测算方法评价标准基于运行速度的公路设计方法与运行速度相关安全检验运行速度其他问题,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,编制办法中涉及到运行速度的地方,运行速度设计理念,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,运行速度设计理念,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、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。,运行速度设计理念,一、国内外研究应用现状,运行速度设计理念,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,运行速度设计理念,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。,运行速度设计理念,三、运行速度测算方法,测算模型的段落划分,运行速度设计理念,三、运行速度测算方法,五种模型的调整和修订,运行速度设计理念,三、运行速度测算方法,运行速度设计理念,三、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。,高速公路运行速度测算分析系统V85,运行速度设计理念,运行速度设计理念,三、运行速度测算方法,测算过程与步骤,运行速度设计理念,四、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V8520km/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Vd20km/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,运行速度设计理念,四、运行速度评价标准,运行速度与设计速度差大于20km/h的路段,运行速度设计理念,相邻路段结点运行速度差大于20km/h,四、运行速度评价标准,运行速度设计理念,相邻路段结点运行速度梯度变化突变点,四、运行速度评价标准,运行速度设计理念,结点运行速度分析表格,四、运行速度评价标准,基于运行速度的公路设计方法,介绍内容,运行速度理念基于运行速度的公路设计方法设计理念的转变；深入理解运行速度理念；准确掌握与等级标准相对应的设计指标；恰当运用设计指标体系；根据运行速度成果优化设计方案；上述工作的多次的循环和反复；与运行速度相关安全检验运行速度其他问题,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、地址选线（绕避不良地质路段）4、关注运行速度变化（均衡、连续）；运行速度与计算行车速度同等重要的高度。,基于运行速度的公路设计方法,一、设计理念的转变,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）,基于运行速度的公路设计方法,二、深入理解运行速度理念,【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）,基于运行速度的公路设计方法,三、准确掌握与等级标准相对应的技术指标,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V20KM/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,基于运行速度的公路设计方法,四、恰当地运用设计指标体系（续）,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V20KM/H（一致性不满足要求）措施：与等级对应，系统化选用指标,基于运行速度的公路设计方法,四、恰当地运用设计指标体系,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）,基于运行速度的公路设计方法,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,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。,基于运行速度的公路设计方法,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,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）,基于运行速度的公路设计方法,总体原则,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；,基于运行速度的公路设计方法,项目实例及几点认识,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R1R2设计成上坡（主动减速）；,基于运行速度的公路设计方法,项目实例及几点认识,R1,R2,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/H，考虑提高该路段的设计速度和标准；方法2：不用可以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；,基于运行速度的公路设计方法,项目实例及几点认识,地形复杂区域,地形复杂区域,地形平缓区域,R,R,R,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（i3），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。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；,基于运行速度的公路设计方法,项目实例及几点认识,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。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。,基于运行速度的公路设计方法,项目实例及几点认识,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,基于运行速度的公路设计方法,针对改扩建项目的设计方法,基于运行速度的公路设计方法,介绍内容,运行速度理念基于运行速度的公路设计方法与运行速度相关安全检验安全视距；超高设置；行车稳定性分析；运行速度其他问题,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、运行视距（运行速度所要求的视距）4、空间视距（几何条件所能够提供的实际最大视距）5、视距的检测方法（视距包络图、仿真分析测算）,与运行速度相关的安全检验,与运行速度相关的安全检验,全三维精确道路模型,实景仿真分析与评价,与运行速度相关的安全检验,与运行速度相关的安全检验,隧道出口线形组合不当,左偏小半径曲线超车道,小半径竖曲线,右侧横净距不足,一、安全视距（续）5、山区高速项目中可能出现视距的几种情况,一、安全视距（续）6、处置措施护栏位置移动、左侧路缘带变宽调整使用较大竖曲线平曲线采用满足视距要求的指标,与运行速度相关的安全检验,二、超高设置根据运行速度重新分析超高设置。运行速度高于设计速度时，加强超高正返向设置不同的超高超高设置中需要兼顾车型比例的影响,与运行速度相关的安全检验,三、行车稳定性分析根据运行速度计算汽车行使过程中的横向力变化（横向力系数）。尤其对于超高频繁过渡的路段从行车的安全、经济和舒适性方面研究结果指出，值一般取在0.035-0.17范围之间。,与运行速度相关的安全检验,基于运行速度的公路设计方法,介绍内容,运行速度理念基于运行速度的公路设计方法与运行速度相关安全检验运行速度其他问题方案确定后的处置措施；运行速度的适用性；以现行设计标准为前提运行速度设计理念不断发展；,与运行速度相关的其他问题,一、方案确定（施工图阶段）后运行速度问题的处置措施大型构造物附近的限速互通区域的限速控制限速要考虑运行速度的速差（考虑连续性）设置强行限速标志、标线加强超高,与运行速度相关的其他问题,二、运行速度的适用性对于设计速度120KM/H的项目的敏感性；对于特长纵坡问题的敏感性（但是可以明确判断速度变化位置，进行爬坡车道设置、避险车道设置、以及降温设施设置等）；互通式立交匝道区的适用性低等级公路项目的适用性,与运行速度相关的其他问题,三、运行速度分析检验是以现行的标准、规范的设计体系为前提的设计指标总体首先要满足标准和规范；可以发现指标衔接、速度突变所可能引起的安全盲点；不能用来支撑超出规范的设计我们认为：有些设计者提出“某某设计中个别线形指标或技术参数不满足规范但行车安全没问题”这种说法是不正确的。,与运行速度相关的其他问题,四、基于运行速度理念的安全设计体系是在逐渐发展和完善过程中西部项目课题重点在进行研究：西部地区公路运行速度特征与应用模型的研究；基于运行速度理念的公路安全设计体系研究；应用等最新技术（数字化、三维设计、虚拟仿真等）作为支撑基础；“注重安全、以人为本”是我们公路设计理念的发展趋势。,谢谢！Thanks！,汇报结束,基于运行速度的公路安全设计方法和流程,二、项目前期科研及现有工作条件(续),前期科研及工作基础,主研单位中交一院的相关研究和所具备的工作基础基于运行速度进行安全分析和评价的项目：广东省江门至肇庆段高速公路、四川省巫溪至奉节公路、国道主干线贵阳过境高速公路、广东省清连一级公路升级改造（高速）、津京塘高速公路方案研究等项目河北省保定至阜平（冀晋界）段高速公路、重庆巫溪至奉节公路、国道主干线贵阳过境高速公路公路、西(安)合(肥)西部大通道陕西境丹凤至陕豫界高速公路、陕西境宝鸡至牛背高速公路、甘肃凤翔路口至长庆桥段高速公路、四川省重庆至云阳高速公路、贵州省板坝至江底高速公路、兰海国家高速公路甘川界两水至洛塘段项目、泉州至南宁国家高速公路江西石城至吉安段等；安徽省黄山至皖赣界和黄山至皖浙界公路陕西境西安至漫川关高速公路、四川雅安至泸沽高速公路咨询项目,二、项目前期科研及现有工作条件(续),前期科研及工作基础,集成开发“高速公路运行速度分析系统”软件：开发基础：高速公路运行速度设计方法和标准；公路项目安全评价指南；澳大利亚、美国等国家运行速度理论和方法；2006年9月份，陕西省CAD协会通过鉴定，获陕西省第八届工程评优活动中被评为“优秀软件一等奖”。,公路工程基本建设项目设计文件编制办法修订宣贯讲座第十三讲基于运行速度的公路安全设计方法,交通部公路管理司中交第一公路勘察设计研究院有限公司郭腾峰2007年10月17日,三维集成CAD系统组成和特点：以路线CAD为核心；路、桥、隧、挡土墙、土方、涵洞、地质等集成CAD系统，实现数据资料共享、多专业集成，大幅度提高设计效率。,数字化三维集成设计成套技术,三维集成CAD系统的部分技术：三维互动优化技术智能布线方法和技术纵断面优化技术涵洞CAD技术挡土墙CAD技术空间视距检测技术运行速度测算分析系统。,数字化三维集成设计成套技术,智能布线方法和技术：对路线几何线形特性的深刻理解；对autoCAD的深层次开发是对曲线设计方法的全新演绎是一种更快、更直接地路线布线方法。,数字化三维集成设计成套技术,开发思路,智能布线方法与技术,智能布线方法与技术,平面设计,目前的路线优化流程,三维互动优化技术的功能,运行的基本环境一般个人电脑，或工作站，或两台电脑CAD2006以后版本数字地面模型平、纵、横初步方案,三维互动优化技术的功能,主要技术和功能高速、海量数模引擎数模自动分段提取技术平、纵、横、三维模型之间的实时互动适用复杂项目、地形、环境敏感地区的方案准确优化是通常优化过程的数倍效率,三维互动优化技术的功能,路线三维互动优化设计的关键技术数模动态分段和自动提取技术,路线优化区