摘要 德國是最早修建高速公路的國家，同時(shí)也是世界運行效率最高最安全的高速公路之一，研究德國高速公路設計具有重要的參考意義。介紹了德國高速公路設計等級體系和其基本特征，分析了我國高速公路設計和德國高速公路平面、縱斷面、橫斷面的幾何設計要點(diǎn)。利用了德國高速公路設計指標體系分析了京港澳高速某段的線(xiàn)形要素。研究表明德國高速公路橫斷面設計與我國基本一致，平面和縱斷面線(xiàn)形指標相較我國規范總體上更為寬松，但德國規范對平面直線(xiàn)長(cháng)度和最小縱坡要求更高。

關(guān) 鍵 詞 幾何設計;德國;規范;高速公路;線(xiàn)形

0 引言

德國高速公路有著(zhù)久遠的歷史，1932年德國科隆與波恩之間30 km的高速公路建成通車(chē)，標志著(zhù)歷史上第一條現代意義高速公路的誕生。至2016年德國共擁有12 993 km高速公路，是世界第四大高速公路系統。德國高速設計建設與管理水平世界一流，德國境內大約有三分之二的高速公路沒(méi)有永久限速，德國因此成為世界上唯一的擁有不限速度高速公路的國家。此外高速公路運輸占德國全部交通量的三分之一，但德國只有6%事故在高速公路發(fā)生（2016年），高速公路事故率遠低于世界其它國家[1]。德國高速公路不僅擁有不限速的路段，也是世界上最安全的高速公路之一。借鑒德國高速公路設計管理標準對我國高速公路發(fā)展具有重要參考意義。

我國學(xué)者裴玉龍教授研究世界各國高速公路設計與運營(yíng)提出了超高速公路發(fā)展的必要性與技術(shù)等級指標問(wèn)題[2]。王佐、王志軍等研究了中法高速公路設計的技術(shù)要點(diǎn)，對法國公路設計體系進(jìn)行了詳細分析[3-5]。田引安分析了中國及澳大利亞關(guān)于公路幾何設計的異同，探討了中澳高速公路設計理念與方法[6]。萬(wàn)國朝與林正清分析了上個(gè)世紀聯(lián)邦德國公路設計規范要點(diǎn)并闡述了其設計理念[7-8]。彭彥忠和譚紅霞分別論述了美國公路幾何設計體系并分析中美公路設計的方法的異同[9-10]。本文將概述現行的德國高速公路幾何設計體系和技術(shù)要點(diǎn)，并通過(guò)對京港澳高速某段的線(xiàn)形分析，同時(shí)與我國高速公路幾何設計進(jìn)行對比分析，為我國公路設計與研究人員提供參考。

1 設計等級和基本特征

德國道路和交通研究協(xié)會(huì )（Forschungsgesell- schaft für Straßen und Verkehrswesen，縮寫(xiě)FGSV）是一個(gè)成立于1924年非營(yíng)利性的科技協(xié)會(huì )，該協(xié)會(huì )主要負責起草和發(fā)布道路規劃設計、建設、運營(yíng)和交通工程相關(guān)的技術(shù)標準和規范。目前FGSV采用的高速公路設計規范稱(chēng)為高速公路設計指南（Richtlinien für die Anlage von Autobahnen，縮寫(xiě)RAA），該指南是指導德國高速公路設計的行業(yè)標準[11]。

RAA高速公路設計原則基于綜合路網(wǎng)設計指南（Richtlinien für integrierte Netzgestaltung，縮寫(xiě)RIN）定義的道路類(lèi)別。綜合路網(wǎng)設計指南依據路網(wǎng)連接水平將高速公路道路類(lèi)別分為：1）AS0大陸高速公路;2）ASⅠ次大陸高速公路;3）ASⅡ跨區域高速公路。RAA根據道路類(lèi)別、高速公路與城市建筑區域的關(guān)系、高速公路的管轄權將高速公路分為4個(gè)設計等級，見(jiàn)表1。

根據德國道路交通法規藍色高速公路標志僅適用于聯(lián)邦高速，其它非聯(lián)邦的高速高速公路如州、縣、市級高速公路使用黃色機動(dòng)車(chē)車(chē)道標志。非聯(lián)邦高速公路因為線(xiàn)形和交叉口形式等設計要素標準的降低被稱(chēng)為準高速公路。

對AS0/ASⅠ的聯(lián)邦高速公路被稱(chēng)為長(cháng)途高速公路，設計等級EKA1A;屬于A(yíng)SⅡ的聯(lián)邦高速公路被稱(chēng)為跨區域高速公路，設計等級EKA1B;非聯(lián)邦高速公路被稱(chēng)為準高速公路，設計等級EKA2;屬于A(yíng)SⅡ并穿越大量城市建筑區域的高速公路被稱(chēng)為城市高速公路，設計等級EKA3。

RAA指出各設計等級線(xiàn)形指標和其它設計要素的確定依據在潮濕狀態(tài)下的安全穩定行駛的推薦速度。由于德國規范的各設計等級的線(xiàn)形指標依據推薦速度進(jìn)行計算，德國規范的推薦速度等同于我國規范的設計速度。對長(cháng)途高速公路EKA1A，理論推薦速度130 km/h;跨區域高速公路EKA1B，理論推薦速度120 km/h;準高速公路EKA2，理論推薦速度100 km/h;城市高速公路EKA3，理論推薦速度80 km/h。

RAA指出對EKA1A、EKA1B和EKA2等級的高速公路實(shí)際最大允許速度在原則上是沒(méi)有限制的，對EKA3受城市環(huán)境影響對最高行駛速度有所限制。通常城市高速公路的幾何形狀接近EKA3的極限值，則限速為80 km/h，如果道路幾何形狀基于更高的設計值，則最高限速原則上不超過(guò)100 km/h。實(shí)際高速公路的限速情況根據交通量、天氣等多種因素確定。RAA對應的設計等級和特征見(jiàn)表2。

2 平面設計

德國高速公路設計指南RAA指出高速公路的平面線(xiàn)形由直線(xiàn)、圓曲線(xiàn)、回旋線(xiàn)3種要素組成。平面線(xiàn)形要素與我國《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01-2014）和《公路路線(xiàn)設計規范》（JTG D20-2006）規定的線(xiàn)形要素基本一致[12-13]。

2.1 直線(xiàn)

為了避免直線(xiàn)過(guò)長(cháng)造成的駕駛疲勞和超速問(wèn)題，RAA規定各設計等級高速公路直線(xiàn)最大長(cháng)度2 000 m，同時(shí)僅規定同向圓曲線(xiàn)間直線(xiàn)最小長(cháng)度400 m。我國規范中對直線(xiàn)的最大長(cháng)度沒(méi)有明確要求，僅提出要有所限制，對同向圓曲線(xiàn)間的直線(xiàn)最小長(cháng)度要求是6倍的設計速度行程，對反向圓曲線(xiàn)間的直線(xiàn)最小長(cháng)度要求是2倍的設計速度行程。德國規范對直線(xiàn)的長(cháng)度要求更為明確和嚴格。

2.2 圓曲線(xiàn)

德國規范RAA中圓曲線(xiàn)半徑的計算公式為

[R=V2127maxfR∙n+q] ， （1）

式中：[R]為圓曲線(xiàn)半徑，m;[V]為推薦速度，km/h;[max fR]為最大橫向力系數;[n]為橫向力利用系數;[q]為橫坡度。該公式與我國規范中圓曲線(xiàn)半徑計算公式基本相同。

根據RAA給出圓曲線(xiàn)半徑計算公式，在各種約束條件下RAA規定了各設計等級下的圓曲線(xiàn)最小半徑和圓曲線(xiàn)最小長(cháng)度，見(jiàn)表3。同時(shí)RAA指出高速公路不限制最大允許速度即不設最高限速時(shí)，圓曲線(xiàn)最小半徑應為1 300 m，圓曲線(xiàn)最小長(cháng)度應為500 m。

我國規范中對高速公路圓曲線(xiàn)最小半徑的要求，見(jiàn)表4。

從表2表3對比可以看出，德國規范圓曲線(xiàn)最小半徑均大于我國規范規定的圓曲線(xiàn)最小半徑極限值，但遠小于我國規范圓曲線(xiàn)最小半徑一般值。由于我國實(shí)際公路線(xiàn)形設計中，基本采用設計指標的一般值，因此我國規范對圓曲線(xiàn)半徑指標要求相對較高，同時(shí)我國規范對圓曲線(xiàn)長(cháng)度要求包含在對平曲線(xiàn)總長(cháng)度和對緩和曲線(xiàn)長(cháng)度的要求中，這與德國規范有所不同。

2.3 回旋線(xiàn)

德國規范中過(guò)渡曲線(xiàn)的設置與我國相同，均采用回旋線(xiàn)的形式。在直線(xiàn)與圓曲線(xiàn)之間設置回旋線(xiàn)和圓曲線(xiàn)之間設置回旋線(xiàn)，RAA回旋線(xiàn)基本公式

A2=R∙L ，  （2）

式中：A為回旋線(xiàn)參數，m;R為回旋線(xiàn)某點(diǎn)的曲率半徑，m;L為回旋線(xiàn)某點(diǎn)到原點(diǎn)的曲線(xiàn)長(cháng)，m。

RAA規定所有的平曲線(xiàn)均應設置回旋線(xiàn)，僅在圓曲線(xiàn)轉角小于9°時(shí)，可以不設置回旋線(xiàn)，此時(shí)圓曲線(xiàn)最小長(cháng)度應為300 m。德國規范對回旋線(xiàn)的省略與我國規范有很大的不同，我國規范規定在圓曲線(xiàn)半徑大于不設超高的圓曲線(xiàn)半徑時(shí)可以不設置回旋線(xiàn)，此時(shí)圓曲線(xiàn)上橫向力系數很小，行駛舒適性和穩定性能得到保證。對比德國規范，我國規范對回旋線(xiàn)的設計更加靈活。根據RAA回旋線(xiàn)計算公式得出的回旋線(xiàn)最小參數，見(jiàn)表5。

根據RAA給出的回旋線(xiàn)最小參數和圓曲線(xiàn)最小半徑，利用式（2）可以計算對應的回旋線(xiàn)計算最小長(cháng)度，結果見(jiàn)表5（RAA并未給出，作者自行計算，方便比較）。我國規范對高速公路回旋線(xiàn)最小長(cháng)度的要求為設計速度120、100、80 km/h回旋線(xiàn)最小長(cháng)度分別對應100、85、70 m。對比得出我國規范對回旋線(xiàn)長(cháng)度的要求均大于德國規范計算的最小長(cháng)度，對回旋線(xiàn)長(cháng)度指標要求更高，并且我國規范對平曲線(xiàn)總長(cháng)度有要求，而德國規范未明確對平曲線(xiàn)總長(cháng)度要求。

3 縱斷面設計

3.1 縱坡

RAA指出的縱坡的設計基于適應地形、減少環(huán)境影響、行車(chē)安全和造價(jià)的考慮。最大縱坡規定為對設計等級EKA1A、EKA1B、EKA2和EKA3最大縱坡分別取4.0%、4.5%、4.5%、6.0%坡度值。

我國規范中對高速公路最大縱坡的規定是在設計速度是120、100、80 km/h時(shí)，最大縱坡分別對應3%，4%，5%坡度值，同時(shí)我國規范指出特殊地形情況下，經(jīng)過(guò)技術(shù)論證最大縱坡可以適當增加1%?？梢钥闯鑫覈幏杜c德國規范對最大縱坡的要求基本一致，我國規范對最大縱坡的一般要求更嚴格。

RAA對最小縱坡的要求規定對超高過(guò)渡段最小縱坡要求1%，極限情況下不能小于0.7%，對橋梁上最小縱坡0.7%。我國規范對基于排水要求最小縱坡規定為0.3%，德國規范對最小縱坡的要求更高。

3.2 豎曲線(xiàn)

RAA中豎曲線(xiàn)同樣分為凸型豎曲線(xiàn)和凹型豎曲線(xiàn)。豎曲線(xiàn)的設計采用二次拋物線(xiàn)，與我國《公路路線(xiàn)設計規范》一致。RAA對豎曲線(xiàn)最小直徑的考慮因素包含了視距、停車(chē)距離等的綜合要求，各等級豎曲線(xiàn)最小直徑，見(jiàn)表6。

我國《公路路線(xiàn)設計規范》中通過(guò)對豎曲線(xiàn)的計算分析，對豎曲線(xiàn)的最小半徑進(jìn)行了要求。豎曲線(xiàn)設計參數分為極限值和一般值。我國規范要求的豎曲線(xiàn)最小半徑，見(jiàn)表7。

德國規范最豎曲線(xiàn)最小直徑的要求可以轉化為最小半徑，計算最小半徑見(jiàn)表6。對比可以看出，德國規范要求的豎曲線(xiàn)最小直徑轉化為最小半徑后均小于我國規范的豎曲線(xiàn)最小半徑極限值，遠小于我國規范規定的豎曲線(xiàn)最小半徑一般值，可以看出我國規范對豎曲線(xiàn)最小半徑的要求很?chē)栏瘛?br />
4 橫斷面設計

高速公路橫斷面的形式和尺寸由安全要求、交通流量、施工、養護以及改建情況等因素決定。RAA指出高速公路標準橫斷面結構包括行車(chē)道、中央分隔帶、路緣帶、硬路肩和土路肩。對EKA1A標準橫斷面RQ43.5見(jiàn)圖1。

4.1 行車(chē)道

RAA對行車(chē)道寬度要求為3.25～3.75 m?？紤]到左側的車(chē)道很少有重型車(chē)行駛，德國規范把行車(chē)道劃分為重型車(chē)輛行車(chē)道和輕型車(chē)輛行車(chē)道。RAA對EKA1類(lèi)重型車(chē)輛行車(chē)道寬度要求為3.75 m，輕型車(chē)輛行車(chē)道寬度應為3.5 m;對EKA2所有的行車(chē)道寬度均為3.5 m;對EKA3最右側重型車(chē)輛行車(chē)道寬度為3.5 m，輕型車(chē)輛行車(chē)道寬度為3.25 m。而我國規范對高速公路行車(chē)道的寬度要求均為3.75 m，只有在內側車(chē)道沒(méi)有重型車(chē)使用時(shí)可以放寬至3.5 m?？沙隹闯鑫覈幏秾π熊?chē)道寬度要求更嚴格，標準更高。

4.2 中央分隔帶

RAA指出對EKA1類(lèi)和EKA2中央分隔帶寬度為4.0 m，對EKA3中央分隔帶寬度要求為2.5 m。我國《公路路線(xiàn)設計規范》對設計速度120、100、80 km/h中央分隔帶寬度一般值要求為3.0 m、2.0 m、2.0 m。德國規范對中央分隔帶的寬度要求更高，路線(xiàn)兩側行車(chē)道之間安全空間更大。

4.3 路緣帶

RAA規定各設計等級路緣帶寬度均為0.5 m，僅EKA1類(lèi)靠近中央分隔帶的路緣帶寬度為0.75 m。與我國規范不同的是，RAA規定的路緣帶分為兩種，分別是靠近中央分隔帶的左側路緣帶和靠近行車(chē)道外側的右側路緣帶。每個(gè)橫斷面均包含這兩種類(lèi)型的路緣帶，參考圖1。我國規范僅對左側路緣帶寬度有要求，對應設計速度120、100、80 km/h，左側路緣帶寬度一般值要求為0.75 m、0.75 m、0.5 m。對比德國規范，我國對左側路緣帶的要求要稍高一些，而德國規范對左右側路緣帶寬度均有要求。

4.4 路肩

RAA對路肩的要求與我國規范一致包括硬路肩和土路肩。對EKA1類(lèi)和EKA2硬路肩寬度要求為2.5 m，對EKA3硬路肩寬度為2.0 m，對各設計等級的高速公路土路肩寬度要求均為1.5 m。但我國規范中硬路肩寬度從結構上包含德國規范RAA指出的右側路緣帶和硬路肩寬度，高速公路硬路肩要求對設計速度120、100、80 km/h，硬路肩寬度一般值分別取3.5 m或3.0 m、3.0 m、2.5 m，對高速公路各設計速度的土路肩寬度要求均為0.75 m。綜合考慮德國規范的右側路緣帶與硬路肩寬度，可以發(fā)現我國規范對硬路肩寬度的要求與德國規范基本一致，而德國規范對土路肩寬度的要求較高。

5 已建高速公路線(xiàn)形分析

對已建高速公路京港澳高速某段，利用德國高速公路設計指標下分析其線(xiàn)形要素。以京港澳高速河北段K88+635～K127+880段為例進(jìn)行分析，該路段全長(cháng)39.2 km，經(jīng)過(guò)改擴建后高速公路主線(xiàn)采用雙向八車(chē)道設計，設計速度120 km/h。

5.1 平面線(xiàn)形

京港澳高速K88+635～K127+880段平面線(xiàn)形上，該路段包含9個(gè)平曲線(xiàn)，最小半徑5 500 m。圓曲線(xiàn)最小半徑遠遠超過(guò)德國規范對EKA1B（720 m）和EKA1A（900 m）的要求，即圓曲線(xiàn)半徑遠大于德國規范對理論推薦速度120 km/h和130 km/h對圓曲線(xiàn)半徑的要求。

圓曲線(xiàn)最小長(cháng)度1 084.210 m，亦遠超過(guò)德國規范對EKA1B（75 m）和EKA1A（75 m）的要求。

由于該路段設計上國家標準圓曲線(xiàn)半徑大于不設超高最小半徑，故沒(méi)有設計緩和曲線(xiàn)，這一點(diǎn)和德國規范對僅在圓曲線(xiàn)轉角小于9°時(shí)不設緩和曲線(xiàn)的規定不同。

5.2 縱斷面線(xiàn)形

京港澳高速K88+635～K128+410段縱斷面線(xiàn)形上，包含73個(gè)豎曲線(xiàn)，凸型豎曲線(xiàn)最小半徑23 000 m，凹型豎曲線(xiàn)最小半徑25 000 m。豎曲線(xiàn)最小半徑遠小于德國規范對EKA1B（凸型5 000 m凹型2 850 m）和EKA1A（凸型6 500 m凹型4 400 m）的要求，即豎曲線(xiàn)半徑遠大于德國規范對理論推薦速度120 km/h和130 km/h對圓曲線(xiàn)半徑的要求。

該路段最大縱坡1.51%，最小縱坡0.28%，在最大縱坡上遠小于德國規范EKA1B（4.5%）、EKA1A（4.0%）的要求，而最小縱坡大于德國規范對最小縱坡0.7%的要求。

5.3 橫斷面指標

京港澳高速K88 + 635 ～ K128 + 410段橫斷面上，全路段橫斷面設計為3 m中央分隔帶 + 2 × 0.75 m左側路緣帶 + 8 × 3.75 m行車(chē)道 + 2 × 3.0 m硬路肩 + 2 × 0.75 m土路肩。滿(mǎn)足德國規范路面寬度對EKA1類(lèi)的輕型車(chē)輛3.5 m和重型車(chē)輛3.75 m要求。

其中左側路緣帶和行車(chē)道外側路緣帶分別為0.75 m和0.5 m，亦與德國規范EKA1類(lèi)左側路緣帶0.75 m和行車(chē)道外側路緣帶0.5 m的要求一致。

德國規范定義的硬路肩不包含行車(chē)道外側路緣帶，因此該路段的按照德國標準分析硬路肩寬度2.5 m，與德國規范EKA1類(lèi)硬路肩寬度2.5 m要求一致。土路肩寬度0.75 m，遠小于對德國規范對各類(lèi)類(lèi)型公路土路肩1.5 m的要求。中央分隔帶寬度3 m，小于德國規范對EKA1類(lèi)中央分隔帶寬度4.0 m的要求。

綜上所述，橫斷面指標上我國與德國高速公路基本一致，僅中央分隔帶寬度和土路肩寬度略小于德國。

6 結論

總體上看，德國規范RAA對高速公路等級的劃分依據更加豐富科學(xué)，不僅考慮了設計速度，同時(shí)參考了路網(wǎng)作用和高速公路管轄權。在平面線(xiàn)形上，德國規范對直線(xiàn)的要求明確，對圓曲線(xiàn)半徑和回旋線(xiàn)長(cháng)度要求較為寬松?？v斷面設計上德國規范對最大縱坡要求比我國規范最大縱坡要求普遍偏低，對排水設計需要的最小縱坡則更高，而我國規范對豎曲線(xiàn)半徑要求極為嚴格，遠高于德國規范規定的豎曲線(xiàn)最小半徑。橫斷面結構上中德規范基本一致，德國規范對中央分隔帶寬度和土路肩寬度要求更高一些，而我國規范對行車(chē)道寬度要求更嚴格。綜合分析德國高速公路設計規范RAA特點(diǎn)，德國高速公路幾何設計在平面、縱斷面和橫斷面指標上相較我國規范總體上更為寬松，對設計指標的選取更加靈活，線(xiàn)形操作空間更大。