申泽鸿

(湖南中大设计院有限公司,湖南 长沙 410075)

1 道路系统组成及交通事故影响因素

1.1 道路交通系统组成

道路交通系统由人、车、路三个因素组成,三者相互影响,相互制约。在车辆行驶过程中,驾驶员先通过路获取外界信息,经大脑判断形成动作指令后操作车辆,如此循环往复,完成整个行驶过程。

人是影响道路交通安全的关键因素。车辆是由人主导的,环境信息也是向人传递;车辆是人的载体,与人的操作行为密切相关;路是车辆的载体,需要为车辆安全行驶提供良好的条件,其线形指标及组合直接影响行车安全性。

1.2 道路交通安全影响因素

道路上交通事故发生的可能性一般是用百万车公里的事故率Uf表示,计算见公式(1)[2]

(1)

式中:L为道路长度,m;U为在t年内发生的事故数;AADT为年平均日交通量,pcu/d。

道路上交通事故影响因素众多,按人、车、路三个因素分类统计。人的因素包括生理因素、心理因素;车的因素包括行驶系统、制动系统、电气系统等;路的因素包括线形指标及组合、道路交叉、路面交通安全设施等。主要分析线形指标及组合对道路交通安全的影响。

2 平、纵线形指标对道路交通安全的影响

2.1 平面线形指标的影响

(1)直线

直线易于驾驶、视距大,是最常用的平面线形之一,但其长度不宜过长或过短。

长直线:驾驶员在长直线行驶时,注意力容易分散,视觉疲劳,会不自觉地用力踩踏油门,车辆容易超速。如果此时遇到突发情况,驾驶员难以及时反应,从而避让不及时造成车祸。同时,从我国交通事故统计数据来看,长直线路段也更容易出现重大交通事故。但是现行的《公路路线设计规范》(JTG D20-2017),并未对长直线做出具体的限制,设计人员可参考国外的相关指标,比如日本和德国规定直线最大长度≤20倍的设计速度;美国规定直线最大长度≤3 min的设计车速行程。

短直线:为了保证线形连续性,要控制两曲线间的直线最短长度,否则会让驾驶员在视觉上产生误解,容易做出错误的操作,导致交通安全事故的发生。《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)规定:道路设计速度≥60 km/h时,同向圆曲线间最小直线长度应≥设计速度的6倍,反向圆曲线间最小直线长度应≥设计速度的2倍。此外,对于地形复杂的山区道路,可根据实际情况适当放宽,但需进行安全性评价,并经专家论证可行后方可实施。

(2)圆曲线

道路无论转角大小,均应在转弯位置设置圆曲线。一般情况下,曲线半径越大,驾驶员能充分判断路况,并合理控制车速。反之,驾驶员在进入曲线后可能因速度过快冲出路面。统计了大量交通事故原因后,得到了圆曲线曲率(曲线半径的倒数)与交通事故率的关系,见图1[4]。

图1 不同曲率下道路交通事故率

由图1统计可知:随着曲率的增加,道路交通事故率越来越大,但是事故率增长趋势并不是呈线性的。曲率在0～1.9、2～3.9、4～5.9、6～9.9、10～14.9、>15区间内,道路交通事故率分别为1.6次/百万车公里、1.9次/百万车公里、2.2次/百万车公里、2.5次/百万车公里、8.5次/百万车公里、9.3次/百万车公里。当曲率<9.9,道路交通事故率增长整体较缓慢;当曲率>9.9,道路交通事故率迅速增加。因此,在设计道路线形时需控制最大曲率,即最小曲线半径。

由《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)可知,道路圆曲线最小半径与其设计速度密切相关。当设计速率为20 km/h、30 km/h、40 km/h、60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h时,圆曲线最小半径分别不小于30 m、65 m、100 m、200 m、400 m、700 m、1 000 m。

此外,圆曲线偏角也不宜过小,否则会使驾驶员产生道路前方是急转弯的错觉,从而做出错误操作。为了避免交通安全事故,道路平面线形设计时应避免小偏角,确保圆曲线角度>7°。

2.2 纵断面线形指标的影响

(1)纵坡坡度及坡长

纵断面坡度及坡长不仅会影响车辆的爬坡效能,进而影响行车安全。一般情况下,纵坡越大、坡长越长,其对行车安全影响越大。在连续上坡路段,车辆要减档来增加动力输出,性能较好的小客车速度衰减小,性能较差的载重货车速度衰减大,两者相互干扰,产生安全隐患;在连续下坡路段,车辆在自重作用下速度提高,并产生向下惯性力,容易造成刹车失灵等安全事故。此外,长大上、下坡容易导致驾驶员身心理紧张,增加了操作失误概率[5]。统计了道路纵坡与交通安全事故率的关系,见图2。

图2 不同纵坡下道路交通事故率

由图2统计结果可知:随着道路纵坡的增加,道路交通事故率也不断增加。道路纵坡为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%时,道路交通事故率分别为1.2次/百万车公里、1.4次/百万车公里、1.6次/百万车公里、1.8次/百万车公里、2.2次/百万车公里、5.5次/百万车公里、8.9次/百万车公里。当道路纵坡≤5%,道路交通事故率随纵坡呈线性正相关。道路纵坡每增加1%,交通事故率增加0.2次/百万车公里;当道路纵坡>5%,道路交通事故率迅速增加。因此,假设道路在纵断面设计时,尽量控制纵坡在5%以内。

(2)竖曲线半径

竖曲线包括凸形竖曲线和凹形竖曲线,主要是用在坡度变化位置,起到线形过渡作用,并用以缓和车辆因动能变化带来的冲击。

两辆相向行驶的车辆通过凸形竖曲线时,驾驶员的视野取决于凸形竖曲线半径。如果半径太小,驾驶员视野将受到限制,出现“视野盲区”。当双方车速过快,到达凸曲线顶点时驾驶员来不及做出操作反应,容易导致车辆撞击;再比如车辆通过凹形竖曲线时,驾驶员视线贴近地面,可能注意不到对向来车,也会造成两车相撞。为了确保线形平顺过渡和行车安全,建议竖曲线最小半径(一般值)取值参考表1。

表1 道路竖曲线最小半径

3 道路线形组合安全性评价

车辆在道路行驶过程中,一方面要考虑平面上的转弯操作,另一方面要考虑纵断面上的上、下坡操作。因此,在单独考虑平面线形与纵断面线形对交通安全的影响之后,还基于汽车动力学性能对平、纵组合的安全性进行检验,以保证道路线形的连续性和均衡性,尽可能地消除道路线形对交通安全的影响。

3.1 工程概况

以某山区道路为研究对象,基于邻路段运行速度变化率、运行速度与设计速度差值来评价线形平纵组合的安全性。该公路建设标准为二级公路,该道路路线全长5.6 km,设计车速40 km/h,平曲线最大超高5%、最小半径80 m、最大半径2 500 m、最小长度100.6 m;纵断面变坡点12个、最大纵坡4.9%、最小纵坡0.36%。

3.2 安全性评价指标

(1)线形协调性评价

公路的平纵指标选择都是基于设计速度,但是在道路运营期间,车辆运行速度可能大于或小于设计速度。当运行速度与设计速度相差过大,设计指标难以对车辆行驶提供足够的安全保障。结合《公路项目安全性评价规范》(JTG B05—2015),可用同一路段运行速度V85和设计速度V设计的差值ΔV来评价路线协调性。ΔV≥20 km/h线形协调性不良;ΔV<20 km/h线形协调性好。

(2)线形连续性评价

传统线形连续性评价方法是利用相邻路段的运行速度差值,忽略了比较点间的长度。这样即使相邻路段运行速度差值一样,对行车安全性的影响也可能有很大差异[6]。鉴于此,提出用相邻路段运行速度变化率C来评价线形连续性,C<0.1线形连续性优良,0.1≤C<0.2线形连续性一般,C>0.2线形连续性差。C值计算见公式(2)

(2)

式中:V1、V2为前点和后点运行速度,km/h;S1、S2为前点和后点里程,m。

3.3 评价路段划分

根据圆曲线半径和纵坡坡度将该公路划分平直路段、平曲线路段、纵坡路段、弯坡组合路段等,具体划分原则为:平直路段圆曲线半径>600 m,纵坡<3%;平曲线路段圆曲线半径≤600 m,纵坡<3%;纵坡路段圆曲线半径>600 m,纵坡≥3%;弯坡组合路段圆曲线半径≤600 m,纵坡≥3%。依据以上原则,该公路共划分出16个评价单元,分别命名为1#～16#路段。

3.4 安全性评价结果分析

不同评价单元的ΔV计算结果见图3。

图3 ΔV计算结果

由图3可知:所有评价路段的ΔV均小于20 km/h,表明线形协调性好。15#路段ΔV最小,仅为1.1 km/h;3#、7#、8#、9#路段的ΔV大于10 km/h,在条件允许时,可适当优化其平纵线形指标,使其设计速度和运行速度差值小于10 km/h。

不同评价单元的C值计算结果见图4。

图4 C值计算结果

由图4可知:C<0.1的评价单元有11段,占比68.7%;0.1≤C<0.2的评价单元有4段,占比25%;C>0.2的评价单元有1段,占比6.3%。12#路段的线形连续性差,应优化该段线形指标。

4 结 语

主要分析了道路平面线形指标、纵断面线形指标对交通安全事故的影响,并依托某山区公路,分析了其平、纵线形组合的安全性,得到以下几个方面的结论:(1)道路交通安全受人、车、路等因素影响,可用百万车公里的事故率表示其严重程度。(2)随着道路曲率和纵坡的增加,其交通安全事故率也不断增加,建议路线设计时控制好最小圆曲线半径和最大纵坡。(3)为了保证行车安全,直线长度不宜过长或过短,竖曲线半径不宜过小。(4)可利用同一路段运行速度和设计速度的差值、相邻路段运行速度变化率来评价道路线形平、纵组合的安全性。