高速公路路线基于行车舒适性的优化设计要点和方案

顾正欣

(苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017)

0 引 言

高速公路建设对于社会经济、人文、政治、美学等都有着重要的作用，公路建设好坏需要设计人员有丰富的经验，同时要有经济、美学、社会、人文等多方面知识作依托，从高速公路设计理念、线形选择、功能定位判断都需要准确的把握。高速公路路线设计的好坏，直接影响着城市发展和人民的生命财产安全。公路线形设计是复杂的过程，由于设计过程受许多条件限制，确定合理的路线是保障公路经济性最大化、可持续发展的关键。

高速公路合理的技术指标是行车舒适性的主要控制因素。高速公路建设前期对路线综合比选非常重要，路线走向的合理性决定了建成后公路能否满足经济建设需要、是否符合建设需求。根据路线现场实际限制条件，比选需要考虑的因素较多，按照舒适性要求选择指标较高合理性较好的线形，需要综合考虑来确定。

1 高速公路路线指标评价原则

根据高速公路线路设计方案的特点，高速公路综合评价指标体系构造时须遵守以下几条基本原则。

1.1 对公路路线的全面评价

路线评价指标原则上是需要涵盖路线设计的每个影响公路质量的指标，通过总体评价来发现设计中的不足进行完善，这样能够很好地对涉及的路线方案合理性的指标进行识别，以免出现由于扬长避短忽略设计缺陷，同时要注意设计中具有代表性及重要性指标，做到不遗漏、不重复，指标互相补充。

1.2 按照科学方法选线

设计中任务目标是否实现是通过全面评价来验证的，采用科学方法对交通量进行综合评价，科学的判断路线的任务目标，以合理的选择路线方案，根据交通运行规律和特点制定适合公路等级，主观设计要求需要核实际交通状况相一致，把这一过程成为科学的设计原则。要遵循事物发展的基本规律，定量事实作为路线定量设计描述的前提条件。只有采用科学的方法进行理论联系实际，才能保证高速公路路线设计的科学性、合理性和准确性。

1.3 实现可对比性原则

对路线评价指标选择需要有可对比性，这些评价指标不能有倾向性，评价指标要注意使用的评价方法的选择，在动态上和空间上都需要有一定的可比性才行，对于一个方案评价需要通过技术和经济性比较，实现动态调整以达到最佳方案。

1.4 具备可操作、定量和定性分析结合原则

高速公路设计主要考虑适用性，方案可操作性是路线设计需要考虑的最主要因素，只有满足可操作性才能实现其建设的可行性。定量和定性分析方法在路线设计中同样很实用，因此将定量和定性分析纳入到目标分析的综合评价中。

2 高速公路路线经济评价

高速公路建设资金需求量巨大，工程项目经济性评价是建设方案的一个重要组成部分，项目的经济性是现代项目的重要评价指标之一，有利于通过经济手段对项目投入和产出进行综合分析，以便对项目进行预测、论证、计算、调整。经济性评价主要有国民经济评价和财务评价。

2.1 高速公路项目的财务评价主要内容

(1)测算项目所需要的资金

根据不同项目建设方案确定和预测项目建设所需要的总资金，包括流动资金和固定使用资金以及所需要利息支出，贷款是项目建设最常用的资金来源手段，因此贷款利息也是项目资金使用计划主要组成部分。

(2)对公路盈利能力分析

高速公路建设需要消耗大量的资金，因此对项目投资回收期的预测也是一个项目建设重要经济指标，这一指标可以通过项目方案比选进行方案的取舍，高速公路建设评价项目的投资收益是建设工程流动资金的重要保障，通过衡量这一指标来选择具有经济性好的方案。

(3)建设工程财务报表分析

高速公路的财务状况都需要根据财务报表来反映出来，投资金额、盈利能力、偿债能力是综合来确定一个高速公路建设方案财务可行性的重要分析方法，高速公路财务分析还可以根据工程建设规模分析建设方案的合理性，对于招投标也有着重要的指导作用。

2.2 经济评价指标及计算

高速公路国民经济评价采用经济效益费用比、经济内部收益率、财务净现值、经济回收期等指标。

(1)经济效益费用比(EBCR)

公路建设总效益现值和总成本现值的比值称为经济效益费用比，计算式如(1)所示

(1)

式中：Bt表示在第t年净现金流入万元，Ct表示在第t年净现金流出万元，is表示社会折现率，n表示公路设计使用年限。由上式可知只有EBCR>1时，项目是有利可行的。

(2)经济财务净现值(ENPV)

建设工程从项目资金注入到项目规定的寿命有效期截止按照相关折现率指要求可以准确计算每一年现金流通现值，根据现金的流出值和流入值得到项目全寿命周期内的净现值计算如式(2)所示

(2)

如果财务净现值大于零，表明该项目的实际收益折现率要高于规定折现率，值越大收益也就越多，项目盈利能力越好。

(3)项目内部收益率(EIRR)

项目内部收益率是项目回收和支出平衡时的折现率，是反映项目资金回收能力重要指标，计算公式(3)如下

(3)

如果项目内部收益率大于大于预期折现率则该项目是可行的，反之认为项目收益达不到预期要求就不采纳该项目，所有项目的内部收益率应该选择值大的方案采纳。

(4)项目投资回收期(N)

投资回收期是用来表述项目投资收回本金所需要的时间，是项目净收益抵偿投资基金所需要的时间，只有项目实际回收时间短于国家规定的项目回收时间项目经济性评价才是可行的，分为动态投资回收期和静态投资回收期，项目中使用的是动态投资回收期为主。常用的计算方法如式(4)

(4)

3 高速公路路线设计技术评价方法

高速公路路线设计常采用如下指标进行技术评价分析。

3.1 路线延长系数判定

在路线所有方案比选中，根据路线方案计算直线距离和值。这是选取的的系数为技术延长系数，取值一般范围一般为1.050～1.200，按照不同地形条件取值。

3.2 路线转角数量

按照路线设计方案的每公里转角的数量和路线设计的线形全部转角数量也是技术评价的主要内容。

3.3 路线平均转角角度

路线转角是用来评价路线整体线形顺直的一个指标，评价转角角度平均值采用式(5)计算

(5)

式中:α为转角平均度数；αi为任一转角的度数。

3.4 曲线的最小半径个数

根据车辆行驶速度在转弯时候需要最小的安全转弯半径是设计所参照的最小半径值，转弯时汽车的离心力是汽车安全行驶的不利受力，最小转弯半径能够使在这个作用力的作用下不至于产生不舒服感觉的半径。最小半径越少路线线形越好。

3.5 路线行车速度影响段

回头曲线是由于地形条件较差，高差较大而设置的一种线形，有条件的地区一般不采用该种曲线，该曲线半径较小、转角较大、行车速度要求较低、线形差，所以回头曲线的设置直接降低了路线设计指标。路线设计平交口数目也会影响行车速度和安全。行车不良灾害路段限制公路运营速度，直接影响公路速度。

4 高速公路行车舒适度评价体系

4.1 公路行车舒适度概述

路线线形直接影响行车的舒适性，公路常用舒适性是通过保证驾驶员不宜疲劳和行车平稳，乘客感觉舒适，人的行车不舒适感常常是由于强烈的振动或车辆振动频率引起的。根据频率原因引起的振动反应的客观影响因素有以下几种：(1)振动的频率和振幅；(2)振动作用的方向和位置；(3)振动作用时长。

从生物学分析振动的主观影响有生理反应和心理感受两方面主要变化，现阶段是根据实验数据和调查研究完善的。

4.2 标准舒适性评价

现阶段所参照的舒适性评价指标是《人体承受全身振动评价指南》。目前该指南还在逐步完善。

根据试验要求对乘驾人员按照纵向频率、横向频率、竖向频率进行正弦波振动，根据结果得到如下结果。

(1)实验得出人体能够承受的振动频率上限，会对人体载人损害。

(2)工效降低—疲劳和人操作有关，能保证正常驾驶操作。

(3)能够有良好的舒适感界限。

根据公路路线设计相关要求和指标值，线形相关评价指标越好行车舒适感越好，因此需要在满足经济性要求的前提下，为了更好的提高行车舒适性需要提高技术参数来改善公路线形设计。高速公路路线基于舒适性的设计优化首先要考虑经济性，然后通过技术评价指标的提高来实现行车的舒适性提升。

5 总 结

本文通过对路线线性指标进行分析、对经济指标进行分析、技术指标进行分析得出关于高速公路建设项目重要评价体系和线性设计基本要求，基于舒适性设计的要求主要是基于路线线形设计的技术指标考虑，根据现阶段公路对舒适性认知，主要是行车感觉和心理感受的舒适程度来体现的，因此基于舒适性的考虑主要是提高路线的线形技术指标。