美國的高速公路不論是里程還是質(zhì)量在全世界都是一流的，自1937年開(kāi)始修建高速公路，到1995年高速公路里程達到8．85萬(wàn)km，占全國總里程的14，占世界高速公路總里程的近一半，實(shí)現了州州通高速公路的目標，而且一般使用年限為15年左右，交通事故的發(fā)生率也相對較低，這與他們完善的路線(xiàn)幾何設計是分不開(kāi)的。我國高速公路建設起步相對較晚，但是發(fā)展迅速。自20世紀8O年代以來(lái)，我國交通基礎設施重點(diǎn)建設得到加強，公路建設有了飛速發(fā)展，以高速公路為標志的高等級公路從無(wú)到有，進(jìn)入一個(gè)新的建設時(shí)期，尤其是1998年實(shí)施積極的財政政策以來(lái)，我國公路建設投資數量之大、開(kāi)工項目之多舉世矚目。高速公路作為現代化的公路運輸基礎設施，其發(fā)生和發(fā)展是國民經(jīng)濟發(fā)展的必然結果，截止至2006年底，我國高速公路通車(chē)里程已達到4．64萬(wàn)km。而根據我國交通部制定的《國家高速公路網(wǎng)規劃》，至2030年我國高速公路總里程將達到8．5萬(wàn)km，形成覆蓋全國、布局合理的國家高速公路網(wǎng)。

公路線(xiàn)形設計是公路總體設計、總體布局的關(guān)鍵。線(xiàn)形是公路的骨架，其設計合理與否，不僅直接關(guān)系到公路建設項目的質(zhì)量好壞、里程長(cháng)短、投資多少、效益高低，更直接影響到公路運營(yíng)安全。雖然每個(gè)國家對線(xiàn)形的設計都有明確的設計標準，但是僅僅滿(mǎn)足設計規范的線(xiàn)形設計并不代表是最合理的線(xiàn)形。線(xiàn)形設計是否合理不僅是關(guān)系到高速公路安全性問(wèn)題的最主要因素，也是確定道路的經(jīng)濟性、道路的景觀(guān)環(huán)境、道路的通行能力等方面的重要因素。通常在設計中追求的高指標公路并不一定是安全的公路，而高速公路線(xiàn)形指標的均衡性、一致性、線(xiàn)形的連續性及線(xiàn)形與環(huán)境景觀(guān)的協(xié)調性才是滿(mǎn)足汽車(chē)高速及安全行駛的重要保證。筆者通過(guò)對美國高速公路的現場(chǎng)考察，以及參考中美兩國的相關(guān)設計規范和有關(guān)資料，對兩國在高速公路幾何設計方面的設計理念和方法進(jìn)行了分析對比，以供公路設計人員參考。

1 路線(xiàn)的適宜性和均衡性

路線(xiàn)的適宜性是指公路路線(xiàn)與自然條件的協(xié)調、配合，使公路與周?chē)h(huán)境融為一體，最大限度地減少對自然環(huán)境的破壞。路線(xiàn)的均衡性是指公路路線(xiàn)自身各要素間的協(xié)調、配合，使公路線(xiàn)形能自然地誘導駕駛員的視線(xiàn)，并保持視覺(jué)的連續性，最大限度地保證行車(chē)安全。美國高速公路設計將環(huán)境提到了一個(gè)相當高的地位。其規范要求：公路的定線(xiàn)和設計可以而且應該能使環(huán)境更加完美，并作為改善環(huán)境的促進(jìn)因素。同時(shí)認為，環(huán)境不僅僅指自然環(huán)境，它包括人類(lèi)、植物和動(dòng)物三類(lèi)群體以及這三類(lèi)群體起作用的各自力量。因此，美國高速公路設計的參考者，不僅有設計工程師，還有生物、化學(xué)、歷史、考古學(xué)家和土地評估家，在某些情況下甚至還有社會(huì )學(xué)家。聽(tīng)取公眾意見(jiàn)是方案確定階段必不可少的程序。而在高速公路設計階段，非常強調路線(xiàn)與地形及環(huán)境的協(xié)調，盡可能消除造成大填大挖的人為因素，注重對原有地貌的保護和盡可能恢復自然的外觀(guān)。公路線(xiàn)形相鄰路段技術(shù)指標不均衡、銜接不合理，會(huì )使車(chē)輛行駛速度出現較大突變，從而影響交通安全。因此路線(xiàn)設計除了應使線(xiàn)形同地形、地物、景觀(guān)相適宜外，還應使線(xiàn)形流暢、連續、視覺(jué)良好，保證行車(chē)安全與舒適。公路作為一個(gè)三維空間構造物，在路線(xiàn)設計中還應該對公路的平、縱、橫三個(gè)面進(jìn)行綜合設計，做到平面順適、縱坡均衡、橫面合理。

美國公路線(xiàn)形設計強調在符合汽車(chē)行駛力學(xué)方面的要求外，還應考慮用路者的視覺(jué)、心理與生理方面的要求，以提高汽車(chē)行駛的安全、舒適與經(jīng)濟性。為了使線(xiàn)形連續、均衡，從根本上解決公路安全設計問(wèn)題．通常采用運行速度理論檢驗公路線(xiàn)形設計。要滿(mǎn)足路線(xiàn)適宜性的要求，需要通過(guò)靈活設計、精心創(chuàng )作，合理選用技術(shù)標準，實(shí)現安全、環(huán)保、美觀(guān)、節約的目的。路線(xiàn)的適宜性和均衡性實(shí)質(zhì)上也是強調公路靈活性設計以及景觀(guān)環(huán)境設計的效果。這些對我國高速公路設計具有很好的借鑒作用。

2 線(xiàn)形設計的連續性

公路線(xiàn)形的連續性設計是指公路的幾何條件既不違背駕駛員的期望，也不違背駕駛員安全操作和駕駛汽車(chē)的能力。滿(mǎn)足連續性要求的路線(xiàn)設計，能夠連續地引導駕駛員的視覺(jué)和滿(mǎn)足駕駛員的心理和生理要求，減少駕駛員的無(wú)謂操作、疲勞和恐懼心理，增加駕駛員和乘客的安全感和舒適感?？梢?jiàn)，連續性對于公路設計是非常重要的。道路線(xiàn)形的連續性是路線(xiàn)設計的基本要求之一，連續的道路設計應確保駕駛員能夠沿著(zhù)路線(xiàn)以他們期望的速度行駛。我國《公路工程技術(shù)標準》(JTJB01—2003)規定：“線(xiàn)形設計，應考慮車(chē)輛行駛的安全舒適，駕駛員的視覺(jué)和心理反應。引導駕駛員的視線(xiàn)保持線(xiàn)形的連續性。”《公路路線(xiàn)設計規范》(JTGD2O一2006)也指出：“等級較高的公路應注重立體線(xiàn)形設計，使駕駛員在視覺(jué)上能保持線(xiàn)形的連續性，在心理上有舒適感和安全感并與沿線(xiàn)的環(huán)境、景觀(guān)相協(xié)調。”我國目前所使用的上述技術(shù)標準和設計規范中雖已提出線(xiàn)形連續性，但對連續性的標準并沒(méi)有明確提出。目前國內外對于線(xiàn)形連續性的研究很多，主要分為：基于速度的研究，基于安全的研究，基于駕駛員操作難易的研究。其中基于速度的研究比較成熟，因為道路線(xiàn)形連續與否對車(chē)輛產(chǎn)生的影響首要表現在車(chē)速上。車(chē)速變化的大小也就代表著(zhù)線(xiàn)形連續程度。事故率大小是對道路線(xiàn)形連續性的直接檢驗結果，事故率比較大的事故多發(fā)地點(diǎn)，也必然代表著(zhù)其線(xiàn)形在此存在問(wèn)題。因此，美國等國均采用運行速度評價(jià)線(xiàn)形設計的連續性。

3 線(xiàn)形設計的靈活性

公路設計靈活性思想最先由美國提出，美國聯(lián)邦公路局(FHWA)聯(lián)合美國各州公路與運輸官員協(xié)會(huì )(AASHTO)等相關(guān)機構于1997年出版了《公路靈活性設計》，特別強調了線(xiàn)形的靈活性設計理念和方法。靈活性設計包含合理選用技術(shù)標準、靈活運用設計指標兩個(gè)層面的內容。靈活性設計是有條件的，必須以保證安全為前提，嚴格按照現行組合的設計原則進(jìn)行設計就是保障安全的有力措施。即：設計靈活性就是“在充分掌握和理解現有標準、規范本質(zhì)的基礎上，在不降低安全性的前提下，通過(guò)合理選擇技術(shù)標準，靈活運用設計指標，尋求達到更符合公路沿線(xiàn)可持續發(fā)展的需要和利益的目標”。實(shí)際上，每一個(gè)公路建設項目都具有特殊性(公路個(gè)性)，由于項目所在區域的地理位置、地形地貌、地質(zhì)條件、氣候氣象、社會(huì )環(huán)境、不同的文化傳統、風(fēng)俗習慣、審美觀(guān)特點(diǎn)以及公路使用者的需求、面臨的挑戰與機遇等均不盡相同，這些都構成不同地區特有的公路景觀(guān)環(huán)境，公路靈活性設計所面臨的任務(wù)就是在運輸功能和安全與周?chē)匀缓蜕鐣?huì )環(huán)境之間尋求協(xié)調與結合，其目的是針對不同公路、不同路段的不同特點(diǎn)給出切合實(shí)際的設計方案，強調的是公路的個(gè)性、環(huán)境的個(gè)性，因此設計靈活性也體現為公路的個(gè)性環(huán)境設計。技術(shù)標準是公路設計的依據。美國公路幾何設計標準與政策一般由成立于1937年的規劃與設計政策委員會(huì )負責規定和推薦，而其制定和出版則通常由美國各州公路與運輸工作者協(xié)會(huì )(AASHTO)來(lái)完成。AASHTO出版的《公路與城市道路幾何設計政策》(俗稱(chēng)綠皮書(shū))通常被視為美國公路幾何設計標準，亦被國際上公認為現代適用的公路設計專(zhuān)業(yè)著(zhù)作，該書(shū)一般每隔5～6年修訂一次，目前的最新版是2004年出版的第五版。與我國公路技術(shù)標準不同的是，綠皮書(shū)僅僅是一本設計指南，它實(shí)際上是提出了有關(guān)道路幾何設計的一系列指導方針，設計人員在使用這套指導方針時(shí)可以有一定的靈活性。該書(shū)在序言中就明確申明了此書(shū)的目的在于向設計人員提供指導方針，對關(guān)鍵尺寸設計給出了推薦的設計數值范圍。允許充分的靈活性是為了鼓勵針對具體情況做出合適的特殊設計方案。美國作為一個(gè)聯(lián)邦制國家，各個(gè)州可以根據自己的實(shí)際情況制定自己的法律，包括自己的設計標準。AASH—TO的《公路與城市道路幾何設計政策》對一些主要技術(shù)指標推薦了一個(gè)參考值的范圍，允許各州根據各自的特點(diǎn)確定本州的公路設計標準，而各州的技術(shù)標準取值一般都在A(yíng)ASHTO所提供的范圍之內，但是也允許超出這個(gè)推薦范圍。如美國加州根據本州特點(diǎn)，高速公路最大車(chē)速采用了130km／h，超過(guò)了AASHTO所規定的最大設計車(chē)速。由于各州的設計標準均以綠皮書(shū)作為基本標準或參考標準，這就給設計者在本州的公路設計中有更大的靈活性和創(chuàng )造性。而我國的公路技術(shù)標準則規定，在地形條件和經(jīng)濟條件的允許下應采用標準較高的值，只在嚴重受限的情況下才采用極限值(但是不推薦)。因此在我國以往的設計中，對標準的掌握容易存在兩方面的不足：一是在所要求的公路等級范圍內片面追求高標準，認為標準越高越好，不能因地制宜地運用標準，選擇合適的線(xiàn)形使之適應當地的地形、地質(zhì)情況，使有限資金得到充分利用。二是在執行標準時(shí)非常教條，對標準的各項指標理解不深刻，常常生搬硬套，導致設計的公路行車(chē)不舒適、不安全，也不美觀(guān)。當然，靈活性設計決不能單純地理解為對幾何規范標準的降低，而是在滿(mǎn)足道路安全性的前提下，靈活運用技術(shù)規范，盡量找出適應自然經(jīng)濟合理的線(xiàn)形。這樣，公路建設才能與社會(huì )自然和諧地發(fā)展。關(guān)于路線(xiàn)的靈活性設計我國尚在研究探索中，未形成一套完整的設計方法。因此，美國的靈活性設計理念和方法對我國公路設計具有很好的借鑒作用。

4 線(xiàn)形設計的安全性

公路的安全性設計是指從改善環(huán)境安全人手，通過(guò)在設計階段的公路安全性評價(jià)，優(yōu)化公路設計，從而

彌補行車(chē)安全、車(chē)輛安全的不足，消除存在安全性隱患的線(xiàn)形組合，提高道路運營(yíng)的安全可靠性、提升高速公路的安全服務(wù)水平。公路安全性設計首先是對設計的道路線(xiàn)形進(jìn)行安全性評價(jià)，指出存在安全性隱患的路段或線(xiàn)形組合，從而提出線(xiàn)形修改的依據，進(jìn)行線(xiàn)形設計的優(yōu)化。從公路設計角度，安全評價(jià)的內容總體上可歸并為包括平、縱、橫的線(xiàn)形設計和包括凈空寬度、路側邊坡、排水設施、交通工程的路側設計等影響到行車(chē)安全的各種因素。美國在公路安全性方面的研究，主要集中在道路安全管理、幾何設計一致性與實(shí)際運行速度評估、駕駛員行為調查分析及數學(xué)模型與輔助工具等方面。對公路線(xiàn)形的安全性評價(jià)主要通過(guò)對擬建道路的運行車(chē)速預測來(lái)對道路的安全性進(jìn)行評價(jià)。目前，我國高速公路的安全運營(yíng)狀況不容樂(lè )觀(guān)。交通事故率呈上升趨勢。導致交通事故的原因是多方面的，包括路況、氣候、駕駛員的因素等。但從道路線(xiàn)形設計而言，由于我國傳統的基于計算行車(chē)速度的路線(xiàn)設計方法，只是規定了滿(mǎn)足設計車(chē)速所要達到的平、縱線(xiàn)形指標，這樣導致了各個(gè)彎道和縱坡都滿(mǎn)足設計規范要求，而線(xiàn)形組合起來(lái)不一定是合理的線(xiàn)形，在道路實(shí)際運營(yíng)中，將導致車(chē)輛的運行速度與線(xiàn)形指標脫節，形成交通事故的隱患。從交通事故的統計和分析看，雖然造成交通事故的原因是多方面的，但是線(xiàn)形設計是否合理是關(guān)系到高速公路安全性問(wèn)題的根本問(wèn)題，也是安全性評價(jià)的重要指標。鑒于基于計算行車(chē)速度的路線(xiàn)設計方法存在的缺陷，以運行車(chē)速設計方法作為我國現行設計方法的補充，是提高和改善我國高速公路行駛安全性的重要手段。我國2006年頒布的《公路路線(xiàn)設計規范》(JTGD20-2006)明確指出“各級公路平、縱技術(shù)指標變化大的路段，或條件受限制時(shí)采用平、縱技術(shù)指標最大值(或最小值)的路段，或平縱線(xiàn)形組合有異議的路段，或實(shí)際行駛速度可能超出(或低于)設計速度的路段等，應采用運行車(chē)速進(jìn)行檢驗”。而在我國2004年頒布的《公路項目安全性評價(jià)指南》(JTG／TB05—2004)中，也把運行速度作為公路安全性評價(jià)的一個(gè)主要指標。利用預測的運行車(chē)速對項目的路線(xiàn)、路基路面、橋梁、隧道、路線(xiàn)交叉和交通工程及沿線(xiàn)設施的運營(yíng)安全性進(jìn)行評價(jià)。在設計速度應用方面，美國第56屆TRB年會(huì )曾提出著(zhù)名的(16kin／h)設計規則，亦即：①在規定的設計速度內，小客車(chē)設計速度的變化不超過(guò)16km／h~②相鄰路段設計速度的改變不超過(guò)16km／h；③大車(chē)的平均速度比小客車(chē)的平均速度在任何時(shí)侯都不低于16km／h。一條較長(cháng)的高速公路，可以根據交通量的大小和地形的變化情況分段采用不同的設計車(chē)速。同～地形范圍內采用不同行車(chē)速度時(shí)，相鄰計算行車(chē)速度之差不宜超過(guò)2Okin／h；當一條高速公路通過(guò)不同地形分區時(shí)，應結合地形和交通量的變化，行車(chē)速度也隨之逐漸過(guò)渡，避免出現突變。不同計算行車(chē)速度的路段長(cháng)度不宜過(guò)短，一般不小于20km，特殊情況下可為10km。設計車(chē)速是高速公路線(xiàn)形設計的主要依據，而車(chē)輛的實(shí)際運行速度則是衡量線(xiàn)形設計質(zhì)量的評價(jià)依據。目前，美國及很多發(fā)達國家在公路路線(xiàn)設計中均廣泛采用運行車(chē)速進(jìn)行道路線(xiàn)形的均衡性、連續性、安全性的檢驗，并根據各國的情況提出了各自的評價(jià)標準。我國在參考國外經(jīng)驗的基礎上，經(jīng)過(guò)研究，也提出了我國公路線(xiàn)形設計的評價(jià)標準。

相對我國公路路線(xiàn)設計而言，美國道路設計理論和體系更注重路線(xiàn)與地形、環(huán)境的配合和協(xié)調。在設計中充分強調路線(xiàn)的一致性和連續性，強調設計的靈活性。路線(xiàn)線(xiàn)形指標充分考慮了地形、地貌條件，為了使道路與地形條件、景觀(guān)環(huán)境相協(xié)調，在滿(mǎn)足規范安全性的基礎上，不惜放寬線(xiàn)形設計指標。另外，在設計中采用了汽車(chē)運行車(chē)速的理念，路線(xiàn)設計中追求各線(xiàn)形指標的相互配合協(xié)調、高低指標之間的過(guò)渡緩和、路線(xiàn)線(xiàn)形均衡，追求實(shí)際行駛車(chē)速相對平穩等，這對降低工程造價(jià)、克服超速現象、減少交通事故、保護生態(tài)環(huán)境和道路景觀(guān)及與環(huán)境的相互協(xié)調具有重要的意義。高速公路線(xiàn)形指標的均衡性、一致性、線(xiàn)形的連續性、線(xiàn)形和環(huán)境景觀(guān)的協(xié)調性，以及線(xiàn)形設計的靈活性、安全性，作為現代公路設計的新理念已經(jīng)廣泛為國內外公路研究和設計領(lǐng)域所認同。而利用運行速度評價(jià)方法是通過(guò)運行車(chē)速檢查評價(jià)，使公路線(xiàn)形各要素的設計達到連續、均衡和協(xié)調。采用預測運行速度評價(jià)道路線(xiàn)形設計質(zhì)量，使得公路設計的上述要求由定性研究過(guò)渡到定量研究。運行速度預測已成為近年來(lái)國內外設計領(lǐng)域研究和應用的主要方法，也是研究的熱點(diǎn)。因此在充分學(xué)習和理解的基礎上，借鑒國外先進(jìn)的設計理念和方法，對提高我國的公路設計水平具有重要意義。