第五节 道路工程设计依据

一、设计车辆

（一）机动车设计车辆

设计车辆是指道路设计所采用的具有代表性车辆。各种汽车的行驶性能、外廓尺寸以及不同种类车辆的组成对于道路几何设计具有决定作用。因此，选择有代表性的车辆作为设计的依据是必要的。

道路上行驶的车辆种类很多，为设计方便，将各种牌号、型号的载客或载货的车辆归纳为几种设计车辆作为设计依据。研究道路路幅组成、弯道加宽、交叉口设计、纵坡、视距等都与设计车辆的外廓尺寸有着密切的关系。作为道路设计依据的车辆可分为三类，即：小客车、载重汽车（大型车）、鞍式列车（铰接车）。各类机动车设计车辆的外廓尺寸

见表12，公路机动车设计车辆外廓尺寸如图12所示。

表1 2

机动车设计车辆外廓尺寸

注 括号内为《城市道路工程设计规范》（CJJ37—2012）的规定，其他为《城市道路工程设计规范》（CJJ37—

2012）与《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）采用相同的标准。

图12 公路机动车设计车辆外廓尺寸（单位：m）

（二）非机动车设计车辆

我国道路上行驶的非机动车主要是自行车，此外还有少量的三轮车、板车等其他非机动车。自行车的品种、牌号及型号众多，进行非机动车道几何设计时，宜采用28型自行车为标准车。非机动车设计车辆外廓尺寸见表13。

表1 3

非机动车设计车辆外廓尺寸

注 括号内为《城市道路工程设计规范》（CJJ37—2012）的规定，其他为《城市道路工程设计规范》（CJJ37—

2012）与《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）采用相同的标准。

二、设计速度

设计速度是指在气候条件良好、交通密度小、汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施）影响时，中等驾驶技术的驾驶员能保持安全、舒适行驶的最大速度。

设计速度与运行速度是不同的两个概念。运行速度是指车辆在道路上的实际行驶速度，它受气候、地形、交通密度以及道路本身条件的影响，同时与驾驶员的技术水平也有很大的关系。设计速度是决定道路几何线形的最基本的控制要素，道路圆曲线半径、行车视距、超高、路幅宽度、纵坡、竖曲线半径等指标均直接或间接与设计速度有关。我国公路与城市道路技术标准根据车辆动力性能和地形条件，确定了不同等级道路的设计速度，

所以它是体现道路等级的一项重要技术指标。

各级公路设计速度见表14，城市道路设计速度见表1 5。设计速度最高值是根据汽车性能，并参考国内外的实际经验，从节约能源以及人在感官上的感觉出发确定的，公路采用120km/h，城市道路采用100km/h。设计速度最低值考虑我国实际的交通状况、地形条件、土地利用和投资的可能性，确定为20km/h。

表1 4

各级公路设计速度

表1 5

城市道路设计速度

三、交通量

交通量是指单位时间内通过道路某一地点或某一断面的车辆数量或行人数量。前者称为车流量，其计量单位常用日交通量（pcu/d）或小时交通量（pcu/h），表示单位时间内通过某一断面的车辆当量换算为小客车的数量；后者称为人流量。交通量是道路工程与交通工程中的一个基本参数，是道路交通规划、设计及管理的主要依据。

交通量的大小与社会经济发展速度、气候、物产、文化生活水平等多方面因素有关，且随时间、地点的不同而随机变化。交通量的具体数值由交通调查和交通预测确定，交通调查、分析和交通预测是道路建设项目可行性研究阶段进行现状评价、综合分析建设项目的必要性和可行性的基础，也是确定道路建设项目的建设规模、技术等级、工程设施、经济效益评价及道路几何线形设计的主要依据。交通调查、分析及交通量预测水平的高低，尤其是预测的水平、质量和可靠程度，将直接影响到项目决策的科学性和工程技术设计的经济合理性。

（一）年平均日交通量

年平均日交通量（AADT）即全年365d交通量观测结果的平均值，其表达式为：

365

N=3165∑

Q_i

（1 1）

i=1

式中 N———年平均日交通量，pcu/d；

Q_i———一年365d的日交通量，pcu/d。（二）设计交通量

设计交通量是指拟建道路到达远景设计年限时能达到的年平均日交通量（pcu/d），它对确定道路等级、论证道路的计划费用或各项结构设计等有重要作用。设计交通量与道路使用任务、功能及性质有关，可根据历年交通观测资料推算求得。一般按年平均增长率计算确定，计算公式为：

N_d=N₀（1+γ）^t-1

（1 2）

式中 N_d———预测年的平均日交通量，pcu/d；

N₀———起始年平均日交通量，pcu/d；γ———年平均增长率，%；

t———设计年限，按道路等级确定。

（三）设计小时交通量

小时交通量是以小时为计算时段的交通量，是确定车道数和车道宽度或评价服务水平时的依据。统计表明，在一天以及全年时间内，每小时交通量变化很大。若以一年中最大的高峰小时交通量作为设计依据，会造成浪费，但如果采用日平均小时交通量则不能满足实际需要，会造成交通拥挤甚至阻塞。为了保证交通安全畅通，又使工程造价经济、合理，我们可借助一年中每小时交通量变化曲线来确定适合于设计使用的小时交通量。

将一年中所有8760h交通量按其与年平均日交通量百分数的大小顺序排列起来并绘成交通量频率曲线，如图13所示。从该图中可以看出在30～50位小时交通量附近曲线急剧变化，其右侧曲线明显变缓，而左侧曲线坡度则较大。如以第30位小时交通量作为设计依据，意味着在1年中有29个小时超过设计值，将发生交通拥挤，占全年小时数的0.33%，而能顺利通过的保证率达99.67%。因此，设计小时交通量宜采用第30位小时交通量作为设计依据，也可根据当地调查结果采用第20～40位小时之间最为经济合理时位的小时交通量。

图13 年平均日交通量与小时交通量关系曲线

在确定设计小时交通量时，应绘制路线交通量变化图。有平时观测资料的道路，必须使用观测资料，没有观测资料的，可参考性质相似、交通情况相仿的其他道路观测资料进行推算。

设计小时交通量一般按预测年度的年平均日交通量计算，公式如下：

DDHV=N_dDk

（1 3）

式中 DDHV———主要方向设计小时交通量，pcu/h；

N_d———预测年的平均日交通量，pcu/d；

D———方向不均匀系数或方向分布系数，为主要方向交通量与断面双向交通

量的比值，一般取0.5～0.7，也可根据当地交通量观测资料研究确定；k———设计小时交通量系数（%），为选定时位小时交通量与年平均日交通量的

比值。当有观测资料时绘制图13求得k值；缺乏资料时，城市道路取

10%～12%，平原区公路取13%～15%，山区公路取15%～17%。

（四）交通量的换算

我国城市道路和一般公路（即二、三、四级公路）上都是混合交通，行驶的汽车类型不同，其速度、行驶规律以及占用道路的净空差异较大，在计算设计交通量时应折算成某一标准车型。我国各级公路及城市道路的设计一般采用小客车为设计车辆，其他车型按照相应的车辆换算系数进行交通量换算，换算后的交通量称为当量交通量。公路及城市道路的车辆换算系数见表16和表17。

表1 6

公路各代表车型的车辆换算系数

表1 7

城市道路的车辆换算系数

四、通行能力与服务水平

通行能力是在一定的道路和交通条件下，单位时间内道路某一断面所能通过的最大车辆（或行人）数量，是特定条件下道路所能承担车辆（或行人）数的极限值，通常以“辆/小时”（pcu/h）或“人/h”表示。道路通行能力反映了道路设施所能疏导交通流的能力，是道路规划设计和运营管理的重要参数。根据通行能力的性质和使用要求，通行能力通常分为基本通行能力、可能通行能力、设计通行能力（或基本通行能力、设计通行能力、实际通行能力）三种。

（1）基本通行能力。它是指道路、交通、环境和气候均处于理想条件下，由技术性能相同的一种标准车辆，以最小的安全车头间距连续行驶，在单位时间内通过一条车道或道路某一断面的最大车辆数。这是理论上所能通行的最大车辆数量，也称理论通行能力。

（2）可能通行能力。它是在通常的道路交通条件下，单位时间内通过道路某一车道或某一断面的最大可能车辆数。

（3）设计通行能力。它是道路交通的运行状态保持在某一设计的服务水平时，道路上某一路段的通行能力。

（一）公路服务水平与实际通行能力

1.公路服务水平

服务水平是指道路在某种交通条件下为驾驶者和乘客所能提供的运行服务质量和程度，也是在不同的交通流状况下，道路使用者从道路状况、交通条件、行驶环境等方面可能得到的服务程度。服务水平通常由速度、交通密度、行驶自由度、交通中断情况、安全性、舒适性和便利程度等来描述和衡量。

我国现行规范将公路服务水平划分为四级，以交通流状态为划分条件，定性地描述交

通流从自由流、稳定流到饱和流和强制流的变化阶段。高速公路、一级公路以车流密度作为划分服务水平的主要指标；二、三级公路以延误率和平均运行速度作为主要指标；交叉口则用车辆延误来描述其服务水平。各级公路设计采用的服务水平等级见表18。

表1 8

各级公路设计采用的服务水平

注 1.一级公路作为集散公路时，可采用三级服务水平设计。

2.互通式立体交叉的分合流区段、匝道以及交织区段，可采用三级服务水平设计。

各级服务水平的含义如下。

一级服务水平：交通量小，驾驶员能自由或较自由地选择行车速度并以设计速度行驶，行驶车辆不受或基本不受交通流中其他车辆的影响，交通流处于自由流状态，超车需求远小于超车能力，被动延误少，为驾驶者和乘客提供的舒适便利程度高。

二级服务水平：随着交通量的增大，速度逐渐减小，行驶车辆受别的车辆或行人的干扰较大，驾驶员选择行车速度的自由度受到一定限制，交通流状态处于稳定流的中间范围，有拥挤感。到二级下限时，车辆间的相互干扰较大，开始出现车队，被动延误增加，为驾驶员提供的舒适便利程度下降，超车需求与超车能力相当。

三级服务水平：当交通需求超过二级服务水平对应的服务交通量后，驾驶员选择车辆运行速度的自由度受到很大限制，行驶车辆受其他车辆或行人的干扰很大，交通流处于稳定流的下半部分，并已接近不稳定流范围，流量稍有增长就会出现交通拥挤，服务水平显著下降。到三级下限时行车延误的车辆达到80%，所受的限制已达到驾驶员所允许的最低限度，超车需求超过了超车能力，但可通行的交通量尚未达到最大值。

四级服务水平：交通需求继续增大，行驶车辆受别的车辆或行人的干扰更加严重，交通流处于不稳定流状态。靠近下限时每小时可通行的交通量达到最大值，驾驶员已无自由选择速度的余地，交通流变成强制状态，所有车辆都以相对均匀一致的速度行驶。一旦上游交通需求和来车强度稍有增加，或交通流出现小的扰动，车流就会出现走走停停的状态，此时能通过的交通量很不稳定，时常发生交通阻塞。

2.各级公路实际通行能力

实际通行能力是指设计或评价某一具体路段时，根据该设施具体的公路几何构造、交通条件以及交通管理水平，对不同服务水平下的服务交通量（或设计通行能力）按实际公路条件（车道数、车道宽度和路侧宽度等）和交通条件（行驶速度、交通量、交通组成和路侧干扰等）进行相应修正后的小时交通量。

高速公路的实际通行能力按下式计算：

C_r=C_df_HVf_Nf_P

（1 4）

式中 C_r———高速公路路段一条车道的实际通行能力，pcu/（h·ln）；

C_d———与实际行驶速度相对应的高速公路路段一条车道设计通行能力，pcu/（h·ln）；

f_HV———交通组成修正系数，按式（15）计算；

f_N———六车道及以上高速公路的车道数修正系数，取0.98～0.99；

f_P———驾驶者总体特征修正系数，通过调查确定，通常在0.95～1.00之间。

1

f_HV=

（1 5）

1+∑P_i（E_i-1）

式中 P_i———中型车、大型车、拖挂车各交通量占总交通量的百分比；

E_i———中型车、大型车、拖挂车的车辆换算系数。一级公路路段的实际通行能力按下式计算：

C_r=C_df_HVf_Nf_Pf_jf_f

（1 6）

式中 C_r———一级公路路段一条车道的实际通行能力，pcu/（h·ln）；

C_d———与实际行驶速度相对应的一级公路路段一条车道设计通行能力，pcu/（h·

ln）；

f_HV———交通组成修正系数，按式（15）计算；

f_N———车道数修正系数，取0.95～0.97；

f_P———驾驶者总体特征修正系数，通过调查确定，通常在0.95～1.00之间；f_j———平面交叉修正系数；

f_f———路侧干扰修正系数。

二级、三级公路路段的实际通行能力按下式计算：

C_r=C_df_HVf_df_Wf_f

（1 7）

式中 C_r———二级、三级公路路段一条车道的实际通行能力，pcu/（h·ln）；

C_d———与实际行驶速度相对应的二级、三级公路路段一条车道设计通行能力，pcu/

（h·ln）；

f_HV———交通组成修正系数，按式（15）计算；

f_d———方向分布修正系数；

f_W———车道宽度、路肩宽度修正系数；f_f———路侧干扰修正系数。

（二）城市道路服务水平与通行能力

1.城市道路服务水平

由于道路条件、交通条件、控制条件和交通环境等都会影响道路通行能力和服务水平。因此，需要对条件不同的道路设施及其各组成部分分别进行通行能力和服务水平的分析。

城市快速路的服务水平分为四级：一级服务水平时，交通处于自由流状态；二级对应稳定流上段；三级对应于稳定流；四级服务水平时，交通处于不稳定流状态，分为饱和流与强制流。快速路基本路段服务水平分级指标应符合城市道路工程设计规范的规定。

关于其他等级城市道路通行能力和服务水平的分析、评价，由于目前国内尚未有成熟的研究成果，现行规范只提出了设计要求，未给出具体的分析方法和内容。

路段上自行车道服务水平采用骑行速度、占用道路面积、交通负荷与车流状况等指标衡量；交叉口自行车服务水平增加了停车延误时间、路口停车率等指标，使用时可根据情况灵活选用指标。

人行道采用人均占用面积作为服务水平分级标准。根据实际调查内容的不同，可参考

行人纵向间距、横向间距和步行速度等指标进行分级。

城市道路规划、设计既要保证道路服务质量，还要兼顾道路建设的成本与效益。设计时采用的服务水平不必过高，但也不能以四级服务水平作为设计标准，否则将会有更多时段的交通流处于不稳定的强制运行状态，并因此导致更多时段内发生经常性拥堵。因此，规范规定新建道路采用三级服务水平。

2.城市道路通行能力

（1）快速路通行能力。快速路应根据交通流行驶特征分为基本路段、分合流区和交织区，应分别采用相应的通行能力和服务水平。

快速路基本路段一条车道的基本通行能力和设计通行能力应符合表19的规定。

表1 9

快速路基本路段一条车道的通行能力

快速路能适应的年平均日交通量见表110。

表1 10

快速路能适应的年平均日交通量

（2）其他等级道路的通行能力。其他等级城市道路根据交通流特性和交通管理方式，可分为路段、信号交叉口、无信号交叉口等，应分别采用相应的通行能力和服务水平。

其他等级道路路段一条车道的基本通行能力和设计通行能力应符合表111的规定。

表1 11

其他等级道路路段一条车道的通行能力