龔華鳳， 周約珥， 趙聰霄， 肖潔， 劉慶

(林同棪國際工程咨詢(中國)有限公司， 重慶 401121)

中國高速公路規(guī)模急劇增長，截至2018年末，高速公路里程已達14.25萬km。與此同時，高速公路交通事故數(shù)量巨大，致死率偏高，惡性事故多發(fā)。其產(chǎn)生原因，除駕駛者導(dǎo)致的錯誤、車輛故障及天氣原因等不可抗力因素外，很多是由設(shè)計人員的失誤所致，如平縱線形指標(biāo)、平縱組合、標(biāo)志標(biāo)線及路側(cè)設(shè)施等設(shè)計不合理。不良設(shè)計往往很難從圖紙上或日常觀察中顯現(xiàn)，卻能對特定條件下駕駛員造成影響。如果設(shè)計之初便意識到整個系統(tǒng)應(yīng)從設(shè)計上包容人類的錯誤，并在設(shè)計時使高速公路修得更“寬容”一點，按人性化設(shè)計理念對高速公路進行規(guī)劃和設(shè)計，滿足人的需求，使高速公路為駕駛員提供一個安全的行車環(huán)境，那么交通事故發(fā)生概率和嚴(yán)重程度將大大降低。該文基于寬容性理念，對設(shè)計速度、路側(cè)凈區(qū)及防撞護欄等高速公路路側(cè)設(shè)計提出符合中國實際情況的建議。

1 寬容性設(shè)計的定義

寬容性設(shè)計是一種以人為本的設(shè)計理念。設(shè)計人員在設(shè)計之初就充分考慮道路及其附屬設(shè)施的設(shè)計要能有效避免交通事故的發(fā)生，并在事故中保證車內(nèi)人員的人身安全，降低因駕駛員犯錯而造成重大損失的概率。寬容性設(shè)計起源于美國，于20世紀(jì)70年代開始逐漸作為高速公路設(shè)計的一部分。其經(jīng)歷的理論萌芽、技術(shù)整合、理念成型、技術(shù)革新幾乎與美國高速公路交通安全的發(fā)展同步。在該理念的支撐下，雖然美國汽車保有量隨經(jīng)濟平穩(wěn)增長，道路交通安全卻呈驚人的下降趨勢(見圖1)。

圖1 歷年美國交通事故致死率與事故率

2 高速公路寬容性設(shè)計現(xiàn)狀

2.1 國外寬容性設(shè)計

國外對高速公路寬容性設(shè)計的研究和實踐主要從兩方面開展：一是運行速度代替設(shè)計速度優(yōu)化高速公路設(shè)計；二是對高速公路路側(cè)安全的研究和優(yōu)化設(shè)計。

美國國家公路與運輸協(xié)會(AASHTO)在《路側(cè)設(shè)計指南》中首次提出路側(cè)凈區(qū)(clear zone)的概念，認(rèn)為路側(cè)凈區(qū)的寬度取決于設(shè)計速度、日交通量、道路曲率和邊坡坡度，對于交通事故高發(fā)區(qū)域，應(yīng)基于建議值適當(dāng)拓寬。但歐洲多個國家認(rèn)為美國AASHTO要求的高速公路9 m路側(cè)凈區(qū)太過寬泛，會造成浪費。相關(guān)歐洲設(shè)計規(guī)范規(guī)定應(yīng)根據(jù)不同高速公路類型、交通量及平面線形確定凈區(qū)寬度，并將路側(cè)凈區(qū)作為標(biāo)準(zhǔn)納入規(guī)范強制執(zhí)行。

傳統(tǒng)的速度設(shè)計是以公路線形、車輛動力性能及地形條件為基礎(chǔ)確定某一路段的行駛速度，是一固定值，不能客觀地體現(xiàn)實際行駛速度。文獻[6]指出平均自由流速度和車輛之間的速度差是決定限速的重要安全指標(biāo)。文獻[7]認(rèn)為應(yīng)使用運行速度來評價線形的一致性，優(yōu)良的道路線形應(yīng)具備以下條件：小客車在整個路段上的平均運行速度變化不大于16 km/h；設(shè)計速度在相鄰路段的變化值不大于16 km/h；普通路段小客車和大貨車的平均速度差不大于16 km/h。文獻[8]提出高速路彎道處的設(shè)計速度和標(biāo)志設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際運行速度確定。文獻[9]提出公路的寬容性設(shè)計對護欄端部、減速振動帶、路側(cè)外結(jié)構(gòu)物及路肩寬度的考量應(yīng)有別于一般道路。

2.2 國內(nèi)寬容性設(shè)計

中國高速公路建設(shè)起步比國外發(fā)達國家晚很多，隨著國內(nèi)高速公路建設(shè)進入突飛猛進的階段，逐漸顯現(xiàn)出越來越多的矛盾和問題，尤其是交通安全形勢日益嚴(yán)峻。新形勢下高速公路設(shè)計不僅要解決“到”和“達”的問題，更要滿足出行過程中的安全性和舒適性。

文獻[10] 概述了國內(nèi)高速公路的寬容性設(shè)計理念，提出在條件滿足的情況下，可在高速公路上設(shè)置緩邊坡、取消路側(cè)護欄。文獻[11]研究了寬容性設(shè)計思路在高速公路線形設(shè)計及互通立交設(shè)計中的應(yīng)用，提出將線形設(shè)計、路側(cè)設(shè)計和交通安全設(shè)計三方面內(nèi)容作為寬容性設(shè)計的控制因素。文獻[12]提出了高速公路長陡下坡路段寬容性設(shè)計理念的應(yīng)用方法，并研究了如何通過對避險車道進行優(yōu)化設(shè)計來提高高速公路運行的安全性。

重慶市就高速公路工程提出 “生命保障工程” 和 “數(shù)字化工程” 建設(shè)方案，并采用護欄、減速帶、凸面鏡、防撞墩、防撞墻、警示樁和標(biāo)志標(biāo)牌等安全防護措施綜合治理危險路段，將人性化和安全性設(shè)計理念融入高速公路建設(shè)中。北京110國道改造項目基于寬容性設(shè)計理念，探索并實施了以交通安全、舒適為核心的高速公路設(shè)計新方法。

寬容性設(shè)計理念已被行業(yè)設(shè)計和評價標(biāo)準(zhǔn)逐漸接受，但多應(yīng)用于普通公路，且有很多細(xì)節(jié)尚待完善。鑒于中國人多地少，高速公路設(shè)計應(yīng)遵循減少占地的原則，美國等西方國家的寬容性設(shè)計理念不能完全與中國實際情況接軌。下面就如何將寬容性理念轉(zhuǎn)變成實用性設(shè)計、除傳統(tǒng)意義上的路側(cè)帶設(shè)計外還有哪些高速公路要素可使用寬容性設(shè)計、如何針對國內(nèi)具體情況進行寬容性設(shè)計等展開研究。

3 高速公路寬容性設(shè)計建議

3.1 設(shè)計速度的選擇

如圖2所示，運行速度與事故率大體成拋物線關(guān)系。但在本質(zhì)上，運行速度對事故率的影響是通過平均速度差與事故率之間的關(guān)系體現(xiàn)出來的。文獻[13]指出，車輛之間的平均運行速度差越大，發(fā)生事故的可能性越大。

圖2 運行速度與事故率的關(guān)系

相對事故率為：

A2/A1=(v2/v1)n

式中：A1為速度變化前事故率；A2為速度變化后事故率；v1為變化前速度；v2為變化后速度；n為模型參數(shù)，由事故類型或傷亡程度決定。

目前,中國高速公路的行駛速度普遍設(shè)置為80～100 km/h。建議針對不同道路情況，高速公路設(shè)計速度秉承彈性理念。彈性理念考慮的范圍包括如何使用地方及國家設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、如何識別設(shè)計異常值并提出調(diào)整方案、了解各類道路設(shè)計特征的安全性和運營特性及在情況允許時使用較低的設(shè)計速度等。彈性理念的優(yōu)勢，一是在道路安全得到保證的條件下，能著重改善高速公路與周邊環(huán)境的相融性，進而實現(xiàn)高速公路品質(zhì)提升與高速公路安全、周邊自然與人文環(huán)境的整合；二是可根據(jù)實際運行速度確定設(shè)計速度，以達到減小車輛運行速度差的目的，降低以車輛追尾為典型代表的碰撞事故率。

3.2 高速公路側(cè)方區(qū)域布局

高速公路側(cè)方區(qū)域(路側(cè)凈區(qū))是指從車行道邊緣起向高速公路以外的延伸區(qū)域，主要由路肩、應(yīng)急停車帶、非機動車道、輔道、路側(cè)放坡組成(見圖3)。該區(qū)域原則上不設(shè)置任何障礙物(如喬木、過高的灌木)且邊坡保持在控制值以下，以便于游離、事故車輛能平穩(wěn)停車或在路側(cè)調(diào)整行駛狀態(tài)后返回行車道繼續(xù)行車。路側(cè)區(qū)域布局的寬容性設(shè)計包括：

圖3 公路路側(cè)凈區(qū)示意圖

(1) 路側(cè)凈區(qū)的寬度。包括前坡和后坡，根據(jù)功能不同，路側(cè)凈區(qū)寬度取決于其坡度、高速公路類型、運行速度、設(shè)計交通量及平曲線等因素。

(2) 排水。橫向和縱向排水設(shè)施不僅考慮路面，還需考慮兩側(cè)排水管廊的連通，必要時還需連通中央分隔帶。排水設(shè)施的寬容性主要從設(shè)施的可穿越設(shè)計、延伸設(shè)計、防護措施三方面考慮，盡量減少不必要的結(jié)構(gòu)，從根本上降低車輛與設(shè)施發(fā)生碰撞的概率。

(3) 路緣石設(shè)計。高速路段應(yīng)避免使用任何形式的路緣石。不可避免時，應(yīng)使用斜坡型路緣石而不應(yīng)使用垂直型路緣石，且路緣石高度不得大于100 mm，使高速行駛車輛與路緣石發(fā)生碰撞時可以穿越而不至于翻車。

(4) 立交匝道的寬容性設(shè)計。主要考慮平曲線的實際設(shè)計半徑及銜接位置，并由此確定凈區(qū)寬度(一般在曲線外側(cè))及設(shè)計速度。

由于目前中國對凈區(qū)布局尚無統(tǒng)一規(guī)范，加之公路用地的限制，等級公路的凈區(qū)布局很難理想化。建議在設(shè)計凈區(qū)時，除根據(jù)實際情況合理考慮以上幾點外，對凈區(qū)內(nèi)的障礙物以移除—移位—解體消能裝置—引導(dǎo)的優(yōu)先級進行設(shè)置，以降低其對駕駛者的危險性，必要時對危險物進行標(biāo)識和防護。

3.3 高速公路側(cè)方設(shè)施設(shè)計指引

高速公路側(cè)方設(shè)施包括交通標(biāo)志標(biāo)牌、照明設(shè)施、交通控制設(shè)備。在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能使用消能解體結(jié)構(gòu)。從撞擊后的破壞形式來看，消能解體結(jié)構(gòu)大致可分為屈服變形、整體破壞、支座分離三類。從車輛撞擊受力特點、解體性能來看，消能解體結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

(1) 消能解體結(jié)構(gòu)的受撞擊高度應(yīng)為0.5 m，保持與常見車型(保險杠)撞擊高度基本一致。實際預(yù)估撞擊高度還應(yīng)考慮高速公路超高、橫坡、偏移、事故車輛撞擊角度等因素。

(2) 消能解體結(jié)構(gòu)設(shè)置在前坡時，前坡坡比不大于1V∶6H(V為坡高，H為坡寬)。若坡度大于1V∶6H且小于1V∶4H，消能解體設(shè)施應(yīng)距離高速公路邊緣600 mm以內(nèi)。

(3) 消能解體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)埋深必須得到保證，避免受力時整個結(jié)構(gòu)連根拔起。應(yīng)根據(jù)實際工程土壤條件確定其埋深，對于屈服變形和整體破壞的消能解體結(jié)構(gòu)，埋深通常大于1 m。

(4) 解體后的設(shè)施桿件根部高度應(yīng)小于100 mm(沿坡度方向)。

(5) 設(shè)置在防撞護欄后方的消能解體設(shè)施，其設(shè)置位置應(yīng)在防撞護欄受撞擊后的最大側(cè)向位移范圍以外。

3.4 防撞護欄設(shè)計

高速公路防撞護欄為沿車輛行駛方向布設(shè)的路側(cè)防護屏障，確保事故車輛不會沖出高速公路范圍而與路側(cè)障礙物撞擊造成人身、財產(chǎn)損失。寬容性設(shè)計著重考慮防撞護欄的基本設(shè)置要求及常見路側(cè)和中央防撞護欄的性能指標(biāo)、適用條件、過渡區(qū)布局、高速公路施工區(qū)安全設(shè)計。

一般防撞護欄的設(shè)置與安裝需考慮護欄本身的性能指標(biāo)、防撞等級需求、安裝影響因素。高速路段工作性能和防護等級較高，應(yīng)在中央分隔帶處設(shè)置以砼為主的防撞護欄。砼護欄在受到?jīng)_擊后的位移和變形較小，可最大程度保護中央分隔帶另一側(cè)的行駛車輛。設(shè)置路側(cè)障礙物護欄的主要依據(jù)包括事故的可能性及嚴(yán)重性、事故歷史和路側(cè)凈空等，路側(cè)凈區(qū)內(nèi)所有固定障礙物均應(yīng)考慮設(shè)置護欄防護。

合理設(shè)置防撞護欄端部漸變率，可實現(xiàn)防撞護欄的外側(cè)偏移，有助于降低相應(yīng)位置的事故風(fēng)險及損失。而防撞護欄末端的防護性能主要受結(jié)構(gòu)(是否為解體消能結(jié)構(gòu))、類型(偏移式或直線式)及長度等因素的影響。

根據(jù)寬容性設(shè)計原則，建議在條件允許的情況下使用解體消能的防撞護欄端點及防撞墩；條件不允許時，根據(jù)防護等級針對護欄薄弱段進行人性化設(shè)計和錨固，并考慮設(shè)置引導(dǎo)性設(shè)施，使事故車輛發(fā)生碰撞時可被引導(dǎo)到相對安全的地方。

4 結(jié)語

作為一種設(shè)計理念，高速公路寬容性設(shè)計具有以下優(yōu)點： 1) 主動引導(dǎo)防患于未然。通過各種引導(dǎo)手段使車輛正常行駛，不至于沖出路外。如在路側(cè)設(shè)置輪廓標(biāo)，通過視線誘導(dǎo)；在路側(cè)設(shè)置振動標(biāo)線、減速標(biāo)線或在危險路段設(shè)置錯覺標(biāo)線幫助駕駛者主動減速。2) 路側(cè)凈區(qū)讓事故車輛“軟著陸”。如果引導(dǎo)手段不能完全避免路側(cè)事故，當(dāng)車沖出路外時，高速公路設(shè)計應(yīng)盡可能提供路側(cè)凈區(qū)，使事故車輛“軟著陸”。3) 人性化護欄?？茖W(xué)合理地設(shè)置護欄，實現(xiàn)最小的傷害、最大的保護。

人性化的高速公路設(shè)計理念已成為發(fā)展趨勢和大眾的共識。在標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為高速公路設(shè)計指明大方向的同時，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)各自特點，結(jié)合實際道路情況進行寬容性設(shè)計，避免生搬硬套。人性化設(shè)計理念的實現(xiàn)建立在現(xiàn)有規(guī)范和傳統(tǒng)道路設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合細(xì)節(jié)設(shè)計、體驗感受，并引入動態(tài)設(shè)計及容錯設(shè)計的系統(tǒng)化理念，只有結(jié)合實際情況的寬容性理念，才能提供行之有效、安全友好的高速公路設(shè)計。