龔鵬飛， 常正輝， 王玉良， 史秋辰

(江蘇警官學院， 南京 210031)

道路交通事故現(xiàn)場的安全防護不當極易引發(fā)二次事故，對事故處置現(xiàn)場的民警和相關人員的生命財產(chǎn)安全構成嚴重威脅。2018年8月28日14時40分許，廣西壯族自治區(qū)百色市田東縣交警大隊民警黃××和輔警李××、韋××在國道324線田東縣思林紙廠路段處理交通事故時，一輛大貨車因剎車失靈闖入事故現(xiàn)場，致使黃××、李××及拖車公司一名工作人員當場死亡，韋××受傷[1]。事故發(fā)生后引起公安部領導高度重視，強調(diào)要對交警在處理交通事故中屢有傷亡的情況進行研究，提出規(guī)范要求，并加強培訓。二次事故造成的傷害往往會比第一次事故更嚴重，但因缺少專門針對二次事故的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，導致這類研究很難開展。Wang等[2-3]基于交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)采用沖擊波理論進行分析，結(jié)果表明美國加州州際高速公路交通事故中，二次事故占1.08%。Zhang等[4]提出了一種預防高速公路隧道二次事故的安全預警系統(tǒng)，并使用VISSIM軟件分析該系統(tǒng)的可行性和有效性。張文會等基于系統(tǒng)動力學[5]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡[6]以及Duffing振子模型[7]等方法研究了二次事故的致因理論和演變過程。李振明等[8]研究指出駕駛?cè)瞬话踩袨槭歉咚俟范问鹿手苯釉?、缺乏事故現(xiàn)場處置是二次事故間接原因。張慧穎等[9]設計了一套高速公路二次事故預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能及時提醒后方車輛前方的道路狀況，從而避免二次事故的發(fā)生。呂能超等[10]設計了一種高速公路事故現(xiàn)場隔離路錐布設車引導系統(tǒng)，提高了路錐布設效率，以盡快對事故現(xiàn)場進行必要的隔離，防止二次事故的發(fā)生。汪心淵等[11]設計了隧道防二次事故綜合安全預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能及時監(jiān)測出隧道事故并提醒監(jiān)控員，通過聯(lián)動隧道的相關安全設施對事故迅速作出響應，提醒后方車輛避免二次事故的發(fā)生。為了保障事故現(xiàn)場處理工作人員的人身和財產(chǎn)安全，避免過往車輛誤入道路交通事故現(xiàn)場而造成二次事故的發(fā)生，參與處理交通事故的車輛應在交通事故處置現(xiàn)場的上游來車方向形成一種防御性停放態(tài)勢，這種防御性停放一方面能夠最大限度地保護在交通事故處置現(xiàn)場的交通警察和其他工作人員的人身安全，另一方面也盡量減少對經(jīng)過附近的車輛的影響，保障其行車安全。處理交通事故的車輛安全停放(safe parking)的概念由美國應急響應安全研究所(Emergency Responder Safety Institute，ERSI)提出，美國應急響應安全研究所在美國《統(tǒng)一交通控制設施手冊》(manual on uniform traffic control devices for streets and highways，MUTCD)的基礎上，提出了一套處理交通事故的車輛安全停放的標準程序(standard operating procedure，SOP)，這套程序包括總體安全標準、儀器設備和應急車輛的安放(停放)標準、事故指令標準(incident command benchmarks)、事故處理人員標準，以及高流量、限制出入的高速公路操作標準[12]。加拿大阿爾伯塔省卡爾加里的消防部門首先提出了消防車的安全停放方法，消防車在處理事故現(xiàn)場的停放位置都是與道路的前進方向成大約30°的夾角，這種停放方式稱之為防御性停放[13]。本文通過對誤闖入車輛與防御車輛的碰撞分析，來驗證不同種類的車輛在各種停放方式下的防御效果，在此基礎上提出處理道路交通事故的車輛的防御性停放方法。

1 機動車碰撞的力學基礎

1.1 機動車碰撞種類及特性

碰撞有3種類型：完全彈性碰撞、完全非彈性碰撞和非完全彈性碰撞。所謂完全彈性碰撞，就是在碰撞后兩個物體的形變能夠完全恢復，機械能完全沒有損失的理想碰撞。機動車之間的低速(例如有效碰撞速度在10 km/h以下)碰撞可視為完全彈性碰撞。所謂完全非彈性碰撞就是兩個物體碰撞后形變完全不能恢復的碰撞，碰撞前后機械能不守恒。機動車在高速情況下(有效碰撞速度在 100 km/h 以上)的碰撞為完全非彈性碰撞，其在交通事故中的表現(xiàn)往往是碰撞后兩車連接在一起以同一速度運動。小型汽車被追尾的事故通常視作完全非彈性碰撞。非完全彈性碰撞是介于完全彈性與完全非彈性之間的碰撞，其特點是碰撞后能部分恢復撞擊所造成的形變，碰撞過程中機械能也不守恒。機動車之間的中速碰撞多屬于此種類型。機動車完全彈性碰撞、完全非彈性碰撞及非完全彈性碰撞特性之間的比較見表1[14]。

表1 機動車3種類型碰撞特性的比較

1.2 恢復系數(shù)

為了解決非完全彈性碰撞問題，歷史上牛頓引入了恢復系數(shù)的概念?；謴拖禂?shù)e等于碰撞后兩物體的相對速度和碰撞前兩物體的相對速度之比[15]，即碰撞后兩物體的分離速度與碰撞前兩物體的接近速度之比[16]，即

(1)

式中：v10為物體1碰撞前的速度，m/s；v20為物體2碰撞前的速度，m/s；v1為物體1碰撞后的速度，m/s；v2為物體2碰撞后的速度，m/s。

對于完全彈性碰撞，根據(jù)物理學中的動量守恒定律和能量守恒定律，易得e=1；對于完全非彈性碰撞，由于v2=v1，易得e=0；而對于非完全彈性碰撞，e的取值介于兩者之間，即0

2 防御車輛不同停放方式的碰撞分析及比較

處理道路交通事故的車輛通常有警車和清障車(拖車)，根據(jù)人員傷亡、火災、道路及基礎設施損壞等情形還可能有救護車、消防車、工程救險車等車輛。其中，救護車因為其“救死扶傷”的特性，顯然不宜作為最外圍的防御車輛，剩下的警車、清障車(拖車)、消防車及工程救險車中，警車多為小轎車，清障車(拖車)、消防車和工程救險車多為大型車輛，下文為表述方便，把防御車輛分為兩類：一類是小型車輛(警車)，假定自重為1 500 kg；另一類是大型車輛(消防車、工程救險車或者清障車)，假定自重為15 000 kg?？紤]比較危險的誤闖入情況，假設一輛總質(zhì)量15 000 kg的大型貨車以60 km/h的速度闖入，用防御車輛被撞擊后的車速作為評價指標，來比較不同的防御車輛(小型車輛和大型車輛)在不同的停放方式下的防御效果。停放方式分為平行停放、垂直停放和斜停放3種。

2.1 平行停放

如果防御車輛的停放與道路前進方向一致，稱之為平行停放，在此情況下，若有車輛誤入，將會與防御車輛發(fā)生追尾碰撞，假設該追尾碰撞為對心碰撞(碰撞過程的沖擊力F和反作用力F′分別通過防御車輛和誤闖入車輛的質(zhì)心，即所謂的一維碰撞)，如圖1所示。

圖1 防御車輛平行停放碰撞示意圖

若防御車輛為小型車輛，因為被追尾的小型車車尾箱是空的，剛性很差，幾乎屬于完全非彈性碰撞，碰撞后被撞的防御車輛將會同誤闖入的車輛以相同的速度運行，根據(jù)動量守恒定律，碰撞后兩車的車速為

(2)

若防御車輛為大型車輛，該追尾碰撞為非完全彈性碰撞，根據(jù)動量守恒定律，有

m1v10=m1v1+m2v2

(3)

恢復系數(shù)

在實現(xiàn)本系統(tǒng)的過程中，由于本身水平有限并對設計題目不是很熟悉，也遇到了不少問題。所以系統(tǒng)的功能做得不是很全，有些功能未實現(xiàn)。

(4)

式(2)～式(4)中：m1為誤闖入車輛的質(zhì)量，kg；m2為防御車輛的質(zhì)量，kg；v10為誤闖入車輛碰撞前的速度，m/s；v1為誤闖入車輛碰撞后的速度，m/s；v2為防御車輛碰撞后的速度，m/s。

若是用小型車輛作為外圍防御車輛，會發(fā)生完全非彈性碰撞，將m1=10m2，v10=60 km/h代入式(2)中可知，被撞后兩車將沿著誤闖入車輛前進方向以54.5 km/h的速度繼續(xù)前行。若采用大型車輛作為外圍防御車輛，將m1=m2，v10=60 km/h，e=0.2，其他參數(shù)不變，代入式(3)、式(4)中，得v1=24.0 km/h，v2=36.0 km/h，所以外圍防御車輛選用大型車輛要比選用警車這類小型車輛的效果好很多。

2.2 垂直停放

如果防御車輛與道路前進方向垂直，稱之為垂直停放，在此情況下，若有車輛誤入，將會與防御車輛發(fā)生側(cè)面直角碰撞，該碰撞屬于一種二維碰撞。為了討論問題的方便，假定誤闖入的車輛為對心碰撞，防御車輛為非對心碰撞，不考慮誤闖入車輛與防御車輛之間的摩擦力，只考慮誤入車輛的沖擊力F和反作用力F′的作用效果，沖擊力F使被撞的防御車輛除了質(zhì)心平動外，還有繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動[17]，反作用力F′不引起誤闖入車輛的轉(zhuǎn)動，如圖2所示。

圖2 防御車輛垂直停放碰撞示意圖

根據(jù)動量守恒定律，式(3)同樣成立，不過此處的v2為防御車輛碰撞后質(zhì)心的運動速度。

根據(jù)剛體的定軸轉(zhuǎn)動定律，有

m1(v10-v1)d=J2ω

(5)

恢復系數(shù)

(6)

聯(lián)立式(3)、(5)、(6)，v1、v2及ω為未知量，假定其他為已知量，3個未知數(shù)3個方程，可求解得到

(7)

(8)

(9)

若用小型車輛作為外圍防御車輛，取l2=5 m，d=1 m，e=0.2，并將m1=10m2，v10=60 km/h代入式(7)～式(9)，得ω=6.1 rad/s，v1=55.4 km/h，v2=45.6 km/h，此種情況下誤闖入車輛碰撞后車速高于防御車輛，理論上還有二次碰撞的可能，但通常情況防御車輛處于自由狀態(tài)，而誤闖入車輛會在碰撞過程中采取制動措施，結(jié)果造成兩車逐漸脫離接觸，不會造成二次碰撞。因此，對于事故現(xiàn)場的防護來說，更加看重防御車輛被撞后的運行情況。若采用大型車輛作為外圍防御車輛，取l2=10 m，d=1 m，e=0.2，并將m1=m2，v10=60 km/h代入式(7)～式(9)，得ω=1.1 rad/s，v1=26.0 km/h，v2=34.0 km/h。同樣的外圍防御車輛選用大型車輛要比選用小型車輛效果好很多。

2.3 斜停放

如果防御車輛與道路前進方向成一定的銳角，稱之為斜停放，在此情況下，如果有車輛誤入，將會與防御車輛發(fā)生斜碰撞，對于斜碰撞，理論分析還沒有令人滿意的方法，目前更多的是采用碰撞試驗的方法來積累數(shù)據(jù)加以仿真分析。此處簡化分析，假定誤入的車輛為對心碰撞，不考慮誤入車輛與防御車輛之間的摩擦力，只考慮誤入車輛的沖擊力F和反作用力F′的作用效果，如圖3所示。則斜碰撞與側(cè)面直角碰撞的碰撞情況非常類似，誤入車輛只有一維運動，被撞的防御車輛除了質(zhì)心平動外，還有繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動，式(7)～式(9)同樣成立，其防御效果同垂直停放。

圖3 防御車輛斜停放碰撞示意圖

2.4 防御效果的比較

首先，如上文所述，在最外圍防御車輛的選擇上，無論哪種停放方式，作為大型車輛的消防車、工程救險車或者清障車的防御效果要遠遠優(yōu)于作為小型車輛的警車。其次，在停放方式上，垂直停放和斜停放的情況類似，這兩種停放方式可以通過碰撞后防御車輛的偏轉(zhuǎn)消耗一部分誤闖入車輛沖擊力所做的功，在其他條件相同的情況下，其防御效果要比平行停放要好。另外，平行停放往往會給過往車輛帶來誤判，尤其是在視線不良的情況下，防御車輛容易被誤認為是在緩慢行駛狀態(tài)，所以處理道路交通事故的車輛的防御性停放通常不采用平行停放的方法。第三，對于垂直停放和斜停放，其防御效果類似，但考慮到事故現(xiàn)場的路幅寬度，斜停放比垂直停放更為合適。另外，斜停放通常不會發(fā)生完全對心的一維碰撞，而垂直停放比較容易發(fā)生對心的一維碰撞，此種情形下的碰撞類似平行停放，不能實現(xiàn)通過防御車輛的偏轉(zhuǎn)消耗部分動能的目的。因此，外圍的防御車輛采用大型的車輛以斜停放的防御方式最為合適。

3 處理道路交通事故現(xiàn)場的車輛的防御性停放方法

處理道路交通事故的車輛應該在道路交通事故處置現(xiàn)場的上游來車方向依次停放，各種車輛的停放順序是：根據(jù)“以人為本”的原則，救護車應停放在最方便搶救傷員的位置，離交通事故現(xiàn)場越近越好，所以停放在離交通事故現(xiàn)場最近的位置，而且救護車的后門(運送傷員上下車的門)總是應該在遠離危險的位置，以確保傷員和救護人員不再受到二次傷害；消防車、工程救險車或者清障車等大型車輛其防御效果較好，應作為最外圍的防御車輛擺放在最外圍遠離事故現(xiàn)場的位置；警車多為小型車輛，所以停放在救護車和最外圍的大型防御車輛之間。為了起到最佳的防御效果，處理道路交通事故的各種車輛應采用斜停放的方式，各種車輛的最外端與圓形錐桶最外端的距離(橫向緩沖區(qū))應不少于60 cm[11]，如圖4所示。

圖4 處理道路交通事故的車輛的防御性停放方法

同時，在夜間或其他視線不良的情況下，各種處理道路交通事故的車輛在停放時應打開危險報警閃光燈和示廓燈，使過往車輛更容易發(fā)現(xiàn)他們。沿道路縱向，把最外圍的防御車輛到緊挨其的第二輛車或物體之間的距離稱之為外圍防御區(qū)，根據(jù)前面的計算可以看出，在防御車輛與誤闖入車輛質(zhì)量相等的情況下，防御車輛被撞擊后的車速大致相當于誤撞入車輛撞擊時車速的3/5，因此，在采用大型車輛作為防御車輛時，本文推薦外圍防御區(qū)的長度L(圖4)可按式(10)計算，即

(10)

式中：V表示誤入車輛碰撞前的速度，此處用設計車速代替，km/h；φ表示地面的摩擦系數(shù)，此處取0.4；i表示路面的坡度，上坡取“+”，下坡取“-”，此處計算不考慮坡度；l表示安全距離，一般取2～5 m。

以城市道路為例，根據(jù)《城市道路工程設計規(guī)范》(CJJ 37—2012)[18]對各類城市道路設計車速的規(guī)定，計算在城市道路上處理道路交通事故時，其外圍車輛防御區(qū)長度L的最小值并取整后見表2。

若事故現(xiàn)場附近有彎道或者坡道的，外圍防御車輛停放地點應當盡可能選擇在下坡的坡頂、上坡起點和彎道前端，與事故現(xiàn)場的距離應當根據(jù)需要適當延長。

表2 城市道路上車輛防御性停放的外圍防御區(qū)最小長度

4 案例分析

2020年1月7日5時27分許，薛某駕駛號牌為蘇AY×××E的小型汽車沿南京市雨花臺區(qū)七賢街由南向北方向最左側(cè)機動車道行駛至賈西新苑附近時，車頭撞到前方同向行駛的姜某某駕駛的電動自行車尾部，造成姜某某受傷及兩車不同程度受損的道路交通事故，姜××后經(jīng)醫(yī)院搶救無效死亡。薛某在5時32分報警稱，電動自行車駕駛?cè)颂稍诘厣希軅麌乐?，需要救護車，南京市公安局交通警察支隊第八大隊接報警后，迅速指令事故民警李某某、周某出警，并及時通知120救護車、清障車趕赴現(xiàn)場處置。七賢街為南北走向道路，雙向共4條機動車道、兩條非機動車道，路段限速40 km/h，道路中央設有雙黃實線，機動車道與非機動車道以白實線分隔。處理該起道路交通事故涉及的車輛有警車、救護車和清障車3種，如前所述，3種車輛的擺放順序：沿由南向北的車輛前進方向依次是清障車、警車和救護車，并都應采用斜停放的方式。因為事故現(xiàn)場路段限速為40 km/h，根據(jù)表2，車輛防御性停放的外圍防御區(qū)長度L≥10 m。該案例中具體的車輛防御性停放方法如圖5所示。

圖5 案例中車輛的防御性停放方法

5 結(jié)論

1)通過對誤闖入車輛與處于防御位置的車輛的碰撞分析，驗證了在其他情形相同的條件下，大型車輛的防御效果要明顯優(yōu)于小型車輛；斜停放的防御效果也優(yōu)于平行停放和垂直停放。

2)處理道路交通事故的車輛的防御性停放方法應為：救護車應停放在最靠近事故現(xiàn)場的位置，警車等小型車輛應停放在中間，在事故處理現(xiàn)場的最外圍，以大型車輛(消防車、工程救險車或者是清障車)采用斜停放的方式。

3)在理論計算的基礎上推薦了各級城市道路上車輛防御性停放的外圍防御區(qū)最小長度值，對于公路，也可以采用類似的方法計算外圍防御區(qū)的最小長度。

4)對于斜停放，采用什么樣的斜停放角度效果最佳，雖然國外也有一些文獻提到各種車輛的停放位置都應與路線的前進方向成大約30°的夾角，但缺少理論依據(jù)，還需要經(jīng)過仿真實驗等方法進一步驗證。