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美國公路設計理念值得我們學習和借鑒
美國的高速公路不論是里程還是質量在全世界都是一流的。自1937年開始修建高速公路，到1995年高速公路里程達到8.85萬Km，占世界高速公路總里程的近一半，實現(xiàn)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幾何設計是分不開的。
公路線形設計是公路總體設計、總體布局的關鍵。線形是公路的骨架，其設計合理與否，不僅直接關系到公路建設項目的質量好壞、里程長短、投資多少、效益高低，更直接影響到公路運營安全。雖然每個國家對線形的設計都有明確的設計標準，但是僅僅滿足設計規(guī)范的線形設計并不代表是最合理的線形。
線形設計是否合理不僅是關系到高速公路安全性問題的最主要因素，也是確定道路的經(jīng)濟性、景觀環(huán)境、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，而高速公路線形指標的均衡性、一致性、線形的連續(xù)性及線形與環(huán)境景觀的協(xié)調性才是滿足汽車高速及安全行駛的重要保證。
美國公路設計的五個階段
盡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(jīng)歷5個階段：
規(guī)劃――項目開發(fā)――詳細設計――征地――施工
從上述階段劃分和工作內容看，“項目開發(fā)”相當于我國項目的前期工作（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“征地”和“施工”在我國視為一個階段即施工階段。
規(guī)劃階段主要是確定建設項目的目標與需求、確定建設項目的功能、面臨的問題與挑戰(zhàn)及其他重大決策。
確定建設項目的功能對于合理運用標準和設計指標非常重要。
在美國，依據(jù)道路所提供的交通服務特點（如短途或長途、城市道路或是旅游道路等）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(lián)系區(qū)別。干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(qū)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于平衡。
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(xié)會（AASHTO）自20世紀30年代起出版發(fā)行的，最新發(fā)行的是2001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系。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(lián)系在一起。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一個設計基礎，據(jù)此他們可以在現(xiàn)有設計指標范圍內（針對具體功能類型的公路）選擇合理、經(jīng)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，那么就有相對應的設計車速范圍。在允許的設計車速范圍，與平縱線形設計有關的一些主要限制性設計參數(shù)也就可以確定。同樣地，一旦功能分類得以確定，那么基本的公路橫斷面指標就可以建立，包括車道寬、路肩寬、中央分隔帶的類型與寬度及其它一些主要設計要素。
美國公路設計的靈活性理念
美國聯(lián)邦公路管理局（FHWA）充分認識到“在保護甚至是加強建設環(huán)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一個巨大的挑戰(zhàn)”，提出了公路設計靈活性的新理念。
美國聯(lián)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。這里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”的新理念并不是試圖去創(chuàng)建一個新的標準。實際上，這種設計新理念是建立在靈活應用現(xiàn)有的規(guī)范、標準、規(guī)章制度和法律規(guī)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(xù)發(fā)展的需要和利益的目標。
由于美國通過立法為公路建設提供了穩(wěn)定的建設資金，并有效利用這些資金的杠桿作用，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(xiàn)是要求設計人員能夠具有創(chuàng)新的設計思維，在考慮公路交通系統(tǒng)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(tǒng)沿線的景觀、歷史遺跡、美學與其它文化價值。
公路設計中一個重要的概念便是每一個公路建設項目都具有特殊性，包括項目所在區(qū)域的地理位置、地形地質條件、沿線社會環(huán)境特點等因素、公路使用者的需求以及所面臨的挑戰(zhàn)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(huán)境之間的協(xié)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范圍具有靈活性；
當受環(huán)境條件嚴格約束時，可以有特殊設計；
對規(guī)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(xiàn)有道路的平、縱、橫斷面，僅僅重新罩面、修復和更換標志
認真考慮可選擇的指標，特別是對于景觀道路
檢查設計參數(shù)和指標在安全和運行中的效果
所有這些方法其目的是讓設計者在設計公路時創(chuàng)造性地靈活運用他們的專業(yè)知識與判斷能力。這種靈活性在有效發(fā)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(huán)境。
路線的適宜性和均衡性
路線的適宜性是指公路路線與自然條件的協(xié)調、配合，使公路與周圍環(huán)境融為一體，最大限度地減少對自然環(huán)境的破壞。路線的均衡性是指公路路線自身各要素間的協(xié)調、配合，使公路線形能自然地誘導駕駛員的視線，并保持視覺的連續(xù)性，最大限度地保證行車安全。
美國高速公路設計將環(huán)境提到了一個相當高的地位。其規(guī)范要求：公路的定線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)境的促進因素。同時認為，環(huán)境不僅僅指自然環(huán)境，它包括人類、植物和動物三類群體以及這三類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、歷史、考古學家和土地評估家，在某些情況下甚至還有社會學家。聽取公眾意見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。公路線形相鄰路段技術指標不均衡、銜接不合理，會使車輛行駛速度出現(xiàn)較大突變，從而影響交通安全。因此路線設計除了應使線形同地形、地物、景觀相適宜外，還應使線形流暢、連續(xù)、視覺良好，保證行車安全與舒適。公路作為一個三維空間構造物，在路線設計中還應該對公路的平、縱、橫三個面進行綜合設計，做到平面順適、縱坡均衡、橫面合理。
美國公路線形設計強調在符合汽車行駛力學方面的要求外，還應考慮用路者的視覺、心理與生理方面的要求，以提高汽車行駛的安全、舒適與經(jīng)濟性。為了使線形連續(xù)、均衡，從根本上解決公路安全設計問題．通常采用運行速度理論檢驗公路線形設計。要滿足路線適宜性的要求，需要通過靈活設計、精心創(chuàng)作，合理選用技術標準，實現(xiàn)安全、環(huán)保、美觀、節(jié)約的目的。路線的適宜性和均衡性實質上也是強調公路靈活性設計以及景觀環(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。
線形設計的連續(xù)性
公路線形的連續(xù)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的能力。滿足連續(xù)性要求的路線設計，能夠連續(xù)地引導駕駛員的視覺和滿足駕駛員的心理和生理要求，減少駕駛員的無謂操作、疲勞和恐懼心理，增加駕駛員和乘客的安全感和舒適感?？梢?，連續(xù)性對于公路設計是非常重要的
道路線形的連續(xù)性是路線設計的基本要求之一，連續(xù)的道路設計應確保駕駛員能夠沿著路線以他們期望的速度行駛。我國目前所使用的上述技術標準和設計規(guī)范中雖已提出線形連續(xù)性，但對連續(xù)性的標準并沒有明確提出。目前國內外對于線形連續(xù)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，因為道路線形連續(xù)與否對車輛產(chǎn)生的影響首要表現(xiàn)在車速上。車速變化的大小也就代表著線形連續(xù)程度。事故率大小是對道路線形連續(xù)性的直接檢驗結果，事故率比較大的事故多發(fā)地點，也必然代表著其線形在此存在問題。因此，美國等國均采用運行速度評價線形設計的連續(xù)性。
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際運行速度評估、駕駛員行為調查分析及數(shù)學模型與輔助工具等方面。對公路線形的安全性評價主要通過對擬建道路的運行車速預測來對道路的安全性進行評價。
美國道路設計理論和體系更注重路線與地形、環(huán)境的配合和協(xié)調。在設計中充分強調路線的一致性和連續(xù)性，強調設計的靈活性。路線線形指標充分考慮了地形、地貌條件，為了使道路與地形條件、景觀環(huán)境相協(xié)調，在滿足規(guī)范安全性的基礎上，不惜放寬線形設計指標。另外，在設計中采用了汽車運行車速的理念，路線設計中追求各線形指標的相互配合協(xié)調、高低指標之間的過渡緩和、路線線形均衡，追求實際行駛車速相對平穩(wěn)等，這對降低工程造價、克服超速現(xiàn)象、減少交通事故、保護生態(tài)環(huán)境和道路景觀及與環(huán)境的相互協(xié)調具有重要的意義。
速公路線形指標的均衡性、一致性、線形的連續(xù)性、線形和環(huán)境景觀的協(xié)調性，以及線形設計的靈活性、安全性，作為現(xiàn)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域所認同。而利用運行速度評價方法是通過運行車速檢查評價，使公路線形各要素的設計達到連續(xù)、均衡和協(xié)調。采用預測運行速度評價道路線形設計質量，使得公路設計的上述要求由定性研究過渡到定量研究。運行速度預測已成為近年來國內外設計領域研究和應用的主要方法，也是研究的熱點。因此在充分學習和理解的基礎上，借鑒國外先進的設計理念和方法，對提高我國的公路設計水平具有重要意義。
公路線形設計是公路總體設計、總體布局的關鍵。線形是公路的骨架，其設計合理與否，不僅直接關系到公路建設項目的質量好壞、里程長短、投資多少、效益高低，更直接影響到公路運營安全。雖然每個國家對線形的設計都有明確的設計標準，但是僅僅滿足設計規(guī)范的線形設計并不代表是最合理的線形。
線形設計是否合理不僅是關系到高速公路安全性問題的最主要因素，也是確定道路的經(jīng)濟性、景觀環(huán)境、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，而高速公路線形指標的均衡性、一致性、線形的連續(xù)性及線形與環(huán)境景觀的協(xié)調性才是滿足汽車高速及安全行駛的重要保證。
美國公路設計的五個階段
盡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(jīng)歷5個階段：
規(guī)劃――項目開發(fā)――詳細設計――征地――施工
| 階段 | 主要工作內容 |
| 規(guī)劃 | 州運輸廳、城市規(guī)劃部門及當?shù)卣曂顿Y可能確定工程項目 |
| 項目開發(fā) | 工程項目得到更加明確的定義。制定可供選擇的路線走廊帶及設計標準（指標），并提出推薦方案。 |
| 詳細設計 | 進行詳細設計，繪制詳細設計圖、計算工程量及進行工程預算 |
| 征地 | 購買征用該項目需要的用地 |
| 施工 | 選擇承包商并開始施工建設 |
從上述階段劃分和工作內容看，“項目開發(fā)”相當于我國項目的前期工作（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“征地”和“施工”在我國視為一個階段即施工階段。
規(guī)劃階段主要是確定建設項目的目標與需求、確定建設項目的功能、面臨的問題與挑戰(zhàn)及其他重大決策。
確定建設項目的功能對于合理運用標準和設計指標非常重要。
在美國，依據(jù)道路所提供的交通服務特點（如短途或長途、城市道路或是旅游道路等）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
| 功能分類 | 服務內容 |
| 干線公路 | 有一定程度的出入控制，提供最高服務水平，保證能以最高速度不受干擾行駛最長的距離 |
| 集散道 | 聚集地方公路上的交通并連接到干線公路，提供一般服務水平，保證能以較低速度短距離行駛 |
| 地方道路 | 包括干線公路和集散道以外的所有公路；主要為居民區(qū)或經(jīng)濟活動地提供出入 |
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(lián)系區(qū)別。干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(qū)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于平衡。
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(xié)會（AASHTO）自20世紀30年代起出版發(fā)行的，最新發(fā)行的是2001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系。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(lián)系在一起。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一個設計基礎，據(jù)此他們可以在現(xiàn)有設計指標范圍內（針對具體功能類型的公路）選擇合理、經(jīng)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，那么就有相對應的設計車速范圍。在允許的設計車速范圍，與平縱線形設計有關的一些主要限制性設計參數(shù)也就可以確定。同樣地，一旦功能分類得以確定，那么基本的公路橫斷面指標就可以建立，包括車道寬、路肩寬、中央分隔帶的類型與寬度及其它一些主要設計要素。
美國公路設計的靈活性理念
美國聯(lián)邦公路管理局（FHWA）充分認識到“在保護甚至是加強建設環(huán)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一個巨大的挑戰(zhàn)”，提出了公路設計靈活性的新理念。
美國聯(lián)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。這里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”的新理念并不是試圖去創(chuàng)建一個新的標準。實際上，這種設計新理念是建立在靈活應用現(xiàn)有的規(guī)范、標準、規(guī)章制度和法律規(guī)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(xù)發(fā)展的需要和利益的目標。
由于美國通過立法為公路建設提供了穩(wěn)定的建設資金，并有效利用這些資金的杠桿作用，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(xiàn)是要求設計人員能夠具有創(chuàng)新的設計思維，在考慮公路交通系統(tǒng)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(tǒng)沿線的景觀、歷史遺跡、美學與其它文化價值。
公路設計中一個重要的概念便是每一個公路建設項目都具有特殊性，包括項目所在區(qū)域的地理位置、地形地質條件、沿線社會環(huán)境特點等因素、公路使用者的需求以及所面臨的挑戰(zhàn)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(huán)境之間的協(xié)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范圍具有靈活性；
當受環(huán)境條件嚴格約束時，可以有特殊設計；
對規(guī)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(xiàn)有道路的平、縱、橫斷面，僅僅重新罩面、修復和更換標志
認真考慮可選擇的指標，特別是對于景觀道路
檢查設計參數(shù)和指標在安全和運行中的效果
所有這些方法其目的是讓設計者在設計公路時創(chuàng)造性地靈活運用他們的專業(yè)知識與判斷能力。這種靈活性在有效發(fā)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(huán)境。
路線的適宜性和均衡性
路線的適宜性是指公路路線與自然條件的協(xié)調、配合，使公路與周圍環(huán)境融為一體，最大限度地減少對自然環(huán)境的破壞。路線的均衡性是指公路路線自身各要素間的協(xié)調、配合，使公路線形能自然地誘導駕駛員的視線，并保持視覺的連續(xù)性，最大限度地保證行車安全。
美國高速公路設計將環(huán)境提到了一個相當高的地位。其規(guī)范要求：公路的定線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)境的促進因素。同時認為，環(huán)境不僅僅指自然環(huán)境，它包括人類、植物和動物三類群體以及這三類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、歷史、考古學家和土地評估家，在某些情況下甚至還有社會學家。聽取公眾意見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。公路線形相鄰路段技術指標不均衡、銜接不合理，會使車輛行駛速度出現(xiàn)較大突變，從而影響交通安全。因此路線設計除了應使線形同地形、地物、景觀相適宜外，還應使線形流暢、連續(xù)、視覺良好，保證行車安全與舒適。公路作為一個三維空間構造物，在路線設計中還應該對公路的平、縱、橫三個面進行綜合設計，做到平面順適、縱坡均衡、橫面合理。
美國公路線形設計強調在符合汽車行駛力學方面的要求外，還應考慮用路者的視覺、心理與生理方面的要求，以提高汽車行駛的安全、舒適與經(jīng)濟性。為了使線形連續(xù)、均衡，從根本上解決公路安全設計問題．通常采用運行速度理論檢驗公路線形設計。要滿足路線適宜性的要求，需要通過靈活設計、精心創(chuàng)作，合理選用技術標準，實現(xiàn)安全、環(huán)保、美觀、節(jié)約的目的。路線的適宜性和均衡性實質上也是強調公路靈活性設計以及景觀環(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。
線形設計的連續(xù)性
公路線形的連續(xù)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的能力。滿足連續(xù)性要求的路線設計，能夠連續(xù)地引導駕駛員的視覺和滿足駕駛員的心理和生理要求，減少駕駛員的無謂操作、疲勞和恐懼心理，增加駕駛員和乘客的安全感和舒適感?？梢?，連續(xù)性對于公路設計是非常重要的
道路線形的連續(xù)性是路線設計的基本要求之一，連續(xù)的道路設計應確保駕駛員能夠沿著路線以他們期望的速度行駛。我國目前所使用的上述技術標準和設計規(guī)范中雖已提出線形連續(xù)性，但對連續(xù)性的標準并沒有明確提出。目前國內外對于線形連續(xù)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，因為道路線形連續(xù)與否對車輛產(chǎn)生的影響首要表現(xiàn)在車速上。車速變化的大小也就代表著線形連續(xù)程度。事故率大小是對道路線形連續(xù)性的直接檢驗結果，事故率比較大的事故多發(fā)地點，也必然代表著其線形在此存在問題。因此，美國等國均采用運行速度評價線形設計的連續(xù)性。
線形設計的安全性
公路的安全性設計是指從改善環(huán)境安全人手，通過在設計階段的公路安全性評價，優(yōu)化公路設計，從而彌補行車安全、車輛安全的不足，消除存在安全性隱患的線形組合，提高道路運營的安全可靠性、提升高速公路的安全服務水平。公路安全性設計首先是對設計的道路線形進行安全性評價，指出存在安全性隱患的路段或線形組合，從而提出線形修改的依據(jù)，進行線形設計的優(yōu)化。從公路設計角度，安全評價的內容總體上可歸并為包括平、縱、橫的線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際運行速度評估、駕駛員行為調查分析及數(shù)學模型與輔助工具等方面。對公路線形的安全性評價主要通過對擬建道路的運行車速預測來對道路的安全性進行評價。
美國道路設計理論和體系更注重路線與地形、環(huán)境的配合和協(xié)調。在設計中充分強調路線的一致性和連續(xù)性，強調設計的靈活性。路線線形指標充分考慮了地形、地貌條件，為了使道路與地形條件、景觀環(huán)境相協(xié)調，在滿足規(guī)范安全性的基礎上，不惜放寬線形設計指標。另外，在設計中采用了汽車運行車速的理念，路線設計中追求各線形指標的相互配合協(xié)調、高低指標之間的過渡緩和、路線線形均衡，追求實際行駛車速相對平穩(wěn)等，這對降低工程造價、克服超速現(xiàn)象、減少交通事故、保護生態(tài)環(huán)境和道路景觀及與環(huán)境的相互協(xié)調具有重要的意義。
速公路線形指標的均衡性、一致性、線形的連續(xù)性、線形和環(huán)境景觀的協(xié)調性，以及線形設計的靈活性、安全性，作為現(xiàn)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域所認同。而利用運行速度評價方法是通過運行車速檢查評價，使公路線形各要素的設計達到連續(xù)、均衡和協(xié)調。采用預測運行速度評價道路線形設計質量，使得公路設計的上述要求由定性研究過渡到定量研究。運行速度預測已成為近年來國內外設計領域研究和應用的主要方法，也是研究的熱點。因此在充分學習和理解的基礎上，借鑒國外先進的設計理念和方法，對提高我國的公路設計水平具有重要意義。
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