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摘要：本文分析了城市道路线形设计的重要性，并通过实例，对城市道路平纵线形设计的原则与计算分析进行论述，以积累道路线形设计经验，完善道路线形设计。
关键词：城市道路；平面设计；纵断面设计
0前言
由于我国大部分地区处于山地和丘陵区，由于受地形状况的限制，道路线形设计的好坏显得非常重要。道路线形支配着整个道路的规划、设计、施工及以后的养护和营运。它直接影响着道路构造物设计、路基路面设计、排水设计及其他附属构造物设计。对汽车行驶的安全、舒适、经济以及道路的通行能力等都产生很大的影响。并在道路建设完成后,对道路沿线今后的经济发展、土地利用、居民生活、工农业生产以及自然景观、环境协调等都会有很大的影响。因此，道路线形设计的好坏，将直接关系到道路的使用质量和交通运输能力的品质。
1道路线形对于交通安全的重要性
道路的線形最终是以平面线形、纵断面线形和横断面形式组合而成的立体线形映入驾驶员眼帘的。驾驶员在驾驶车辆过程中所选定的实际行驶速度，是由他对三维立体线形的判断做出的。道路的立体线形除必须满足驾驶动力学要求的最小值外，还应满足驾驶员视觉心理方面连续、舒适的要求，反映道路线形好坏的关键是速度的连续性，它直接影响道路交通的安全。
通过对多起交通事故的分析，我们发现：道路线形几何要素的不合理以及各种不良的线形组合，均可能导致交通事故的发生。因此，我们在工程设计中，一定要综合考虑道路功能、行车安全、自然环境等因素，既要坚持地形选线、地质选线，更要做到安全选线；既要充分考虑道路设施的自身安全和运营安全，又要消除道路事故多发点和安全隐患；要尽量采用改善平纵线形的措施，从根本上解决行车安全问题。
下面，以某城市主干道线形设计为例，为了对该城市道路的线形设计有全面的把握，下面详细地论述了城市道路平纵线形设计的原则和过程，对城市道路设计过程中的关键控制性参数进行计算和分析，并与规范的要求进行对比，从而最终设计出一条安全、经济、合理的城市道路。
某段城市Ⅱ级主干道，全长为1070 m，路幅宽度40m。路线所属区域地势较缓，为平原微丘区，设计车速为40km/h，设计使用年限为30年。
3道路线形设计时应注意的问题
（1）平面设计中尽可能不使用长直线，不得己选用长直线时应尽量使视野变得多样化，可消除行车人员的视觉疲劳感。
（2）纵断面设计中坡度不可用最大值，当出现坡度与坡长之间发生矛盾而不能同时满足要求的情况时，应首先使坡度满足不超限的要求。
（3）平、纵断面组合设计中，应避免出现以下情况：竖曲线的坡顶、底部插入小半径的平曲线和在一个曲线内有反复凹凸的纵断面线形。
（4）在平、纵、横线形组合设计中，还应根据当地气候、气温条件选择合适的合成坡度。因为合成坡度太大时，则会使车辆的行驶容易发生事故；合成坡度太小时，则路面排水不利，导致车辆打滑，或者雨水飞溅影响车辆的正常行驶。
总之，线形设计应充分考虑行车的安全舒适感，驾驶员的感官视觉和心理反应。良好的道路的线形可引导驾驶员的视线，使行车人员有非常好的舒适感和安全感。
4道路平面线形设计
4.1平面线形设计原则
通常，平面线形设计应遵循以下原则：
（1）道路平面位置应按城市道路总体规划道路网布置；
（2）道路平面线形应与地形地质、水文等结合，并且符合各级道路的技术指标；
（3）道路平面设计应处理好直线与平曲线的衔接，合理的设置缓和曲线、超高和加宽等；
（4）道路平面设计应根据道路等级合理设置交叉口，沿线建筑物出入口，停车场出入口，分隔带断口，公共交通停靠站位置等；
（5）平面线形设计应少占耕地，少与水系、交通、电力、通讯网交错，尽量避免穿过居民区；
（6）路线布设应尽可能地平顺，一般采用较长的直线，较大半径的曲线，中间加入缓和曲线的线形，转向处偏角小且线形平顺；
（7）平面线形需分期进行时，应该满足近期使用要求，兼顾远期发展。
4.2平曲线要素计算
该段城市道路路线较短，因此全线设有一处圆曲线，对应的交点为JD1。根据该城市道路的设计等级，圆曲线的半径R=600m，左偏角α=6°38′31″。
对于该圆曲线，其对应的曲线要素计算如下：
（1）切线长：
T=R·tan(α/2）=34.82m(1）
（2）外矢距：
E=R[sec(α/2）-1]=1.01m(2）
（3）曲线长：
L=πRα/180=69.46m(3）
（4）校正值：
J=2T-L=0.08m(4）
5道路纵段面线形设计
5.1纵断面线形设计原则
（1）纵断面设计应参照城市道路规划控制标高且适应沿街建筑立面布置及沿路范围内地面水排除；
（2）为保证行车安全舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁；
（3）山城道路及新开辟的道路纵段面设计应想好土石方平衡，汽车的经济效应因素，合理布置路面设计标高；
（4）机动车与非机动车混合行驶的车道，宜按非机动车爬坡能力设计纵坡度；
（5）纵断面设计应对地形、下管线、地质、水文、气候、排水要求综合设计。
5.2曲线要素计算
该段城市道路共设置3个变坡点，各变坡点对应的参数见表1。
其中，w为两相邻纵坡坡度代数差的绝对值；L为竖曲线的曲线长；T为竖曲线的切线长；E为竖曲线的外距；y为竖曲线上任意点到切线的纵距；x为竖曲线上任意点到起点的距离。根据设置的变坡点及其对应的参数，可计算得到各竖曲线的参数如表2所示。
有了竖曲线的参数，则竖曲线上各点标高的计算为：在凹形竖曲线内，设计标高=未设竖曲线的设计标高+y；在凸形竖曲线内，设计标高=未设竖曲线的设计标高-y。
6道路平纵线形的配合
道路路线位置受社会经济、自然地理和技术条件等因素的制约。设计者的任务就是在调查研究、掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的路线来。
通常平纵线形的组合应遵循以下原则：
1）平纵线形的组合应保持线形在视觉上的连续性，能自然地诱导驾驶员的视线，使之在高速行驶情况下，能够安全舒适地行车。为此要避免在视线所及的路段内，出现转折错位遮断等不好的线形。在视觉上能够自然地诱导驾驶员的视线，并保持线形在视觉上的连续性，是平纵线形组合最基本也最重要的指标。
2）平纵线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上心理上保持协调。这不仅关系到线形的顺适，而且与工程运营经济也有重要的关系。在保证有足够视距的条件下，驾驶员在任一点所能看到前方平面线形弯曲一般不应超过2个，纵面线形起伏不应超过3个。
3）选用恰当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全，这是良好线形的必要条件。设计时应注意纵坡不要接近水平，也应避免合成坡度过大的线形。合成坡度过小，路面排水迟缓和滞水，妨碍汽车的高速行驶；路面合成坡度过大，妨碍行车安全和容易发生事故，特别是在积雪严寒冰冻地区危险性更大。
4）平纵线形组合应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。优美的线形景观，可以起到赏心悦目的作用，减轻高速驾驶的疲劳感，合宜的景观设计还能够起到诱导视线的作用。
7线形评价
7.1视距
道路都要求有合理的视距，平曲线上视距检查一般有两种方法：最大横净距法和视距包络图法。本文采用最大横净距法进行检验，所谓最大横净距指的是驾驶员的视点轨迹线到视距线的最大距离，通常应要求视点轨迹线到视距线之间的范围内无任何障碍物。根据规范的要求，计算行车速度为40km/h的城市道路其视距S应不小于60m，则最大横净距的计算公式如下：
(6）
(7）
其中，γ为视距线所对应的圆心角；Rs为曲线内侧行驶轨迹的半径；h为最大横净距。通过将计算出来的h与平曲线弯道内侧的障碍物与行车线之间的距离加以比较发现，本设计满足行车视距要求。
7.2合成坡度
在平纵线形的设计中，平曲线曲率和纵坡应进行适当的平衡。根据规范的要求，最大合成坡度不宜大于6.5%，最小合成坡度不宜小于0.5%。合成纵坡的计算式如下：
(8）
其中，iH为合成纵坡；iz为纵坡坡度；ih为路面横坡。由于在本设计中没有超高缓和段，路面横坡为1.50%，最大纵坡为2.00%，最小纵坡为0.094%，则：
；
通过合成坡度的验算可以发现，本设计所采用的坡度是合理的。
8结语
在对城市道路平纵线形设计的原则和过程进行详细论述的基础上，对城市道路设计过程中的关键控制性参数进行计算和分析，通过行车视距、合成坡度与规范要求的对比来对该条城市道路的设计进行验算，从而最终设计出一条安全、经济合理的城市道路。
参考文献：
[1]徐志强，李梅.试析宜居城市道路设计模式的转型[J].河北建筑工程学院学报,2008，26(3）.
[2]倪磊.道路线形设计的体会[J].山西建筑,2008，34(33）.
[3]张艳民,黄军.浅谈道路线形设计与景观设计的协调[J].山西建筑,2007,33.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：城市道路；平面设计；纵断面设计
0前言
由于我国大部分地区处于山地和丘陵区，由于受地形状况的限制，道路线形设计的好坏显得非常重要。道路线形支配着整个道路的规划、设计、施工及以后的养护和营运。它直接影响着道路构造物设计、路基路面设计、排水设计及其他附属构造物设计。对汽车行驶的安全、舒适、经济以及道路的通行能力等都产生很大的影响。并在道路建设完成后,对道路沿线今后的经济发展、土地利用、居民生活、工农业生产以及自然景观、环境协调等都会有很大的影响。因此，道路线形设计的好坏，将直接关系到道路的使用质量和交通运输能力的品质。
1道路线形对于交通安全的重要性
道路的線形最终是以平面线形、纵断面线形和横断面形式组合而成的立体线形映入驾驶员眼帘的。驾驶员在驾驶车辆过程中所选定的实际行驶速度，是由他对三维立体线形的判断做出的。道路的立体线形除必须满足驾驶动力学要求的最小值外，还应满足驾驶员视觉心理方面连续、舒适的要求，反映道路线形好坏的关键是速度的连续性，它直接影响道路交通的安全。
通过对多起交通事故的分析，我们发现：道路线形几何要素的不合理以及各种不良的线形组合，均可能导致交通事故的发生。因此，我们在工程设计中，一定要综合考虑道路功能、行车安全、自然环境等因素，既要坚持地形选线、地质选线，更要做到安全选线；既要充分考虑道路设施的自身安全和运营安全，又要消除道路事故多发点和安全隐患；要尽量采用改善平纵线形的措施，从根本上解决行车安全问题。
下面，以某城市主干道线形设计为例，为了对该城市道路的线形设计有全面的把握，下面详细地论述了城市道路平纵线形设计的原则和过程，对城市道路设计过程中的关键控制性参数进行计算和分析，并与规范的要求进行对比，从而最终设计出一条安全、经济、合理的城市道路。
某段城市Ⅱ级主干道，全长为1070 m，路幅宽度40m。路线所属区域地势较缓，为平原微丘区，设计车速为40km/h，设计使用年限为30年。
3道路线形设计时应注意的问题
（1）平面设计中尽可能不使用长直线，不得己选用长直线时应尽量使视野变得多样化，可消除行车人员的视觉疲劳感。
（2）纵断面设计中坡度不可用最大值，当出现坡度与坡长之间发生矛盾而不能同时满足要求的情况时，应首先使坡度满足不超限的要求。
（3）平、纵断面组合设计中，应避免出现以下情况：竖曲线的坡顶、底部插入小半径的平曲线和在一个曲线内有反复凹凸的纵断面线形。
（4）在平、纵、横线形组合设计中，还应根据当地气候、气温条件选择合适的合成坡度。因为合成坡度太大时，则会使车辆的行驶容易发生事故；合成坡度太小时，则路面排水不利，导致车辆打滑，或者雨水飞溅影响车辆的正常行驶。
总之，线形设计应充分考虑行车的安全舒适感，驾驶员的感官视觉和心理反应。良好的道路的线形可引导驾驶员的视线，使行车人员有非常好的舒适感和安全感。
4道路平面线形设计
4.1平面线形设计原则
通常，平面线形设计应遵循以下原则：
（1）道路平面位置应按城市道路总体规划道路网布置；
（2）道路平面线形应与地形地质、水文等结合，并且符合各级道路的技术指标；
（3）道路平面设计应处理好直线与平曲线的衔接，合理的设置缓和曲线、超高和加宽等；
（4）道路平面设计应根据道路等级合理设置交叉口，沿线建筑物出入口，停车场出入口，分隔带断口，公共交通停靠站位置等；
（5）平面线形设计应少占耕地，少与水系、交通、电力、通讯网交错，尽量避免穿过居民区；
（6）路线布设应尽可能地平顺，一般采用较长的直线，较大半径的曲线，中间加入缓和曲线的线形，转向处偏角小且线形平顺；
（7）平面线形需分期进行时，应该满足近期使用要求，兼顾远期发展。
4.2平曲线要素计算
该段城市道路路线较短，因此全线设有一处圆曲线，对应的交点为JD1。根据该城市道路的设计等级，圆曲线的半径R=600m，左偏角α=6°38′31″。
对于该圆曲线，其对应的曲线要素计算如下：
（1）切线长：
T=R·tan(α/2）=34.82m(1）
（2）外矢距：
E=R[sec(α/2）-1]=1.01m(2）
（3）曲线长：
L=πRα/180=69.46m(3）
（4）校正值：
J=2T-L=0.08m(4）
5道路纵段面线形设计
5.1纵断面线形设计原则
（1）纵断面设计应参照城市道路规划控制标高且适应沿街建筑立面布置及沿路范围内地面水排除；
（2）为保证行车安全舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁；
（3）山城道路及新开辟的道路纵段面设计应想好土石方平衡，汽车的经济效应因素，合理布置路面设计标高；
（4）机动车与非机动车混合行驶的车道，宜按非机动车爬坡能力设计纵坡度；
（5）纵断面设计应对地形、下管线、地质、水文、气候、排水要求综合设计。
5.2曲线要素计算
该段城市道路共设置3个变坡点，各变坡点对应的参数见表1。
其中，w为两相邻纵坡坡度代数差的绝对值；L为竖曲线的曲线长；T为竖曲线的切线长；E为竖曲线的外距；y为竖曲线上任意点到切线的纵距；x为竖曲线上任意点到起点的距离。根据设置的变坡点及其对应的参数，可计算得到各竖曲线的参数如表2所示。
有了竖曲线的参数，则竖曲线上各点标高的计算为：在凹形竖曲线内，设计标高=未设竖曲线的设计标高+y；在凸形竖曲线内，设计标高=未设竖曲线的设计标高-y。
6道路平纵线形的配合
道路路线位置受社会经济、自然地理和技术条件等因素的制约。设计者的任务就是在调查研究、掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的路线来。
通常平纵线形的组合应遵循以下原则：
1）平纵线形的组合应保持线形在视觉上的连续性，能自然地诱导驾驶员的视线，使之在高速行驶情况下，能够安全舒适地行车。为此要避免在视线所及的路段内，出现转折错位遮断等不好的线形。在视觉上能够自然地诱导驾驶员的视线，并保持线形在视觉上的连续性，是平纵线形组合最基本也最重要的指标。
2）平纵线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上心理上保持协调。这不仅关系到线形的顺适，而且与工程运营经济也有重要的关系。在保证有足够视距的条件下，驾驶员在任一点所能看到前方平面线形弯曲一般不应超过2个，纵面线形起伏不应超过3个。
3）选用恰当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全，这是良好线形的必要条件。设计时应注意纵坡不要接近水平，也应避免合成坡度过大的线形。合成坡度过小，路面排水迟缓和滞水，妨碍汽车的高速行驶；路面合成坡度过大，妨碍行车安全和容易发生事故，特别是在积雪严寒冰冻地区危险性更大。
4）平纵线形组合应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。优美的线形景观，可以起到赏心悦目的作用，减轻高速驾驶的疲劳感，合宜的景观设计还能够起到诱导视线的作用。
7线形评价
7.1视距
道路都要求有合理的视距，平曲线上视距检查一般有两种方法：最大横净距法和视距包络图法。本文采用最大横净距法进行检验，所谓最大横净距指的是驾驶员的视点轨迹线到视距线的最大距离，通常应要求视点轨迹线到视距线之间的范围内无任何障碍物。根据规范的要求，计算行车速度为40km/h的城市道路其视距S应不小于60m，则最大横净距的计算公式如下：
(6）
(7）
其中，γ为视距线所对应的圆心角；Rs为曲线内侧行驶轨迹的半径；h为最大横净距。通过将计算出来的h与平曲线弯道内侧的障碍物与行车线之间的距离加以比较发现，本设计满足行车视距要求。
7.2合成坡度
在平纵线形的设计中，平曲线曲率和纵坡应进行适当的平衡。根据规范的要求，最大合成坡度不宜大于6.5%，最小合成坡度不宜小于0.5%。合成纵坡的计算式如下：
(8）
其中，iH为合成纵坡；iz为纵坡坡度；ih为路面横坡。由于在本设计中没有超高缓和段，路面横坡为1.50%，最大纵坡为2.00%，最小纵坡为0.094%，则：
；
通过合成坡度的验算可以发现，本设计所采用的坡度是合理的。
8结语
在对城市道路平纵线形设计的原则和过程进行详细论述的基础上，对城市道路设计过程中的关键控制性参数进行计算和分析，通过行车视距、合成坡度与规范要求的对比来对该条城市道路的设计进行验算，从而最终设计出一条安全、经济合理的城市道路。
参考文献：
[1]徐志强，李梅.试析宜居城市道路设计模式的转型[J].河北建筑工程学院学报,2008，26(3）.
[2]倪磊.道路线形设计的体会[J].山西建筑,2008，34(33）.
[3]张艳民,黄军.浅谈道路线形设计与景观设计的协调[J].山西建筑,2007,33.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。