基于中外規(guī)范對(duì)比的公路視距安全性分析

可加銀

(中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司 武漢 430058)

在對(duì)既有道路或新建道路控制造價(jià)的前提下，提高道路的安全性具有一定現(xiàn)實(shí)意義。在道路指標(biāo)相同的前提下，良好的視距能夠使道路使用者有更充足的時(shí)間規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、處理突發(fā)事件，對(duì)于防范交通事故有顯著效果。

1 公路視距評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 行車(chē)視距

公路的行車(chē)視距是指在公路行駛過(guò)程中，駕駛?cè)讼蚯八芸匆?jiàn)的道路長(zhǎng)度。本文主要討論駕駛?cè)嗽谛旭傔^(guò)程中，從發(fā)現(xiàn)障礙物到采取適當(dāng)措施，防止交通事故所需的最小距離。行車(chē)視距分為停車(chē)視距、超車(chē)視距及會(huì)車(chē)視距。

駕駛員在行駛過(guò)程中，行車(chē)視距對(duì)規(guī)避障礙物、處理突發(fā)事件起到至關(guān)重要作用。合理的視距不僅是制定道路標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的依據(jù)，同時(shí)也影響工程造價(jià)、設(shè)計(jì)理念，更關(guān)系到每位道路使用者的安全。

1.2 國(guó)內(nèi)公路行車(chē)視距評(píng)價(jià)指標(biāo)

我國(guó)JTG D20-2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(下稱(chēng)《規(guī)范》)對(duì)行車(chē)視距的取值有明確要求及分類(lèi)。對(duì)于有中央分隔帶的高速及一級(jí)公路，采用停車(chē)視距，對(duì)于二級(jí)、三級(jí)及四級(jí)公路采用會(huì)車(chē)及停車(chē)視距相結(jié)合，其取值見(jiàn)表1、表2。對(duì)于視距的最小長(zhǎng)度，需按《規(guī)范》要求嚴(yán)格執(zhí)行。

表1 高速公路、一級(jí)公路停車(chē)視距表

表2 二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)公路會(huì)車(chē)視距與停車(chē)視距表

2 國(guó)內(nèi)外視距選用標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)公路事業(yè)發(fā)展起步較晚，大部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范擬定原理是從歐美及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家借鑒吸收而來(lái)。各國(guó)停車(chē)視距對(duì)照見(jiàn)表3。

表3 各國(guó)停車(chē)視距對(duì)照表

美國(guó)AASHTO在計(jì)算制動(dòng)視距時(shí)，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間采用2.5 s，利用減速率及設(shè)計(jì)速度進(jìn)行計(jì)算，得出停車(chē)視距。

法國(guó)道路和高速公路技術(shù)研究處在計(jì)算視距時(shí)，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間分為2.0 s(速度小于100 km/h)、1.8 s(速度大于100 km/h)，系利用v85車(chē)速理論及大多數(shù)情況提供的安全摩擦系數(shù)進(jìn)行計(jì)算所得。同時(shí)規(guī)定當(dāng)“道路半徑小于5v(v為設(shè)計(jì)車(chē)速)時(shí)，剎車(chē)距離增加25%”[1]。當(dāng)曲線半徑大于5v時(shí)，部分項(xiàng)目已經(jīng)驗(yàn)算[2]。中法規(guī)范對(duì)停車(chē)視距要求值取值差別不大。

日本規(guī)范采用2.5 s制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，利用設(shè)計(jì)速度、假定的行駛速度(設(shè)計(jì)速度120～80 km/h取85%，設(shè)計(jì)速度60～40 km/h取90%)，及摩擦系數(shù)來(lái)計(jì)算停車(chē)視距。同時(shí)對(duì)積雪冰凍區(qū)單獨(dú)修正。

3 視距需求分析

通過(guò)國(guó)內(nèi)外最小停車(chē)視距比較可以看出，我國(guó)采用的標(biāo)準(zhǔn)與日本規(guī)范較為相似，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間為2.5 s，利用設(shè)計(jì)假定的行駛速度(設(shè)計(jì)速度120～80 km/h取85%，設(shè)計(jì)速度60～40 km/h取90%)，及摩擦系數(shù)f1來(lái)計(jì)算停車(chē)視距?！兑?guī)范》計(jì)算的潮濕狀態(tài)下的停車(chē)視距[3]見(jiàn)表4。

表4 潮濕狀態(tài)下的停車(chē)視距

表4中的計(jì)算結(jié)果主要存在以下3個(gè)問(wèn)題：①視距的計(jì)算公式采用摩擦系數(shù)，差異性較大，受環(huán)境影響大；②摩擦系數(shù)與車(chē)速無(wú)直接聯(lián)系，不同的行駛速度對(duì)應(yīng)不同的摩擦系數(shù)有待實(shí)驗(yàn)佐證；③采用的初始速度可能偏理論，未反映車(chē)輛的真實(shí)速度。

3.1 視距計(jì)算公式選定

停車(chē)視距所計(jì)算的制動(dòng)距離主要由兩方面組成：從駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物或緊急情況到車(chē)輛剎車(chē)裝置啟動(dòng)的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的車(chē)輛行駛距離和車(chē)輛制動(dòng)裝置生效后的減速滑行距離。

目前國(guó)際上主要有2種計(jì)算方法；①美國(guó)AASHTO采用的計(jì)算方法[4]，見(jiàn)式(1)；②日本及歐洲使用的計(jì)算方法[5]，見(jiàn)式(2)。

d=0.278v·t+0.039v2/a

(1)

d=v·t/3.6+v2/(2×3.62gf)

(2)

式中：v為設(shè)計(jì)速度，km/h；t為反應(yīng)時(shí)間，s；a為減速率，m/s2；f為摩擦系數(shù)；g為重力加速度，取9.8 m/s2。

式(1)(2)的區(qū)別主要在于：式(2)更趨于理論值，但摩擦系數(shù)受各個(gè)車(chē)輛的輪胎條件、路面狀況、天氣環(huán)境、制動(dòng)條件等因素影響，不同車(chē)輛、地區(qū)、道路各不相同，且范圍起伏變化較大，難以測(cè)得，且與設(shè)計(jì)速度的關(guān)系有待商榷。

式(1)更趨于人性化和可操作性，可以測(cè)定一個(gè)多數(shù)駕駛員剎車(chē)時(shí)較為舒適的減速值作為推薦減速率，以此來(lái)計(jì)算的制動(dòng)距離，這樣有利于駕駛員剎車(chē)時(shí)更好地控制車(chē)輛。因此，建議將式(1)作為計(jì)算停車(chē)視距的參考公式。

3.2 參數(shù)選定

反應(yīng)時(shí)間的確定。根據(jù)文獻(xiàn)[4]對(duì)反應(yīng)時(shí)間的研究，警覺(jué)的駕駛員最短的反應(yīng)時(shí)間可能達(dá)1.64 s。但由于公路的實(shí)際條件遠(yuǎn)比研究時(shí)復(fù)雜，因此應(yīng)采用大于1.64 s的標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)[4]中還提到，對(duì)于大多數(shù)駕駛員來(lái)說(shuō)，2.5 s的反應(yīng)時(shí)間已足夠。由于我國(guó)交通組成復(fù)雜，道路環(huán)境變化也較大，駕駛員的熟練程度不一，因此采用2.5 s的反應(yīng)時(shí)間作為停車(chē)視距計(jì)算較為合適。

減速率的確定。根據(jù)AASHTO研究試驗(yàn)成果，減速率采用3.4 m/s2較為合適。大多數(shù)的車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)在潮濕路面上均能產(chǎn)生大于這個(gè)減速數(shù)值的制動(dòng)摩擦。

初始速度的確定。目前我國(guó)計(jì)算停車(chē)視距的計(jì)算模型，采用的初始速度為設(shè)計(jì)速度的85%～90%。設(shè)計(jì)速度本身代表這條路任何路段均能達(dá)到的安全運(yùn)行速度，現(xiàn)規(guī)范視距計(jì)算時(shí)對(duì)其進(jìn)行折減不利于駕駛員的安全。近年來(lái)，我國(guó)交通規(guī)劃大量引進(jìn)v85運(yùn)行速度理論。建議在事故多發(fā)段、期望速度較高的路段優(yōu)先采用德國(guó)v85運(yùn)行速度作為初始速度，對(duì)一般路段采用設(shè)計(jì)速度作為停車(chē)視距計(jì)算的初始速度。運(yùn)行速度v85是通過(guò)在典型公路上行駛車(chē)輛的實(shí)際行駛速度觀測(cè)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)、總結(jié)其數(shù)據(jù)分布，回歸出的第85個(gè)百分位的速度。

德國(guó)v85運(yùn)行速度。德國(guó)道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中85%行駛速度確定方法，v85=ve+10 km/h(ve≥100 km/h)，v85=ve+20 km/h(ve<100 km/h)；ve為設(shè)計(jì)車(chē)速，km/h。較易推廣，且能夠適應(yīng)大部分情形。

通過(guò)計(jì)算可得出視距需求對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 視距需求對(duì)比表

因?yàn)榻煌ㄊ鹿事逝c坡度有較大關(guān)系，實(shí)際過(guò)程中停車(chē)視距還需結(jié)合道路縱坡進(jìn)行修正，圖1、圖2為日本統(tǒng)計(jì)的不同縱坡與事故率關(guān)系[6]。分析原因可能是下坡路段車(chē)速普遍較高，部分重力變成下滑力，從而使車(chē)輛減速難度加大，從而需要更長(zhǎng)的停車(chē)視距。建議若高速公路縱坡大于3%、一般道路大于4%即可采用v85設(shè)計(jì)車(chē)速來(lái)計(jì)算停車(chē)視距，這將大大包容駕駛員下坡車(chē)速過(guò)大和摩擦系數(shù)損失造成的影響，體現(xiàn)人性化的設(shè)計(jì)理念。

圖1 日本一般道路不同縱坡事故率

圖2 日本高速公路不同縱坡事故率

4 視距檢驗(yàn)

在設(shè)計(jì)及道路使用前，需對(duì)道路提供的視距進(jìn)行檢驗(yàn)。主要對(duì)道路的平面及縱面進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.1 平面視距檢驗(yàn)

對(duì)于高速公路，平面視距檢驗(yàn)主要檢驗(yàn)護(hù)欄對(duì)視距的影響及挖方段右偏曲線的挖方邊坡對(duì)視距的影響。假設(shè)車(chē)輛位于行車(chē)道中央，考慮駕駛員位于車(chē)輛左側(cè)，因此取駕駛員距離右側(cè)車(chē)道線2 m位置。以設(shè)計(jì)車(chē)速80 km/h的高速公路為例，檢驗(yàn)小車(chē)行駛在內(nèi)側(cè)，道路曲線半徑小于多少需考慮改變中央分隔帶護(hù)欄形式或加寬路基。

圖3 平面視距計(jì)算示意

挖方段落視距不足的缺陷主要出現(xiàn)在低等級(jí)公路，高速公路由于有相對(duì)較寬的路肩及水溝、碎落臺(tái)，大多數(shù)路段視距相對(duì)得到保障；部分高速由于受地形限制壓縮硬路基，采用了較小的曲線半徑，這些段落也需開(kāi)挖視距平臺(tái)保障視距，視距檢驗(yàn)方法相同。

4.2 縱面視距檢驗(yàn)

國(guó)內(nèi)現(xiàn)行縱坡豎曲線絕大部分采用的是圓曲線，因此可采用圓曲線模型，縱面視距模型見(jiàn)圖4。由圖4可知，縱面視距取決于視高h(yuǎn)0(取小車(chē)駕駛員視高1.0 m)及被觀察物高h(yuǎn)1(標(biāo)線高度0.00 m、巖石或其他障礙物高0.1 m、前方車(chē)輛尾燈高0.6 m)和縱曲線半徑R豎。

圖4 縱面視距計(jì)算模型圖

5 結(jié)論

我國(guó)高速公路內(nèi)側(cè)超車(chē)道運(yùn)行車(chē)速往往高于設(shè)計(jì)車(chē)速，在部分省份高速上超速10%是不受處罰的，因此視距難以匹配較高運(yùn)行車(chē)速的矛盾，具有一定安全隱患。目前山區(qū)國(guó)省道回頭曲線視距過(guò)小的不足已得到普遍認(rèn)識(shí)及改善。而設(shè)計(jì)車(chē)速40 km/h的國(guó)省道二級(jí)路，實(shí)際行車(chē)速度往往較高，仍普遍存在視距不足現(xiàn)象。

因此建議采用文中視距計(jì)算方法，增加有效行車(chē)視距，提高行駛安全性，在建設(shè)時(shí)可通過(guò)加寬路基或開(kāi)挖視距平臺(tái)、改變護(hù)欄形式增加視距，同時(shí)避免費(fèi)用顯著增加。