优秀工程硕士毕业论文十篇

本文是一篇工程硕士论文，我们的工程硕士教育诞生于中国经济体制转型期，既是应社会需求而产生，也是研究生教育发展的必然结果。实践证明，工程硕士专业学位是一种适合我国国情的学位类型和人才培养规格。从发展的势头看，工程硕士教育充满着活力。

 

 

第一章 绪 论

 

1.1 引言

高速公路和高等级公路的建设目前仍处在高峰期，其中软土地基处理技术已成为高速公路投资和管理单位关心的焦点之一，这是因为软基处理方法不仅对工程质量和施工工期有着重大影响，而且对高速公路建设的经济效益有着显著的影响。据统计，截止2012年底，贵州高速公路通车总里程达到2600公里。目前，贵州省确定了新的高速公路建设实现目标，2013年，新增高速公路651公里，实现高速公路通车里程3281公里；2014年，新增高速公路463公里，实现高速公路通车里程3744公里；2015年，新增高速公路1431公里，实现高速公路通车里程5175公里。与内陆平原、长江中下游、沿海地区软土情况相比，贵州省软土地基有其自身的特点，由于贵州复杂地形、地貌，气候潮湿、多雨，且多山间沟壑，其形成的软土地基，常常地质状况比较复杂，处理难度较大。随着贵州高速公路建设的推进，遇到的软土地基问题亦会不断增加，软土地基的多样性、复杂性也会越来越明显。这需要引起广大工程技术人员足够重视。由于高速公路建设不可避免的经过软土地区，而软土的天然含水量高、强度低、透水性差、压缩性高的特点，这给建成后高速公路工程的稳定性带来了较大的影响。软基处理会影响高速公路工程的建设进度、质量、使用功能和工程造价。若处理不当，严重的会造成工程事故。因此针对贵州高原山区特殊的软土性质、分布及工程特性条件，系统、深入地研究适用于贵州高速公路软土地基的处理方法显然是必要的。

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1.2 CFG 桩复合地基研究现状

我国对CFG桩复合地基的研究开始于上世纪80年代，90年代作为国家级重点技术，广泛应用于多层和高层建筑地基处理上，取得了良好的效果。通过纵多专家学者近20年的研究，取得了丰厚的研究成果。现在，CFG桩复合地基技术也逐渐应用于高速公路深厚软土地基的处理上。但这方面的理论研究远远落后于实践。目前，CFG桩复合地基的研究方法主要有三个方面: 理论方面、试验研究方面、数值模拟方面等。Canetta等[2]假定桩侧摩擦阻力与桩土的相对位移满足弹性变化规律，得到桩分担的荷载与桩顶沉降的关系式，根据等应变假定，土体位移等于桩顶位移，从而导出土分担的荷载与土体沉降关系式。张东刚[3]通过现场荷载试验和模型试验,分析了CFG桩复合地基在线性变形阶段桩间土以及桩尖下卧层的变形,提出了复合地基在线性阶段的变形计算方法。Ekstrom等[4]认为不能考虑桩顶发生向上刺入的情况，仅适于刚性基础的沉降计算，对于柔性荷载不适用。Alamgir[5]等通过假定桩和桩间土均弹性体，在选择合适的典型单元体变形模式的基础上，利用典型单元体侧面零剪应力桩土界面位移协调条件，通过各桩、桩间土单元的平衡分析给出了柔性基础下承桩复合地基中桩和桩周土的附加应力和沉降计算的表达式。刘杰[6]等完善了复合本构有限元法，推导出了柔性基础下群桩复合地基加固区内桩及桩周土压缩模量计算的解析式，同时得出了桩、桩周土中竖向应力及桩侧剪应力计算的解析式。

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第二章 山区的软土性质以及常用的软土地基处理方法

 

2.1 软土的概念、成因及分类与特征

软土是一种特殊的土质。不同行业对软土的定义不相同，总的来说，软土一般都是指由细粒土为主组成的天然含水量高、天然孔隙比大、参透性小、高压缩性、抗剪强度低、承载力低和有高灵敏度的软塑到流塑状态的土层。其包括淤泥、淤泥质土、泥炭以及高压缩性饱和粉土、粘性土等。淤泥和淤泥质土是指在静水或缓流环境中沉积，经过生物化学作用最终形成的含有较多有机物的土。其中淤泥的天然空隙比 e  1.5，淤泥质土的天然空隙比 1 .0  e  1.5。泥炭是喜水植物遗体在缺氧条件下缓慢分解形成的含有未分解的有机物大于60%的土。表2-1给出了软土鉴别的主要物理力学性质指标[43]。软土在我国的分布十分广泛，是第四纪后期于沿海地区的滨海沉积，内陆平原或山区的湖泊沉积，内陆河流等流水环境中的河滩沉积、山区流水冲刷山谷形成的谷地沉积和冲击洪积沼泽相等形成静水或非常缓慢的流水环境的沼泽沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。由此可见，我国软土按其成因分为滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、谷地沉积。按沉积环境不同分为滨海相、三角洲相、泻湖相、溺谷相、湖相、河床相、河漫滩相、牛轭湖相、谷地相九种类型，如表2.2。

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2.2 软土工程性质

由于软土的成因及影响其工程性质的条件复杂多变，软土地基的强度、变形的变化与土的类型、物理性质、边界排水条件、时间等因素有关，故工程类型不尽相同。因此处理软土地基，使其达到所需的处理效果，就要对软土的基本工程性质及影响工程性质变化的因素有所了解。贵州位于云贵高原东部，属于高原山地地貌,地势东低西高,山区岩溶分布广泛,气候温暖湿润,属亚热带湿润季风气候, 气候呈多样性,降水较多。贵州拥有特定的地理位置和复杂的地形地貌,这形成了贵州复杂多样的气候和生态环境。山区的软土的形成与其地形地貌、地质构造、地层岩性、气候环境与水文地质条件等有密切的联系。正是贵州境内复杂地形、地貌，气候潮湿、多雨，且多山间沟壑，为贵州软土的形成提供了良好的条件，并有着自身的特点。贵州软土为山区谷地相软土，其与长江中下游平原地区和沿海地区的软土不同。其成因主要是地表水搬运作用强烈，当地的软岩风化物和地表的有机物质在地表水的搬运过程中，沉积于地形的低洼或山间谷地处，由于排水能力较差，处于长时间的饱水软化状态，再通过生物分解作用而形成软土。

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第三章 CFG 桩复合地基概念与基本理论..........17

3.1 CFG 桩复合地基概述 ....... 17

3.2 CFG 桩的概念和基本特性 .......... 18

3.2.1 CFG 桩概念.......... 18

3.2.2 CFG 桩的基本特性.... 18

3.3 褥垫层的概念和合理厚度.......... 19

3.3.1 褥垫层概念.......... 19

3.3.2 褥垫层的合理厚度 .......... 19

3.4 CFG 桩复合地基作用机理 .......... 19

3.4.1 加固区桩-土作用机理........ 19

3.4.2 褥垫层作用机理...... 20

3.4.3 路堤填土拱效应...... 21

3.5 CFG 桩复合地基设计计算 .......... 21 

3.6 本章小结 .......... 29

第四章 CFG 桩复合地基试验研究.........30 

4.1 软土工程条件介绍 ......... 30

4.2 CFG 桩复合地基设计情况 .......... 34

4.3 CFG 桩复合地基离心试验研究 ...... 34

4.4 CFG 桩复合地基现场试验研究 ...... 44

4.5 经济性分析........ 57

4.6 本章小结.......... 57

第五章 CFG 桩复合地基的优化设计..........58

5.1 优化设计概况 ...... 58

5.2 最优化设计理论 .... 58

5.3 复合地基设计思路 ......... 60

5.4 数值计算软件 MATLAB 简介......... 62

5.5 CFG 桩复合地基的优化设计 ........ 63

5.6 本章小结 .......... 70

 

第五章 CFG 桩复合地基的优化设计与数值分析

 

5.1 优化设计概况

优化设计的宗旨是合理地利用提供材料的性能，不仅使得设计达到了预期的目的，还有效的降低工程造价，使得设计最终达到安全、经济、适用的目标。目前，优化设计方法有三种[42]：①第一种，在设计时，确定多种不同的设计方案，然后对这些方案进行多方面比选，确定最优的方案。由于这种方法工作量比较大，实践中往往只能确定几个方案，对这几个方案做比选。这种方法得到的优化解往往与最优解有较大的差距。②第二种，在工程的相关概念上进行优化设计的方法，比如准则法，此种方法应用较少。③第三种，通过建立数学规划模型，应用一定的数学理论知识对该模型进行优化设计，最终得到最优解。但很多模型计算复杂，计算量大。随着计算机的发展，很多数学问题可以运用计算机快捷的得到所需的解。这为应用数学规划模型进行优化设计提供了良好的工具。使得模型复杂，计算量大，人工难以解决的计算问题得到有效解决。故此方法不仅有了坚实的数学理论基础，并有了能够广泛使用的可能性，有着较好的应用前景。第三种优化设计方法对设计人员的设计水平的提高有着很大的好处。这种方法不仅可以避免人为因素对设计的影响，还能达到较高的求解精度。将其应用于CFG 桩复合地基设计中，需要考虑到 CFG 桩复合地基的设计的复杂性，此方法能不能对其进行优化计算。在优化模型建立时，往往根据已有的工程经验，去除不可行的因素，使设计变量、约束条件都在可行的范围内，为优化设计能够减少耗时以及达到收敛打下基础。

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结论

 

CFG 桩在加固高层建筑与客运专线软土地基中，应用得越来越广泛，技术比较成熟，相应的理论也比较完善。但目前在高路堤荷载下 CFG 桩加固软土地基的理论与设计方法不够成熟，有待进一步研究。在高路堤荷载条件下关于 CFG 桩加固软土地基承载特性和沉降性状的研究对贵州山区高速公路建设具有重要的工程价值。本文基于遵毕高速十八合同段软土地基示范工程，对 CFG 桩加固高路堤软基进行了进一步研究分析。展开的研究工作主要有以下几方面：

（1）对贵州软土的成因与特点，贵州山区常用的软基处理方法进行了调查研究。

（2）对 CFG 桩复合地基的工作机理进行了详细阐述，分析了本示范工程采用的 CFG 桩复合地基承载力和沉降的计算方法，并对 CFG 桩复合地基的设计参数合理选取进行了分析。

（3）基于本示范工程段 CFG 桩加固软土地基的设计方案，对设计方案进行离心试验模型研究，并进行了示范工程现场试验研究，较深入的分析了示范工程用 CFG 桩加固软基的处理效果。

（4）利用 MATLAB 软件，根据新的设计思路（按承载力和沉降量双重控制设计）对本示范工程 CFG 桩加固软土地基进行了优化设计分析。

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参考文献（略）

 

 

第一章 绪论

 

1.1 研究背景及选题意义

自我国开始建设高速公路以来，我国的高速公路里程一直跟随经济的飞速发展而增长，至今，高速公路总里程已达 8.5 万公里。但是早年修建的高速公路大部分车道数较少，已经不能满足现有交通量。还需要考虑的是这些高速公路一般是所在区域的运输干道和交通骨架，伴随着社会经济的持续快速发展，交通量的需求也与日俱增，年平均增长率多在20%以上，加上我国超载现象严重，过度的交通压力使得一些路段出现严重的破损或经常阻塞的现象，降低公路的服务水平的同时也增大了交通事故发生的几率，因此我国高速公路即将要进入大规模的改扩建时期，根据统计预测，我国需要改扩建的高速公路程每年10%的增长率增长，现有沈大、京珠高速等路线已经在进行改扩建工程。我国各大高速公路的改扩建工程整体上达到了很好的效果，但是在实际施工阶段的安全管理还存在着很多操作上的不足，如现有的高速公路养护作业规范的假设作业条件并不适用于实际的高速公路改扩建工程。但是交通管理部门并仍然以养护作业规范为参考，导致改扩建施工期有交通堵塞、施工人员伤亡和交通事故的频发，如何在边通车边施工的条件下，尽量预防和减少安全事故的发生，保证施工和交通安全急需解决[1]。高速公路一般是所在区域关键的运输干道和交通骨架，对于整体交通路网的通畅十分重要，如果完全封闭施工虽然能保证施工安全，但是会造成整体区域交通通行能力的巨大影响。改扩建工程施工时不能完全封闭交通，实际施工大量使用的方式为“边施工边通车”的作业方式，作业区局限在相对封闭的局部空间里进行。但是由于施工车辆、人员、机械和施工所占用的空间，无疑改变了原有交通的车道数量、道路线型、运行环境和施工环境。

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1.2 国内外研究现状

 

1.2.1 高速公路交通事故预警方面

预警理论最早的应该是在美国，美国为减少恶劣天气会社会人身财产的破坏建立了天气预警系统并设立的重大气象灾害预警等级，对社会公众公布预警等级来帮助人们规避气象灾害规避损失[2]；德国队高速公路交通条件和周围环境进行实时监测来预测高速公路安全事故的发生概率；日本在在1992年发起了一个全国性的道路交通事故的调查建立了道路交通事故研究数据库，从特点和成因出发进行分析，找出发生交通事故的原因。在高速公路交通安全管理方面，世界正在向系统化、信息化的方向发展，例如如加强高速公路交通安全动态监控、通过对容易发生交通事故的地段或出入口进行预警控制来改善道路交通的安全运行状况[3]。我国的预警理论早在 1993 年就开始应用与企业风险管理。2003 年佘廉教授的《交通灾害预警系统研究》将预警体系理论应用到了交通安全管理范畴[4]。2006 年宇仁德等提出预警系统建立的理论框架、建设的主要步骤，并将其划分为 4 个子系统进行道路交通安全预警[5]；2007 年周涛、高志刚等使用贝叶斯网络根据已知的交通信息、天气等信息判断道路交通状况,对高速公路交通安全状况进行预警。旨在减少交通拥挤滞留和交通事故的发生。2005年邵祖峰提出了城市道路交通安全预警方法，但是主要是绘制了预警指标信号图和预警危机的应对策略[6]；2007 年刘清研究了运用信息协同技术，在三大机电系统的基础上建立信息共享平台进而实现不同高速公路管路部门之间的信息共享。并运用系统动力学发建立有机模型，但是“黑点”控制基础的信息量过大，对样本的要求太过宽泛。实际操作上难度太大[7]。2007 年王宇重点提出了基于 BMOM 方法的交通安全预警系统的结构、功能和模型，但是仅仅是针对于局部的城市道路。武汉理工大学的严新平博士建立了一些列的数学处理模型，运用神经网络模型进行统计量的预测和补足，结合模糊评价的建立了公路灾害处理模型。很有借鉴意义[8]。

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第二章 高速公路改扩建期交通安全管理特点分析

 

2.1 高速公路改扩建概述

2.1.1 高速公路改扩建的概念

高速公路改扩建按照改扩建原因可以分为两种：一种是指因现有道路及其高速公路附属设施方面不适应现有交通量现有要求情况下，附属设施包括排水设施、安全设施、防护构造物、照明设施、界桩、测桩、里程碑、标志牌等等[13]。在原有高速公路的基础上，对道路拓宽而进行的扩建工程和对附属设施的改扩建工程，原有的路基路面工程不需要拆除新建。例如四车道改六车道、中央分隔带的改造、护栏改造等；另一种是原有道路已经到达了设计使用年限，路基路面结构已经破坏，养护和维修已经不能满足现有交通量的要求。需要将原有的所有构筑物全部拆除，重新设计施工。例如对原有路面结构的破除、老路改造工程[14]。在技术上，道路改扩建工程与原有道路条件和运行状况密切相关，同时存在着新旧路基衔接、路面结构处理和沉降不均匀等等问题。如路基工程中采用与旧路材料性能类似、稳定性良好并具有一定强度的土石方做填料。由于改扩建的高速公路通常是所在区域的交通运输主干道，交通量对于区域的社会经济意义重大，不可能中断交通来施工。改扩建工程需采取边施工边通车的方式，即在改扩建期间需要不中断交通施工，特别是对重要干线和交通量较大的道路，交通安全保障措施更为重要。一方面要保障施工作业区人员安全，另一方面要保障交通运营，而且要保证足够的通过率才不会出现滞留现象影响交通。原有道路仍具有一定的残值，改扩建工程考虑对其残值的充分利用，例如还能够继续使用的原有路基土方、能够重新拆除安装的护栏和中央分隔带等等。

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2.2 高速公路改扩建期交通特性分析

高速公路改扩建作业区的驾驶行为的强度、灵敏性和安全性三个特征更加明显。驾驶员通过改扩建路段时，不定情况更多，车速变化更频繁。相应的驾驶员的调整行为更加密集；由于高速公路改扩建作业区对车速和行车路线有更多的要求，驾驶员需要更加及时灵敏的反应，配合施工安全和交通安全的要求；高速公路改扩建作业区路段必然比正常高速公路危险，驾驶员需要提高警惕更加注意安全性。在施工区域、驾驶员、车辆和道路的典型的人机环境系统环境中。驾驶人控制车辆，是确保道路交通系统的安全性的重要因素，主导交通安全。图 2-1是典型的翻新和扩建施工作业区的划分。在报警区和上游过渡段，司机得到交通标志信息后按照减速、变道等具体要求调整处理驾驶行为；在缓冲区和工作区，尽管司机的行为是相对稳定的，但在这一阶段应保持高度的紧张，堤防意想不到的情况，如施工人员、施工车辆进出和施工机械进入交通空间等等；下游过渡区和终止区意味着施工对交通的影响结束，司机使驾驶行为恢复交通[17]。因此，在设置高速公路改扩建工程作业区的交通标志、标线、可变信息板以及设置交通安全设施时一定要考虑驾驶人的信息需求，合理而有效地向驾驶人提供交通信息[16]。

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第三章 高速公路改扩建期交通安全预警方法研究.......15

3.1 高速公路改扩建期交通安全预警概念及其功能 ....15

3.1.1 预警系统的基本概念.........15

3.1.2 高速公路改扩建期交通安全安全预警的功能........15

3.2 高速公路改扩建期交通安全预警的框架.....16

3.3 高速公路改扩建期交通安全预警的预警指标选择......18

3.3.1 指标选取的原则.......18

3.3.2 指标的选取........18

3.4 高速公路改扩建期交通安全模糊评价模型.......21

3.5 高速公路改扩建期交通安全预警等级设置.......25

3.6 高速公路改扩建期交通安全预警方案研究.......26

3.7 高速公路改扩建交通安全预警专项方案.....26

第四章 高速公路改扩建期交通安全保障技术研究.......31

4.1 高速公路改扩建期交通组织设计......31

4.1.1 交通组织设计流程........31

4.1.2 改扩建过程中的交通组织设计.....32

4.2 高速公路改扩建期通过车辆的速度控制.....34

4.3 高速公路改扩建交通安全设施及设置研究.......37

4.3.1 施工作业区交通标志设置 .......37

4.3.2 振动减速带.........37

4.3.3 大型可变信息情报板....38

第五章 武黄高速公路中央分隔带护栏改造工程实例分析......39

5.1 工程概况.......39

5.2 护栏改建期间的交通安全预警.....40

5.3 交通安全保障措施........42

5.4 主线施工组织临时安全设施布置图示....43

5.5 应用效果.......47

 

第五章 武黄高速公路中央分隔带护栏改造工程实例分析

 

5.1 工程概况

由于现有的缆索护栏使用年数已久，出现损坏、锈蚀的现象较为严重，且多数的缆索与杆柱已经松脱，所以，现有的护栏已不能满足日益增长的交通量行车安全的需求，特别是对日益增多的重车、超载车，不能起到有效的保护作用。为降低事故发生率，以及事故导致的损伤严重度，将对武黄高速公路的护栏进行改造。在改造施工过程中，采取不封闭交通方式，及半施工半通车的方式进行施工，本标段护栏改造工程全长19.89公里，其中S8关豹段（K9+500～K15+825）6.325km，G50 沪渝段（K847+938～K844+388），（K842+438～K832+423）13.565 km。由缆索护栏改建为波形护栏，见图 5-1、5-2。本工程主要内容是将原中央分隔带缆索护栏改造为波形梁护栏。改造范围为武东至蒲团，桩号为S8关豹段（K9+500～K15+825），G50沪渝段（K847+938～K844+388），（K842+438～K832+423），目前中央分隔带设置了柔性的缆索护栏，中央分隔带绿化茂盛。本次改造工程作业跨线长19.89km，缆索护栏拆除、波形护栏安装需要占道施工，加上该路段节假日期间交通繁忙，来往车流量较大等各种现实条件，决定了武黄高速公路的护栏改造工程有以下特点：路面宽度窄（宽度 24m），交通量大（日均流量），同时其为沪蓉国道主干线，改建作业都需要在不封闭道路交通的条件下进行的，改建工作施工作业安全风险要相比平时大得多，给改造施工和行车带来很大的安全隐患。为保障施工顺利且安全，同时也为保障交通的正常安全运营，十分有必要加强改建工程中的交通安全管理。

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结论

1、在对高速公路改扩建期交通安全状况深入分析的基础上，研究高速公路改扩建期人、车、施工和环境对交通安全的影响；在分析与研究影响高速公路改扩建交通安全因素的同时，指出了高速公路改扩建作业区存在的交通安全隐患。

2、研究了高速公路改扩建期的交通安全预警系统。对改扩建期的交通安全预警系统进行理论分析，给出交通安全预警系统的预警评价指标体系，确定预警界限及警度，建立交通安全模糊评价模型。其次分析了改扩建期的预警工作方法，提出了相关的预警专项方案。

3、高速公路改扩建交通安全保障技术为改扩建期的安全畅通提供技术支持。分析了不同改扩建方式、不通车辆的特性。根据不同的情况和改扩建要求进行高速公路改扩建期的交通组织，交通组织方案设计。确定了改扩建期的交通车辆速度控制措施。

4、将研究应用于武黄高速护栏改建工程，得到良好的预期管理效果，护栏改建期间未出现大的交通拥堵、滞留现象，也未发生安全事故，护栏改建施工安全顺利完成。

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参考文献（略）

 

 

第 1 章 绪 论

 

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.1.1 课题背景

汽车工业的快速进步得益于经济社会经济的的飞速发展，我国汽车保有量在 2006 年 6 月为 5360 万辆，截至 2012 年 6 月底已达 1.14 亿辆，6 年间增长了 1.1 倍。汽车保有量的增加，使废旧轮胎数量也在以每年 12%的速度增加，2006 年的废旧轮胎是 1.25 亿条，约合 324 万吨，到 2010 年底却已经达到 2 亿条以上，约合 518 万吨[1]，大量的废旧轮胎成为了管理者头疼的难题。废轮胎是一种难以降解的高分子化工材料的有害固体废弃物，目前常用的废弃物处理方法有填埋、堆放或焚烧。若将废轮胎填埋，要经过数百年的时间才能使其大分子降解到不影响植被生长的水平；若将废轮胎任意堆放在露天，则除了占用大面积土地之外，还容易引起火灾，滋生蚊虫，甚至传播疾病；如将废轮胎燃烧，大量对大气产生严重污染的一氧化碳和烟尘将会被释放。现在比较主流的化学处理法也容易产生二次污染[2]。在废胶大量产生的同时，我国却面临生胶资源严重短缺的困境。目前我国天然胶产地主要分布在海南、云南、广东，产量在近期很难有大的增长。我国天然胶自给率由于橡胶的消费量逐年增加而不断下降，1999 年时自给率为 50%，到了 2004 年已经下降到 32%，目前已经降低到 20%以下。目前，我国轮胎年产量超过 2 亿条是世界轮胎第三生产大国，仅次于美国和日本。2004 年我国消费生胶 420 万吨，其中 60%用于轮胎生产。预测到 2020 年我国仅汽车工业需求橡胶将要达到 163 万吨。近年来，我国公路建设铺筑沥青路面需要改性沥青达 220 万吨，消耗大量的热塑性橡胶材料，因此我国橡胶的供求矛盾十分尖锐[3]。在公路工程应用中，橡胶沥青用途广泛，可作为集料、矿粉拌合，生产橡胶沥青混凝土，也可用作填缝料、路面防水材料等。橡胶沥青不仅能消耗大量废旧轮胎，而且研究表明橡胶沥青具有良好的耐疲劳、抗老化能力，能变废为宝。

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1.2 国内外研究现状

 

1.2.1 国内外橡胶沥青研究及应用现状

1.2.1.1 国外橡胶沥青的发展情况

对于橡胶沥青的研究，发达国家最早是将沥青与废胶粉混合后用于公路修补技术。经过几十年的研究和发展，目前在美国已有 1.1 万公里的公路采用橡胶沥青铺设并积累了丰富的经验。日本、英国、比利时、加拿大、瑞典、俄罗斯等国也已成功地将橡胶沥青用于修建高等级公路[4]。美国亚利桑那州早在 1968 年就开始研究橡胶沥青，成功将废胶粉与热沥青混合，八十年代以后更多的州加入了橡胶沥青的研究开发。这一阶段用PlusRide 铺设了 7 段试验路，结果表明橡胶粉试验路有更好的低温抗滑性能。1983 年-1991 年间，俄勒冈州分别铺设了干法和湿法工艺的试验路，在工程完工 10 年后，得出了如下结论[5]：①橡胶粉的加入使得材料的模量等指标有比较大的下降，但劈裂性能大大增加；②橡胶粉的加入显著改善了路面的抗低温开裂能力；③在认真施工的条件下不会发生比普通沥青路面更多的水损坏。迫于轮胎带来的环境压力，1991 年美国联邦参众两院通过了地表协会联运效率法案（ISTEA）第 1038 条款，要求逐年增加回收橡胶在政府投资或资助的道路工程中的用量，到 1997 年要求掺加量达到 20%，大多数州启动了相关立法程序，极大地促进了废旧轮胎在道路工程中的应用，废胎胶粉路用研究进入了新的阶段。到 1993 年，美国总共 38 个州在沥青混合料中使用过回收橡胶颗粒，共有 27 个州进行了橡胶颗粒改性沥青及混合料的研究[6]。

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第 2 章 基于橡胶沥青技术的高速公路强基薄面结构研究

 

2.1 沥青路面结构设计方法

美国 AASHTO-93 路面结构设计方法属于经验设计体系，而我国的沥青路面设计方法和水泥混凝土设计方法属于力学—经验设计体系。沥青混凝土初期的路面结构厚度很薄，主要由较薄的沥青磨耗层、粒料基层和底基层所组成，沥青路面结构的功能主要是在车辆荷载作用下扩散车轮荷载引起的集中应力，保护土基减小沉降，保证道路表面的平整性。1940 年之后，随着重型货车的广泛使用，交通量急剧增加，使得沥青路面结构从轻型结构向厚度大、强度高的结构形式转变，比如基层采用水泥稳定、二灰稳定和沥青稳定类材料，通过使用高强度的沥青混凝土甚至采用全厚式沥青路面的方法提高路面结构的整体强度和刚度，达到增加路面使用年限的目的。我国沥青混凝土路面设计方法自建国以来开展了长期系统的研究，共提出 1958、1966、1978、1987、1997、2006 六个版本[30]。2006 版本规范采用多层弹性层状体系、双圆荷载图示，设计指标为路表弯沉及沥青和半刚性基层层底拉应力。

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2.2 强基薄面设计方法

 

2.2.1 强基薄面设计理论

强基薄面设计相关理论：路面的抗变形能力 70％~90％是由路基提供的；新铺设的半刚性基层具有良好的结构整体性，但在使用过程中容易产生疲劳现象，导致基层断裂甚至破碎。当前公路路面的病害的原因大多是由于基层破坏所致。为了增强结构的可靠性，应以其不利状态作为设计状态，必须采取相应措施加强路基和基层的承载能力和抗裂性[31]。强基薄面结构理念就是通过优化基层结构、增强面层和基层的整体性，提高基层及路基的强度，可以通过使用改性沥青来减薄面层厚度，其最终的目的就是要在合理工程造价的范围内，增加路面结构的强度和提高使用寿命。

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第 3 章 土基模量对路面结构性能的影响分析......17

3.1 冲击压实技术概述........17

3.2 土基模量对路面结构性能与沥青.........18

3.2.1 路面结构应力分析 .......18

3.2.2 土基模量对路表弯沉的影响 ........21

3.2.3 土基模量对土基顶面压应变的影响 .......23

3.2.4 土基模量对各结构层层底拉应力的影响 .....25

3.2.5 土基模量对沥青路面使用寿命....29

3.3 本章小结 ......31

第 4 章 橡胶沥青混合料的材料设计研究........32

4.1 橡胶沥青混合料级配设计研究 .....32

4.2 橡胶沥青混合料路用性能的评定........35

4.2.1 高温性能 .....35

4.2.2 低温性能 .....37

4.2.3 水稳定性 .....38

4.2.4 疲劳性能 .....39

4.2.5 路用性能指标.........40

4.3 本章小结 ......41

第 5 章 橡胶沥青路面实体工程.......42

5.1 丹通高速公路试验路 .........42

5.2 辽开高速公路试验路 .........56

5.3 试验路跟踪检测 .......66

5.4 本章小结 ......67

 

第 5 章 橡胶沥青路面实体工程

 

5.1 丹通高速公路试验路

丹通高速公路南起辽宁丹东，北至吉林通化，是鹤（岗）大（连）高速公路的重要组成部分。路面工程第一合同段起点于本溪桓仁满族自治县新开岭（辽吉界）K0+000，终点于 K30+750，路线全长 30.75 公里。第二合同段，设计桩号范围为 K30+750~K57+040（YK30+751.012~YK57+028.765），路线全长 25.5 公里。两个标段都定为橡胶沥青试验路段。本章对丹通、辽开高速公路橡胶沥青试验路段的原材料指标、级配设计、性能检测与现场施工工艺进行了详细的介绍。对丹通、辽开高速公路的弯沉检测表明，橡胶沥青具有与普通沥青相当，甚至有更佳的结构性能。此外，试验路段现场检测结果显示，橡胶沥青试验段具有更优良的低温性能。总体来说，橡胶沥青对于原材料与级配设计要求更严，在施工过程中，要求适当延长拌和时间，在拌和、运输、摊铺与碾压过程中应严格保证混合料温度，确保基层平整度，保证地表温度大于 13℃，并晚开放交通。

…………

 

结 论

 

本论文首先基于理论分析对强基薄面结构的特点与关键技术进行了研究，并就强基薄面结构中的重要环节，增强土基模量开展了理论计算工作，从理论上证明了冲击压实技术对于路面结构整体性能的极大改善。其次，系统的研究和总结了橡胶沥青路面的材料配合比设计与实体工程施工工艺，在原材料选择与橡胶沥青混合料的质量控制指标方面也进行了详细的研究，从而提出了相应的橡胶沥青混合料控制参数与指标。最后，基于试验结果，修筑了双层橡胶沥青路面试验路。主要得到以下研究结论：

1、基于弹性层状体系理论对几种典型的强基薄面路面结构进行了计算，结果显示：通过提高土基模量，橡胶沥青结构的承载力将会显著提高，同时橡胶沥青结构的基层拉应力将会减小，土基顶面压应变也不断降低。当土基模量大于 60MPa 时，具有薄面层的橡胶沥青结构的力学指标与普通具有35MPa 土基模量的沥青混凝土路面结构相近，能够满足重交通道路的结构要求。

2、土基模量对于路面结构性能有重要的影响。当提高土基模量后，可以有效降低基层与面层的使用厚度，减小层底拉应力水平。同时，提出了土基模量对于沥青路面长期使用寿命的影响规律与预测方程，通过对实际路面结构的计算，可以有效确定土基模量的变化对于路面使用寿命的作用规律。

3、通过试验研究提出橡胶沥青混合料的路用性能技术指标：车辙试验动稳定度≥3000 次/mm，马歇尔残留稳定度≥85％，冻融劈裂残留强度≥80％，-10℃弯曲试验破坏应变≥2800με。

4、基于以上分析结论在高速公路上修筑了双层橡胶沥青路面试验路，并对其材料、级配设计与施工工艺等进行了研究。对竣工后的路基顶面弯沉、路面弯沉、路面平整度、摩擦系数、路面构造深度和路面裂缝等进行了检测。结果显示，双层橡胶沥青路面结构具有与普通三层结构沥青路面相似甚至更佳的整体承载能力，同时由于橡胶类材料的大变形特性，橡胶沥青路面具有更优良的抗低温开裂能力。

…………

参考文献（略）

 

 

第1章绪论

 

1.1问题的提出及其研究意义

众所周知，边坡的自身特点表现复杂多样，具体体现在地形地质、岩土体力学性质、对环境的依赖性等方面，对于边坡的稳定性，需作出准确判断，这早已是岩土工程面临的一大难题⑴。随着人类建设工程活动的大力推进，大量公路、铁路、水利、城镇等的建设发展，不可避免地带来了众多的边坡灾害，据公路行业调查显示，我国的滑坡发生量及潜在的滑坡量非常巨大，大概占国土陆地总面积的24.4%[2]。近几年，强风化堆积体边坡变形失稳而造成的重大事故的工程更是屡见不鲜，有的甚至转化为滑坡，严重影响了工程建设的进行，制约了国民经济的发展。二十世纪以来，对边坡已有许多学者做过专门研究，但大都是针对土质边坡开展的，对于岩质边坡的研究，相对比较少。因此，强风化堆积体边坡稳定性研究已成为国内外研究的热点和难点之一。贵州地区毕威（毕节至威宁）高速公路位于毕节地区所属的部分县市，如毕节市、赫章县、威宁县等，是贵州省近期重点建设的项目之一。从测区工点的施工过程来看，由于对坡体的认识不足，坡体在幵挖后发生了大规模的滑塌，导致工程设计一再变更，不仅延误了工期，而且带来严重的经济损失和社会影响。因此，必须研究该类边坡的形成过程、变形及破坏机制，并进行稳定性分析，进一步对现有工程进行指导，为类似工程提供理论依据。

…………

 

1.2国内外研究现状

边坡由于工程布置的需要对其进行局部开挖，而形成开挖边坡。工程开挖卸荷引起的围岩松她(动)变形问题历来受到岩土工程界的重视，国内外的研究先是围绕地下洞室的开挖展幵的，而近年来在边坡的幵挖分析中也取得了一些进展。

 

1.2.1边坡的开挖卸荷力学机制研究现状

国外对该方面的研究较少，可查阅的资料有M.B.Etkin和A.E.Azarkovich针对露天爆破开挖产生的损伤区的形状和范围，给出的确定爆破开挖损伤区半径的公式。国内对该方面的研究主要以水利水电工程和高速公路路壁高边坡工程为主，现作简要概述。哈秋齡等在国内较早认识到岩体边坡幵挖卸荷力学问题，他们结合三峡船闹工程边坡，对卸荷岩体的强度理论和流变性质进行研究，运用数值模拟手段分析了宏观力学参数，建立了一套卸荷岩体力学研究方法。邓建辉等结合三峡船闹高边坡工程，对现场一整套试验进行了分析总结，具体包括工程地质详查，裂隙数据分析，波波型分析和CT地质物探，室内岩体试验和原位钻孔试验，坡体变形位移监测等。研究认为围岩幵挖松她区变现为岩块沿原结构面的破裂和松动，岩体完整性降低(即为扩容)；松动区在形成过程中，其岩土体强度及其它力学性质仅受到轻微影响，除了爆破的直接破坏区外，即厚度<2m的范围，并未形成未新的结构面；岩体的松动特点表现为：越深入坡内，松动程度越低。高大水等[6]釆用多种监测试验手段结合数值分析结果，将三峡船闹墩位处岩体进行了分类，具体为非松她带、卸荷松她带和爆破-卸荷松她带，并给出了岩体力学参数的分带建议值。朱焕春等m根据三峡升船机边坡、船阐坡体中岩体波形测定分析，结合边坡控制性因素差异，将边坡岩体松她划分为表层松她（对应的深度期望为0.3?0.5m)，浅层松弛（2.0?3.0ni)以及深层松弛（5m以上），并与石安池等人初步研究了坡体岩块的破坏机制。盛谦等采用非线性有限元分析、现场试验、仪器监测、反分析和岩体质量分级等手段研究了三峡船闹高边坡的开挖松动区(EDZ)的分布范围，并将之划分为开挖损伤区，卸荷影响区和轻微扰动区。分析了开挖扰动区内岩体力学参数的弱化效应，并指出实测的开挖扰动区与非线性有限元计算的塑性区总体上是非常相似的。

……………

 

第2章监测点边坡工程背景及施工现状

 

2.1边坡工程区地质条件

地处贵州省毕节地区的毕威高速公路（见图2-1所示）沿线穿过地形地貌及矿产复杂多样的贵州省西北区域，是“二横”的重要组成部分（可参照《贵州省高速公路网规划》相关内容），项目连接两条国家级高速公路（分别杭瑞和厦蓉高速），是作为我国高速公路在龄西北的扩充和发展。路段属高原剥烛、浅切中山地貌，以树枝状分布于整个坡体的水系塑造了更有利于流水剥烛的地形条件，且切割现象严重，横断面表现为“V”字型，有完整基岩层凸露，阶地形态不明显，地形平缓，植被丰富，路线走向与构造线走向斜交，大致为10°?30°。(如图2-2所示）。工程区处于毕节市赫章县境内，属暖温带，气候为季风性，全年平均温度为13°C，全年降水量分布在790.2?985.3mm的范围，且平均降水为853.1mm，年均日照为1382.3小时，年无霜期平均为247日，年均相对湿度为78.5%。历年最大风速28.0m/s，平均风速2.1m/s，年无霜期平均207天。

………

 

2.2边坡工程概况

 

2.2.1边坡工程背景

目前毕威高速公路堆积体边坡支护正在进行，且局部路段已经完成。项目组选取主线A:86+680?久86+980右侧边坡作为研究对象，该边坡位于第四合同段第四工区，全长300m，走向260°，公路以深切路暂边坡形式通过，最大开挖高度约42m左右，边坡总体主滑方向为25°。坡体强风化厚度大，滑体为覆盖层及强风化岩层，边坡中部有一条机耕道通过，机耕道标高沿边坡开挖平台逐渐提升。边坡幵挖至路槽还未来得及进行防护，局部便滑塌，且部分段落坡顶产生整体下座，并出现多条错台裂缝，最大下错深度达3m，滑坡表现为不稳定（如图2-4、2-5所示)。主要结合工程资料，详细介绍了该边坡工程区的地质条件、施工情况、所遇到的病害问题以及坡体拟采用的技术措施，为后续章节的分析和研究做准备。监测点边坡按原设计方案开挖后，形成了新生堆积体。该堆积体的工程性质较复杂，主要表现为卸荷损伤导致的力学强度下降，加上雨水渗透、长时间曝晒等外营力的影响，已经出现了整体滑移变形。

…………

 

第3章强风化玄武岩边坡开挖变形及破坏机制分析 14

3.1影响边坡变形的主要因素 14 

3.2边坡的变形及破坏机制分析 16

3.2.1边坡的类型与特征 16

3.2.2边坡的变形与破坏模式 18

3.2.3边坡的开挖变形机理 20

3.2.4强风化岩质边坡破坏机制分析 22

3.3本章小结 23

第4章开挖引起的新生堆积体边坡形成机理研究 24

4.1反演分析理论 24

4.1.1 土体 Mohr-Coulomb 本构模型 24

4.1.2 土体 Strain-Softening Mohr-Coulomb 模型 26

4.2变形机理反演分析 28

4.3新生堆积体边坡的稳定性监测及分析 37

4.4本章小结 48

第5章新生堆积体边坡的数值分析........： 49

5.1概述 49

5.1.1数值模拟概述 49

5.1.2 FLAC-3D基本原理概述 49

5.2模型参数的确定和数值模拟过程 50 

5.3坡体的开挖稳定性分析结论 59

5.3.1开挖过程对坡体应力的影响分析 59

5.3.2开挖过程对坡体稳定性的影响分析 60

5.4本章小结 61

………………

 

第6章风化体边坡的治理措施建议

 

风化体边坡发生局部或整体的滑塌失稳后，常常造成交通中断、建筑物毁坏等灾害，威胁人类生命和财产的安全。因此，在工程建设无法绕避灾害边坡的条件下，开展风化体边坡治理设计非常必要。

 

6.1公路边坡设计原则和标准

6.1.1设计原则

针对不同的风化体岩质边坡种类，并结合其失稳形式应采用不同的治理措，主要有四类方法：一是刷方减载法，也叫坡率法，即改变坡体形态，调整应力分布；二是置换法，即将坡体内物理力学性质较差的材料用物理力学性质较为优良的材料置换，以改善坡体物质结构，增强坡体物质强度，提髙坡体稳定性；三是锚固法，即通过锚固工程将不稳定的坡体锚固到稳定的岩土体上，以提高其稳定性，以预应力锚索加固为代表；四是支挡法，即通过强有力的支挡来提高坡体的稳定性，以挡墙和桩共同加固为代表。现把常见的边坡处治措施归纳于表6-2中。其中支挡加固工程是滑坡防治中的有效方法，选取何种结构作为加固措施，需综合考虑各种因素，比如工程区的地形地貌、坡体的空间尺寸及工程的重要性等，见表6-3。一般在大型复杂的风化体边坡治理工程中，更多是要考虑多种方案的组合，选择综合性的治理方案，如抗滑桩+预应力锚杆、重力式挡墙+预应力锚索、重力罩面+坡率法等，这样才能取得良好的治理效果。

…………

 

结论

毕威高速公路该强风化玄武岩路堑边坡地质条件复杂，海拔高，气候恶劣，在不合理的设计方案下开挖施工，出现了整体滑移，形成了松散堆积体。本文在对边坡开挖变形及破坏机制分析的基础上，通过FLAC-3D软件，假定了 18种参数方案，来考虑岩土体的卸荷损伤效应，对新生堆积体边坡进行了反演分析，并利用现场监测数据分析了堆积边坡的变形现状，最后建立堆积体边坡准三维模型，对变更设计后的坡体进行了开挖稳定性分析，进而给出了边坡的防治建议。现将主要结论做简要概述：

⑴影响该路堑边坡变形失稳的主要因素是开挖超前而支护滞后、降雨渗透以及昼夜温差等自然营力。

⑵新生堆积体边坡可视为各向同性的半岩质边坡，地层分布上属顺倾层状岩质边坡。该风化体边坡的变形主要是造坡时的蠕变和后期开挖引起的卸荷回弹，两种变形共同塑造了众多破裂面，为失稳孕育了条件。

(3)边坡岩体是自然卸荷和开挖卸荷兼有的复合产物。幵挖卸荷使坡体产生一定范围的塑性区，这些塑性区具有两大特点：其一塑性区必然是渐进性发展的，且位于应力调整最剧烈的开挖面附近；其二塑性区内岩土体的应力会降低，但塑性区边缘的弹性岩土体的应力会有所增高。

(4)采用传统M-C弹塑性模型对边坡进行模拟分析，边坡整体稳定，与实际情况不符。本文提出一种新的损伤演化模型，对堆积体边坡进行反演模拟，得出初始黏聚力为5QkPa’内摩擦角35°能很好地反映坡体的实际变形。

(5)通过监测资料得知，现阶段坡体深部以应力调整为主，整体上是稳定的；浅表层(距坡表5-6m深度)受开挖卸荷和降雨影响，发生了轻度蠕滑，局部变形和裂缝宽度均有突变。

(6)变更设计方案后，开挖过程将引起边坡应力场的大幅调整，坡体最大主应力集中值随开挖的进程显著降低，而浅表层最大主应力量呈拉伸状态，随幵挖进度逐渐增大。未加支护时，边坡总体上基本稳定，只是坡体下部浅表层出现了薄薄的一层剪切变形带，且靠近路槽的部位变形较大，可达2.65cm;加支护后，浅表层的剪切应变量大大减小，且最大总位移也控制在2.0cm。

…………

参考文献（略）

 

 

第一章 绪论

 

1.1. 研究背景及意义

随着全世界公路里程和机动车保有量的持续增加，交通问题也逐渐成为一个世界性的难题，这个难题主要体现在交通堵塞与交通安全事故两方面。交通堵塞产生的原因一方面是由于汽车保有量的增加，现有的交通基础设施无法满足交通需求的增加；另一方面是由于现有的交通设施规划不当导致其潜力无法被充分利用。交通安全的问题往往比交通堵塞更加严峻，因为交通事故的发生会导致人员伤亡和社会经济损失。全世界每年约有50万人死于交通事故，受伤者有1000万至1500万人。仅2011年的前9个月，全中国共有143720起交通事故涉及人员伤亡，40504人死亡，直接经济损失7.6亿元[1]。根据过去的研究发现，交通问题主要集中在公路平面交叉口。首先，平面交叉口对于路网的重要性就好比咽喉对于人体，合理规划交叉口的空间资源，提高交叉口的利用率是解决路网拥堵问题的关键，许多堵车现象的产生就是由于车辆在交叉口无法及时有效地消散，导致拥堵现象一直延伸到路段，从而降低了整个路网的通行能力。其次，公路平面交叉口是公路系统的一个重要节点，不同类型的交通流在这里交汇，形成交通冲突。驾驶员在驶入交叉口后，必须在短时间内完成一系列复杂的动作，例如读取交通信息，遵循交通规则及规避车辆等等。这使得公路平面交叉口的形势变得更加错综复杂，进而成为交通事故较为集中的地方。国外许多专家针对一些道路进行实际调查，并对事故数据及公路平面交叉口的冲突进行了研究分析，冲突点与冲突数之间有着正比的关系，每8万—10万次严重的冲突可以转换为一场事故[2]，并且来自左转车辆与其他方向车辆的冲突对安全的影响最大。因主路左转或支路左转而造成的事故率分别为47%和27%，远远高于主路右转的16%和支路右转10%的事故率[3]。

…………

 

1.2. 研究现状

 

1.2.1 国外研究现状

目前对远引掉头的研究和运用最多的是美国，美国的出入口管理策略，即Access Management，对远引掉头有着较为完整和系统的研究。AM 技术主要通过对辅道、中央分隔带开口、交叉口位置等设计和管理进行系统性的控制，以保证交通安全、通行能力及行车速度[4] [8]。Gluck[9]在 1999 年的研究中发现，当中央分隔带宽度超过 12m（例如美国密歇根州的道路），右转加左转掉头的设计可以减少 22%的事故率，甚至在较高或很高的交通量水平下，右转加左转掉头比直接左转的行程时间还少。与该研究结果相同的是，2000 年 Zhou[10]等人在佛罗里达交通运输部赞助的一项研究中发现，使用远引掉头的车辆平均等候延误小于直接左转，尤其是在交通量不断增大的情况下，远引掉头的优势愈加明显。Zhou 的研究还表明，尽管远引掉头方式会导致行驶距离增加，但其冲突率远远小于直接左转，道路的安全性得到大幅度的提高。在 2005 年，Carter[11]和他的团队对 78 个平面交叉口进行观察发现，其中的 65 个选址在观察期间并未发生一起交通事故，而剩下的 13 个地方每年发生的事故数从0.3 起到 3.0 起不等。而 Tangyi Guo[12]在 2011 年美国佛罗里达选择了 66 条城市或城郊道路，对其中的 258 个信号交叉口及其两两间的路段上近 4000 起事故进行了分析，也得出相类似的结论——使用 U-turn 可以使事故总数减少 26%，尤其是在双向六车道的路段上，严重事故数可以减少 32%。2004 年，Xiao Kuan Yang 和 Hua Guo Zhou[13]首先分别对直接左转和远引掉头两种不同的交通流组织方式下的延误进行定义——直接左转的延误由两部分组成：在支路等候上游车流间隙和在中央分隔带等待下游车流间隙的两个等待延误；远引掉头存在三种延误：在支路寻求间隙汇入主路时的等待、额外需多行驶的时间、在中央分隔带处等候的时间。然后再结合实地拍摄获取的数据，建立基于CORSIM 的仿真模型，结果表明虽然直接左转和远引掉头的延误函数均服从指数分布，但直接左转的发展趋势比更加陡峭。

…………

 

第二章 远引掉头的设计

 

美国的道路出入口管理手册对远引掉头的定义是指，为了改善道路出入口附近的交通状况，提高道路的安全性及减少直接左转所需的耗时，可以将左转变为先右转加掉头，或者先掉头再右转的方式。这种方式可以通过对中央分隔带进行设计而实现。国内的学者将这种方式归为交通流运行组织方式的一种，认为其基本思想是变直接左转为右转加 U 形掉头形式，以减小冲突进而提高车辆运行的效率和安全性[5]。本文对远引掉头的定义将从静态和动态两个方面展开。从动态的角度来看，远引掉头是一种行为方式，即是指由于对交叉口的交通管制，例如对中央分隔带采用特殊设计等，从而限制了车辆直接通过交叉口，转为需先右转然后掉头的一个行为过程。图 2-1 与图 2-2 对比了车辆在交叉口直接左转和使用某一种远引掉头设计时，左转车辆运行轨迹的变化。图 2-1 显示的是直接左转方式下的交通流，在这种普通的交通流组织方式下，车辆经过交叉口时，各个方向的车辆会形成一个交织区域，若该区域得不到恰当的交通控制，则很容易造成交叉口的安全隐患和交通堵塞。图 2-2 是使用远引掉头后的车辆运行轨迹，左转车辆先右转到下游进行掉头，最后以直行的方式通过交叉口，避开了车辆集中的交叉口区域。从现实对远引掉头交通流组织的运用方式来看，远引掉头这种“禁左”行为，可能不仅仅针对于支路，也有对主路左转车辆也实行禁左控制[16]。对远引掉头的静态定义是指供掉头车辆完成回转的位置选定、回转处的中央分隔带开口形式等其他一系列设计。对远引掉头的静态定义分析将在下一节展开。本文通过对车辆进行远引掉头的动态行为进行分析，着重对静态意义上远引掉头的适用条件进行研究。

……………

 

2.1. 远引掉头方式的设

目前，无论是在城市、城郊道路还是郊区道路，远引掉头在国外均有较为普遍的运用，例如美国的佛罗里达州、密歇根州等，图 2-3 是密歇根州的一条使用远引掉头设计的（U-turn）的道路。国内对远引掉头的运用虽然远不及国外普遍，但还是有一些城市道路为了配合路口禁左而采取了 U 形掉头的措施，如北京、深圳、上海等，图 2-4 是深圳某条主干道使用 U-turn 设计的城市道路路口。对远引掉头的设计主要包括两个方面：中央分隔带开口位置的选择和中央分隔带开口形式的设计，下面章节将分别对这两个设计进行讨论和分析。在交叉口掉头是指，上游交叉口需要左转的车辆到下游路口掉头回转，这种情况下的下游交叉口一般为信号控制路口，通过对信号周期的合理配时，有效地消散左转和掉头车辆。根据车辆在下游交叉口掉头处与停车线的相对位置不同，又可以分为停车线前掉头（图 2-8）和过停车线掉头（图 2-9）。在停车线前掉头是指，在原本直行或左转车道上增加掉头车道，司机在到达停车线前完成掉头动作，掉头车辆的行为不不进入交叉口且不受下游交叉口的交通控制；过停车线掉头的车辆需要在下游交叉口的交通控制下，在交叉口进行掉头。

………………

 

第三章 交通仿真研究方法 .......30

3.1. 研究方法选定 .....30

3.1.1. 交通仿真在交通分析中的运用.....30

3.1.2. 交通仿真软件选定.........31

3.2. 仿真模型确定 .....34

3.2.1仿真模型建立.......34

3.2.2模型校准.....37

3.2.3参数标定.....39

3.3. 本章小结 .........45

第四章 运营安全分析 .....46

4.1. 冲突分析 .........46

4.1.1. 冲突的产生及其控制.......46

4.2. 速度方差 .........52

4.2.1. 直接左转.....52

4.2.2. 不完全禁左远引掉头方式.........54

4.2.3. 完全禁左远引掉头方式.....57

4.3. 交织区平均速度 .........60

4.3.1. 不完全禁左远引掉头.......61

4.3.2. 完全禁左远引掉头.........63

4.4. 适用性分析 .......66

4.5. 本章小结 .........66

第五章 运营效率分析 .....67

5.1 行程分析 .........67

5.1.1. 车辆运行分析.......67

5.1.2. 行程时间分析.......69

5.2 延误分析 .........83

5.2.1. 直接左转.....83

5.2.2. 不完全禁左远引掉头方式.........84

5.2.3. 完全禁左远引掉头方式.....90

5.3 适用性分析 .......96

5.4 本章小结 .........98

 

第五章 运营效率分析

 

5.1 行程分析

根据车辆运行的不同状态，可以将车辆在直接左转、不完全禁左和完全禁左路口行驶的过程分别分解为若干个步骤。在直接左转的路口，由于主路被分配有优先通过权，因此主路上左转的车辆仅需等候对向车道出现合适的间隙就可以进入支路；而支路上的车辆通过交叉口的过程可以分为四个：1. 在支路的停车线处等候；2. 等主路的左侧车流出现合适间隙时，左转加速通过并进入交叉口；3. 在中央分隔带处等候；4. 等主路的右侧车流出现合适间隙后，进入主路或直行通过交叉口。在这种主路优先控制方式下，支路车辆受到的影响最大。若主路车流量不高，支路上的车辆能够很容易地找到间隙穿越交叉口；若主路车流量水平较高，支路车辆在停车线等候随之增加，容易导致司机失去耐心而强行进入交叉口，这对于交叉口的安全运营是极其不利的。同时，主路车流量处于较高水平时，对于主路自身运行来说也存在着弊端。左转车辆由于需要对向车道出现安全间隙时才能通过交叉口，在等候期间，主路左转车辆需要占用车道，尤其是在没有专用左转车道或左转车道与直行车道并用的路口，左转车辆会对后面的直行车辆通过交叉口造成很大影响，从而使得整个路网的延误增加。

…………

 

结论

本文针对新建的一级公路使用远引掉头时，在缺少相应的道路运营数据条件时，能给出一种确定远引掉头合适选址的方法；若是对已有道路改造，可以通过实际采集数据调整仿真数据，同样可以确定远引掉头的选址。，给出不同情况下的远引掉头选位。本文的研究的创新点及成果主要如下：

1. 本文研究的方法并不需要大量的实际数据，这为对新建道路或数据难以获取的道路进行改造时，对不同改造方案进行对比提供了可能性；

2. 本文针对影响远引掉头选址的因素进行分析，并从安全性及行车效率两方面，分别使用速度方差、平均速度及路网车辆平均延误作为评价指标，通过仿真试验，将两种方式的远引掉头分别与直接左转进行了对比，并给出这两种远引掉头方式各自适用的条件和范围

3. 某一交通流组织方式对路网来说，其优劣程度并非是一成不变的，例如从冲突分析来说，完全禁左优于不完全禁左，且都能对直接左转交叉口的冲突数进行改善；但从对主路车流变化的反应来看，完全禁左方式比不完全禁左方式的敏感程度更大，受到交通条件的影响范围也更大些；

4. 采用远引掉头来对一级公路非信号控制路口进行改善时，双向六车道的改善效果更加明显且更有必要。

…………

参考文献（略）

 

 

第 1 章 绪论

 

1.1 研究背景及意义

高速公路是道路交通发展到一定阶段的产物，是衡量一国公路交通运输和汽车工业现代化水平的重要标志，在世界公路交通运输和各国国民经济发展中占据举足轻重的地位，具有运行速度快、通行能力大、土地利用率高、投资效益好等一般公路所不具有的特点。我国高速公路建设始于 1988 年上海至嘉定高速公路的建成通车。自那以后，我国高速公路建设发展突飞猛进。2004 年底，由交通运输部主导制定的《国家高速公路网规划》通过了国务院常务会议审议，标志着我国由放射线和纵横网格结合的总规模达 8.5 万公里的高速公路布局方案形成。该方案由 7 条首都放射线、9 条南北纵向线和 18 条东西横向线组成，简称“7918网”[1]。截至 2011 年底，我国高速公路通车总里程达到 8.49 万公里，跃居世界第二。8.5 万公里国家高速公路网已经建成 6.4 万公里，占 75%，在建的约 1 万公里，占 11%，预计到“十二五”末，国家高速公路网将基本建成。我国高速公路建设在飞速发展的同时，也暴露出了多年积累下来的地区间发展不平衡，缺乏针对西部复杂山区高速公路建设的成熟管理模式等问题。西部山区山峦起伏，形成年代久远，气候复杂多变，且地质环境脆弱，地质灾害多发。高速公路建设极为困难，工程规模巨大。随着西部地区经济持续发展，对运输业提出了更高的要求。当前落后的运输业已经成为制约西部经济加速发展的瓶颈。因此，寻求一种合适西部山区高速公路建设的管理模式成为当前亟待解决的问题。为特别针对我国西部地区高地震烈度、复杂地形地质和气候生态环境多变的特点，2007 年 7 月，交通运输部正式将雅泸高速公路确定为科技示范工程之一，以探索西部复杂山区高速公路建设管理模式，形成示范效益。但我国高速公路建设起步晚，针对西部山区高速公路建设管理模式的研究还比较缺乏，少有经验可循，而国外的相关研究由于国情、体制等方面的原因并不能直接套用。正是基于该背景，有必要开展一项针对以雅泸高速公路为代表的西部山区高速公路建设管理模式和科技绩效评价理论研究，以期能够为西部地区高速公路建设管理及评价提供理论借鉴，并能在同类项目中进行推广。

 

1.2 国内外研究现状

 

1.2.1 高速公路建设管理模式研究现状

1、国外关于高速公路建设管理模式的研究现状

高速公路作为一种新兴的交通设施，如何消除现有建设管理体制中的不足，建立起适合高速公路建设特点的管理模式，是各国学者需要迫切解决的难题。一般来说，高速公路的建设管理主要包括建设施工管理和融资管理两方面的内容[2]。国外对高速公路建设管理模式的研究主要侧重于融资管理方面。20 世纪 70年代末以前，西方经济学家认为基础设施的投资和建设是政府的职能。凯恩斯在其著作《就业、利息和货币通论》中指出政府应将公共工程的投资作为宏观经济调控手段。另一学者亚当斯密同样强调政府应该对经济进行必要的干预，基础设施的建设和运营不应完全由私有资本主导。20 世纪 70 年代后期，随着新公共管理理念的兴起，在以高速公路为代表的基础设施投资中政府与市场的关系逐渐发生改变。为满足社会对高速公路快速发展的要求，政府开始以市场为导向，充分吸收社会资本，出现了 TOT、BOT 及ABS 等投融资模式[3][4]。当前，BOT 管理模式在全球高速公路建设中迅速推广开来，其中以美洲、欧洲和亚洲最为盛行。自 1990 至 2000 年十年间，拉丁美洲 98%的交通建设项目采用该种模式[5]。在欧洲，2003 年高速公路总通车里程达到 5.7 万公路，其中有一半左右是采用 BOT 模式建设[6]。亚洲的情况也同样类似[7]。在建设施工管理方面，国外研究较多的主要有以下几种模式：较早的有 DBB（传统）模式、PM（项目管理）模式、CM（快速轨道）模式等，较新的有 PMC（项目管理承包）模式、ProjectControlling（项目总控）模式、EPC（设计采购施工总承包）模式、BOT（建设运营转让）模式等。Konchar.M 和 Sanvido.V（1998 年）对美国工程项目中 DB 模式、DBB 模式、施工风险管理模式三种常用建设管理模式进行了介绍，从多个方面进行了对比分析[8]。Miller.J.B（2000 年）指出由于单一模式的功能特点有局限性，采用多种模式相结合更能有效应对工程项目周期中出现的项目管理问题[9]。Ibbs.C.W 和Kwak.Y.H（2003 年）通过 67 个工程案例论证 DB 模式和 DBB 模式在不同条件下的利弊，指出当存在一定的费用变更时，DB 模式执行结果要优于 DBB 模式；当存在一定的进度变更时，DBB 模式的生产力要高于 DB[10]。Ling.F.Y（2004 年）通过建立的两种模型来预测 DBB 模式和 DB 模式下项目的执行情况[11]。Gransberg.D.D 和 Molenaar.K（2010 年）用 78 个工程案例论证了 DB 模式下项目质量管理的方法[12]。

 

第 2 章 西部山区高速公路建设管理模式研究

 

2.1 高速公路建设基本管理模式

高速公路建设管理模式数量众多，每种管理模式都有各自的优缺点和适用范围。典型的高速公路项目建设管理模式包括：

 

（1）传统的三角管理模式

在该模式中，工程被分为前期、设计和施工 3 个环节。即业主首先委托咨询公司进行前期评估，立项之后邀请设计公司对项目具体建设方案进行设计，最后进行施工招投标，确定施工企业。该模式的优点在于业主与各方独立地签订合同，能自主选择各环节参与方，并清楚的掌握工程进度，缺点在于各环节之间联系不是很紧密，易由于信息沟通不畅造成工程质量问题和工期拖延[34]。此种模式下，业主与设计、施工等单位的关系如图 2.1 所示。

 

2.2 西部山区高速公路对管理模式的特殊需求

西部地区山峦起伏、绵延纵横，气候复杂多变，且我国西部山区形成的年代久远，地质环境脆弱，稳定性差，地质灾害多发，高速公路布线极为困难，工程规模巨大，造价昂贵。限于平纵横各项指标，路基往往需要高填深挖，而大量的高填深挖及较高的桥隧比例，致使山体内力平衡、山区的植被和生态平衡受到不同程度破坏。部分路段山高谷深，人迹罕至，基本上没有可利用的乡村道路作为施工便道，交通运输条件非常艰苦，施工单位的设备、人员、材料进场困难。复杂的地形条件还导致施工单位之间和施工工序之间的衔接十分困难；限于山区地貌，难以利用大型先进的水泥混凝土拌和设备进行桥涵施工，施工作业面困难，导致工程质量、进度保障困难。艰苦的施工条件是极大的挑战。路线区位的特殊性、工程的复杂性等导致了东部沿海地区高速公路建设管理的成功经验在西部山区应用上的局限性，由此也使得寻求一种适用于西部山区高速公路建设项目的创新管理模式成为迫切需求。这一创新管理模式需要在统筹领导结构、组织机构设置、人才队伍管理、科技研发与设计施工协调控制、资金来源与物资管理等方面有所突破和创新，且必须具有一定的适应性。

 

第 3 章 西部山区高速公路科技绩效评价研究......15

3.1 科技绩效评价原则 .........15

3.2 科技绩效评价指标体系建立.....16

3.2.1 建立的原则与方法.....16

3.2.2 评价指标选择.......17

3.2.3 评价指标分级.......24

3.3 科技绩效评价方法研究 .......26

第 4 章 实例应用 ......35

4.1 项目概况 .......35

4.2 雅泸高速公路 FIDIC-PMC 动态管理模式.......37

4.3 雅泸高速公路科技绩效评价.....39

4.3.1 雅泸高速公路科技创新成果.......39

4.3.2 评价指标权重计算.....40

4.3.3 指标评价结果.......47

4.3.4 灰色评价系数、评价权向量及权矩阵的计算 ........48

4.3.5 计算综合评价结果.....50

4.3.6 评价结果及分析.........51

第 5 章 结论与展望 ........53

5.1 主要结论 .......53

5.2 研究展望 .......54

 

结论

 

针对西部山区高速公路特殊区位条件，分析得出了西部山区高速公路对项目管理模式的特殊需求。项目管理团队在统筹领导机构、人才队伍管理、科技研发与设计施工协调控制、资金来源与物资管理等方面必须具有相当的创造性，其中尤其应注重产学结合机制的建立对科技项目的支撑作用。吸取咨询公司协助业主管理（FIDIC）模式与项目管理（PMC）模式的优势，引入多元化投融资模式，建立了针对西部山区高速公路建设项目实施过程的 FIDIC-PMC 动态管理模式。在实际应用过程中，雅泸高速公路项目业主邀请了交通运输部公路科学研究院作为项目管理承包商，着重建设产学结合一体化机制，有效联结了西部山区高速公路工程建设解决重点难点技术的迫切需求与科研单位、大学院校科研课题研究成果的支撑供给，大大缩短了科研成果应用于工程建设的时间，避免了传统模式先设计再施工可能出现的设计变更纠纷，极大提高了依托建设工程设立科技创新项目的针对性，缩短了成果转化周期，从而有效缩短建设工期、节省工程造价。通过综合国内外科技创新活动与建设工程项目绩效评价指标体系，分析了我国现阶段高速公路工程建设发展需要及科技绩效综合影响因素；说明了指标权重Delphi 法专家小组选择原则；经匿名讨论及统计，优化评价对象评价指标，将绩效综合评价分为科技示范作用、项目管理成熟度、工程实施效果、社会经济效益四个子功能层；各单项子功能层下设准则层，准则层再由不同分项指标表征；共建立了 40 个基层指标，并按科技创新成果技术含量水平区分了不同成果计入分值，以激励先进；其次对各基层指标的内涵与计算方法作了具体说明，从而建立了评价指标体系递阶层次结构。最后分析了常用的科技项目绩效评价方法，在此基础上，给出基于 DAGF 算法的科技绩效综合评价方法。

 

参考文献

[1] 章勇武．高速公路建设工程进度的柔性化管理研究[D]．同济大学，2005．

[2] 黄自良．高速公路建设管理中的现代管理模式[J]．企业科技与发展，2010(10)：106-108．

[3] 冯锋，张瑞青．公用事业项目融资及其路径选择一基于 BOT、TOT、PPP 模式之比较分析[J]．软科学，2005(6)：52-55．

[4] 宋永林，李健．高速公路项目融资存在的问题及对策研究[J]．发展，2007(5)：45-46．

[5] Guaseh J L. Granting and renegotiating www.51lunwen.org/gaosugonglu/ infrastructure concessions: doing it right.Washington, D.C: the World Bank, 2004:134-145.

[6] Fayard A. Analysis of highway concession in Europe. Conference on Highways:cost and regulation in Europe, Bergamo, 2005:77-79.

[7] Young HK. Analyzing Asian infrastructure development Privatization market.Journal of Construction Engineering and Management, 2002, 128(2):110-116.

[8] Konchar M, SanvidoV. Comparison of US project delivery systems. Journal ofConstraction Engineering And Management, 1998, 124(6): 435-444.

[9] Miller J B, Garvin M J, Ibbs C W, et al. Toward a new paradigm: simultaneous useof multiple project delivery methods. Journal of Management in Engineering, 2000,16(3):58-67.

[10] Ibbs C W, Kwak Y H, Tzeyu N, et al. Project delivery systems and projectchange: quantitative analysis. Journal of Construction Engineering and Management,2003, 129(4): 352-358.

 

 

第1章绪论

 

1. 1研究背景

近年来，公路行业产品市场交易的主要形式是招、投标，实行招投标以后，然后再确定出工程造价，甲、乙双方结算的主要依据不是按照国家规定的定额，而是以投标书为上要依据。而我国现行的工程预算的编制办法，速度比较慢，周朋也较长，无法满足施工进度的需要，就是釆用较快速的计算机编制也很难适应投标的需要。并且比较落伍的一点就是现在使用的定额是2006年发布的，实际的造价与所做概预算有较大的差距。加之当前的情况下，高速公路项目施工承包商对于选价方面的专业知识不是很熟悉，因此现阶段如果能够研究出?种比较可行的方法来快速并且准确的估算出待建公路工程算为基础，快速、准确的确定工程造价成为了无论业主还是承包商的要求，所以，这就要求各参与单位在保证工作效率的基础上提高工作结果的有效性。这个问题需要完善的快速估算模型方法来解决。同时，通过高速公路造价快速估算模型得出的数据，还可以作为相似工程造价估算的参考依掘，甚至主要工程量的计算和验证都可以进行类比，预防索赔现象的发生，比如工程量计算存在较大的误差，出现不平衡报价等，从而有效全面的控制工程造价。许多工程在建好之后，它的设计图纸以及与之相关的资料都不能保留很久，就算资料没有丢失，还能保留下来，这期间随着时间的推移，市场在不断发生变化，我们不能够完全按照施工图纸预算得到结果，并且市场价格以及工程的折旧数据我们很难弄到等等。在没有己建项目资料的情况下，我们也能够很容易的得到高速公路工程的一些基本特征，根据这些特征以及现在的市场价格利用快速估价方法，大致估算出工程价值。

 

1.2研究的方法和技术路线

 

1.2.1研究的方法以及创新处

本论文在介绍高速公路工程造价组成和影响该造价的特征因素的基础上，对我国现有的造价估算方法进行分析比较，得出了有必要将人工神经网络与模糊数学结合建立新的造价估算模型这一结论，并且通过利用搜集到的实际数据进行训练验证，发现这一新的模型比现有的估算模型更具有可靠性，这也为高速公路快速估价提供了一个准确可靠地方法。采用人工神经网络方法进行高速公路造价快速估算，能够提高估算数据的准确性，通过将泛化处理后的公路数据输入网络模型，得出高速公路工程的总造价。这将为公路工程项目建设前期的准备工作提供参考依据，同时使神经网络更加广泛的应用于工程领域。目前国内外已经出现了很多的造价估算模型，虽然这些模型都有自己的适用范围，但是都存在许多的缺点，灵活性比较差，得出的结果也不尽如人意。本文采用新的方法能克服这些缺点，因此论文的创新之处在于：应用人工神经网络与模糊数学进行造价快速估算，克服了以往的造价估算模型的缺点，提高了造价估算的准确性和可靠性，为有效的进行高速公路建设项目的工程造价管理提供可靠依据。

 

1.3论文的主要内容

论文共有六章，各章节的内容具体如下：第一章绪论 “提出了论文研究的背景，也就是高速公路快速估价的重要性，结合高速公路造价估算的现状，提出了本文要研究的对象以及研究的意义，并对论文的主要研究方法和技术路线进行了具体的阐述。第二章文献综述阐述了国内外工程估价的研究现状，分析国内外现有的各种造价估算方法的优缺点，提出了需要建立一种新的模型来克服现有计算方法的缺点，即人工神经网络与模糊数学结合的高速公路快速估算模型。第三章人工祌经网络和模糊数学的基本理论研究本章为具体运用的理论知识的阐述，包括人工神经网络和模糊数学的基本知识，分析BP算法的不足，对其进行了改进，并且将人工神经网络与传统的计算方法进行比较，分析了人工神经网络的优点，最后阐述了选择将神经网络与模糊数学相结合来建立快速估算模型的优越性。第四章人工神经网络在高速公路工程造价估算中的应用首先分析高速公路造价成本的组成，造价估算的特点以及采用新模型时应该选取哪些特征因素作为输入层。接着釆用模糊数学的基本理论知识，计算出待估算工程与已建工程的贴近度，按照贴近度的数值大小依次排列，将贴近度较高的样本作为训练样本，对基于人工神经网络的快速估算模型进行了构建，同时阐明了该模型计算的思路与步骤。第五章高速公路工程造价快速估算的实现运用收集到的山东省内的几条高速公路的具体数掘作为样本对模型进行反复训练，将训练结果与实际结果进行对比，提出基于人工神经网络的高速公路快速估算模型是可以运用和推广的。

 

第2章文献综

 

2.1国内外研究现状与发展

英国成为了首个开始工程管理的国家。后来建设工程规模不断扩大并且各项管理过程不断的完善，工程费用的合理分配是摆在各项工程面前的难题，所以为了解决这个难题，各个国家涌现出了大量的专家和学者，在工程造价方法的研究过程中做出了巨大的贡献，随后出现了大量的造价估算研究方法，很多简单实用的模型也应运而生，正是这些科学依据和理论方法，推动了工程造价估算的发展，使得工程造价占据了越来越重要的地位。模型是英国工程造价信息服务部根据房屋建筑工程而研究出来的，这也是最早的造价估算方法，该方法必须以已经梭工了的类似工程项目为基础，分别将各个分部分项的单位每平方米造价计算出来，将其每个部分汇总得出整个工程的单位每平方米造价，再乘以相应的建筑面积就得到工程投资总额。这些分布分项工程包括土石方工程、地基基础工程、砲筑工程、混凝土以及钢筋混凝土工程、内外装修工程等。

 

第3章人工神经网络和模糊数学..........15

3.1人工神经网络 .........15

3.1.1人工沖经元税型......... 15

3.1.2人工祌经网络模型的结构......... 16

3.1.3祌经元网络的学习规则和方法......... 18

3.2 BP 神经网络 .........19

3.2.1 BP神经网络校型和学习过程......... 19

 

结论

 

本论文将神经网络与模糊数学相结合，在高速公路工程造价快速估算方面的应用做出了具体的探讨。利用模糊数学的基本知识，比如说隶属函数的确定、贴近度的计算等来对收集到的山东境内几条已经建成的高速公路的造价数据进行具体的筛选，挑选出与待估算工程比较接近的工程资料，也就是贴近度数值比较大的，作为训练样本；采取理论上比较成熟的改进的BP神经网络算法，确定好输入层、隐含层以及输出层，实现了高速公路工程特征与造价之间存在的复杂的非线性映射关系。然后将收集到的9条高速公路的资料为基础，其中一条为待估算，将该条高速公路的造价值估算出来，通过对比该条公路的实际值与预测值，对所建立的模型的精确度以及可行性进行验证。通过对前面的理论以及实际的分析可以得出如下结论：

(1)高速公路工程造价的影响因素包括很多，而且在建设的过程中还会有许多难以预见的因素影响，这些因素之间存在着错综复杂的关系，很难确定单个的因素对工程造价的影响。因此，利用现阶段传统的造价估算方法估算出比较准确的数据是比较困难的，本论文将神经网络与模糊数学结合起来运用于高速公路快速估价是一个全新的尝试。通过对影响高速公路造价因素的全面考虑，构造的模型将选出的9个工程特征和高速公路直接联系起来，进行造价的快速估算，通过试验表明该模型具有很好地泛化能力和自适用能力，使得分析出的结果更具有客观性，因此该模型具有很强的理论和现实意义。

(2)利用祌经网络对高速公路工程造价进行预测时，只需要将收集到的数据进行规范化处理之后输入即可，但是这些数据一定是实际案例中真实的数据，这样得出的结果就可以直接应用，繁琐的计算总结就可以省略了。

 

参考文献

[1] YOKOYAMA M, KWON G S, OKANO T, et al. Preparation www.51lunwen.org/gaosugonglu/ of micelle-formingpolymer-drug conjugates [J]. Bioconjug. Chem., 1992, 3: 295-301.

[2] TIAN J, CHEN H, ZHUO L, et al. A highly selective, cell-permeable fluorescentnanoprobe for ratiometric detection and imaging of peroxynitrite in living cells [J].Chem. Eur. J., 2011, 17: 6626-6634.

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[4] LI K, PAN J,. FENG S S, Generic strategy of preparing fluorescentconjugated-polymer-loaded poly(dl-lactide-co-glycolide) nanoparticles fortargeted cell imaging [J]. Adv. Funct. Mater., 2009, 19: 3535-3542.

[5] OW H, LARSON D R, SRIVASTAVA M, et al. Generic strategy of preparingfluorescent conjugated-polymer-loaded poly(dl-lactide-co-glycolide)nanoparticles for targeted cell imaging [J]. Nano Lett., 2005, 5: 113-117

[6] LI Z F, RUCKENSTEIN E. Water-soluble poly(acrylic acid) grafted luminescentsilicon nanoparticles and their use as fluorescent biologicalstaining labels [J].Nano Lett., 2004, 4: 1463-1467.

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[8] XU J P, JI J, CHENW D, et al. Novel biomimetic polymersomes as polymertherapeutics for drug delivery [J]. J. control. release., 2005, 107: 502-512.

[9] KWONA G, NAITOB M, YOKOYAMAC M, et al. Block copolymer micelles fordrug delivery: loading and release of doxorubicin [J]. J. control. Res., 1997, 48:195-201.

[10] GAO Z, EISENBERG A. A model of micellization for block copolymers insolutions [J]. Macromolecules, 1993, 31: 7353-7360.

 

 

第一章 绪论

 

本章首先对课题的研究背景及意义做一阐述。随后纵览国内外在相关领域的研究现状。针对在该领域目前研究的空白及不足之处，进而提出本论文的研究内容以及主要的工作和贡献。最后以整篇论文的结构提要收尾。

 

1.1 研究背景及意义

近年来，随着车辆通信技术和汽车自动驾驶技术的研究不断取得进展，联网汽车和自动驾驶汽车成为了当今最受关注的前沿科技之一，未来的道路交通系统可能因此焕然一新。本节首先对联网汽车与自动驾驶汽车分别做一介绍；基于两者各自的优势与不足，紧接着提出联网自动驾驶汽车这一新概念。本论文的题目包含两大要素：联网自动车的基本驾驶模型以及优化的换道策略，本节最后将分别探讨其研究意义。

 

1.1.1 联网汽车简介

联网汽车（Connected Car）是汽车工业界近年来提出的新名词[1, 2]。借助无线通信技术，联网汽车能够接入车载自组网（VANET，Vehicular Ad-hocNetwork）和英特网（Internet），并可与车内外的设备共享网络连接。自从联网汽车的概念出现，国内外众多汽车厂商相继研发了各自的相关产品，比如：福特联合微软所推出的福特 SYNC 系统[3]、宝马的 ConnectedDrive 技术[4]、梅赛德斯 -奔驰的第二代 mbrace 系统[5]、金龙 G-BOS 智慧运营系统[6]、荣威的InkaNet 系统[7]等。由此可见，联网汽车已被各大汽车厂商视为汽车发展的一大趋势。究其原因，联网汽车的优势主要可以归结为以下三点：  资源优化利用，提高行车效率  事故提前预警，加强行车安全  提供网络接入，乘客驾驶者享受不间断网络服务下文对这些特点进行详细介绍。

 

1.1.1.1 提高行车效率

联网汽车有多种方法来提高行车效率，如交通流效率、道路利用率、以及燃油利用率。首先，联网汽车能够确定更好的行车线路以及以何种方式通过该线路。一般来说，行车线路由导航系统确定，而传统的导航系统基于静态的道路数据来计算行车线路，因此实际情况往往较此有很大区别。联网汽车一方面得益于网络，可以通过某种形式的全局调度直接获得最优的行车线路；另一方面也可获得实时的交通信息，并将数据交由导航系统来计算更优线路。根据研究，驾驶者凭借经验所选择的路线往往并非最优；而若有实时交通信息的支持，所选择的线路将得以大大改善[8]。除了获得道路上汽车状态的信息之外，联网汽车还能获得道路设施的状态信息。“绿波带”（Green Light Wave）[9]便是基于信号灯的实时状态，来指导汽车以特定速度行驶，从而能够在到达交叉路口时总是遇上绿灯。行驶于“绿波带”中的汽车，不仅可以大大减少行车时间，还因避免重复的“制动 -加速”（Stop-and-go）动作，节省燃油消耗，减少废气排放。此外，上述线路规划仅针对汽车个体，联网汽车还能形成一个自治系统进行协同驾驶，以提高整体行车效率。例如，联网汽车可以组成“车队”（Platooning）提高道路利用率。汽车组队行进，是指首尾相接的一列车组，借助网络通信，实现同时起步或制动。不同于普通汽车依次起步的方式，组队行进的汽车间距显著减小，相同长度的道路上可容纳的车辆数目倍增。因此，组队行进是一种提高道路利用率的有效方法。随着道路利用率的提高（并且通行速度不降低），交通拥堵将得以缓解。此外，较小的汽车间距有利于降低行驶时的风阻，从而组队行进还能提升燃油经济性[10]。加州伯克利大学的高级交通技术伙伴项目（Partners for Advanced Transportation TecHnology，缩写 PATH）所研究的自动化高速公路系统（Automated Highway System，缩写AHS）便是受此启发[11]。除此以外，协同驾驶还包括协同并道[12]、协同交叉通过路口[13]等，这些应用也都旨在提升交通流效率（以及安全性）。卡耐基梅隆大学的研究表明，车间通信（IVC）可以为道路通行率带来60% 的提高[14]。在一些情况下，即使只有部分车辆配备该系统，也能同时对所有车辆有益。

 

第二章 相关理论技术

 

本论文使用元胞自动机来对联网自动驾驶汽车建模。因此，本章先对基本的 NaSch 模型[43]及两车道 NaSch 模型[52, 53]做一介绍。

 

2.1 基本 NaSch 模型

基本的 NaSch 元胞自动机模型是一个时间和空间都离散的随机交通流模拟模型。单车道的 NaSch 模型定义在一个长度为 L 的一维数组之上。数组即可以是普通数组，也可以是循环数组，前者对应有起点有终点的道路，后者则模拟了循环道路。数组的每个空格称为元胞（Cell），它至多被一辆车占据，或者为空。每辆车的速度取值范围是0到vmax间的所有整数，vmax是最高车速。系统每次更新（Iteration）代表时间前进一个单位，每次更新都包括四个步骤，这四步在所有车辆范围内并行进行。1. 加速：如果一辆车的当前速度 v 小于其最高车速 vmax，并且该车与前车之间的元胞数大于数值v+1时，该车的速度增加一个单位，即v → v+1。2. 减速（因其他车辆）：假设一辆车正处于位置 i，它发现前方的车子处于位置i + j，此处，j ≤ v。则该车的速度减少至 j   1（因为 j 大于零，所以j   1 必大于等于零，保证速度非负），即 v → j   1。3. 随机减速：对于每一辆车，其速度如果大于零，则有 p 的概率速度减少一个单位，p的取值范围为零到一，即v → v   1。4. 车辆前进：每辆车向前移动 v 个元胞。基于整数数值随机细胞自动机的这四条规则，最基本的单车道交通流的特性即可被模拟出来。即便这个模型非常简单，但也已经能够展现出交通流复杂随机的特性。步骤三对模型现实世界的交通流是不可或缺的。这一步反映了驾驶员的操控或者外部环境给车速带来的非确定性的影响。若缺少这一步，模拟过程则完全排除随机性，整个模拟的结果都会是完全确定的。那么无论给定何种初始配置，即所有车辆的位置及其初始车速，整个交通流将很快达到稳定，并且所形成的一种向后移的样式。基于 NaSch 模型，我们可以对单车道的交通流进行模拟。模拟可以分为两类：闭合循环道路和开放的单向道路。我们主要介绍前者。在闭合循环道路的模拟中，先随机地在元胞组上放入初速为零的N车辆，并且当经过长时间的模拟之后，开始搜集数据。图2–1展示了一个样例输出（参数选择：N/L = 0.1，vmax= 5。其中，N是车辆总数，L是元胞行的长度）。水平方向从左到右是汽车行驶方向，垂直方向从上到下是时间流逝的方向，每个点代表一个空的元胞，每个数字代表一辆以该速度行驶的车辆。从图中可见，形成拥堵，并且堵塞的位置呈向后移动状态，这与在现实高速公路上观察到的现象相符合[67]。

 

第三章 驾驶模型………19

3.1 前提假设 ………19

3.2 人工驾驶模型 ………19

3.2.1 横向换道动作 ………20

3.2.2 纵向前进动作……… 21

3.3 联网自动汽车驾驶模型 ……… 22

3.3.1 跟车行为 ……… 22

3.3.2 协同换道………23

3.3.3 换道策略 ………25

3.4 完整模型 ……… 26

第四章 联网自动车的换道策略……… 29

4.1 基本换道策略………29

4.2 礼貌换道策略……… 29

4.2.1 后车受换道影响的程度………30

4.2.2 换道概率公式………31

4.3 礼貌换道与基本换道策略的关系………32

第五章 模型验证及算法评估……… 33

5.1 交通流评估体系……… 33

5.2 仿真平台与参数配置………35

5.3 基本参数的选定与仿真计划………37

5.4 仿真结果分析………39

 

结论

 

本文着眼于未来的城市道路交通系统，结合当今处于研究之中的联网车与自动驾驶汽车技术，提出联网自动驾驶汽车的概念。联网自动驾驶汽车将拥有自动驾驶汽车的精确控制性及安全预防措施、联网车的相互通信能力来共享交通信息、以及协同驾驶技术。在这样的假设下，我们想了解联网自动车的引入将会对交通流可能产生的影响，并利用其特性来设计换道策略，以求改善交通流的效率及安全。为此，我们基于 NaSch 元胞自动机驾驶模型提出联网驾驶模型来刻画联网自动车的特性，并据此搭建联网自动车与人工驾驶汽车混合交通流的仿真平台，来模拟简单高速公路的驾驶场景。在模型之上，我们提出可调节的礼貌换道策略（PCL），通过对礼貌度系数的配置，可使联网自动车在激进与礼貌的换道风格中选择。从详尽的模拟中，我们将礼貌换道策略与基本换道策略（永不换道 NCL 与激进换道 ACL）进行比较，并基于一套交通流效率和安全的评估体系，评估其对于交通流效率与安全的影响。实验结果表明，礼貌换道策略能够很好地改善整体交通流的效率及安全。另外，联网自动车的协同换道对提升交通流效率也起到一定的作用。现阶段，本课题对由人工驾驶汽车和联网自动车组成的混合交通流进行基础研究，因此，之后还要许多研究工作可以开展。首先，在礼貌换道策略中，联网自动车只利用后方交通流的信息来作出优化全局交通的决策，将来可以对一些考虑前后交通流的策略（Look-Ahead）进行研究，例如，礼貌换道策略可以评估前后交通流的状态，若属于极拥挤状态，则切换至永不换道（NCL）策略，这样有希望可以逼近 NCL 在高交通流密度下的效率。此外，我们可以将有限的制动能力引入模型，这样模型将能够支持交通事故的模拟，从而可以进一步对联网自动车对避免追尾事故的能力进行研究。最后，可以通过模拟通信延迟来增加模型的真实性，并评估它对依赖通信的联网自动车的影响，以及对交通流的影响。

 

参考文献

[1] SD. String stability of interconnected www.51lunwen.org/gaosugonglu/ systems: An application to pla-tooning in automated highway systems[J]. 1997

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第一章绪论

 

1.1项目背景

交通运输是社会和经济发展的基础，但是近年来，随着经济的发展，人民生活水平的提高，我国的私家车拥有量正以惊人的速度增长，然而交通建设却由于受到诸多因素的影响，远远滞后于经济发展和车辆增长的速度，交通拥堵状况日益严重[郭继孚等，2011]。如今，交通拥堵造成的出行时间浪费与空气污染，不仅已经成为制约经济发展的关键因素，还严重影响了城市居民的生活环境。为了解决交通问题，越来越多的学者从不同的角度投入到了研究工作中。目前，许多城市加大了道路设施的建设力度，然而对于解决交通拥堵问题却收效甚微，从中可以看出单纯的交通硬件设施建设并不能真正的解决交通问题。我们还需要通过分析交通拥堵的特征，从交通软件角度提供科学的、带有前瞻性的交通改善功能[闫庆军等，2011]。在上世纪90年代，一个交通运输领域的专家小组认识到，计算机与通信技术的发展将会直接影响到交通运输，智能交通系统（Intelligent Transportation System,简称ITS)应运而生[皮晓亮，2008]。ITS是一个整合了计算机、通信、传感、地理信息等技术，用于优化和管理整个交通运输体系的综合系统。公路交通出行信息系统是ITS系统中，与城市居民密切相关的子系统，其主要功能是城市路况的实时监测和分析、车辆出行的路径优化两个部分。如果城市居民能够及时的得到城市路况的第一手资料，就可以带有预见性的提早规划或修改出行路线，再通过公路交通出行信息系统计算出的最优化路线，可以大大提高居民出行时路线选择的决策能力，从而减轻拥堵路段的负担，平衡各个路段间的负载，最终达到缓解交通拥堵的作用[王炜，1998]。

采集交通数据是公路交通出行信息系统的第一步。一个城市的出租车每天都作业于大大小小的公路上，对于城市道路的行驶覆盖率很高。此外，安装车载GPS目前在我国的出租车行业得到了一定的普及，利用出租车车载GPS记录并上传的实时行车记录，在一定程度上可以满足城市交通数据的采集[孙晋麟，2006]. 针对以上现状，本文设计并开发了一个基于大量出租车GPS数据（包括实时GPS数据与历史GPS数据）的公路交通出行信息系统myTraffic。该项目依托于SAP的内存计算技术，整合了地理位置信息与交通记录信息，旨在为城市居民提供最优路径的决策支持，帮助缓解城市的交通拥堵现状。由于传统的路径优化服务都是基于静态的距离最短路径算法，未考虑实时的交通状况，所以得出的最优路径在真实的路况下未必能满足用户需求[石小法等，2000]0 myTraffic项目利用实时的交通数据模拟了城市动态的交通状况，在此基础上得到的最优路径应该更具有实用价值。

 

1.2公路交通出行信息系统的发展概况

公路交通出行信息系统在发达国家起步较早，其中日本最为发达，其次美国和欧洲国家也相对成熟。我国的公路交通出行信息系统发展幵始于20世纪70年代，起步较晚。20世纪80年代初，“津塘疏港公路交通工程研究”项目的提出，代表我国将计算机、通信和电子等技术结合，并运用于公路运输的管理的开端。在该项目开始后的十年间，我国在公路交通出行信息系统方面开展了一系列的科研工作，其中多项成果被成功实施，例如高速公路的收费系统、城市的交通管理等[严寒冰等,2000] 0目前国内在公路交通出行信息方面也有了更大程度的发展。许多城市都在公路上搭设了交通信息采集的设备，如线圈、摄像头、雷达等。同时还建立了用于公布公路交通信息的网站与电台，对于公众出行提供了很大程度的帮助。目前国内许多大城市也在加快交通信息系统的建设，例如北京、上海和南京等[史其信等，2003]。北京的交通信息系统发展相对较快，已经实现了交通的实时监测、信息的实时处理和信息的实时发布等主要功能。在北京的主要道路上都安装有高清摄像头和检测线圈，用于记录车辆路径与统计交通流量。通过摄像头和线圈不仅可以采集到实时的路况，还可以自动检测交通异常并报警通知。实时数据被采集后，通过中央计算机的计算，可以建立全市的实时交通数据模型。在交通数据模型的基础上，可以进一步的计算得出各种决策意见，例如信号灯的时间调节和拥堵路段的分流指引等。交通管理部门还建立了交通信息的发布平台，通过网站和电台等手段向公众提供实时的交通状况和引导服务。

 

第二章技术综述

 

2.1引言

本章对myTraffic项目涉及到的主要技术进行综述，分析各自的特点与优劣，最终为myTraffic项目确定技术选型。本章下面的结构安排如下：第二节综述了路段行驶时间的检查方法，其中包括国内外传统的检测手段与基于GPS技术的现代检测手段；第三节从项目计划、地图数据和幵发等方面综述了 Open Street Map地图协议项目；第四节综述了目前最流行的大数据内存计算平台SAP HANA；第五节对本章工作进行了扼要的总结。

 

2.2路段行驶时间检测

近几年，国内外对于交通信息检测与收集的问题进行了广泛的探索与研究，其中比较关键的一个课题是路段上车辆行驶时间的检测。本节先分析国内外传统的检测方法的利弊，再介绍和分析一种新的基于GPS技术的检测方法。

 

2.2.1传统路段行驶时间检测

传统的路段行驶时间检测方法一般分为固定检测和移动检测两种。固定检测指的是在城市布置固定检测设备，包括线圈、雷达和微波检测器等。由于其精确性，迄今为止仍然是国外道路交通信息采集的主要方法。但是，这类检测方法过于依赖路段上检测设备的构建质量，此外其检测结果很容易受到环境的影响，而且固定检测设备的成本与维护费用较高，不利于推广[严寒冰等,2000]。目前国内在路段行驶时间检测技术方面采用较多的是浮动车法。浮动车法指的是由测量人员驾驶车辆实地测量路段的行驶时间。测量人员至少包括一名驾驶员和一名测量员，驾驶员驾驶车辆经过指定的路段起点和终点，同时测量员手持秒表记录车辆在指定路段的起点和终点间的行驶时间。但是这种方法需要大量的重复测量才能计算出较准确的行驶时间，而且这种测量方式需要测量员手工记录，误差较大，成本较高[张静等，2003]。

 

第三章系统分析与设计.......... 17

3.1引言........ 17

3.2项目总体规划 ........17

3.3系统需求分析........ 17

3.3.1系统目标........ 18

3.3.2功能性需求 ........18

3.3.3非功能性需求........ 21

3.4系统总体设计与模块设计........ 22 

3.5本章小结........ 42

第四章系统实现........ 43

4.1引言........ 43

4.2系统物理架构的实现........ 43

4.3用户管理模块的实现........ 45

4.3.1 用户注册模块实现........ 46

4.3.2 请求权限认证模块实现 ........47

4.4地图数据导入模块的实现........ 48

4.5实时数据流接入模块与处理模块的实现........ 50

4.6路径优化与路况分析模块的实现........ 55 

4.7本章小结........ 63

第五章总结与展望........ 64

5.1本文工作总结........ 64

5.2进一步工作展望........ 64

 

结论

 

本文通过对现有公路交通出行信息系统进行了较为深入的调查和研究，结合目前软件、硬件技术的发展，分析了未来公路交通出行信息系统的发展趋势，最终设计并实现了本文中介绍的系统。考虑到我国的交通现状，针对目前交通数据采集困难的问题，本文提出了使用车载GPS设备作为传感采集设备，取代传统铺设道路硬件采集设备的解决方案。该方案包括在每个城市设计并实现一个出租车实时GPS数据接收服务中心，持续接收每辆出租车按照规定频率上传的实时行车记录，并将这些记录统一的存储。本方案不仅节约了铺设线圈与摄像头的成本，还提高了数据采集密度，增加了数据的实时性与准确性。

针对大量交通数据的存储与计算问题，本文提出了使用SAP HANA内存计算平台作为系统的数据存储层的解决方案。该方案包括将所有出租车历史行车记录采用列式表的方式存储，使用SqlScript语言实现一套大数据相关的算法，以存储过程的形式存储在SAP HANA中。本方案取得了存储数据压缩率高，数据计算速度快的效果，解决了大数据的实时计算难题。针对交通出行信息发布问题，本文提出了使用网页进行交互式信息发布的方案。本方案包括采用JAVA EE的体系架构，采用开源地图Open Street Map作为地图数据来源和Web地图服务，使用Open Layers地图可视化包进行网页开发，利用网页的Cookie技术实现用户的权限管理。该方案增加了系统的可用性，不仅增加了发布信息的直观性，还能够提高用户的使用兴趣。

 

参考文献

1[史其信等，2003] 史其信，郑为中，智能交通系统共用信息平台构架及解决方案初步分析，交通运输工程与信息学报,2003，1 (1):41-55。

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8[张静等，2003] 张静，蔡伯根，吴建平，移动检测技术的研究，北京交通大学学报，2003，27 (3):80-83

9.[王讳，1998] 王讳，徐吉谦，杨涛，李旭宏，城市交通规划理论及其应用，南京：东南大学出版社，1998。

10[刘云翔,2002] 刘云翔，最短路径分析及GIS/GPS集成技术研究,长沙：国防科学技术大学，2002。

 

 

第 1 章 绪论

 

1.1 研究的背景和意义

1.1.1 研究的背景

高速公路的发展是现代经济发展的必然产物，同样代表着一个国家的经济发展速度和经济发展的高度。中国最早兴建的高速公路是在台湾省，1970年开始兴建的北起基隆南至高雄的南北高速公路，历时9年，于1978年10月竣工，全长373公里。截止到2011年底我国高速公路总里程达8.5万公里，位居世界第二。在这样一个飞速发展的背后，另一个问题被放大，那就是高速公路的交通事故。高度公路有它的特殊性，首先高速就具备致命性的伤害，其次是全封闭路段，一旦出现车祸，造成瞬间道路大规模的堵塞，影响救援、救护和道路的畅通，造成不必要的残疾和伤亡。高速公路是经济社会快速发展的必然产物。 自有人类以来，生产和生活始终与空间、时间、距离、位移及交通的运输方式和途径，紧密相伴。人类活动尤其是经济活动必然要求把人或物从一地移到他地的运动，某种形式的位移就成为人们日常活动的基本组成部分。从某种意义说，人类文明史也是人类不断利用各种运输工具、手段、方式来减少或拜托空间和距离的束缚、实现位移以扩大自身活动范围的过程。交通运输不仅作为一种物质生产部门对国家或地区经济发展做出直接贡献，刺激社会流通领域的发展，而且常常通过改变地区的区位优势，影响资源的有效、合理配置，促进生产力水平的提高和相关产业的发展，导致空间经济格局变化等来积极有效地影响区域发展[1]。交通运输的出现，极大地促进了生产力的发展和人类活动空间的扩大。高速公路的出现更大的实现了位移的优势，缩短了距离，节约了时间，充分实现生活和发展的优越化。

1983年日本在对一些行业的测量元件、自动装置、数控设备、集成电路和电子计算机等五个行业461个厂家的调查，由于高速公路的建成，成品运输94%是靠汽车，其零件和原材料92%是汽车运输，这也是高速公在世界上飞速发展的原因。“要想富，先修路。”成为中国改革开放的流行语，在此号召下中国的交通发生了日新月异的变化，构建了海陆空立体交通网络，可谓“条条大路通罗马”，真正实现了修路致富。道路激活了经济，同样连通着情感，高速公路更是发挥了巨大地作用，沟通了南北东西，从货物到人员出行大大的提高了位移的效率，，北方人一年四季都可以吃到南方的新鲜食物，同样南方人也可以买到北方的新鲜食物。随着国民经济的飞速发展和社会的进步，高速公路成为了交通运输的必然产物。高速公路的兴起大大缩短了城际之间的距离，为社会经济和人们出行提供了一条高效便捷的服务。高速公路事故死亡数据曾上升趋势。从2012年初到现在我国已发生11起一次死亡10人以上的重大道路交通事故，死亡166人，事故数量和死亡人数已经超过了矿难，位列安全事故首位。为此国务院安委会召开电视电话会议，下一步包括公安部、交通运输部、国家安全生产监督管理总局等多部门将出手整治这一状况。记者在国家安全生产监督管理总局网站上查阅了今年发生的11起重大道路交通事故，其中死亡人数最多的是上个月发生在安徽省宿州市萧县境内311国道上的一客车和货车相撞事故致24人死。公安部副部长黄明介绍，近几年高速公路事故呈上升趋势，去年全国发生的3起一次死亡30人以上的大事故，全在高速公路上，今年以来高速公路已经发生了3起一次死亡10人以上的事故，同比增长两起。发生在高速公路上的事故明显增加[2]。2012年5月5日16时，昆石高速公路发生两起特大交通事故，共造成12人遇难，19人受伤。重型运载蔬菜货车失控撞上前方缓慢行驶的多辆车，造成一辆微型面包车7人遇难，另外两辆车各一人遇难，共造成9人遇难，17人受伤的惨剧。另一起为微型车驾驶过程中发生侧翻与一辆运载西瓜的重型货车相撞，造成3人死亡，2人受伤的特大交通事故。2012年6月20日凌晨2时，沈海高速发生大巴翻车事故，造成17人遇难。事故发生在沈海高速A道1908处，突然发生翻车事故造成惨剧，17人遇难，28人受伤，其中5人重伤。2012年6月29日4时30分，广东省黄浦区发生一起高速公路交通事故造成20人遇难。在开发大道与广园快速交汇处发生货车追尾与油罐车相撞，造成严重漏油发生燃爆，波及周围的建筑和居民，造成20人遇难，31人受伤。2012年8月26日凌晨，陕西延安发生“8.26”特大交通事故，造成36人死亡。包茂高速公路陕西省延安市境内发生一起由一辆装有甲醛的罐装车与双层卧铺客车追尾，致使大客车起火燃烧，伤亡惨痛。经调查，事故原因是司机疲劳驾驶所致。

 

第 2 章 高速公路交通事故与应急抢险救护设备基本情况

 

2.1 高速公路的基本状况

2.1.1 产生背景与基本定义

德国于 1919 年就修建了世界上最早设有上、下行车道、中间设有分隔带的公路，是较早的修建高速公路的雏形。意大利、西班牙、英国、美国也是较早修建成高速公路的国家。西方发达国家的高速公路已形成网络，并向国际化发展。于此同此不少发展中国家也修建了高速公诉公路。我国最早修建高速公路的是台湾省。1970 年兴建，1978年 10 月竣工，历时九年建成的北起高雄、南至基隆全长 373 公里的第一条高速公路。大陆兴建高速公路比较晚，但起点高、发展快，1988 年内地第一条高速公路沪嘉高速公路（18.5 千米）建成通车。1997 年版《辞海》对高速公路的解释为：“高速公路是指供汽车高速行驶的公路。一般它能适应每小时 120 公里或更高速度，要求路线顺滑，纵坡度小，路面有用 4-6 车道的宽度，中间设分隔离带，采用沥青混凝土或水泥混凝土高效路面，在必要出设坚韧的路栏；为了保证行车安全，应有必要的标志、信号及照明设备；禁止行人和非机动车在路上行驶，与铁路和其它公路相交时采用立体交叉，行人跨越则用跨线桥或地道通过[8]。高速公路是汽车运输发展的必然产物，它与普通公路有某些质的区别，是技术标准提高后的公路，通常认为:它是单向行驶且中央设置有一定宽度的分隔带，两侧各配备两条或两条以上的车道，为汽车运输提供高速、连续、安全、舒适地运行，并全部设置立体交叉和控制出入的公路[9]。高速公路已经成为我国公路交通的主动脉。我国高速公路从无到有达 7.4 万公里，居世界第 2 位[10]。按照我国高速公路网发展规划，到 2020 年通车总里程将达到 10 万公里，国家高速公路网落基本形成。

 

第 3 章 护栏应急救护系统的概念阐述 .......19

3.1 护栏应急救护系统的概念 .........19

3.2 护栏应急救护系统的可行性 .....23

3.3 同类应急救护系统研究 ......25

3.3.1 提出概念 ....25

3.3.2 研究程度 ....25

3.3.3 不足和缺陷 .......25

3.4 护栏应急救护系统的轨道建设 ........25

3.5 轨道系统运行管理 .......27

第 4 章 应急轨道救护车设计研究 ........29

4.1 事故现场状况分析 .......29

4.2 应急轨道救护车设计 ...29

4.2.1 应急轨道救护车造型设计 ....29

4.2.2 应急轨道救护车色彩应用 ....32

4.2.3 可持续材料的应用 .........34

4.3 应急轨道救护车内部生命维持系统设计 ......35

4.4 应急车的动力来源 .......35

4.5 使用环境中的人机因素 ......35

第 5 章 应急手术车设计研究...38

5.1 应急手术车设计 ....38

5.2 应急手术车色彩应用 ...40

5.3 手术舱工作环境 ....41

 

结论

 

随着国民经济的飞速发展，高速公路的建设方兴未艾，截止到2011年底我国的高速公路总里程达8.5公路，仅次于美国，位居世界第二，预计在2020年我国将建成高速公路网，总里程将达10万公里，这就意味着我们已经进入了一个高速的时代。高速为我们的出行缩短了位移的时间，为货运提供了更高效的服务，在这一些列优势的背后同样也存在一些问题，而且是亟待解决的问题，那就是高速公路事故预防与事故的救援与救护。高速公路顾名思义，提供高速的行驶环境，全封闭路况，单方向行驶。在这种路况下一旦发生交通事故后果非常严重，死亡率是普通公路的好几倍，甚至十几倍；高速是死亡的罪魁祸首，针对这种情况，首先要预防高速公路事故的发生，总结经验、严格考核、加强管理，提高公民安全意识；其次是加强高速公路救援体系的建设和完善。

高速公路救援体系是一个庞大的系统，国内外的研究成果很多，更多的是提高信息化技术为救护提供准确信息，提高救护效率。而在实际的事故中会发生更多复杂的现象，发生事故造成交通堵塞，应急车道逢堵必占，耽误了救护时间，造成不必要的死亡或残疾。本文作者结合本专业的优势，针对高速公路应急救护系统设计研究，提出了以服务区为基站的区间式新型轨道交通，为应急救护提供了新的保障；另外，为完善救护系统的设施建设，结合高速公路自身环境设计了高速公路手术车，可以为重伤者现场手术，保全生命。同时根据地形架设轨道，提供可行性论证，对车体和车型的设计以及材料选择、动力源等方面作了研究论证，为高速公路应急救护系统提供了有效的解决的方案。另外，考虑到资源的合理利用，也可以通过应急轨道救护车提供高效运输服务。对今后工作的展望和建议基于高速公路交通设施的应急救护系统设计研究是一全面、复杂的庞大体系，目前国内外都是空白，没有真实资料可以参考，在实际的研究和设计中存在着不足，但这是一个非常有发展的理论体系，需要多学科的支撑和应用，文中很多方面并没能提供具体的数据作支撑，对于投入的成本、管理、收益等都没有论述，今后将进一步完善应急救护系统设计研究，争取早日实现，造福人类。

 

参 考 文 献

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[2] 李乐山，工业设计思想基础[M].北京：中国建筑工业出版社，2007,11. 

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