高速公路安全性設(shè)計綜合評價指標體系的研究

馬 騰 徐銀飛 丁明暢

1 概述

我國目前還缺乏在規(guī)劃設(shè)計階段具有可操作性的高速公路安全性設(shè)計綜合評價指標體系,由此無法確保基于安全性考慮的高速公路規(guī)劃設(shè)計方案的選優(yōu)。本文通過調(diào)研與進行系統(tǒng)分析,試圖從影響高速公路安全性的有關(guān)“道路”方面的因素著手,利用AHP模型構(gòu)建了規(guī)劃設(shè)計階段“高速公路安全性設(shè)計綜合評價指標體系”,并引進較先進的綜合評價方法與計算機程序,可直觀地計算出定量化的綜合評價結(jié)果,由此為基于安全性考慮的高速公路設(shè)計方案比選或針對已建成的有關(guān)高速公路進行安全改造提供可靠的依據(jù)。

2 高速公路安全性設(shè)計綜合評價指標體系的AHP模型

20世紀70年代初美國運籌學(xué)家Saaty提出一種層次分析(Analytical Hierarchy Process,簡稱 AHP)法。

本AHP模型共分為以下幾層：

1)總目標層A：高速公路安全性設(shè)計綜合評價。從系統(tǒng)設(shè)計法的概念出發(fā),在規(guī)劃、設(shè)計階段對影響高速公路安全性的重要技術(shù)指標進行控制,以減少日后可能出現(xiàn)的安全隱患?？偰繕藞猿智罢靶院涂刹僮餍缘挠袡C統(tǒng)一,既要立足當(dāng)前實際,使目標具有可行性,措施具有可操作性,又要充分考慮發(fā)展的需要,使設(shè)計方案具有一定的超前性。

2)分目標層B：包含B1～B3共3項分目標。其中：

B1：幾何設(shè)計。除必須滿足駕駛動力學(xué)要求的最小值外,還應(yīng)滿足駕駛員視覺心理方面連續(xù)、舒適的要求?；趯Φ缆房臻g幾何形狀的研究,在高速公路受到沿線自然環(huán)境、人文環(huán)境和其他各種因素制約的情況下,通過對道路各幾何設(shè)計要素與安全性關(guān)系的分析,在進行設(shè)計時,既將每段路線作為一個整體考慮,同時也把它剖解為平面、縱面、橫斷面、平縱橫組合及平面交叉口這五個部分來研究,以實現(xiàn)日后獲得較高安全運行水平的目標。

B2：結(jié)構(gòu)物設(shè)計。高速公路設(shè)計時應(yīng)緊抓高速公路的自身特點,通過對路基、路面、橋梁、排水和護擋工程五種結(jié)構(gòu)物影響行車安全原因的深入研究、合理把握,使各種結(jié)構(gòu)物均能為行車提供良好條件,從而實現(xiàn)車輛可以按設(shè)計的速度平穩(wěn)、安全地在道路上行駛的目標。

B3：交通安全措施設(shè)計。交通安全措施在規(guī)劃設(shè)計時,既要對各種交通安全設(shè)施的自身特點進行適用性分析,合理確定在高速公路的哪些路段必須或應(yīng)該設(shè)置安全設(shè)施、設(shè)置哪些安全設(shè)施及如何設(shè)置這些安全設(shè)施;還要通過有效的安全監(jiān)管措施提高高速公路使用者的安全素質(zhì)。

3)準則層 C：包含C1～C12共12項準則?；局笜藢覦：包含分別隸屬于C層各有關(guān)準則的32個基本評價指標,分別評價它們各自是否滿足敘述中提出的要求。其中：

C1：平面線形設(shè)計。包括D1：直線。直線長度的合理使用應(yīng)以保證線形連續(xù)性為前提,當(dāng)不得已采用長直線時,要保證其對應(yīng)的縱坡值不過大,并考慮改善直線段景觀,確保行車安全。D2：圓曲線。路線具有一定的曲率可以給駕駛員適當(dāng)?shù)木o張感,當(dāng)選用圓曲線半徑時,在保證與地形等條件相適應(yīng)的前提下,應(yīng)盡量采用大半徑,但應(yīng)保持線形的連續(xù)性;在不得已使用最小半徑時,應(yīng)充分考慮駕駛員對周圍地形情況的自然接受程度。D3：緩和曲線。在道路中增加合理半徑和長度大小的緩和曲線,能減少車輛在正常轉(zhuǎn)彎行駛時對道路摩擦力的需求,還會緩和駕駛員由于受到離心力的影響而產(chǎn)生的不舒適感和危險感,從而增強道路使用的安全性。

C2：縱面線形設(shè)計。包括D4：縱坡。此指標的具體內(nèi)容包括縱坡值和縱坡長度。在進行設(shè)計時,從行駛安全和路面排水角度對縱坡指標進行合理控制,避免出現(xiàn)縱向起伏變化頻繁或過長過陡的坡段。D5：豎曲線。對于凸形豎曲線路段,應(yīng)避免視距受限;對于凹形豎曲線路段,應(yīng)重點考慮曲線上方的路線結(jié)構(gòu)物對行車視距的影響。

C3：橫斷面設(shè)計。包括D6：斷面寬度。高速公路的斷面寬度主要包括行車道寬度、路肩寬度。D7：橫向坡度。橫向坡度對排水有利但對行車不利,對橫向坡度的取值要從路面排水和行車平穩(wěn)性兩個方面進行綜合考慮、合理權(quán)衡,以期真正滿足行車安全的要求。

C4：平縱橫組合設(shè)計。包括D8：線形連續(xù)性。在進行線形組合設(shè)計時,應(yīng)協(xié)調(diào)好各項技術(shù)指標間的關(guān)系,避免平曲線與豎曲線組合線形連續(xù)性差的情況出現(xiàn)。D9：合成坡度。從安全角度考慮,對于急彎和陡坡組合的路段應(yīng)嚴格控制其合成坡度。D10：橫向力系數(shù)。線形設(shè)計時,可通過控制橫向力系數(shù)的取值來控制平曲線半徑、超高率等設(shè)計指標,以有效地提高道路安全等級。

C5：平面交叉口設(shè)計。包括D11：彎道。在充分考慮交叉口處兩個方向的交通流發(fā)生疊加情況的基礎(chǔ)上,設(shè)計時應(yīng)通過對設(shè)計彎道的半徑和寬度兩個指標的把握來保證行車安全。D12：行車視距。在平面交叉口的實際設(shè)計中,必須要滿足行車視距大于停車視距的要求。

C6：路基設(shè)計。包括D13：路基高度。路基高度主要取決于縱坡設(shè)計及地形,其路基高度的設(shè)計值要避免過大,防止車輛發(fā)生意外時發(fā)生翻車現(xiàn)象。有條件時應(yīng)盡量采用較矮路基,確保失控的車輛不會因駛出路外而翻車,從而降低事故的惡劣程度。D14：路基邊坡。從安全角度出發(fā),在條件允許情況下,應(yīng)盡量減小路基邊坡的坡度,這樣可使發(fā)生意外的車輛沿著路基緩坡行駛一段距離,降低沖擊強度,達到有效減輕事故嚴重程度的目的。D15：路基強度。為保證路基在外力作用下不致產(chǎn)生超過容許范圍的變形,要求路基應(yīng)具有足夠的強度。

C7：路面設(shè)計。包括D16：路面強度。為確保車輛行駛時具有良好的平順感以及使駕駛員對車輛行駛情況能有清晰的判斷,必須保證路面具有足夠的強度。D17：路面使用性能。必須要保證路面具有良好的使用性能,才能有效地保障道路的使用安全。

C8：橋涵設(shè)計。包括D18：橋涵承載力。設(shè)計時上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的受力分析必須滿足承載力要求,防止橋涵在正常使用中發(fā)生坍塌、斷裂等惡性事故。D19：橋涵上部構(gòu)造。該設(shè)計指標具體包括橋面寬度和橋面構(gòu)造兩部分內(nèi)容,設(shè)計時必須保證路橋同寬;橋面構(gòu)造多屬于外露部位,直接與外界(包括車輛、大氣等)接觸,對環(huán)境的影響十分敏感,屬于橋梁工程的薄弱環(huán)節(jié),同時,其對行車安全也起著重要作用。

C9：排水設(shè)計。包括D20：路基路面排水。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)沿線的降水、地質(zhì)水文及當(dāng)?shù)厮?、集雨等具體情況,做到路基排水和路面排水實施與沿線橋涵配合,與當(dāng)?shù)嘏殴嘞到y(tǒng)協(xié)調(diào),形成良好的排水系統(tǒng)。D21：橋面排水。為了能迅速地排除橋面積水,保證行車安全,橋面應(yīng)科學(xué)設(shè)置由橋面縱橫坡及一定數(shù)量泄水管組成的排水系統(tǒng)。D22：橋涵排水。合理的位置應(yīng)該使得橋涵與當(dāng)?shù)卦械呐潘到y(tǒng)及道路其他的排水設(shè)施組成一個整體,實現(xiàn)道路一側(cè)的水體快速流至另一側(cè);橋涵孔徑的大小應(yīng)在科學(xué)確定設(shè)計洪水頻率的基礎(chǔ)上獲得,必須要滿足泄洪的要求。D23：其他構(gòu)造物排水。設(shè)計時應(yīng)嚴格把握每種排水構(gòu)造物的自身特點,做到合理選用,科學(xué)布設(shè)。

C10：護擋設(shè)計。包括D24：路基防護與加固。為保證路基的整體穩(wěn)定性和防止路基病害,提高公路的使用品質(zhì),除做好路基排水外,設(shè)置時還應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)條件、水文條件、路基穩(wěn)定性和高速公路周邊環(huán)境的主要要求,按技術(shù)經(jīng)濟條件綜合考慮。D25：路基支擋工程。其設(shè)置應(yīng)結(jié)合路基形式、水文、地質(zhì)情況等確定。在山體易失穩(wěn)崩塌、滑坡體向下滑動、路基擠壓河床以及工程填挖量較大處應(yīng)合理設(shè)置。

C11：安全設(shè)施設(shè)計。包括D26：標志標線。高速公路標志、標線的設(shè)置除要在總體布局上防止信息不足或過載等現(xiàn)象的出現(xiàn)外,還應(yīng)考慮高速公路主要使用者的行動特性。D27：防眩設(shè)施。該設(shè)施應(yīng)根據(jù)高速公路中的眩光影響范圍和路段幾何、結(jié)構(gòu)特性的實際情況確定。在平曲線半徑小于最小半徑、長直線或地形起伏變化較大等嚴重存在炫目影響的路段必須合理設(shè)置防眩設(shè)施,保證行車安全。D28：視線誘導(dǎo)設(shè)施。該設(shè)施的設(shè)置應(yīng)在有效保證駕駛員能夠判斷設(shè)計視距以外道路方向的前提下,根據(jù)夜間行車、不良天氣條件時行車等因素,結(jié)合設(shè)施自身誘導(dǎo)線條寬度、反光性能等特點,綜合考慮后確定。D29：隔離設(shè)施。高速公路隔離柵是防止人和動物隨意進入或橫穿高速公路,防止他人非法占用公路用地,是保障行車安全,維護路產(chǎn)路權(quán)的重要設(shè)施。D30：防護設(shè)施。其應(yīng)在高速公路不良路側(cè)條件處以及行車極易出現(xiàn)意外的路段設(shè)置。

C12：安全監(jiān)管措施。包括 D31：安全監(jiān)管部門。應(yīng)根據(jù)高速公路服務(wù)功能、車型特點在設(shè)計階段進行安全監(jiān)管部門設(shè)置,為運營期管理做好準備工作。D32：安全宣傳教育。針對高速公路的特點,要全面提高運營期道路行車安全,就必須在設(shè)計階段對道路使用者及沿線居民進行交通安全宣傳和教育工作。

3 本AHP模型的應(yīng)用途徑

在利用AHP模型構(gòu)建了“高速公路安全性設(shè)計綜合評價指標體系”后,可把各種評價因素明確地表達出來,在此基礎(chǔ)之上再通過調(diào)研獲得有關(guān)數(shù)據(jù),構(gòu)建各層判斷矩陣,通過我們已開發(fā)的AHP程序在計算機上進行單排序及總排序計算,從而得到各因素相對于總目標的組合權(quán)重值。由于我國幅員遼闊,各地區(qū)地理氣候、經(jīng)濟文化發(fā)展水平差異較大以及歷史傳統(tǒng)、人文民俗也大相徑庭,若通過本模型計算、制定全國通用的各層次因素的權(quán)重體系,則基本上無使用價值。但如我們采用聚類分析方法,根據(jù)各地區(qū)自然地理情況、社會、經(jīng)濟、文化發(fā)展水平等重要特征的區(qū)別或相似程度,將有關(guān)地區(qū)劃分為幾類,則屬于同一類的地域的高速公路可采用相同的權(quán)重體系,并可分別貯存于數(shù)據(jù)庫中備用。在求出基本指標權(quán)重值后,可參照各設(shè)計方案(或已完成的評價對象)對應(yīng)的各有關(guān)指標所得“評價值”,利用“改進的TOPSIS方法程序”在計算機上進行計算,即可直觀地得出各待評價對象優(yōu)劣程度的定量化綜合評價結(jié)果,從而實現(xiàn)基于安全性考慮的高速公路規(guī)劃設(shè)計方案的優(yōu)選,也可用于評價已建成的高速公路安全性的優(yōu)劣等級。

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