城市機(jī)動車限高防撞系統(tǒng)設(shè)計研究

潘逸煒 王計平

摘要：近年來，由于機(jī)動車撞擊道路限高設(shè)施造成的傷亡事故屢現(xiàn)報端，而我國道路限高設(shè)施本身就存在較大隱患。文章通過梳理現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范、對比國內(nèi)外限高系統(tǒng)實例，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前我國限高設(shè)施存在管理混亂、標(biāo)準(zhǔn)模糊、規(guī)劃失當(dāng)?shù)葐栴}，進(jìn)而提出人性化設(shè)計方法和規(guī)范的管理手段，以期為限高系統(tǒng)改善提供有益的參考，提升城市道路的安全性。

關(guān)鍵詞：限高系統(tǒng);人性化設(shè)計;防撞系統(tǒng)

中圖分類號：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）04-0064-03

Abstract：Casualties caused by vehicles hitting overhead height limit facilities have been frequently reported recently， and hidden dangers lurk in such facilities.By combing the current design code and comparing with the examples at home and abroad， this paper holds that the current height limit facilities in China have problems of management confusion， standard ambiguity and improper planning.In order to provide bene?cial reference and improve traf?c safety， humanization design methods and standardized management means are further pointed out.

Key Words：Height restricting system;Humanization design;Collision avoidance system

近年來，隨著城市的發(fā)展，許多城市道路開始采取限高措施，但因車輛誤撞限高桿造成的傷亡事故也不斷增加，給出行者的生命財產(chǎn)安全帶來巨大隱患。據(jù)統(tǒng)計，由于限高桿自身不符合規(guī)范或標(biāo)識錯誤所導(dǎo)致的事故占到全部事故的52%[1]，可見限高桿的設(shè)計本身亟待改善。作為城市公共基礎(chǔ)設(shè)施，限高系統(tǒng)不僅要起到高度警示作用，而且要在超限車輛通過時盡可能不損壞車輛和限高設(shè)施，使駕駛員意識到超高后還有彌補(bǔ)的機(jī)會，同時還應(yīng)控制成本以適應(yīng)大規(guī)模推廣。

在規(guī)劃管理層面，限高設(shè)施缺少統(tǒng)一、規(guī)范的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，難以適應(yīng)日新月異的城市道路變化及緊急救援工作。2018年9月20日和9月22日，河北邢臺兩次發(fā)生限高桿阻礙消防車通行的事件，影響搶險工作。目前學(xué)界對于道路限高系統(tǒng)的關(guān)注度較低，對于其設(shè)計方法的研究更是寥寥無幾，因此，對限高防撞系統(tǒng)的設(shè)計方法和規(guī)劃管理的研究有著迫切的需求。

1限高系統(tǒng)的設(shè)置背景

1.1道路限高系統(tǒng)的意義和規(guī)范

限高系統(tǒng)的作用主要有兩種，一種用來限制通過車輛高度的保護(hù)措施，廣泛設(shè)置于上跨橋梁和隧道入口處，起到保護(hù)高架橋和隧道結(jié)構(gòu)不被車輛撞擊的作用;另一種設(shè)在普通城市道路，目的是防止大型載重貨車破壞道路，或阻止大型車輛進(jìn)入某段區(qū)域。

殷國安（2018）指出，我國限高桿的設(shè)計、安裝和管理都缺乏明確規(guī)定，以至于標(biāo)準(zhǔn)不一，因地而異[2]。周嘉懿（2017）認(rèn)為，限高桿相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)“存在大而空的問題”，這導(dǎo)致原本保障安全的限高桿反而成為了“道路隱患”[1]。美國和英國的道路交通規(guī)范中都沒有對限高架的剛性規(guī)定，但對于限高標(biāo)志、設(shè)立位置、尺寸及限制高度都有嚴(yán)格規(guī)定[3]，相比之下，我國對于道路限高在數(shù)據(jù)上的規(guī)定模棱兩可，同時缺少對于設(shè)立位置、尺寸的相關(guān)規(guī)范。

現(xiàn)行《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定了適合各種機(jī)動車通行的城市道路最小凈高為4.5m，僅適合小客車通行的道路最小凈高3.5m，非機(jī)動車道和人行道最小凈高2.5m[4]?！豆方煌ò踩O(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81-2017）和《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D81-2017）是目前僅有的對限高架設(shè)計的規(guī)范，其中指出凈空小于4.5m時可設(shè)限高架，“上跨橋或隧道內(nèi)凈空小于2.5m時宜設(shè)置限高架”[5]。事實上，除了極少數(shù)特殊結(jié)構(gòu)外，凈高小于2.5m本就已經(jīng)不適合作為規(guī)范的車道或人行道了。該規(guī)范還規(guī)定了限高架的立面色彩、滿足應(yīng)急通行和可升降設(shè)計，特別指出：“超高車輛碰撞限高架時，限高架構(gòu)件及其脫離件不得侵入車輛乘員艙”，明確了設(shè)計上要降低超高車輛誤撞而傷人的風(fēng)險。

1.2限高的警示與容錯

限高系統(tǒng)的目的在于警示駕駛員注意前方可通行高度，駕駛員在看到限高標(biāo)志后應(yīng)該判斷本車是否能夠通行，超限車輛駕駛員應(yīng)有足夠時間做出反應(yīng)并選擇其他車道。這就要求限高標(biāo)志與限高架之間有一段距離，其長度應(yīng)與路段限速成正比。但目前大部分限高系統(tǒng)都將限高標(biāo)志與剛性限高桿設(shè)在一起，使超限車輛駕駛員的反應(yīng)時間很短，在意識到超高后只能及時停車而無法變道離開，只能通過倒車后退尋找其他路口，造成交通阻塞，存在發(fā)生車禍的潛在危機(jī)，限高系統(tǒng)難以發(fā)揮真正的警示作用。

目前，大多數(shù)限高桿都只設(shè)剛性物理限高桿，一旦駕駛員誤判誤撞，就直接導(dǎo)致車輛損壞甚至危及乘客生命，這類事故屢見不鮮。如果限高系統(tǒng)能夠提供一定的容錯范圍，許多事故就能避免。容錯則是通過交通設(shè)施設(shè)計對駕駛員非惡意的失誤行為提供保護(hù)[6]，例如道路護(hù)欄就是一種典型的具有容錯能力的設(shè)施，既保護(hù)了非機(jī)動車道和人行道的安全，又減輕了因車輛失控造成對乘客的傷害。對于限高設(shè)施而言，橋梁涵洞前設(shè)限高桿的初衷在于保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)，超限車駕駛員如果能在誤判的情況下認(rèn)識到錯誤并及時彌補(bǔ)，達(dá)到了限高系統(tǒng)的目的，同時還能保護(hù)車輛和乘客安全，符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范。

隨著物流和客運需求的大幅增長，目前我國載貨汽車數(shù)量已超過1500萬輛，大型客車的數(shù)量也在持續(xù)增加。同時，一名駕駛員常常會駕駛尺寸不同的車輛，很可能對車輛的實際高度并不熟悉。對于長途運輸而言，駕駛員往往更關(guān)注于路況和限速，不一定完全了解各地的限高情況，因此，應(yīng)盡可能通過道路電子警示監(jiān)控超高，方便駕駛員直觀發(fā)現(xiàn)并在錯誤釀成前及時采取措施。

2限高設(shè)施設(shè)計現(xiàn)狀

《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D81-2017）指出：“限高架分為警示限高架和防撞限高架兩類”[7]，前者是柔性結(jié)構(gòu)，超出限高的車輛仍能通過;而后者則是剛性結(jié)構(gòu)，避免車輛撞擊結(jié)構(gòu)物。細(xì)則還指出，建議參考國外形式，在剛性防撞限高架前設(shè)置柔性警示限高架。

國內(nèi)當(dāng)前大部分限高架設(shè)計只關(guān)注了道路橋梁的結(jié)構(gòu)安全，卻忽略了駕駛員和乘客的生命安全。首先，限高設(shè)施存在私設(shè)、不規(guī)范等現(xiàn)象。由于道路管理主體的多元，限高系統(tǒng)的設(shè)置有明顯差異，一些村道為了防止大型車輛碾壓道路私自設(shè)立限高桿，以至于阻礙消防車的通行。限高桿實際高度低于標(biāo)識數(shù)字的情況也屢屢出現(xiàn)，造成在限高范圍內(nèi)的車輛撞擊限高桿。

其次，限高設(shè)施設(shè)計多樣，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)規(guī)范，限高架立面色彩為“黃黑相間”，但實際則是既有黃黑色，又有紅色、橙色、紅白相間、藍(lán)白相間等等，條紋式樣更是千差萬別。

第三，限高桿高度低于城市道路最小凈高。目前我國限高架沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，從1.85m到4.5m間各種限高都可見，但根據(jù)規(guī)范城市道路最小凈高為2.5m，機(jī)動車道最小凈高3.5m，因此2.5m以下的限高本來就不成立。

近年來，一些城市道路開始采用可升降式限高架，即兩側(cè)支撐架內(nèi)側(cè)裝有滑道，橫架受電力控制可上下移動，在需要限流時就降低到一定高度。這種限高架往往附帶電子面板，警示駕駛員路段限高。但在實際使用中，由于大型車輛駕駛員難以熟悉限流時間，道路又不能提供超限車輛導(dǎo)流車道，因此并不十分完善。少數(shù)道路還采用了具有自動預(yù)警功能的限高架，即借助激光、紅外線或超聲波等設(shè)備測定車輛的高度，并及時通過橫架上的預(yù)警燈向駕駛員發(fā)出警告。

在國外，近年來已經(jīng)實現(xiàn)了通過無線信號收發(fā)器確定車輛總高度，可以探測車輛和車頂其他物體（天線、車頂架、車頂運輸物等）的組合高度，進(jìn)而模擬車輛畫像，計算能否順利通過。當(dāng)整體高度超過限高時，設(shè)備會發(fā)出警報[8]。這類限高系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能夠精準(zhǔn)判斷整體高度，但成本高昂，恐難以在國內(nèi)普及。

3限高系統(tǒng)的人性化設(shè)計

馬克思曾指出：“人是全部人類活動和全部人類關(guān)系的本質(zhì)、基礎(chǔ)”[9]。限高系統(tǒng)作為公共交通設(shè)施，其設(shè)計需要進(jìn)一步關(guān)注人的生命安全，以人的需求為中心，協(xié)調(diào)剛性限高和道路安全間的矛盾。

3.1防撞緩沖措施

將結(jié)合防撞警示和剛性防撞架相結(jié)合，配合標(biāo)識牌、減速路面等，能夠形成一段防撞緩沖路段，幫助駕駛員及時發(fā)現(xiàn)超高并避免撞擊。道路限高系統(tǒng)建議依次設(shè)置限高標(biāo)志、警示限高設(shè)備、警示燈和物理限高架，各設(shè)施之間都相隔一定距離以保證駕駛員有足夠的反應(yīng)時間。本著低成本和低維護(hù)的原則，本節(jié)以一段通過橋洞道路的限高系統(tǒng)設(shè)計為例，探討防撞緩沖設(shè)計方法。

設(shè)計路段限高4m，單向三車道，允許消防車通行，部分雙層巴士和大型貨車不能通過。在進(jìn)入限高系統(tǒng)前，大型車輛將被引導(dǎo)在最右側(cè)車道行駛，保證一旦超高能有足夠時間變?nèi)氤捃囋训?。駕駛員首先看到限高標(biāo)志，然后經(jīng)過紅外線測高儀的監(jiān)測。紅外線信號源高度為4m，水平發(fā)出信號，當(dāng)通過車輛在限定高度以內(nèi)，信號傳輸不受影響，一旦超出限高，信號即受到阻礙，立刻通過處理器反饋在前方的警示燈上。經(jīng)過紅外線測高儀后，最右側(cè)增加了一條匝道，這條匝道為超限車出口，駕駛員一旦看到車道上方信號燈變紅，便可以及時向右變道駛出路段，而在其余三條車道前方則設(shè)有物理剛性限高架，用來保護(hù)上部橋梁結(jié)構(gòu)（見圖1）。

在緩沖路面設(shè)計上局部采用彩色防滑減速路面，通過車輛震動使車速降低，同時暗示駕駛員注意觀察路段標(biāo)志。這種路面防滑和耐壓性能較好，即使夜間同樣易見。紅外線測高儀與剛性物理限高架間相隔距離（D）與道路限速（v）正相關(guān)，且與駕駛員反應(yīng)時間（RT）和變道時間（t）相關(guān)，因此應(yīng)滿足D≥v×（RT+t）。在正常情況下，駕駛員對選擇判斷的反應(yīng)時間最長約為0.543s[6]，警示燈可以縮短反應(yīng)時間。另外，由于在進(jìn)入限高系統(tǒng)前大型車輛已被引導(dǎo)到最右側(cè)車道，因此在意識到超高后駕駛員只需要向右變一道即可進(jìn)入超限車匝道，合理的變道時間可以控制在10s以內(nèi)。

3.2物理限高桿設(shè)計

剛性物理限高桿是車輛進(jìn)入限高路段前的最后一道屏障，必須阻攔超高車輛通過，國內(nèi)大部分路段都為剛性限高桿或限高架。國外的物理限高桿主要有水平固定式、可旋轉(zhuǎn)式和上下活動式三類，后兩者在超限車輛通過時發(fā)生撞擊后仍可駛過，對車輛和限高桿自身損害小，但沒能真正起到保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)的作用。對于不以保護(hù)路橋為目的的剛性物理限高桿本身就存在很大的安全隱患，不建議設(shè)置。

在結(jié)合警示系統(tǒng)的情況下，交通設(shè)施已經(jīng)為駕駛員提供了足夠的容錯空間，因此物理限高桿可以保持剛性構(gòu)造。某些路段如果建設(shè)條件不允許，只能設(shè)置一道限高桿，那么可以借鑒國外經(jīng)驗設(shè)立可轉(zhuǎn)動的限高桿，一旦受到撞擊，鎖栓隨即脫落，桿體開始轉(zhuǎn)動，同時觸發(fā)聲光警報[10]。

3.3限高聯(lián)動與導(dǎo)航提醒

要避免車輛超高，除了采用交通設(shè)施外，還可以向大型車輛推廣安裝在車輛上的防撞感應(yīng)設(shè)備。駕駛大型車輛往往存在一定范圍的視線“盲區(qū)”，這也是發(fā)生誤撞的高危區(qū)，如果“盲區(qū)”情況能夠及時被駕駛員掌握，就能有效降低事故的發(fā)生。

對于載貨卡車而言，車廂部分常會高于車頭，而車廂就更容易與限高桿發(fā)生碰撞，對于雙層巴士來說，一些事故的起因在于駕駛員習(xí)慣駕駛單層巴士，忘記了自己所駕駛的是雙層車，由此造成二層被限高桿“削頂”。筆者建議在大型車輛最高處前方安裝測距裝置，一旦有物體進(jìn)入預(yù)設(shè)的警報距離內(nèi)，立即以聲光形式呈現(xiàn)在汽車中控臺，或者實現(xiàn)自動緊急制動（見圖2）。

另一方面，目前GPS導(dǎo)航已經(jīng)全面普及，它們是駕駛員在陌生路段選擇路線的好幫手。大部分導(dǎo)航設(shè)備都已實現(xiàn)車速監(jiān)測、路況預(yù)報、違章拍照警報等功能，但很少能將道路限高數(shù)據(jù)納入提示范圍。極少數(shù)導(dǎo)航軟件擁有大貨車導(dǎo)航模式，但限高、限寬、限重、限行數(shù)據(jù)不完善，更新不及時，在實際使用中并沒有給駕駛員帶來真正的便利。如果道路限高等數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r公布，同時與導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)共享，就能讓大型車輛駕駛員根據(jù)自身情況選擇合適路線，避開限高障礙。

4道路限高系統(tǒng)的規(guī)劃建議

我國當(dāng)前限高系統(tǒng)存在的問題，其根本原因在于在關(guān)注交通設(shè)施建設(shè)的同時忽視了科學(xué)的道路交通規(guī)劃。大部分限高架事故并非發(fā)生在通過道橋的路段，而是在普通道路上，這些限高架的設(shè)立并非出于保護(hù)設(shè)施的目的，而是僅僅為了管控大型車輛通行。事實上，道路限高標(biāo)準(zhǔn)的制定在規(guī)劃層面上的歸屬模棱兩可，城市規(guī)劃和設(shè)計相對更關(guān)注于宏觀的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、道路系統(tǒng)布置即微觀的道路斷面、路幅寬度、景觀等，并沒有將可通過高度列入必須考慮的范疇。

由于規(guī)劃道路系統(tǒng)的不完善，城市用地布局和開發(fā)的不均衡，大量人流涌入城市中心區(qū)，導(dǎo)致交通擁堵和環(huán)境惡化[11]。管理部門為了緩解擁堵、降低污染，進(jìn)而在進(jìn)入中心區(qū)的道路上設(shè)立限高架以禁止大貨車通行，但這種“一刀切”的方式顯然缺乏理性，其原因有以下四點：

第一，小轎車數(shù)量過多是導(dǎo)致城市擁堵的主要原因，可持續(xù)的城市交通系統(tǒng)應(yīng)一方面鼓勵居民采取公共交通方式，另一方面通過規(guī)劃設(shè)計對城市功能進(jìn)行疏導(dǎo);第二，越來越多的大貨車都已采用清潔燃料，在汽車年檢中排放檢測也已經(jīng)包含在內(nèi)，因此以降低污染為由設(shè)立限高架不甚合理;第三，限高架通過高度控制來篩選車型，事實上也阻礙了大客車通行，但是各城市道路都幾乎沒有對大型客車的限制性規(guī)定;第四，相當(dāng)一部分限高標(biāo)志和限高架附近缺少超限車出口，為超限車輛的離開帶來了困難。

基于以上幾點，筆者對道路限高規(guī)劃提出四點建議：第一，逐步推進(jìn)將道路限高規(guī)劃納入城市道路系統(tǒng)規(guī)劃中，合理分配車流量，提高安全性和通行能力，以期改善限高架“各自為政”的現(xiàn)狀;第二，對于因路橋造成的限高，建議結(jié)合警示限高和物理限高措施，采取人性化設(shè)計方法;對于道路管制的限高，建議不再采用剛性物理限高桿，而可以通過警示牌、電子監(jiān)控拍照等形式管理;第三，我國應(yīng)加快制定對限高設(shè)施統(tǒng)一、科學(xué)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和施工驗收標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范管理主體;第四，限高系統(tǒng)的設(shè)計要既考慮“堵”又考慮“疏”，設(shè)立限高架的同時須開辟超限車疏導(dǎo)道。

5結(jié)語

道路是城市的血管，人性化的交通設(shè)施設(shè)計是城市可持續(xù)發(fā)展的保證。在近來多起事故發(fā)生后，當(dāng)前限高系統(tǒng)設(shè)計存在的不足已經(jīng)暴露無遺，只有正視問題并加以改善，才能真正保障城市的安全有序。在科技高速發(fā)展的今天，比起自動抓拍、人臉識別、測速照相等交通設(shè)備，高度監(jiān)測警示系統(tǒng)的成本并不高昂，但卻能有效提高駕駛?cè)蒎e能力，降低類似傷亡事故的發(fā)生率，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義和參考價值。另一方面，通過科學(xué)規(guī)劃、合理引導(dǎo)、導(dǎo)航聯(lián)動、道路監(jiān)控，逐步取消非路橋道路上的限高架，才能真正實現(xiàn)“城市血管”的通暢健康。

本文系上海市設(shè)計學(xué)Ⅳ類高峰學(xué)科開放基金項目（項目編號：DB18107）的資助研究成果。

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