公路工程中路线的几何设计与车辆行驶轨迹的关系

刘欣

摘要：路线几何设计遵循安全性、经济性、舒适性和美观性原则，确保道路安全、经济、舒适且美观。车辆行驶轨迹受多种因素影响，而几何设计与行驶轨迹存在互动关系。合理的几何设计能引导平稳连续的行驶轨迹，提高行车安全性与舒适度。同时，行驶轨迹的反馈为几何设计优化提供依据，促进道路设计的不断完善。通过深入理解几何设计与行驶轨迹的关系，可提升道路设计质量，保障行车安全，提高道路使用效率。

关键词：公路路线；几何设计原则；车辆；行驶轨迹

一、路线几何设计的基本原则

（一）安全性原则

安全性是公路几何设计的首要和核心原则。道路作为公共基础设施，承载着大量的车流和人流，其设计必须确保所有使用者的生命财产安全。因此，在设计过程中，应充分考虑到各种潜在的安全风险，并采取相应的措施进行预防和控制。为了实现安全性原则，设计者需要对道路的平面线形、纵断面线形以及横断面设计进行精心规划。平面线形应尽可能保持平直，避免过多的急转弯，以确保驾驶者有足够的视距和反应时间。同时，转弯半径的设置也应合理，既要避免过小导致车辆侧滑，也要避免过大导致驾驶者疏忽大意。纵断面线形的设计应考虑到道路的坡度和竖曲线，以确保车辆能够平稳行驶，避免因坡度过大或过小而影响行车安全。此外，横断面设计也应注重安全性，合理设置车道宽度、路肩大小和排水设施，以提供足够的行车空间和应急避让区域。

（二）经济性原则

经济性原则是公路几何设计的另一个重要原则。在满足安全性要求的前提下，设计者应尽可能降低建设成本和维护费用，提高道路的经济效益和社会效益。为了实现经济性原则，设计者需要在保证道路质量和功能的前提下，对材料选择、结构形式、施工工艺等方面进行优化。例如，在材料选择上，可以选用性价比高、耐久性好的材料，以降低建设成本和维护费用。在结构形式上，可以采用标准化、模块化的设计方式，以提高施工效率和质量。在施工工艺上，可以选择成熟、可靠的施工技术和设备，以确保施工顺利进行并降低施工成本。此外，经济性原则还要求设计者对道路的使用寿命进行充分考虑。通过合理的设计和施工措施，延长道路的使用寿命，可以减少未来的维修和改造成本，进一步提高道路的经济效益。

（三）舒适性原则

舒适性原则是公路几何设计中不可忽视的一个方面。道路的舒适性不仅关系到驾驶者的行车体验，还直接影响到乘客的出行感受。因此，在设计过程中，应充分考虑到驾驶者和乘客的生理和心理需求，为他们提供一个舒适、愉悦的行车环境。为了实现舒适性原则，设计者需要对道路的线形、坡度、路面平整度等方面进行精心规划。线形应尽可能流畅、连续，避免过多的急转弯和突变点，以减少驾驶者的操作难度和不适感。坡度设置应合理，既要避免过大导致车辆爬坡困难，也要避免过小影响排水和通行效率。路面平整度也是影响舒适性的重要因素之一，设计者应采取相应的措施确保路面平整、无颠簸感。此外，舒适性原则还要求设计者对道路两侧的景观和绿化进行充分考虑。通过美化道路环境、提升视觉效果等方式，可以进一步增强驾驶者和乘客的舒适感和愉悦感。

（四）美观性原则

美观性原则在公路几何设计中占据着不可或缺的地位。道路作为城市或乡村的重要组成部分，其设计应与周围环境相协调、相融合，以提升整体的视觉效果和审美体验。为了实现美观性原则，设计者需要在满足功能性要求的前提下，注重道路线形、结构形式、色彩搭配等方面的设计。线形应简洁明了、流畅自然，与周围地形地貌相协调。结构形式应美观大方、稳定可靠，体现出现代感和科技感。色彩搭配应和谐统一、醒目易辨，既能突出道路的存在感，又能与周围环境相融合。此外，美观性原则还要求设计者对道路两侧的景观和绿化进行充分考虑和利用。通过种植花草树木、设置景观小品等方式，可以进一步提升道路的美观性和生态性。同时，对于历史文化遗址和自然景观等特殊地段，设计者还应注重保护和利用，以体现出当地的文化特色和自然风貌。

二、车辆行驶轨迹的影响因素

车辆行驶轨迹受到多种因素的影响，包括车辆自身的性能、驾驶者的操作习惯、道路条件以及外部环境等。其中，道路条件中的几何设计因素对行驶轨迹的影响尤为显著。例如，在平面线形方面，如果道路的转弯半径过小，驾驶者在进行转弯操作时就需要更加小心谨慎，因为过小的转弯半径会增加车辆的侧滑风险，影响行驶轨迹的稳定性。在纵断面线形方面，过大的坡度会导致车辆加速或减速过快，从而影响行驶轨迹的连续性。在横断面设计方面，如果车道宽度不足或路肩设置不合理，驾驶者在避让障碍物或进行超车操作时，行驶轨迹可能会受到不必要的干扰。

三、路线几何设计与车辆行驶轨迹的互动关系

（一）几何设计对车辆行驶轨迹的影响

公路的几何设计，无论是平面线形、纵断面线形还是横断面设计，都对车辆行驶轨迹产生深远影响。这种影响主要体现在对驾驶者视觉感知和操作行为的引导上。首先，平面线形的设计直接关系到道路的走向和转弯半径。一个合理的平面线形设计，能够使驾驶者在行驶过程中清晰地预知前方道路的变化，从而以更加平稳、连续的方式驾驶车辆。例如，在直线段与曲线段的过渡区域，如果设计得当，就可以使驾驶者自然而然地减速、转向，而无需进行急促的操作。这种流畅的行驶轨迹不仅提高了行车的安全性，也提升了驾驶的舒适度。其次，纵断面线形的设计决定了道路的坡度和竖曲线。坡度过大或过小，都会导致车辆行驶速度的不稳定，进而影响行驶轨迹的平滑度。而竖曲线的设置，则能够在一定程度上抵消坡度变化带来的冲击，使车辆能够更加平稳地通过坡道。因此，一个合理的纵断面线形设计，能够使车辆行驶轨迹更加稳定、可预测。

（二）车辆行驶轨迹对几何设计的反馈与优化

车辆行驶轨迹不仅受到几何设计的影响，同时也会反过来为几何设计的优化提供重要依据。这种反馈关系主要体现在实际运营过程中对行驶轨迹的观察和分析上。在实际运营过程中，如果发现某一路段的行驶轨迹频繁出现异常或事故率较高，那么这就说明该路段的几何设计可能存在一定的问题。例如，平面线形可能过于曲折，导致驾驶者难以预判前方道路情况；纵断面线形可能坡度过大或过小，导致车辆行驶速度不稳定；横断面设计可能车道宽度不足或路肩设置不合理，影响驾驶者的操作空间和舒适度。针对这些问题，设计者就需要重新审视该路段的几何设计，并根据实际行驶轨迹的反馈进行必要的调整和优化。这种优化可能是对平面线形的重新规划，以使其更加流畅、连续；也可能是对纵断面线形的调整，以减小坡度变化带来的冲击；还有可能是对横断面设计的改进，以提供更加宽敞、舒适的行车环境。通过这样的优化过程，不仅可以提高道路的安全性和舒适度，还可以进一步提升道路的使用效率和经济效益。
综上所述，路线几何设计，作为道路交通的基础，其安全性、经济性、舒适性和美观性原则的遵循至关重要。车辆行驶轨迹与设计紧密相连，彼此影响，互为因果。良好的几何设计不仅保障了行车的平稳与安全，更为驾驶者带来愉悦的驾驶体验。同时，行驶轨迹的实际反馈也为设计的持续优化提供了宝贵依据。在设计与轨迹的互动中，道路的安全与效率得以不断提升，为人们的出行创造更加便捷、舒适的环境。

参考文献：

[1] 人—车—路（环境）联合运行虚拟仿真理论与实现技术研究[D]. 陈涛.长安大学,2020

[2] 可能速度与公路线形设计方法研究[D]. 杨少伟.长安大学,2022

[3] 人车路与环境系统仿真构架及实施策略研究[D]. 杨宏志.长安大学,2022