李曉磊

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004)

改革開(kāi)放以來(lái)， 我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅猛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019 年年末，我國(guó)公路總里程達(dá)501.25 萬(wàn)km，其中，高速公路里程14.96 萬(wàn)km，躍居世界第一。然而，隨著公路交通的發(fā)展， 交通安全問(wèn)題日益嚴(yán)重，2019 年我國(guó)車禍死亡人數(shù)為52388 人， 是世界上交通事故死亡人數(shù)最多的國(guó)家之一。 交通事故的發(fā)生是由于系統(tǒng)中各個(gè)因素作用的失調(diào)，其中道路線形是重要因素之一[1]。

本文主要剖析道路線形及其組合對(duì)道路交通安全的影響，并結(jié)合具體工程分析如何開(kāi)展科學(xué)的線形設(shè)計(jì)。

1 道路因素與交通安全的關(guān)系分析

長(zhǎng)期以來(lái)， 我國(guó)將大部分交通事故發(fā)生的原因歸結(jié)為人和車的因素， 過(guò)分強(qiáng)調(diào)人在交通事故中的能動(dòng)作用， 忽視了道路自身的問(wèn)題對(duì)交通事故的影響。 當(dāng)交通事故發(fā)生時(shí)， 更多的是去追究駕駛員的責(zé)任，很少溯源到道路的設(shè)計(jì)及施工。 事實(shí)上， 許多交通事故的發(fā)生都是由于道路線形設(shè)計(jì)存在問(wèn)題， 影響到駕駛員的視覺(jué)、 心理和操作， 從而間接導(dǎo)致了交通事故的發(fā)生[2]。 并且，對(duì)道路線形設(shè)計(jì)的要求只有如平曲線、豎曲線的半徑， 縱坡的坡度和坡長(zhǎng)等特定的技術(shù)指標(biāo)， 對(duì)于線形組合的使用沒(méi)有做出具體的規(guī)定。 對(duì)于道路設(shè)計(jì)施工的評(píng)價(jià)也更注重于路面質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益， 忽視了線形安全性的評(píng)價(jià)。 因而造成一些公路通車后，經(jīng)常發(fā)生交通事故，形成事故黑點(diǎn)。

2 道路線形設(shè)計(jì)對(duì)交通安全的影響

2.1 平面線形

平面線形是指道路中心在水平面的投影， 直線和圓曲線是平面線形設(shè)計(jì)中最重要的2 個(gè)要素， 對(duì)交通安全的影響最顯著。

(1)直線

直線是平面線形中使用最多的線形，相對(duì)來(lái)說(shuō)，直線線形具有路線短、 行駛受力簡(jiǎn)單、 建造費(fèi)用低等優(yōu)良特性。 在地勢(shì)比較平緩，無(wú)障礙物的情況下，道路的設(shè)計(jì)人員會(huì)優(yōu)先選擇直線線形， 因此直線線形在道路設(shè)計(jì)中占有很大的比例。 但直線線形的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)不夠合理也會(huì)帶來(lái)較大的安全隱患。如果直線線路過(guò)長(zhǎng)，駕駛員長(zhǎng)時(shí)間直線行駛會(huì)導(dǎo)致警惕性放松，產(chǎn)生疲勞感，反應(yīng)力和感知力有所下降，難以正確處理突發(fā)情況。 同時(shí)，在直線線路上駕駛員會(huì)獲得較好的行車視野，便于超車，使得車速不斷加快，長(zhǎng)距離快速行駛將成為誘發(fā)交通事故的潛在威脅，且超速引發(fā)的交通事故嚴(yán)重性較高。相反，如果連接兩個(gè)圓曲線的直線過(guò)短， 駕駛員會(huì)誤認(rèn)為圓曲線和短直線是同一個(gè)曲率的彎道。如圖1 所示，當(dāng)車輛行駛出第一個(gè)彎道或進(jìn)入第二個(gè)彎道時(shí)還按照之前的轉(zhuǎn)彎角度行駛，會(huì)使車輛偏離軌道，進(jìn)而誘發(fā)交通事故。

(2)圓曲線

圖1 不合理的短直線設(shè)置

圓曲線也是道路線形設(shè)計(jì)中使用較多的線形， 其適用性強(qiáng)，線形圓滑，使用靈活，在線路中存在障礙物或需要改變線路方向時(shí)，就可以使用圓曲線。車輛在圓曲線上行駛時(shí)受到離心力的作用，具有向外偏移的趨勢(shì)，降低了車輛行駛的穩(wěn)定性， 并且車輛行駛在圓曲線上速度會(huì)降低，使得道路中的速度差減小，從而提高了圓曲線上的事故率。 此外，駕駛員在圓曲線上視距會(huì)受到影響，特別是在夜晚行車時(shí)，燈光無(wú)法沿著曲線軌跡照射，駕駛員難以察覺(jué)到前方路況， 增加了心理負(fù)擔(dān)， 從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。 因此實(shí)際的道路設(shè)計(jì)中，在條件允許的情況下，圓曲線半徑要盡可能采用較大值， 但不宜超出駕駛員的視距范圍。

2.2 縱斷面線形

縱斷面線形是指延道路直線豎切所得到的線形，主要包括縱坡和豎曲線。

(1)縱坡

縱坡對(duì)交通安全的影響主要取決于坡度和長(zhǎng)度兩個(gè)屬性。 車輛在大長(zhǎng)縱坡上行駛時(shí)， 上坡要克服較大的阻力，車輛需要抵檔行駛，油耗增加，發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)變熱，引發(fā)水箱沸騰，最終導(dǎo)致熄火[3]。如果坡度較大，且輪胎與地面摩擦力不夠，可能會(huì)溜車。下坡時(shí)為了避免因慣性而導(dǎo)致車速過(guò)快， 駕駛員需要頻繁制動(dòng)， 特別是使用氣剎的重車，頻繁制動(dòng)會(huì)使得剎車鼓發(fā)燙，氣壓降低，影響制動(dòng)效果，甚至導(dǎo)致制動(dòng)失效。如果坡度過(guò)小就會(huì)影響到縱坡的排水，使得橫向排水不暢的路段路基滲水，威脅路基的穩(wěn)定性。縱坡過(guò)短意味著道路中的變坡點(diǎn)增多，路面起伏頻繁，影響行車的舒適性與安全性。

(2)豎曲線

豎曲線是連接道路轉(zhuǎn)折點(diǎn)處相鄰兩線形的平滑曲線，它的作用是使車輛行駛平穩(wěn)，主要分為凸曲線和凹曲線。豎曲線對(duì)交通安全的影響主要體現(xiàn)在視距上。圖2 為在凸曲線上相對(duì)行駛的兩車視距的示意圖， 相對(duì)行駛的兩車輛通過(guò)凸曲線時(shí)， 駕駛員的視距很大程度上取決于凸曲線的半徑大小。當(dāng)半徑太小時(shí)，駕駛員的視野會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)， 如果車輛通過(guò)速度快且沒(méi)有使用燈光和鳴笛進(jìn)行相互提醒，就會(huì)有產(chǎn)生危險(xiǎn)的可能。

凹曲線兩側(cè)都是下坡，路程較短，駕駛員考慮到即將上坡， 不會(huì)刻意控制車速， 且凹曲線很多布設(shè)于橋梁下方，如圖3 所示，駕駛員視野靠近路面，又受到橋梁影響，不便于注意到對(duì)向坡道上的車，加上凹形線易積水，車速快易打滑，這些不利因素綜合很容易引發(fā)交通事故。

圖2 凸曲線駕駛員視野

圖3 凹曲線駕駛員視野

2.3 橫斷面線形

橫斷面是道路橫向切線所在的平面， 橫斷面線形設(shè)計(jì)涉及的要素很多，如行車道、中間帶、路肩等[4]，對(duì)交通安全的影響也較為復(fù)雜， 本文僅從幾個(gè)方面探討其對(duì)公路交通安全的影響。

(1)寬度

寬度對(duì)交通安全的影響主要體現(xiàn)在路面寬度和中間帶寬度。 一般來(lái)說(shuō)，路面寬度越寬，道路的舒適性和安全性就越高， 研究表明雙車道公路的路面寬度大于6.5 m時(shí)，交通事故率會(huì)大大降低[5]。但如果寬度設(shè)計(jì)不合理，過(guò)寬的道路會(huì)使得駕駛員產(chǎn)生僥幸心理，利用余寬來(lái)超車，帶來(lái)一定的安全隱患。

(2)超高

車輛行駛于曲線時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的離心力， 影響行駛的穩(wěn)定性和舒適性， 在平曲線路段設(shè)置一定的橫坡度可以減少影響，這就是超高的作用。但是要注意區(qū)分圓曲線和緩和曲線的超高。 汽車以一定的速度行駛在圓曲線上離心力基本不變， 因此圓曲線上的超高要與圓曲線的半徑匹配；行駛在緩和曲線上的車輛離心力逐漸變化，超高的設(shè)置也要隨之改變。

(3)路拱橫坡

在直線道路上從道路邊緣到路拱頂線的高度稱為拱高，道路的橫斷面坡度即為路拱橫坡。它的作用主要是排出道路積水， 盡可能保持路面的干燥， 提升路面防滑能力。 汽車通過(guò)時(shí)其水平分力會(huì)增加，導(dǎo)致行駛不穩(wěn)定，為此路拱橫坡的設(shè)置需要綜合考慮道路的類型和等級(jí)，以及當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件，高級(jí)路面一般要低于2%，次高級(jí)路面低于2.5%， 碎礫石等粒料路面可以略高， 但不超過(guò)3.5%。

3 線形組合對(duì)交通安全的影響

上文考慮的是線形中的單一因素對(duì)交通安全的影響， 但在實(shí)際的道路設(shè)計(jì)中肯定會(huì)涉及到不同線形的組合使用。 道路線形組合使用主要考慮的是滿足駕駛員視覺(jué)和心理方面的需求以及道路與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)。 道路線形組合主要包括平面線形組合、 縱斷面線形組合和平縱線形組合。

3.1 平面線形組合

在道路進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)時(shí)， 主要考慮的是直線和平曲線相接，以及不同半徑平曲線相接的情況。直線和平曲線的組合一般是在長(zhǎng)直線的末尾銜接半徑大的平曲線，這樣可以使車輛在行駛時(shí)更加的平順，給予駕駛員充分的操作時(shí)間。 但在平原與重丘區(qū)、山嶺區(qū)的交界地帶，由于地形條件的限制， 常常會(huì)使用長(zhǎng)直線和小半徑曲線的組合。車輛在長(zhǎng)直線上行駛一段時(shí)間后，受到適應(yīng)性的影響，駕駛員對(duì)速度的感知會(huì)變得遲鈍，實(shí)際的車速會(huì)高于主觀感覺(jué)上的車速，對(duì)彎道行駛十分不利。車輛以這樣的狀態(tài)進(jìn)入彎道，轉(zhuǎn)向難度會(huì)提升，容易發(fā)生側(cè)滑。 如果是重車，尤其是超載車輛，在彎道速度急減，使得不同車輛有較大的速度差，易導(dǎo)致追尾事故。

3.2 縱斷面線形組合

山區(qū)公路由于地形因素難免會(huì)出現(xiàn)很多的縱坡，這就對(duì)道路線形的設(shè)計(jì)有了較高的要求。 在設(shè)計(jì)中可能會(huì)出現(xiàn)短距離內(nèi)連續(xù)變坡的情況； 駕駛員行駛在這樣的路段上視距會(huì)受到較大的影響， 對(duì)于對(duì)向車輛不能做出及時(shí)準(zhǔn)確的判斷，此外連續(xù)上下坡會(huì)產(chǎn)生超重和失重感，會(huì)對(duì)駕駛員造成不適，增加交通事故發(fā)生的可能性。

道路線形設(shè)計(jì)中，存在著長(zhǎng)陡坡加緩坡的線形組合。在這種線形組合中，車輛在下坡路段的速度比較大，駕駛員在看到下一個(gè)坡道時(shí)會(huì)出現(xiàn)視覺(jué)上的錯(cuò)誤， 不僅不減速，反而可能會(huì)提速?zèng)_坡，這樣很容易因車速過(guò)快而發(fā)生危險(xiǎn)。 在上坡時(shí)，也可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，誤以為上坡結(jié)束進(jìn)入平面道路，此時(shí)換擋會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力不足甚至熄火，這類錯(cuò)誤操作極大的影響了交通安全。

3.3 平縱線形組合

平面直線與縱斷面直線。這兩種線形組合使用時(shí)，車輛在行駛過(guò)程中景色變化很小，線形單調(diào)枯燥，容易使司機(jī)產(chǎn)生疲勞感，迫切得想要走完而頻繁超車，特別是長(zhǎng)直線和陡坡連接，這兩種線形都會(huì)使得車速增大，線形設(shè)計(jì)時(shí)可盡量避免這種情況。但如果路段上交通錯(cuò)綜復(fù)雜，則這種線形組合就可以采用。

平面直線與豎曲線組合。 在一定長(zhǎng)度的直線線形上進(jìn)行一次變坡使得線形不會(huì)顯得生硬呆板， 給予司機(jī)良好的視覺(jué)印象，提高舒適性。但如果短距離內(nèi)多次變坡會(huì)破壞線形的連貫性，中斷駕駛員的視線，遇突發(fā)情況會(huì)操作不及時(shí)。

平曲線和縱斷面直線。這種組合下如果平曲線半徑和縱坡的坡度選擇恰當(dāng)就是很好的線形組合，這種線形組合的道路路旁景觀很好，并且逐步變化。 但在這種組合中也要盡量避免陡坡接急轉(zhuǎn)彎，如果下坡時(shí)剎車不及時(shí)，會(huì)因?yàn)閬?lái)不及轉(zhuǎn)彎而沖出道路。此外陡坡路段會(huì)受到彎道內(nèi)側(cè)障礙物影響，使得兩者的銜接路段成為事故的多發(fā)區(qū)。

平曲線和豎曲線。 當(dāng)平曲線的頂點(diǎn)和豎曲線頂點(diǎn)相互重合時(shí)，會(huì)使駕駛員產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，誤以為公路斷開(kāi)，產(chǎn)生恐懼心理，影響正常操作。 這種組合理想的狀態(tài)是“平包豎”。 設(shè)計(jì)時(shí)平曲線要比豎曲線長(zhǎng)，將豎曲線的起終點(diǎn)置于平曲線的兩個(gè)緩和曲線內(nèi)，這會(huì)使得線路平順而流暢，還可以誘導(dǎo)視線。

4 速度的一致性評(píng)價(jià)

在道路線形設(shè)計(jì)過(guò)程中，既要使線形指標(biāo)符合規(guī)范，還要進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)， 以便對(duì)設(shè)計(jì)不合理的路段進(jìn)行修正。線形安全性評(píng)價(jià)的方法有很多，其中速度的一致性是一個(gè)重要指標(biāo)。進(jìn)行速度一致性的評(píng)價(jià)，首先要確定速度一致性的標(biāo)準(zhǔn)， 然后對(duì)需要的路段按不同線形的車速預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)測(cè)車速，得出相鄰兩段路的速度差，最后按照評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

這里所說(shuō)的車速是運(yùn)行車速， 是在其他條件良好的情況下測(cè)得的第85 個(gè)百分位上的車速，它與設(shè)計(jì)車速的區(qū)別是前者是車輛在道路中的實(shí)際車速， 后者是在道路設(shè)計(jì)過(guò)程中的規(guī)定車速。 研究資料表明， 當(dāng)設(shè)計(jì)速度高時(shí)，運(yùn)行車速低于設(shè)計(jì)速度，當(dāng)設(shè)計(jì)速度低時(shí)，運(yùn)行車速往往高于設(shè)計(jì)車速。 在長(zhǎng)直線路段上設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度的關(guān)系(單位：km/h)

《新理念公路設(shè)計(jì)指南》對(duì)不同的車輛在普通公路上直線段的運(yùn)行車速有不同規(guī)定[6]，如表2 所示。

表2 各車型直線段運(yùn)行速度(單位：km/h)

假定車輛在直線上加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)表3～4 中小客車、大貨車在普通公路直線段的加速特性可計(jì)算出車輛在不同長(zhǎng)度直線上的運(yùn)行車速。

表3 小客車在普通公路直線段的加速特性

表4 大貨車在普通公路直線段的加速特性

車輛在駛?cè)雸A曲線后， 車速會(huì)受到圓曲線半徑的制約， 小客車在普通公路的曲線段行駛時(shí)運(yùn)行速度與曲線半徑R 的關(guān)系為：

v85=14.391R0.2757(1)

大貨車在普通公路的曲線段行駛時(shí)運(yùn)行速度與曲線半徑R 的關(guān)系為：

v85=8.5028R0.3168(2)

在測(cè)算出各路段的運(yùn)行速度后， 就可以計(jì)算相鄰兩道路的速度差Δv， 不同的速度差對(duì)應(yīng)著不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)：Δv≤10 km/h 為優(yōu)；10 km/h≤Δv≤20 km/h 為良；Δv≥20 km/h 為差。

5 工程案例

依托工程為G355 國(guó)道永泰境 (K0+055.119～K0+362.635)段公路改建工程，該路段位于永泰縣境內(nèi)，舊路路基路面寬度均為12 m，舊路為水泥混凝土白改黑瀝青路面。 工程改造起點(diǎn)與G355 線現(xiàn)有舊路順接，起點(diǎn)樁號(hào)為K0+055.119，路線截彎取直從金龍禪寺前空地穿過(guò)順接G355 線現(xiàn)有舊路改造終點(diǎn)樁號(hào)為K0+362.635。 該路段為早期先行工程所建設(shè)， 局部路段彎道沒(méi)有完全按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，道路線形設(shè)計(jì)不規(guī)范。

5.1 速度一致性評(píng)價(jià)

原路段是長(zhǎng)直線加圓曲線的組合，直線長(zhǎng)度為600 m，金龍禪寺節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的舊彎道圓曲線半徑為65 m，為規(guī)范最小半徑極限值，中間無(wú)緩和曲線銜接。該路段位于集鎮(zhèn)路段，且G355 重車較多，根據(jù)公式計(jì)算出重車運(yùn)行速度為31.9 km/h，直線度和曲線段的速度差超過(guò)20 km/h，速度一致性評(píng)價(jià)為差，該路段存在著較大的安全隱患。本次改造對(duì)現(xiàn)有路線截彎取直從金龍禪寺前空地穿過(guò)順接現(xiàn)有舊路，改造后車輛行駛平順。改造方案可以提高線形指標(biāo)，增加行車安全性。

5.2 平縱線形組合

為了滿足線路的設(shè)計(jì)要求， 同時(shí)滿足道路設(shè)計(jì)的交通安全，對(duì)平縱面設(shè)計(jì)指標(biāo)擬定如表5 所示。

表5 道路平縱面設(shè)計(jì)擬定指標(biāo)

該工程嚴(yán)格按照上述設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行， 滿足安全性原則， 但注意到其中凸形豎曲線和凹形豎曲線的取值都選擇了極限值，而沒(méi)有使用一般值，主要是因?yàn)榭紤]到道路線形設(shè)計(jì)不僅要保證道路交通安全， 還需要符合經(jīng)濟(jì)性原則。

5.3 橫斷面和和視距設(shè)計(jì)

考慮到本路段處于集鎮(zhèn)路段， 線路的視距是設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，為了滿足行車視距的要求，保證車輛行駛的安全，設(shè)計(jì)中對(duì)道路的橫斷面寬度及視距進(jìn)行了特別考慮。

本工程為舊路改造工程， 起終點(diǎn)與G355 舊路銜接，改造段橫斷面與舊路保持一致，路基寬度為12 m=0.75 m(土路肩)+1.75 m(硬路肩)+2×3.5 m(行車道)+1.75 m(硬路肩)+0.75 m(土路肩)。

路段的每一處都要進(jìn)行視距檢查工作， 要求不小于兩倍的停車視距， 同時(shí)要根據(jù)路段所在區(qū)域的建筑物和植被覆蓋情況， 對(duì)影響駕駛員視線的植被或建筑物按包絡(luò)曲線進(jìn)行清除。 若難以清除或清除工作造成的破壞較大，則通過(guò)設(shè)置交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、路側(cè)波形護(hù)欄等安全設(shè)施來(lái)保證行駛的安全。

6 結(jié)語(yǔ)

道路的線形設(shè)計(jì)是道路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)， 線形設(shè)計(jì)的好壞很大程度上影響著道路的安全。 本文在吸收國(guó)內(nèi)外線形研究成果的基礎(chǔ)上，分析了平、縱、橫斷面線形要素及其組合對(duì)交通安全的影響； 科學(xué)合理的線形設(shè)計(jì)可以使車輛行駛順暢，使得駕駛員對(duì)路況做出正確判斷，迅速應(yīng)對(duì)緊急情況；相反，不合理的線形設(shè)計(jì)會(huì)影響視距， 更易造成駕駛疲勞，精神緊張，增加事故發(fā)生的幾率。 因此本文結(jié)合具體的工程闡明了如何進(jìn)行合理的線形設(shè)計(jì)，以及道路的速度一致性評(píng)價(jià)， 來(lái)保證線形設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和車輛行駛的安全性。

在進(jìn)行道路線形的具體分析中，由于篇幅所限，且道路線形的因素分類較多，有一些線形對(duì)交通安全的影響沒(méi)有進(jìn)行具體詳細(xì)的分析，未來(lái)還需要進(jìn)一步的分析討論。