平面线形设计的基本要求

（一）汽车行驶轨迹

汽车在行驶过程中所留下的痕迹可以近似地看成是汽车的行驶轨迹，如在交通频繁的道路上，由于车辆漏油和废气对路面的污染，可以清楚的看到一条黑色的带子。此外，夜间将照相机固定在高处对行驶的汽车进行长时间的曝光，汽车的灯光在底片上留下长长的光点也可以看作汽车的行驶轨迹。

通过以上的观察分析，可以发现任何一辆正常行驶的汽车，无论直行还是转弯，留下的轨迹都相当顺滑悦目，形成一条曲折优美的线形。理想的平面线形应与汽车行驶轨迹相吻合或相接近，才能保证行车的顺适与安全，特别是在高速行驶的情况下，对行驶轨迹的研究更显重要。

经过大量的观测研究表明，行驶中的汽车，其轨迹在几何性质上有以下特征：

（1）这个轨迹是连续的和圆滑的，即在任何一点上不出现错头和破折。

（2）其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。

（3）其曲率的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。

不满足上述第（1）条的路线如图4-1所示。满足了上述第（1）条，但不满足第（2）条的路线如图4-2所示。同时满足第（1）、（2）条的路线如图4-3所示，但其曲率的变化率是不连续的，即不满足第3条的要求。现代高等级道路一般采用如图4-3和图4-4类型的平面线型，它与汽车的行驶轨迹偏离不大，虽不完全可循，但实践证明却是很好的线形。

图4-1　不连续的路线

现代道路是供汽车行驶的，所以研究汽车行驶规律是道路设计的基本课题，而在路线的平面设计中，主要考察汽车行驶轨迹。只有当平面线形与这个轨迹相符合或相接近时，才能保证行车的顺适与安全，特别是在高速行驶的情况下，对行驶轨迹的研究更显其重要。

（二）平面线形要素

由前所述讨论可知，直线和圆曲线是平面线形的主要组成部分。

在平原区，直线作为主要线形要素是适宜的。直线具有距离最短、线形最易选定的优点；但过长的直线又易引起司机的单调和疲劳，往往出现过高的车速，因此又要避免使用过长的直线，并注意直线的设置要与地形、地物、环境相适应。

在平面线形上，圆曲线是使用最多的基本线形。圆曲线在现场容易设置，可以自然地表明方向的变化。采用平缓而适当的圆曲线，既可引起司机的注意，又常常促使他们自然握紧方向盘，而且可以从正面看到路侧的景观，起到诱导视线的作用。圆曲线具有一定的半径，在透视图中的形状为椭圆（见图4-4）。

在直线和圆曲线之间或在不同半径的两圆曲线之间，为了缓和汽车的行驶，符合汽车行驶轨迹，采用曲率半径不断变化的缓和曲线是合理的。缓和曲线的作用是缓和人体感到的离心加速度的急剧变化，且使驾驶员容易做到均匀的操作方向盘，提高视觉的平顺度及线形的连续性。缓和曲线是从曲率为零渐渐地向某一定值变化的曲线，符合汽车行驶的自然轨迹。从透视图中看，线形曲率逐渐变化，使圆曲线与直线平顺地衔接（见图4-5）。

（三）平面线形设计的基本要求

路线设计应根据公路的等级及其使用功能，合理地利用地形，正确运用技术标准，保证线形的均衡性。不同的路线方案，应对工程造价、自然环境、社会环境等重大影响因素进行多方面的技术经济论证，在条件许可时，应尽量选用较高的技术标准。

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图4-2　曲率不连续的路线

（a）路线图；（b）曲率图

图4-3　曲率连续的路线

图4-4　圆曲线路段的透视图

图4-5　缓和曲线路段的透视图

路线设计中应对道路的平、纵、横三个断面进行综合设计，保证路线的整体协调，做到平面顺适、纵坡均衡、横面合理；应考虑车辆行驶的安全舒适性以及驾驶人员的视觉和心理反应，引导驾驶人员的视线，保持线形的连续性，避免采用长直线，并注意与当地环境和景观相协调。对高速公路和一级公路以及风景区公路的必要路段，应采用透视图法进行检验。路线应尽量避免穿过地质不良地区；干线公路应避免穿过城镇。

路线设计应满足以下规定：

（1）一条道路不宜频繁变更设计标准。同一设计标准的路段长度不宜过短，线形要素应尽量保持相对均衡，两相邻设计标准不同的路段之间应有技术指标的过渡。

（2）线形设计的要求与内容应随道路的等级及计算行车速度的不同而异。

高速公路、一级公路以及计算行车速度不小于60km/h的公路，应注重立体线形设计，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。计算行车速度越高，线形设计所考虑的因素越周全。

计算行车速度不大于40km/h的公路，首先应在保证行驶安全的前提下，正确运用线形要素规定值（包括最大值、最小值），在条件允许情况下力求做到各种线形要素的合理组合，并尽量避免和减轻不利组合，以期充分发挥投资效益。

（3）应根据设计条件尽量选用较高的技术标准，不应轻易采用技术指标中的最大值（或最小值），并保持各种线形要素的均衡性、连续性，避免线形的突变。

（4）在路线交叉前后应尽可能采用技术指标较高的线形，保证行驶安全和提高公路的通行能力。

（5）平面线形设计应在地形、地物、地质等各种具体条件的基础上，选用相应技术指标进行组合设计，应合理运用直线和曲线（包括圆曲线、回旋线）线形要素，不得片面强调以直线或以曲线为主，或必须高于某一比例。

（6）对线形设计的优劣可运用公路路线透视图进行检验和评价，有条件时可绘制动态连续透视图，或全景透视图，或建立三维模型。