6美國公路設計理念和典型案例介紹 關昌餘

2021-09-10 10:55:30 字數 4471 閱讀 5556

關昌餘交通部規劃研究院

我國公路建設已經進入快速發展階段,2023年新增公路通車里程4.6萬公里,其中新增高速公路4600公里,全國公路通車總里程達到181萬公里,其中高速公路近3萬公里,公路建設速度、尤其是高速公路的建設速度十分喜人。此外農村公路建設力度和新改建瀝青路和水泥路里程也是前所未有的。

全年共完成新改建農村公路10.2萬公里。我們用十幾年的時間,走過了西方發達國家要幾十年才能走完的公路建設之路。

展望未來,公路建設任重道遠。新一屆黨和國家領導適時提出全面建設小康社會和實現現代化的巨集偉目標。全面建設小康社會對公路交通提出新的要求,就是在二十一世紀頭二十年這一重要戰略機遇期,必須實現公路交通新的跨越式發展。

新一屆部黨組在廣泛深入的調查研究,認真總結實踐經驗的基礎上,研究提出了交通實現新的跨越式發展的奮鬥目標:到2023年使公路水路交通對國民經濟的制約狀況得到全面改善,到2023年基本適應國民經濟和社會發展需要。基本思路是:

要全面樹立可持續的發展觀,正確把握發展度、協調度、可持續度三者的關係,正確處理區域性與全域性、眼前與長遠的關係,正確處理發展與人口、資源、環境的關係,保持交通健康穩定的發展態勢,認真解決好發展速度與建設質量、規模擴張與合理把握標準、合理經濟的工程方案比選與生態環境保護、建設改造與養護管理等諸多矛盾,實現質量型、效益型、功能型和可持續的跨越式發展。當前乙個重點是要處理好質量與速度的關係。要把解決建設能力的有限性與社會需求不斷增長的矛盾作為工作重點。

部黨組提出:「無論是高等級公路、農村公路,寧可速度慢一些,也要把事情做精、做細、做好。」這是對我們從事公路規劃設計的人員提出的新的要求。

設計是專案質量的核心,沒有好的設計,就不可能有高質量的公路「產品」。當前,公路建設前期工作和設計中存在的問題主要有:踏勘調查的深度不夠,建設專案的外部環境和條件了解的不深,可行性研究和設計沒有新意,照搬照抄,千篇一律,死套標準的情況比較普遍。

生產任務繁重和設計周期短,更談不上「用心」設計,其結果是一些專案方案欠仔細斟酌,標準把握不準確,路線大填大挖,結構粗製濫造,既破壞了環境,又增加了造價,有的還留下了日後的隱患,造成很多遺憾工程。

遵照部黨組提出的新的發展觀,為了實現質量型、效益型、功能型和可持續的跨越式發展的目標,必須積極學習借鑑發達國家的設計理念。

美國聯邦公路管理局(fhwa)充分認識到「在保護甚至是加強建設環境、自然風景、人文歷史及社會資源的同時為公眾提供安全、高效的交通運輸服務是他們面臨的乙個巨大的挑戰」,提出了公路設計靈活性的新理念。

美國聯邦公路管理局出版了一本「公路設計的靈活性」(flexibility in highway design)的書,專門介紹公路設計的靈活性。這裡介紹的公路設計靈活性的新理念和主要觀點主要來自這本書。

「公路設計靈活性」的新理念並不是試圖去建立乙個新的標準。實際上,這種設計新理念是建立在靈活應用現有的規範、標準、規章制度和法律規定基礎之上,在不降低安全性的前提下,通過靈活設計尋求達到更符合公路沿線可持續發展的需要和利益的目標。

由於美國通過立法為公路建設提供了穩定的建設資金,並有效利用這些資金的槓桿作用,在保證公路建設順利完成的同時,確保有價值的自然風景和人文歷史遺跡的留存。具體體現是要求設計人員能夠具有創新的設計思維,在考慮公路交通系統的安全性與滿足出行需要的同時,還要全面地考慮公路交通系統沿線的景觀、歷史遺跡、美學與其它文化價值。

公路設計中乙個重要的概念便是每乙個公路建設專案都具有特殊性,包括專案所在區域的地理位置、地形地質條件、沿線社會環境特點等因素、公路使用者的需求以及所面臨的挑戰與機遇。設計者所面臨的任務是尋求一種在安全和周圍自然以及人類環境之間的協調與結合。為了做到這一點,設計師們需要靈活性。

靈活性包括以下:

允許各個州標準的取值範圍具有靈活性;

當受環境條件嚴格約束時,可以有特殊設計;

對規劃階段的決策進行再評估;

需要時允許降低設計車速;

維持現有道路的平、縱、橫斷面,僅僅重新罩面、修復和更換標誌

認真考慮可選擇的指標,特別是對於景觀道路

檢查設計引數和指標在安全和執行中的效果

所有這些方法其目的是讓設計者在設計公路時創造性地靈活運用他們的專業知識與判斷能力。這種靈活性在有效發揮公路功能與運營安全的同時,還可使公路適合自然與人文環境。

儘管美國各州對各階段的稱呼不同,但公路建設各個階段的要求和內容是一致的。大體經歷5個階段:

規劃――專案開發――詳細設計――徵地――施工

表1 公路建設五個階段劃分

從上述階段劃分和工作內容看,「專案開發」相當於我國專案的前期工作(可行性研究和初步設計),「詳細設計」為我們所說的施工圖設計,而「徵地」和「施工」在我國視為乙個階段即施工階段。

規劃階段主要是確定建設專案的目標與需求、確定建設專案的功能、面臨的問題與挑戰及其他重大決策。

確定建設專案的功能對於合理運用標準和設計指標非常重要。

在美國,依據道路所提供的交通服務特點(如短途或長途、城市道路或是旅遊道路等)確定其功能。所有的道路按照功能可以歸入表2中三類公路中的一類。

表2:公路功能分類

不同功能類別的公路在提供機動性和居民出入服務方面是有著本質的聯絡區別。幹線公路提供高水平的機動性和嚴格的出入控制,地方道路雖然提供進入鄰近區域的便利性,但機動性較差。集散道則在機動性與居民出入方面處於平衡。

功能分類在設計中扮演的角色

在美國,公路設計人員在進行公路設計時常常使用被稱為「綠皮書」的《公路與城市道路幾何設計政策》作為參考書。該書是由美國各州公路與運輸工作者協會(aashto)自20世紀30年代起出版發行的,最新發行的是2023年版。

aashto的「綠皮書」中明確闡述公路功能分類與設計標準之間的關係。州、縣、市的公路設計手冊同樣也將設計標準與公路功能分類聯絡在一起。aashto「綠皮書」中指出:

「設計過程的第一步便是確定該設施所要提供的服務功能。滿足該功能所需的預期交通量和交通組成的服務等級為公路設計者提供了乙個設計基礎,據此他們可以在現有設計指標範圍內(針對具體功能型別的公路)選擇合理、經濟的設計車速及幾何線形設計標準。」

一旦一條具體的公路功能分類得以確定,那麼就有相對應的設計車速範圍。在允許的設計車速範圍,與平縱線形設計有關的一些主要限制性設計引數也就可以確定。同樣地,一旦功能分類得以確定,那麼基本的公路橫斷面指標就可以建立,包括車道寬、路肩寬、**分隔帶的型別與寬度及其它一些主要設計要素。

即使某段公路的功能分類得以確定,但是作為主要控制要素的設計車速的確定還是有一定的彈性。 表3摘自2023年版的佛吉尼亞州運輸廳《公路設計手冊》,其中就說明了針對不同的公路功能分類的設計車速有一定的彈性範圍。

表3:不同公路功能分類的設計車速範圍

**: 2023年版佛吉尼亞州運輸廳《公路設計手冊》。

注: 1英里/每小時 = 1.613 公里/每小時

我國剛剛頒布施行的「公路工程技術標準」也已經納入了公路功能選擇技術標準的內容。

此外,規劃階段特別強調重視公眾參與。因為越來越多的公眾參與專案規劃階段的工作是公路建設專案成功的乙個重要因素。

當乙個專案完成規劃並計畫實施後,就進入該項目的開發階段(前期工作)。在這一階段,將加強對環境影響的分析。環境影響評估的深度差別很大,取決於該項目的規模與影響力。

該階段主要包括以下幾個方面工作:對專案目標與需求進行細化;研究大量的比選方案;對比選方案進行評估包括其對自然環境和建設環境的影響等。

目前我國在可行性研究階段也進行環境影響評價工作,但是,環境影響評價通常是在方案研究完成後被動地、無條件地接受既定方案的情況下進行,方案研究時環境影響評價不具有應有的影響力和否決權,沒有起到參與方案研究的作用,這是值得我們注意的問題。

有關設計靈活性,主要是在專案開發和詳細設計階段,因此重點介紹專案開發階段和詳細設計階段的靈活性把握。為了充分運用設計的靈活性,重點應把握以下幾點:

(1)切實做好踏勘調查工作

多年來,各設計院已經形成了較為全面的外業踏勘調查工作重點,但是以人為本和注重環境方面尚顯不足。發達國家在專案開發的初級階段(可行性研究階段)在外業踏勘調查內容上特別重視專案沿線的社會、自然地理、人文、歷史、文化等環境調查,為合理確定建設標準和設計指標打下堅實的基礎。對於公路建設專案而言,重要的是:

充分考慮道路沿線景觀和視覺效果

保護原始景觀

尊重河流、小溪及自然排水系統

充分認識到邊界、護欄、樹木形成的線條

尊重歷史上形成的小路

認識遠山的景觀、山脈、河流、湖泊、海洋及地平線

保護原始地貌

提供良好的視野

因此,在公路建設專案可行性研究階段的外業調查中,除了注重地質、地形、水文等工程建設條件的調查外,還應圍繞以下問題進行調查,這些問題充分體現了以人為本和環境保護的理念。

該通道的物理特徵是什麼?是位於城市、郊區還是農村?是幹線公路、集散道路還是地方道路?是否具有旅遊路特點?

除車輛交通以外這條通道將被如何利用?沿旅遊線路是否有目的景點,如有則是否需要供行人通過的安全通道?自行車及其它非機動車輛或行人是否使用此條道路?

沿此通道生長何種植被?這種植被是疏是密,是否有許多樹木或特別植物?

這條路上是否有重要的觀光景點?

現有公路的狀況、標準如何?是否融入周圍環境?

該條道路上是否存在文物或特別敏感的環境特點(如濕地或瀕鄰滅絕的物種棲息地)?

與該地區的其它道路相比,此路狀況如何?

該地區是否存在公眾希望保留的特別之處或特徵(如鄉村特點)或希望改變的特別之處(如密集的電線)?

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