道路線形對交通安全的影響及評價方法

摘要 為了保證道路上的行車安全性，該文分析了從直線、圓曲線半徑、圓曲線設(shè)置頻率、縱坡、變坡點、豎曲線半徑等方面分析了平面線形和縱斷面線形對交通安全的影響。隨后，分析了多種不良線形組合對道路交通安全的影響。最后，以某二級公路為研究對象，基于運行速度對線形安全性進行評價，研究成果可為道路路線設(shè)計提供理論指導。

關(guān)鍵詞 道路線形；交通安全；平縱指標；安全評價；工程實例

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）19-0060-03

0 引言

近年來，經(jīng)濟快速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐也日益加快。截至2023年年末，公路總里程已突破544.1萬公里，伴隨而來的交通安全問題也越來越多。公路交通系統(tǒng)由人、環(huán)境、車輛、道路等因素組成，且各個因素之間是相互作用、相互影響的。一般情況下，出現(xiàn)交通安全事故后易將責任歸咎于人或車輛，不重視道路本身對交通安全的影響。然而，道路線形（平面線形、縱斷面線形及其組合）會直接影響駕駛員的視距、心理等，從而引發(fā)交通安全事故。因此，進一步研究道路線形對交通安全的影響及評價方法具有重要的意義。

1 道路平、縱線形對交通安全的影響

1.1 平面線形的影響

（1）直線的影響

直線是道路平面線形中使用頻率最高的要素（尤其是地勢平坦開闊的平原地區(qū)），具有方向明確、布線簡單、距離最短等優(yōu)勢。直線設(shè)計的關(guān)鍵是確定長度，不應過長或過短，否則容易引發(fā)交通安全事故。

駕駛員在長直線行駛時，會產(chǎn)生以下幾個問題[1]：一是直線行駛無須過多思考，且操作簡單，容易產(chǎn)生視覺疲勞、注意力分散等問題。二是出現(xiàn)急于通過直線路段的心理，行車速度會不自覺加快。三是當周邊環(huán)境單調(diào)時，駕駛員行車的參考物少，難以準確評估其與前方車輛的距離，容易引起超速行駛。一旦出現(xiàn)上述問題之一，駕駛員在面對突發(fā)狀況時就無法及時作出正確操作來避讓，從而引發(fā)交通安全事故。

同時，連接相鄰圓曲線之間的直線也不能過短，否則會破壞平面線形的連續(xù)性，使駕駛員產(chǎn)生錯覺，認為直線也是曲線的一部分，當車輛駛進第2個彎道時仍會按照之前轉(zhuǎn)彎角度行駛，從而導致車輛偏離行駛軌跡，如圖1所示：

（2）圓曲線半徑的影響

大量工程經(jīng)驗表明，圓曲線半徑越小，交通安全事故率越高。駕駛員經(jīng)過曲線半徑較小的路段，其視距會減小。尤其是在晚上行車時，燈光照射范圍有限，無法提前看到前方的障礙物或車輛，容易引起碰撞或追尾。同時，車輛在曲線路段行駛時，會受8yPIPvuOPkCzoBZnKDoHcw==到向外的離心力。而離心力與圓曲線半徑密切相關(guān)，兩者之間滿足式（1）。當圓曲線半徑小于某一臨界值（最小半徑）時，車輛所受到的離心力會大于輪胎與路面的摩阻力，容易發(fā)生側(cè)翻或滑移[2]。

R= V2 127（u+i） （1）

式中，R——圓曲線最小半徑（m）；V——設(shè)計速度（km/h）；u——橫向力系數(shù)；i——超高橫坡（%）。

（3）圓曲線設(shè)置頻率的影響

彎道是道路平面線形的重要組成，彎道過少會使線形過于單調(diào)，彎道過多會使線形復雜，駕駛員操作難度大。以小半徑圓曲線為例，統(tǒng)計了圓曲線設(shè)置頻率與交通安全事故率的關(guān)系，見表1：

隨著圓曲線設(shè)置頻率的增加，道路沿線的交通安全事故率呈先增加后減少的趨勢，且兩者之間基本呈拋物線關(guān)系。當1 km內(nèi)的圓曲線數(shù)量在2.5～4.0個時，道路上的行車安全性最好。

1.2 縱斷面線形的影響

（1）縱坡的影響

縱坡坡度是指豎曲線切線的傾斜角度，會直接影響道路交通安全。一般情況下，某一路段的縱坡值越大，對應的交通安全事故率高，主要原因在于[3]：一方面，車輛上坡需克服各種阻力，使得貨車牽引力不足、速度減小，而上坡阻力對小汽車的影響較小，小汽車和貨車之間存在速度差。小汽車駕駛員會著急超車或違法超車，容易引發(fā)安全事故。另一方面，在下坡時，車輛速度會在自身重力及慣性力的作用下不斷增加，駕駛員為了保證安全需頻繁制動。對于部分年份較久或性能不佳的汽車，頻繁制動容易導致剎車失靈，對交通安全十分不利。

隨后，該文統(tǒng)計了某地區(qū)多條公路在不同縱坡坡度下的事故率，如圖2所示：

圖2表明：道路縱坡越大，對應的百萬車公里的事故數(shù)越多，且事故數(shù)變化速率呈先慢后快趨勢。當縱坡坡度＞5%時，百萬車公里的事故數(shù)快速增加。為了保證道路上的交通安全，建議該地區(qū)道路縱坡不宜大于5%。

（2）變坡點的影響

為了使道路線形與地形適應，需在縱坡變化處設(shè)置變坡點。由于《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）對最小坡長和最大坡長進行了限制，故需要控制變坡點的頻率。

在變坡點相對密集的路段，道路縱面線形呈“駝峰”，線形不連續(xù)，容易出現(xiàn)視距不良的問題。同時，駕駛員需頻繁切換擋位，以適應坡度變化，容易產(chǎn)生煩躁情緒，且使乘客的舒適度明顯下降；在變邊坡點少的路段，縱斷面線形較單調(diào)，駕駛員容易產(chǎn)生疲勞心理。

（3）豎曲線的影響

豎曲線是變坡點處的過渡曲線，包括凸形豎曲線和凹形豎曲線，其半徑大小會直接影響行車視距和車輛離心力，從而影響行車安全[4]。

圖3（a）車輛在凸形豎曲線形式，如豎曲線半徑過小，駕駛員會出現(xiàn)“懸空感”，心理緊張，且視距受限。一旦前方出現(xiàn)障礙物，駕駛員難以及時發(fā)現(xiàn)。圖3（b）車輛在凹形豎曲線形式（橋梁下方），視距一般能滿足行車要求。但是，豎曲線半徑過大時，連續(xù)降雨天氣下路面容易積水，車輛制動距離大幅增加；豎曲線半徑過小時，車輛受到的豎向離心力較大，駕駛員會產(chǎn)生“失重感”，不利于交通安全。

2 道路線形組合對交通安全的影響

結(jié)合相關(guān)研究成果，道路上的行車安全性不僅取決于各個線形要素，還與不同線形要素之間的組合密切相關(guān)。鑒于此，該文針對幾種常見不良線形組合開展分析，具體如下[5]：

（1）長直線接小半徑曲線

在平原向山嶺區(qū)過渡的路段，經(jīng)常會出現(xiàn)長直線和小半徑曲線組合。當車輛在長直線行駛一段時間后，駕駛員會產(chǎn)生速度感知誤差。此時，駕駛員可能會以較高的速度駛?cè)胄“霃綀A曲線，因受到較大的離心力而側(cè)翻。

（2）多個平曲線連接

一般情況下，多個平曲線連接的線形組合的安全性要優(yōu)于直線+平曲線路段。但是，平曲線半徑較小時會形成連續(xù)急轉(zhuǎn)彎，駕駛員要在短時間內(nèi)多次急打方向盤，使得司乘人員心理產(chǎn)生緊張感，不利于行車安全性和舒適性。

（3）長大下坡接緩坡

在長大下坡+緩坡路段，駕駛員開車經(jīng)過緩坡前（未設(shè)置相應交通標志），會產(chǎn)生上坡的錯覺，從而作出提速上坡操作；在長大上坡+緩坡路段，駕駛員也會因為坡度變緩產(chǎn)生上坡結(jié)束的錯覺，從而盲目切換檔位。因此，上述錯覺及相應的錯誤操作都可能引起交通安全事故。

（4）豎曲線頂或底部插入小半徑平曲線

在凸形豎曲線頂部插入小半徑平曲線，視距可能小于規(guī)范要求的停車視距，駕駛員容易作出急打方向盤的操作。而在凹形豎曲線底部插入小半徑平曲線，車輛會在行駛速度較高時急轉(zhuǎn)彎。

（5）緩和曲線與小半徑豎曲線重合

道路平面采用緩和曲線來實現(xiàn)直線和圓曲線的過渡，且緩和曲線多采用回旋線。車輛在緩和曲線上行駛時，橫向加速度是動態(tài)變化的。同時，車輛在豎曲線行駛時，縱向加速度也隨行駛時間而變化。一旦緩和曲線與小半徑曲線相重合，橫向加速度和縱向加速度會交錯變化，車輛動力作用復雜，提高了駕駛難度，可能導致交通安全事故。

3 道路線形安全評價方法研究

3.1 工程概況

該文研究對象為某省省道公路，其設(shè)計速度為40 km/h，設(shè)計標準為雙向兩車道，路線全長55.5 km，起點樁號為K0+000，終點樁號為K55+500，路基橫斷面寬8.0 m（行車道3.5 m、土路肩0.5 m），路面為瀝青混凝土路面。該公路最大直線長度為550 m，最小直線長度為100 m，圓曲線最小半徑為150 m，最大縱坡為5.5%，凹形豎曲線和凸形豎曲線半徑分別為900 m、1 000 m。經(jīng)對比，路線指標均滿足設(shè)計規(guī)范要求。

但是，考慮車輛在道路上的運行速度與設(shè)計速度不一致，在路線設(shè)計方案確定前基于《公路項目安全性評價規(guī)范》（JTG B05—2015）（簡稱《規(guī)范》）對其安全性進行評價。

3.2 線形安全性評價

（1）評價方法

由《規(guī)范》可知，可以用同一路段設(shè)計速度與運行速度的差值絕對值|ΔV85|來評價線形安全性。由于該公路屬于三級公路，當|ΔV85|<20 km/h時，線形安全性好；當|ΔV85|≥20 km/h時，線形安全性不良。

評價線形安全性的關(guān)鍵是確定各個評價單元的運行速度，即先按曲線半徑、縱坡值等將該公路劃分為平直路段（15個）、縱坡路段（20個）、平曲線路段（16個）、彎坡組合路段（10個）。隨后，以設(shè)計速度為初始速度，對各個路段起點和終點的運行速度進行預測。

鑒于篇幅有限，該文只以平曲線路段為例開展分析，其運行速度預測可按表2進行預測：

Vin、Vm、Vout分別為曲線入口、曲線中點、曲線出口的速度（km/h）；Rn為所在圓曲線半徑（m）；Rf為即將駛?cè)氲膱A曲線半徑（m）。如果即將駛?cè)胫本€，Rf取600 m。

（2）評價結(jié)果

利用上述方法，預測了該道路16個平曲線路段的運行速度，并與設(shè)計速度進行對比，如圖4所示：

圖4表明：該道路平曲線路段的運行速度可能大于或小于設(shè)計速度，最大運行速度為55 km，最小運行速度為35 km/h，平均運行速度為43.75 km/h。經(jīng)計算，的最大值為15 km/h、最小值為1.0 km/h、平均值為5.5 km/h，且均小于20 km/h，線形安全性好。

4 結(jié)束語

該文主要研究了道路平縱線形及其組合對交通安全的影響，并基于運行速度評價了道路線形安全性，得到了以下幾個結(jié)論：（1）直線長度過長或過短、圓曲線半徑過小、圓曲線設(shè)置頻率過少或過多都不利于行車安全。（2）路線縱坡越大、變坡點越多，道路行車安全性越差。同時，線形設(shè)計時要嚴格控制豎曲線最小半徑。（3）長直線接小半徑曲線、多個平曲線連接、長大坡接緩坡、豎曲線頂或底部插入小半徑平曲線、緩和曲線與小半徑豎曲線重合等不良線形組合都會影響行車安全。（4）道路線形安全性評價可采用，并盡量將其控制在20 km/h內(nèi)。

參考文獻

[1]祁立婷.公路設(shè)計中影響交通安全的因素與對策研究[J].大眾標準化，2023（17）：69-71.

[2]彭翔.基于交通安全的鄉(xiāng)村道路設(shè)計技術(shù)研究[J].城市道橋與防洪，2023（8）：45-48+9.

[3]申澤鴻.道路線型設(shè)計對交通安全的影響[J].黑龍江交通科技，2023（6）：23-25.

[4]王路.道路線形設(shè)計指標選用及安全評價研究[D].南京：東南大學，2017.

[5]林聲.基于線形設(shè)計一致性的公路安全設(shè)計理論研究[D].北京：北京交通大學，2014.

收稿日期：2024-07-20

作者簡介：張瑞星（1990—），男，本科，工程師，從事道路設(shè)計工作。