盧曉紅 陳小妮 裴月玲

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100083）

公路主體設計對節(jié)能減排的考慮

盧曉紅 陳小妮 裴月玲

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100083）

為了盡量減少汽車的排放，降低汽車的油耗，從合理確定車道數(shù)、路面結構、道路縱坡及均衡合理的運行速度四個方面，論述了從公路主體設計的角度實現(xiàn)公路運輸節(jié)能減排的方法，從而提高道路的服務水平。

節(jié)能減排，公路設計，交通條件

隨著我國國民經濟的持續(xù)發(fā)展，汽車走進了千家萬戶，給人們的出行帶來了極大的方便，甚至改變了人們的生活方式。但同時，其帶來的能源消耗也不可小覷，道路條件和交通條件成為影響汽車能耗的重要因素，道路條件主要包括路面平整度和道路平均縱坡，交通條件主要包括行車速度和道路的通行狀況。我們可以用汽車運輸經濟成本直觀的反映汽車的能耗情況，以小客/小貨為例，如表1“公路條件及交通條件對汽車運輸成本的影響”所示。為了盡量減少汽車的排放，降低汽車的油耗，公路主體設計方面主要考慮了以下幾點:

1）根據(jù)交通量預測結果，確定合理車道數(shù)，以保證道路設計年限內的服務水平;2）確定合理路面結構，路基路面排水方式，保證路面抗滑性;3）確定合理的道路縱坡，降低油耗;4）保證設計路段內均衡合理的運行速度。

1 合理確定車道數(shù)，保證道路服務水平

高質量的服務水平使交通流能以平穩(wěn)速度暢通運行，減少了汽車運行中因停車、加減速引起的能源消耗及尾氣排放。因此，在公路設計中，根據(jù)交通量預測結果，合理確定車道數(shù)，有效提高道路通行能力，保證道路設計年限內服務水平，是實現(xiàn)公路交通運輸中節(jié)能減排的重要前提與保障，《公路工程技術標準》中做出了明確地規(guī)定。

表1 公路條件及交通條件對汽車運輸成本的影響

可根據(jù)現(xiàn)行的《公路工程技術標準》的有關規(guī)定及項目需要、設計速度、項目相應需采用的服務水平等因素進行車道數(shù)的計算。

1.1 有關系數(shù)的確定

1）設計小時交通量系數(shù)（K）。

設計小時交通系數(shù)（K）是指設計小時交通量與年平均日交通量的比值，對于多車道公路，可運用設計小時交通量確定車道數(shù)與路幅寬度。

2）方向不均勻系數(shù)（D）。

通行能力和服務水平隨交通流方向性分布變化而變化，對于多車道公路不同方向交通流分布相對均衡，但對于雙車道公路、城市出入口道路、旅游公路等，由于不同方向上流量的相互影響性、交通流受時間性、季節(jié)性干擾明顯，使交通流分布具有強烈的方向性。方向不均勻系數(shù)（D）可根據(jù)已有道路的斷面觀測資料，綜合考慮未來項目影響區(qū)路網(wǎng)狀況確定。

3）高峰小時修正系數(shù)（PHF）。

由于阻塞流量的動態(tài)特性，幾分鐘的交通阻塞就需要很多時間才能消散延誤的交通流，這期間將產生額外的能源消耗，及增加環(huán)境污染程度，因此，合理運用高峰小時系數(shù)有效確定道路通行能力，避免擁堵顯得尤為重要。PHF值越低表示在高峰小時中流量的可變性越大。

4）車道寬度及側向凈空修正系數(shù)（fW）。

該系數(shù)是根據(jù)車道數(shù)、車道寬度，至障礙物的最近距離，以及單側障礙物還是兩側都有障礙物而確定的。

5）大型車修正系數(shù)（fHV）。

式中:PHV——大型車交通量占總交通量的百分比;

EHV——大型車換算成小客車的車輛換算系數(shù)，取值可在《公路工程技術標準》中查得。

6）駕駛員總體特征修正系數(shù)（fP）。

不同特征的交通流使用高速公路的效益存在一定的差別，常規(guī)通勤車駕駛員或者其他常規(guī)駕駛員對最大服務流率沒有影響。選值時，應結合有關道路及其周圍環(huán)境的綜合知識來分析，以保證其準確度。

1.2 基本關系式

其中，SFi為實際道路和交通條件下，i級服務水平單向N車道的服務交通量，輛/h;MSFi為理想條件下，i級服務水平提供的每車道最大通行能力，pcu/ln/h;DDHV為單向設計小時交通量，pcu/h;PHFi為i級服務水平時高峰小時修正系數(shù);AADT為預測年平均日交通量，pcu/d;K為設計小時交通量系數(shù);D為方向不均勻系數(shù);N為單向車道數(shù);Cj為理想條件下設計車速為j時，單車道基本通行能力，pcu/ln/h;（V/C）為理想條件下，最大服務交通量與基本通行能力之比;fW為車道寬度和（或）側向凈空受限制的修正系數(shù);fHV為交通流中重型車輛（大貨車、特大貨車、拖掛車、集裝箱車和大客車）影響的修正系數(shù);fP為駕駛員總體特征影響的修正系數(shù)。根據(jù)以上論證及表1，以小客為例，可看到汽車運輸成本與擁擠度的關系如圖1所示。因此，在公路設計中，應根據(jù)《公路工程技術標準》的要求，合理確定車道數(shù)，以保證高質量的道路服務水平，從而可以降低車輛運行中的能耗，并在此基礎上進一步優(yōu)化設計。

圖1 汽車運輸成本與擁擠度關系圖

2 確定合理路面結構，路基路面排水方式，保證路面設計使用年限內的平整度

路面應具有平整、密實、抗滑、耐久的品質，并具有高溫抗車轍、低溫抗開裂，以及良好的抗水損害能力，以保證道路使用年限內的平整度。道路的平整度與燃料、潤滑油、輪胎、修理的人工費、修理的材料費以及車輛的折舊等的消耗都有關系，以小客、小貨車為例，具體的影響關系見表2。

表2 路面平整度影響因素

為了保證道路路面的平整度，設計階段應該考慮以下方面:

1）保證路基填土壓實度，做好排水設計，防止地面水和地下水侵入路面、路基，保證路基的強度和穩(wěn)定性，使路基處于干燥或中濕狀態(tài)，土基回彈模量值應大于30 MPa，重交通、特重交通公路土基回彈模量值應大于40 MPa。2）根據(jù)預測交通量、車型比例、瀝青路面設計年限、路基頂面回彈模量、基層底基層的抗壓模量、路面類型等參數(shù)，做好路面結構設計，保證路面表面層具有平整密實、抗滑耐磨、抗裂耐久的性能;中下面層應具有高溫抗車轍、抗剪切、密實、基本不透水的性能;下面層具有耐疲勞開裂的性能?；鶎幼鳛橹饕兄貙?，應具有穩(wěn)定、耐久、較高的承載力，與底基層一起承受車輪荷載的反復作用。

3 確定合理的道路縱坡，降低油耗

坡度對油耗的影響在于，一方面隨坡度的增加，發(fā)動機輸出功率會增加，另一方面，在同樣的速度下，坡度增加可能會使汽車降低擋位，從而使發(fā)動機的轉速提高。公路縱坡設計合理與否，直接影響著公路工程造價，同時，對運行車輛的速度和油耗也會產生很大的影響。汽車油耗隨縱坡坡長的變化按冪函數(shù)形式y(tǒng)= ax±b的規(guī)律變化，而根據(jù)研究，將各種縱坡坡度與所對應的穩(wěn)定油耗進行回歸分析，結果發(fā)現(xiàn)，二者呈直線相關關系。隨著道路縱坡坡度的不斷增大，在相應路段提高行車速度所產生的油耗也會快速增加，因此，公路縱坡設計中應在考慮項目經濟性的同時，也要注重運輸經濟效益，使兩者和諧統(tǒng)一，以避免造成能源及資金的浪費。

4 保證設計路段內均衡合理的運行速度

運行車速主要受駕駛人行為、交通特征（車輛狀況）和公路狀況三方面因素影響，這里我們僅探討在駕駛人行為及交通特征（車輛狀況）處于理想狀態(tài)時，公路設計對運行速度的影響。為保證運行速度的主要因素包括平曲線半徑、縱坡與路基寬度，下面我們將分別從這三個方面進行論證。

1）圓曲線。通過以下公式確定一定運行速度下圓曲線半徑:

汽車在曲線上行駛與在直線上行駛的能源消耗不同，設計時在執(zhí)行標準規(guī)范指標基礎上，就特殊的設計事項而言，應從行車安全角度考慮，采取合理指標，盡量避免采用極限值。

2）縱坡。為保證公路基本通行能力，貨車在不同坡度時的運行速度及對應的設計速度如表3所示。

表3 縱坡與速度對照表

3）路基寬度。路基寬度由中央分隔帶、左側路緣帶、行車道、右側路緣帶及路肩構成。其中行車道的寬度由標準車輛寬度（2.5 m）和動態(tài)凈空確定，速度與動態(tài)凈空的關系見表4。路基寬度的選擇，應首先論證確定各構成部分尺寸，然后疊加確定。應結合自然條件靈活掌握，根據(jù)不同地形存在的顯著差異，設計速度的取值可以不同，以便利于速度以連續(xù)、均衡的方式變化，保證行車安全的同時，降低因速度變化帶來的汽車運行能耗。

表4 設計速度與動態(tài)凈空的關系

5 結語

從公路主體設計的角度實現(xiàn)公路運輸節(jié)能減排的目標，應當綜合考慮道路服務水平、路線的平縱優(yōu)化設計和路基路面結構及排水設計，結合景觀綠化、環(huán)保的設計理念，著眼于全局，多方位、多角度地從細微處入手，開展設計工作。

Considering energy conservation and em ission reduction in the design ofm ain highway structure

LU Xiao-hong CHEN Xiao-ni PEI Yue-ling

（China Highway Engineering Consulting Group Co.，Ltd，Beijing 100083，China）

In order to reduce car emission asmuch as possible and to lower down car petroleum consumption，starting from four aspects of rationally determining toll lane，pavement structure，longitude road slope and balanced operation speed，the essay discussesmethods of realizing highway transportation energy conservation and emission reduction from the angle ofmain highway design，so as to improve the highway service level.

energy conservation and emission reduction，highway design，transportation condition

U412.3

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2012.18.047

1009-6825（2012）18-0147-02

2012-04-21

盧曉紅（1981-），女，工程師