諸忠孝, 程宇峰, 劉朱紫,, 鄒鐵方

(1.長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 湖南 長沙 410004;2 長沙理工大學(xué) 汽車與機(jī)械工程學(xué)院, 湖南 長沙 410114)

道路交通安全受人、車、路、環(huán)境及管理因素的綜合影響,在一連串錯(cuò)誤的綜合作用下導(dǎo)致事故發(fā)生,只要破壞“人-車-路-環(huán)-管”這一鏈條中任意一環(huán)[1],均可避免或至少降低事故后果。根據(jù)中華人民共和國國務(wù)院令第493號(hào)《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》,一次造成10人以上死亡或50人以上重傷或5 000萬元以上直接經(jīng)濟(jì)損失的事故即為重大事故[2]。近年來,中國重大事故數(shù)量整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)[3],但相比于一般道路交通事故,重大事故除具備事故常有的潛伏性、偶然性、突變性和因果關(guān)聯(lián)性等基本特征外,還具備高危害性這一最顯著的特征[4-5],涉及護(hù)欄的事故尤為嚴(yán)重[6-7],常造成嚴(yán)重人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失并產(chǎn)生惡劣的社會(huì)影響。護(hù)欄類事故后果嚴(yán)重的原因在于車輛穿越護(hù)欄后與對(duì)向車道內(nèi)車輛碰撞或墜落導(dǎo)致乘員受到嚴(yán)重沖擊。護(hù)欄屬于道路因素,破壞該因素鏈后能否避免或降低事故后果有待研究。本文先分析近年來護(hù)欄類重大事故的相關(guān)特征,引出這類事故的防護(hù)啟示,進(jìn)而再現(xiàn)典型事故,分析護(hù)欄加固對(duì)事故后果特別是人體損傷的影響。

1 重大護(hù)欄交通事故中道路相關(guān)因素統(tǒng)計(jì)

從中國應(yīng)急管理局官網(wǎng)、中國安全生產(chǎn)網(wǎng)、安全管理網(wǎng)等網(wǎng)站獲得2010—2019年發(fā)生一次死亡10人及以上涉及護(hù)欄的重大事故調(diào)查報(bào)告58份,其中東北地區(qū)3份、華北地區(qū)6份、西北地區(qū)8份、西南地區(qū)13份、華中地區(qū)13份、華東地區(qū)11份、華南地區(qū)4份。根據(jù)調(diào)查報(bào)告,55.17%的事故發(fā)生在高速公路上;普通公路上事故發(fā)生比例從大到小依次為省道、國道、縣鄉(xiāng)村道,占比分別為17.24%、15.52%、12.07%;43.10%、37.93%的事故發(fā)生在下坡路段和轉(zhuǎn)彎路段;37.93%的事故與路面濕滑有關(guān);31.03%、18.97%的事故與道路基礎(chǔ)設(shè)施不完善和護(hù)欄不符合安全要求相關(guān)。高速公路事故死亡率低于受傷率,普通公路則相反,從國道、省道到縣鄉(xiāng)村道,死亡率都大于受傷率,且依次上升,分別為54.16%、59.73%、62.71%。

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)車輛在碰撞后的運(yùn)動(dòng)軌跡,結(jié)果見圖1、圖2,其中VT1～VT4類型為高速公路事故,VT5、VT6類型為普通公路事故。VT1類型中車輛先碰撞并穿越中央護(hù)欄駛向?qū)ο蜍嚨?之后碰撞并穿越對(duì)向路側(cè)護(hù)欄駛出路外;VT2類型中車輛碰撞并穿越中央護(hù)欄駛向?qū)ο蜍嚨劳Ｖ?VT3類型中車輛碰撞中央護(hù)欄或路側(cè)護(hù)欄后停于本車道內(nèi);VT4類型中車輛碰撞并穿越道路右側(cè)護(hù)欄駛出路外;VT5類型中車輛越過中心線在對(duì)向車道碰撞路側(cè)護(hù)欄駛出路外;VT6類型中車輛碰撞本車道路側(cè)護(hù)欄駛出路外。58例護(hù)欄類事故中,VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6分別有1例、16例、5例、10例、12例、14例,其中碰撞并穿越護(hù)欄的案例占比高達(dá)91.4%。

圖1 高速公路中車輛運(yùn)動(dòng)軌跡分布

圖2 普通公路中車輛運(yùn)動(dòng)軌跡分布

車輛一旦穿越護(hù)欄,常伴隨墜落等嚴(yán)重事故形態(tài),其占比最高(達(dá)39.65%)、致死率亦最高(達(dá)60.07%),說明必須將事故車輛控制在車道內(nèi)。將車輛控制在車道上的方法很多,如加固護(hù)欄使護(hù)欄足夠堅(jiān)固,阻止車輛穿越;在車輛上安裝破壞性保護(hù)裝置,在車輛即將穿越護(hù)欄時(shí)該裝置工作,強(qiáng)力阻止車輛穿越[8]。下面通過1例真實(shí)事故對(duì)“加固護(hù)欄可降低不幸卷入事故中駕乘人員傷害”的假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證,證明通過改善道路設(shè)施可以有效保護(hù)不幸卷入事故中的人們。

2 重大護(hù)欄交通事故案例再現(xiàn)

2.1 案例概況

2018年6月29日,某高速公路上發(fā)生一起大型普通客車穿越中央護(hù)欄與對(duì)向車道內(nèi)重型罐車相撞的事故,導(dǎo)致當(dāng)場(chǎng)死亡10人(其中客車死亡9人,貨車死亡1人)、送醫(yī)救治10人、12人受傷,最終造成18人死亡、14人受傷。

2.2 事故再現(xiàn)軟件

PC-Crash是事故再現(xiàn)常用軟件,它包含現(xiàn)實(shí)生活中絕大部分事故參與者模型,可以幫助實(shí)現(xiàn)快速建模,具有較高的再現(xiàn)精度[9-10],且能根據(jù)人、車等事故參與者最終停止位置進(jìn)行優(yōu)化[11],反推事故發(fā)生時(shí)各事故參與方的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),以可視化方式輸出仿真結(jié)果[12]?；赑C-Crash的事故再現(xiàn)流程主要有事故現(xiàn)場(chǎng)再現(xiàn)、事故參與者建模、事故再現(xiàn)仿真及再現(xiàn)結(jié)果分析[13-14]。

2.3 事故再現(xiàn)

2.3.1 事故現(xiàn)場(chǎng)再現(xiàn)

依據(jù)事故調(diào)查報(bào)告和事故現(xiàn)場(chǎng)示意圖建立事故路段二維/三維模型。調(diào)查報(bào)告顯示,大客車在高速公路中先刮擦右側(cè)護(hù)欄,接著碰撞并穿越中央護(hù)欄,碰撞重型罐車后停止。 按照1∶1的比例利用PC-Crash軟件中Dynamics-Define Road Slope生成一條封閉式雙向六車道高速公路(見圖3)。

圖3 再現(xiàn)的事故現(xiàn)場(chǎng)

2.3.2 事故參與者建模

(1) 建立車輛模型。依據(jù)調(diào)查報(bào)告中車輛品牌型號(hào),在PC-Crash軟件自帶車輛庫中調(diào)取相應(yīng)型號(hào)車輛。若無相同型號(hào)車型,則調(diào)取類似型號(hào),再對(duì)車型參數(shù)進(jìn)行微調(diào),使仿真車輛與真實(shí)事故車輛高度吻合。事故客車型號(hào)為ZK6118HQY8Y,技術(shù)參數(shù)見表1。事故客車、重型罐車模型見圖4、圖5。

表1 事故客車的技術(shù)參數(shù)

圖5 事故重型罐車仿真模型

(2) 建立人體模型。重大交通事故中常伴隨群死群傷現(xiàn)象,但多個(gè)人體模型會(huì)急劇降低仿真效率,故僅建立大客車乘員模型。從PC-Crash中調(diào)取合適的假人模型,依照實(shí)際情況修改假人身高、體質(zhì)量、形態(tài)等參數(shù)。該案例中,乘員身高170 cm,體質(zhì)量60 kg?？紤]到不同乘員之間的傷害差異,搭建鄰近的兩人四座位模型(見圖6)。

圖6 事故車輛乘員三維模型

(3) 建立護(hù)欄模型。根據(jù)調(diào)查報(bào)告,道路中央分隔帶波形梁鋼護(hù)欄的立柱壁厚、護(hù)欄板壁厚符合JT/T 281—2007《公路波形梁鋼護(hù)欄》的要求。通過PC-Crash軟件自帶護(hù)欄模型調(diào)取相應(yīng)波形梁鋼護(hù)欄,并依據(jù)高速公路波形梁鋼護(hù)欄規(guī)則設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。考慮到事故參與者模型越多仿真效率越低,未參與事故的護(hù)欄不建模。

2.3.3 事故再現(xiàn)仿真

事故現(xiàn)場(chǎng)、參與者模型及各項(xiàng)參數(shù)初步設(shè)置完成后,進(jìn)行事故仿真。仿真時(shí)不斷調(diào)整初始速度、制動(dòng)力等參數(shù),以獲得與事故現(xiàn)場(chǎng)遺留痕跡一致的仿真結(jié)果。圖7為車輛運(yùn)動(dòng)軌跡仿真結(jié)果,圖8～10為仿真結(jié)果與真實(shí)案例中相關(guān)痕跡的對(duì)比。從圖7～10可以看出:車輛運(yùn)動(dòng)軌跡、車輛碰撞角度與形態(tài)、車輛最終停止位置、護(hù)欄損壞位置等信息均與實(shí)際情況吻合,表明仿真中車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)與實(shí)際情況較接近。

圖7 仿真中車輛運(yùn)動(dòng)軌跡三維示意圖

圖8 事故客車碰撞角度與形態(tài)

圖9 事故客車最終停止位置

圖10 事故重型罐車最終停止位置

2.3.4 事故再現(xiàn)結(jié)果分析

為進(jìn)一步提升仿真結(jié)果的可靠性,對(duì)車內(nèi)乘員損傷情況進(jìn)行驗(yàn)證。導(dǎo)入人體模型進(jìn)行仿真,為提高可靠性,依次導(dǎo)入客車乘員進(jìn)行不同方位的仿真計(jì)算,圖11為客車中間乘員方位分布。以中間乘員為軸中心建立三維坐標(biāo),X軸正方向上為前排乘員、負(fù)方向上為后排乘員;在乘員Z軸高度統(tǒng)一的情況下,Y軸正方向上為左側(cè)乘員、負(fù)方向上為右側(cè)乘員。依次仿真計(jì)算9種不同方位乘員損傷值,取平均值確定前、中、后不同位置乘員的損傷程度。

圖11 客車中間乘員方位分布

調(diào)查報(bào)告顯示,部分乘員未系安全帶。為反映這一現(xiàn)象,仿真中將乘員分為系安全帶與未系安全帶兩類,仿真結(jié)果見表2。從表2可以看出:前排乘員無論是否系安全帶,人體頭部損傷指標(biāo)IHIC,36大多在2 000以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體頭部損傷的耐受極限值1 000,生還概率低;中間乘員相對(duì)碰撞點(diǎn)位置的緩沖距離短,IHIC,36在1 200左右,死亡風(fēng)險(xiǎn)高;后排乘員相對(duì)碰撞點(diǎn)位置有較多緩沖空間,相對(duì)最安全,IHIC,36低于人體頭部損傷耐受極限值。事故調(diào)查報(bào)告顯示,重傷搶救無效死亡的多為中間乘員,后排乘員普遍輕傷,很好地印證了上述分析結(jié)果,表明再現(xiàn)仿真很好地反映了事故真實(shí)情況,仿真結(jié)果可信度高。

表2 事故中不同位置乘員的人體頭部損傷指標(biāo)IHIC,36

3 護(hù)欄加固對(duì)事故后果的影響

為證明“加固護(hù)欄可降低不幸卷入事故中駕乘人員傷害”的設(shè)想,對(duì)中央分隔帶護(hù)欄進(jìn)行加固以防止客車穿越。仿真中僅加固護(hù)欄,其余事故現(xiàn)場(chǎng)、人體模型、客車模型等參數(shù)均不變。加固護(hù)欄后客車的運(yùn)動(dòng)軌跡見圖12,乘員的人體頭部損傷指標(biāo)IHIC,36見表3。

表3 護(hù)欄加固后不同位置乘員的人體頭部損傷指標(biāo)IHIC,36

圖12 護(hù)欄加固后客車運(yùn)動(dòng)軌跡三維示意圖

對(duì)比表2和表3可以看出:加固護(hù)欄后人體頭部損傷指標(biāo)IHIC,36明顯降低,平均值降低40%。如乘客系了安全帶,則乘員致死概率不高;未系安全帶乘客受到的傷害雖然高于系安全帶乘客,但I(xiàn)HIC,36未超過人體損傷耐受極限,表明加固護(hù)欄可顯著降低事故后果。

4 結(jié)論

(1) 近年來發(fā)生的涉及護(hù)欄的重大交通事故中,91.4%的事故車輛穿越護(hù)欄,發(fā)生大量車輛墜落事故(占比高達(dá)39.65%)。

(2) 提出“加固護(hù)欄可降低不幸卷入事故中駕乘人員傷害”的假設(shè),并通過再現(xiàn)1例真實(shí)事故探討護(hù)欄加固對(duì)事故后果的影響。結(jié)果顯示,加固護(hù)欄可阻止車輛穿越且有效降低事故傷害,能將人體頭部損傷指標(biāo)IHIC,36降低40%以上。