寬容性設(shè)計(jì)中事故預(yù)測(cè)體系的發(fā)展及應(yīng)用

龔華鳳　周約珥　趙聰霄　劉慶　肖潔

摘 要：寬容性理念下的道路設(shè)計(jì)體系除路側(cè)設(shè)施設(shè)計(jì)外，還包含交通安全分析與預(yù)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)道路及其附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。該方法在國(guó)內(nèi)寬容性道路設(shè)計(jì)中應(yīng)用較少，但在其他發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)從大量工程實(shí)踐中得到了有效驗(yàn)證，有利于降低交通事故死傷率。基于此，研究介紹寬容性設(shè)計(jì)中交通安全分析方法與事故預(yù)測(cè)模型的內(nèi)容及原理，并以廣東省深圳市綠梓大道北延段新建工程為例，展開(kāi)事故嚴(yán)重性指標(biāo)分析和交通事故率預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，針對(duì)原道路設(shè)計(jì)方案的交通安全優(yōu)化效果顯著，道路主線(xiàn)和加減速車(chē)道的總體事故率分別降低了7.32%和8.77%，可為今后開(kāi)展類(lèi)似的寬容性道路設(shè)計(jì)提供良好的借鑒。

關(guān)鍵詞：道路工程;寬容性設(shè)計(jì);定量化分析;交通事故率;事故嚴(yán)重性指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào)：U412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）29-0085-03

The Development and Application of Traffic Accident Prediction

in Forgiving Design

——A Case Study of Lvzi Elevated Expressway in Shenzhen

GONG Huafeng ZHOU Yueer ZHAO Congxiao LIU Qing XIAO Jie

（1.T.Y.Lin International Engineering Consulting（China）Co.， Ltd.， Chongqing 401121;2.Sustainable Transportation Engineering & Technology Research Center for Mountain Cities， Chongqing 401121）

Abstract： Forgiving design is a people-oriented road design concept. Apart from the well-known roadside design procedures， forgiving design also includes methodology for analyzing and predicting traffic accident. This methodology hasn’t been massively investigated in China， but has been successfully verified in a few developed countries with engineering practices. As a result， traffic accident rate has been reduced significantly in these areas. For status in above， this research introduced a major methodology of safety analysis and accident prediction model for forgiving design， and the Lvzi elevated expressway in Shenzhen was showed as a forgiving design example. Results showed a significant positive effect on optimization of road design that achieved a 7.32% accident rate reduction for mainline and a 8.77% accident rate reduction for speed-change lane， respectively.

Keywords： road engineering;forgiving design;quantitative analysis;accident rate;severity index

寬容性理念最初由美國(guó)國(guó)家公路與交通協(xié)會(huì)（American Association of State Highway and Transportation Officials，AASHTO）和美國(guó)聯(lián)邦公路局（Federal Highway Administration，F(xiàn)HWA）等部門(mén)聯(lián)合提出，旨在應(yīng)對(duì)早期美國(guó)交通事故致死率高和惡性事故頻發(fā)等交通安全問(wèn)題。該設(shè)計(jì)方法的提出與實(shí)施使全美交通安全狀況得到了明顯改善。2020年美國(guó)官方機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全美交通死亡率在1969年后呈逐漸下降趨勢(shì)，2018年的交通死亡總?cè)藬?shù)為36 560人，顯著低于1972年54 589人的峰值[1]。研究表明，寬容性道路的設(shè)計(jì)理念與方法對(duì)世界各國(guó)的道路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展而言具有良好的借鑒意義。

經(jīng)過(guò)多年的探索與發(fā)展，寬容性理念已經(jīng)由早期利用路側(cè)安全設(shè)施設(shè)計(jì)來(lái)提高道路“容錯(cuò)”能力（被動(dòng)安全措施）向道路整體線(xiàn)型設(shè)計(jì)和安全管理等方向擴(kuò)展，逐漸形成了一套完整的道路設(shè)計(jì)體系。FHWA提出了道路安全的定量化分析[2]和事故預(yù)測(cè)模型（主動(dòng)安全預(yù)測(cè)），進(jìn)一步豐富了寬容性道路設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。同時(shí)，信息化技術(shù)的發(fā)展也使得寬容性設(shè)計(jì)方法與分析技術(shù)能夠以交互式軟件的形式呈現(xiàn)。

在國(guó)內(nèi)，研究學(xué)者與道路設(shè)計(jì)人員也嘗試將相關(guān)理念與技術(shù)引入我國(guó)道路設(shè)計(jì)體系，如公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引入的路側(cè)凈區(qū)等概念[3]。然而，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與工程實(shí)踐都側(cè)重于定性的道路交通安全評(píng)價(jià)，鮮有針對(duì)事故率和事故損失等指標(biāo)的定量化寬容性安全分析技術(shù)?；诖?，本研究梳理了歐美國(guó)家在該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展歷程，并以深圳綠梓大道北延段新建工程為例，結(jié)合國(guó)內(nèi)交通安全現(xiàn)狀開(kāi)展事故預(yù)測(cè)分析，為綠梓大道的道路設(shè)計(jì)方案提出相應(yīng)的優(yōu)化建議。

1 寬容性設(shè)計(jì)中對(duì)交通安全分析的提出及其發(fā)展進(jìn)程

1967年，AASHTO出版了《公路設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)實(shí)踐》并首次提出了寬容性設(shè)計(jì)的基本理念。1989年，AASHTO在既有基礎(chǔ)上形成了全美通用的路側(cè)安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，F(xiàn)HWA通過(guò)國(guó)家公路合作研究計(jì)劃推動(dòng)開(kāi)發(fā)了與寬容性道路設(shè)計(jì)相配套的定量化分析軟件——ROADSIDE[2]，以協(xié)助設(shè)計(jì)人員科學(xué)分析事故風(fēng)險(xiǎn)和損失等，實(shí)現(xiàn)道路設(shè)計(jì)方案的科學(xué)化和定量化。然而，早期美國(guó)路側(cè)設(shè)施指南與ROADSIDE軟件在技術(shù)上不適用于空間受限的城市區(qū)域，缺乏廣泛適用性。

為解決這一問(wèn)題，Roadsafe公司基于NCHRP Project 22-9開(kāi)發(fā)了全新的路側(cè)安全分析模型——RSAP（Roadside Safety Analysis Program），以替代ROADSIDE。該模型通過(guò)路側(cè)侵入分析模塊、事故預(yù)測(cè)模塊、事故嚴(yán)重性預(yù)測(cè)模塊和事故損失分析模塊，提高了前期設(shè)計(jì)中事故分析的可靠性，但模型存在缺乏工程整體考慮、模型分析偏公式化及難以與道路設(shè)計(jì)方案之間實(shí)現(xiàn)高效的信息交互等問(wèn)題。

針對(duì)寬容性道路設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的不斷拓展與定量化分析模型的發(fā)展，F(xiàn)HWA資助并開(kāi)發(fā)了交互式道路安全設(shè)計(jì)模型（Interactive Highway Safety Design Model，IHSDM），以實(shí)現(xiàn)定量化、交互式的道路設(shè)計(jì)與安全運(yùn)營(yíng)評(píng)估。該模型由事故預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)一致性等6個(gè)獨(dú)立模塊組成，主要包括基本段多車(chē)事故分析、基本段單車(chē)事故分析、加速車(chē)道事故分析及減速車(chē)道事故分析4部分評(píng)價(jià)內(nèi)容。相比RSAP，IHSDM具有更加全面、宏觀的道路交通安全預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)及事故損失分析體系，通過(guò)LandXML文件實(shí)現(xiàn)與CAD的交互。我國(guó)部分學(xué)者也在IHSDM模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步論證了其在我國(guó)道路設(shè)計(jì)中應(yīng)用的可行性[4-5]。

2 工程案例

2.1 項(xiàng)目背景

綠梓大道北延段是廣東省深圳市規(guī)劃“十橫十三縱”高快速路網(wǎng)體系中的外環(huán)快速（龍崗-大鵬）的重要組成部分，承擔(dān)著深圳東部各組團(tuán)間的中長(zhǎng)距離快速交通聯(lián)系及組團(tuán)對(duì)外的交通轉(zhuǎn)換。考慮到路段具有設(shè)計(jì)速度高、交通量大等特點(diǎn)，參考深圳近年交通安全現(xiàn)狀（事故數(shù)下降，事故致死率上升）和工程需求，項(xiàng)目基于IHSDM對(duì)綠梓大道北延段主線(xiàn)及其附屬立交新建工程開(kāi)展了以寬容性道路為主要目標(biāo)的交互式道路設(shè)計(jì)。其中，綠梓大道北延段主線(xiàn)為雙向六車(chē)道的城市快速路，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，全線(xiàn)共設(shè)置11處平曲線(xiàn)（最小曲線(xiàn)半徑600 m）、互通立交3座。根據(jù)交通預(yù)測(cè)結(jié)果，綠梓大道主線(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期的年平均日交通量，如表1所示。其中，參考城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范，計(jì)算年平均日交通量時(shí)的設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)取0.07。

2.2 模型原理

通過(guò)將主線(xiàn)道路線(xiàn)型、互通立交交織段樁號(hào)、中央分隔帶條件及護(hù)欄設(shè)置情況與上述交通數(shù)據(jù)等輸入IHSDM的事故預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模塊，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)預(yù)測(cè)獲得分析年限內(nèi)分析目標(biāo)及其關(guān)鍵位置的事故類(lèi)型、事故損失及事故率等數(shù)據(jù)，從而對(duì)道路線(xiàn)型、交通組織方案、分隔帶及護(hù)欄等作出相應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)交互式道路設(shè)計(jì)。以高快速路基本段多車(chē)事故分析中的傷亡事故預(yù)測(cè)模型為例，其模型的基本框架為：

式（1）中：N為基本段多車(chē)事故的傷亡事故率;N為基本段多車(chē)事故的基本傷亡事故率;CMF為事故修正系數(shù);C為事故校正系數(shù)。各參數(shù)的下標(biāo)中：fs為高快速路基本段;m為事故修正系數(shù)編號(hào);n為斷面車(chē)道數(shù);mv為多車(chē)事故;fi為傷亡事故;ac為橫斷面。

上述參數(shù)中，基本段多車(chē)事故的基本傷亡事故率Nspf與道路的年平均日交通量（Annual Average Daily Traffic，AADT）、受變速車(chē)道出入口影響的有效基本段長(zhǎng)度L*等因素有關(guān)，表達(dá)式如下：

式（2）中：L為高快速路基本段長(zhǎng)度;L為加速車(chē)道毗鄰基本段的長(zhǎng)度;L為減速車(chē)道毗鄰基本段的長(zhǎng)度;a、b、c分別為待標(biāo)定參數(shù)，可根據(jù)當(dāng)?shù)厥鹿是闆r進(jìn)行標(biāo)定，也可采用FHWA針對(duì)不同道路環(huán)境、不同分析目標(biāo)的建議值。

事故修正系數(shù)與道路幾何線(xiàn)型、設(shè)施布局及交通條件等條件相關(guān)，共計(jì)11種。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際道路環(huán)境條件和運(yùn)營(yíng)情況，輸入相應(yīng)的工程參數(shù)。針對(duì)不存在且無(wú)法輸入的工程條件，如外側(cè)防撞護(hù)欄布局、路肩震蕩標(biāo)線(xiàn)、交織段位置等，不輸入相關(guān)參數(shù)并不影響最終結(jié)果的輸出。

事故校正系數(shù)屬于本地化參數(shù)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合地方特征校正模型結(jié)果，以降低標(biāo)定事故修正系數(shù)的工作量。

2.3 模型結(jié)果及分析

在本案例中，研究人員以交通運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定后的第一年為事故預(yù)測(cè)分析基準(zhǔn)年，以之后的10年為分析年限，分析設(shè)計(jì)過(guò)程中兩版設(shè)計(jì)方案中綠梓大道主線(xiàn)和加減速車(chē)道的交通安全概況，結(jié)果如表2和表3所示。

通過(guò)道路方案設(shè)計(jì)與交通安全分析的交互，綠梓大道主線(xiàn)部分基本實(shí)現(xiàn)了全線(xiàn)整體事故（量）率的下降。調(diào)整后的主線(xiàn)方案相對(duì)于調(diào)整前，總事故量、傷亡事故量及僅財(cái)產(chǎn)損失事故量分別下降了6.98%、6.45%和7.19%，總體事故率、傷亡事故率及僅財(cái)產(chǎn)損失事故率則分別下降了7.32%、4.35和8.47%，方案優(yōu)化效果較為顯著。針對(duì)現(xiàn)實(shí)中事故高發(fā)的主線(xiàn)加減速車(chē)道段（互通立交局部），方案調(diào)整前后的事故風(fēng)險(xiǎn)變化則更為顯著。其中，加減速段的總事故量、傷亡事故量和僅財(cái)產(chǎn)損失事故量的降幅分別達(dá)到了8.59%、5.88%和9.76%，加減速段的百萬(wàn)車(chē)千米總體事故率、傷亡事故率和僅財(cái)產(chǎn)損失事故率則分別下降了8.77%、5.88%和10.00%，方案優(yōu)化調(diào)整效果顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

寬容性道路設(shè)計(jì)發(fā)展至今已基本形成了標(biāo)準(zhǔn)化和定量化的設(shè)計(jì)方法與規(guī)范化的預(yù)測(cè)分析模型，并借助信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)道路設(shè)計(jì)的交互。然而，國(guó)內(nèi)由于相關(guān)技術(shù)起步較晚、相關(guān)數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)不足等，在寬容性道路相關(guān)的定量分析模型方面還有很大的研究和發(fā)展空間，包括相關(guān)事故預(yù)測(cè)與分析模型的改進(jìn)、參數(shù)的本地化及補(bǔ)充歷史事故數(shù)據(jù)等。

參考文獻(xiàn)：

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