馬 艷,郭忠印

(同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201804)

重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施是為克服公路運(yùn)輸線上的大江大河(海)、高山峻嶺等障礙而建造的重要道路設(shè)施,主要包括特大型橋梁、隧道(群)以及其他關(guān)鍵設(shè)施,在公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中起重要樞紐作用,是道路的控制工程.由于重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施往往處于大山、河流等特殊地理區(qū)段上,行駛于其上的車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)不僅受到重大橋隧設(shè)施自身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的影響,還受交通環(huán)境、氣候環(huán)境等多方面因素的影響,車(chē)輛運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)道路設(shè)施結(jié)構(gòu)、線形安全性、雨雪霧天氣等單因素影響道路運(yùn)行安全性開(kāi)展了一定研究[1],但在綜合考慮各因素對(duì)重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行安全的影響效果方面研究較少.本文對(duì)外部環(huán)境組合而成的重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)描述,對(duì)影響道路用戶駕駛行為的客觀環(huán)境進(jìn)行分析描述和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,同時(shí)描述運(yùn)行環(huán)境綜合指標(biāo)隨各單項(xiàng)指標(biāo)的變化規(guī)律.

1 重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境影響因素

行駛于重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施的車(chē)輛時(shí)刻受到道路環(huán)境、交通環(huán)境及周邊自然氣候環(huán)境中各類(lèi)因素的影響,其運(yùn)行環(huán)境是多因素共同作用下的綜合系統(tǒng).復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境信息容易導(dǎo)致交通參與者產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷和行為,繼而誘發(fā)行車(chē)風(fēng)險(xiǎn).學(xué)者鶴正田將交通活動(dòng)中的用戶行為用人的因素和環(huán)境因素相互作用來(lái)表示,如圖1所示,認(rèn)為自然環(huán)境、物理?xiàng)l件、空間條件和時(shí)間條件是影響道路用戶交通行為的重要環(huán)境因素.

圖1 交通行為與環(huán)境影響因素的關(guān)系Fig.1 R isk struc ture o f traf fic behavior and environm ent inf luencing factors

當(dāng)?shù)缆酚脩粜旭傆诖笮蜆蛄?、隧道等重大道路設(shè)施上時(shí),由于橋隧設(shè)施所處特殊地理區(qū)段,自然條件、物理?xiàng)l件和空間條件異于普通路段,環(huán)境因素的變化導(dǎo)致行駛風(fēng)險(xiǎn)增加,對(duì)道路用戶造成一定的行駛壓力.因此,以駕駛員對(duì)環(huán)境信息的客觀感知為依據(jù),選取對(duì)交通行為影響較大的氣候環(huán)境、道路環(huán)境和交通環(huán)境三類(lèi)因素,綜合描述重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行環(huán)境,如圖2所示.

圖2 重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境描述模型Fig.2 Description model of highway pivotal infrastru cture operation environmen t

2 重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施路段描述

行駛于重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施上時(shí),由于不同路段風(fēng)險(xiǎn)因素以及運(yùn)行環(huán)境差異較大,因此,道路用戶對(duì)不同路段運(yùn)行環(huán)境的安全感受亦有較大差異.基于結(jié)構(gòu)物特征,將重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施路段按接線路段、橋梁(群)路段、隧道(群)路段三類(lèi)劃分,如圖3所示,以便于研究不同結(jié)構(gòu)物路段的運(yùn)行安全特征.

2.1 接線路段描述

重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施接線路段為橋隧設(shè)施結(jié)構(gòu)物與相鄰道路設(shè)施或路網(wǎng)間的銜接路段,按其連接構(gòu)造物類(lèi)型的不同分為橋梁接線路段及橋隧接線路段,如圖3所示.

橋梁接線路段指大型橋梁主線與兩岸路網(wǎng)相銜接的路段部分,路段長(zhǎng)度視銜接路網(wǎng)距離的遠(yuǎn)近而不同,通常為橋梁引道至主線銜接立交出入口之間的距離.

橋隧接線路段為隧道(群)路段與橋梁引道相銜接的路段部分,路段長(zhǎng)度視銜接距離的遠(yuǎn)近而不同, 通常為橋梁引道至隧道(群)路段之間的距離.

圖3 重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施路段劃分示意圖Fig.3 Road division o f h ighw ay pivota l in frastructure

2.2 橋梁路段描述

橋梁路段包括橋梁主體工程及橋梁引道.橋梁全長(zhǎng)對(duì)于有橋臺(tái)的橋梁應(yīng)為兩岸橋臺(tái)側(cè)墻或八字墻尾端間的距離,無(wú)橋臺(tái)的橋梁應(yīng)為橋面系行車(chē)道長(zhǎng)度.

直線上的橋梁兩端引道的直線長(zhǎng)度,一般不小于表1的規(guī)定.

表1 橋頭引道直線長(zhǎng)度Tab.1 Straight line length of the bridge approach

2.3 隧道(群)路段描述

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)隧道及其洞口兩端路線的規(guī)定,將洞口外側(cè)不小于3 s設(shè)計(jì)速度行程長(zhǎng)度且不小于50 m的過(guò)渡段劃入相應(yīng)的隧道路段.

對(duì)山嶺重丘區(qū)的隧道群,由于連續(xù)多個(gè)隧道相連對(duì)公路行車(chē)安全具有特殊影響,基于駕駛員的生理反應(yīng)特征,以隧道進(jìn)出口5 s設(shè)計(jì)車(chē)速行程長(zhǎng)度作為臨界值,當(dāng)隧道之間的間距小于或等于5 s設(shè)計(jì)車(chē)速行程長(zhǎng)度時(shí),將其相應(yīng)劃分為隧道群路段[2].

3 重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境屬性描述

道路用戶對(duì)重大公路交通設(shè)施運(yùn)行環(huán)境的安全感受主要受道路線形、路面使用狀況、交通信息、交通安全設(shè)施及氣候環(huán)境狀況因素的影響,對(duì)各影響因素進(jìn)行屬性分析是建立運(yùn)行環(huán)境描述模型的基礎(chǔ).

3.1 線形屬性描述

重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施各路段線形安全性從以下三方面進(jìn)行描述:

平面因素:平面線形構(gòu)成要素對(duì)道路設(shè)施運(yùn)行安全有直接的影響.直線運(yùn)用不當(dāng)會(huì)破壞線形連續(xù)性,過(guò)長(zhǎng)直線使駕駛?cè)藛T感到單調(diào)疲倦;平曲線超高過(guò)大影響行車(chē)舒適性并使方向操縱困難;交通事故的危險(xiǎn)性和嚴(yán)重性隨曲線半徑的增加而降低;圓曲線轉(zhuǎn)角愈大,事故率愈高;緩和曲線使車(chē)輛在正常轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)減少對(duì)道路摩擦力的需求,增強(qiáng)道路運(yùn)營(yíng)安全性.

縱斷面因素:道路縱坡坡度對(duì)道路運(yùn)行安全影響較大.當(dāng)縱坡坡度大于6%時(shí),事故率會(huì)顯著增加;豎曲線的頻繁變換會(huì)影響行車(chē)視距,增大行車(chē)風(fēng)險(xiǎn),降低運(yùn)營(yíng)安全性.

橫斷面因素:公路橫斷面組成要素中與運(yùn)行安全有關(guān)的因素主要有車(chē)道數(shù)、路面寬度、路肩寬度等.合理的車(chē)道寬度、路肩寬度和車(chē)道數(shù)可有效緩解駕駛員的心理緊張程度,有利于運(yùn)行安全.

3.2 路面狀況屬性描述

路面狀況的好壞直接影響道路行車(chē)安全.路面狀況優(yōu)劣從以下三方面進(jìn)行描述:

路面平整度:路面平整度是路面行駛質(zhì)量的直接反映.不平整的路面會(huì)影響車(chē)輛的拖掛和車(chē)輪荷載對(duì)地面的作用,迫使車(chē)速降低、車(chē)輛避讓,可能引發(fā)追尾碰撞等事故.

路面排水抗滑:路面排水是和路面防滑阻力有關(guān)的因素.路段排水不暢造成路面附著系數(shù)降低,車(chē)輛易產(chǎn)生滑溜,使道路行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)顯著增大.

車(chē)轍深度:優(yōu)良的制動(dòng)性能是車(chē)輛行駛安全性的重要保證,路面車(chē)轍產(chǎn)生的“溝槽效應(yīng)”直接影響著車(chē)輛與路面間的相互作用,即影響著車(chē)輛的制動(dòng)效能和車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性.

3.3 交通信息屬性描述

交通信息是道路交通標(biāo)志及標(biāo)線所提供的靜態(tài)交通信息和動(dòng)態(tài)交通信息的統(tǒng)稱.道路交通標(biāo)志標(biāo)線是向道路用戶傳遞特定信息、規(guī)范交通管理的重要交通工程設(shè)施,它在一定程度上反映路段及路網(wǎng)的信息化程度.

交通標(biāo)志信息:設(shè)置在道路設(shè)施、橋梁設(shè)施及其接線路段上,以圖形符號(hào)、顏色和文字形式向交通參與者傳遞特定交通信息,引導(dǎo)和組織交通流,保證車(chē)輛安全、順暢、有序運(yùn)行.

交通標(biāo)線信息:以規(guī)定的線條、箭頭、文字、立面標(biāo)志、突起路標(biāo)或其他導(dǎo)向裝置,劃設(shè)于路面或其他交通設(shè)施上,為駕駛員提供視線誘導(dǎo)信息及駕駛行為管制信息.

3.4 交通安全保障設(shè)施屬性描述

交通安全保障設(shè)施對(duì)于排除各種縱、橫向干擾,降低事故率,提高道路服務(wù)水平,充分保障道路交通設(shè)施運(yùn)營(yíng)安全起著重要作用.對(duì)交通安保設(shè)施屬性從以下五個(gè)方面進(jìn)行描述:

防護(hù)及隔離設(shè)施:包括安全護(hù)欄、防撞擋墻、防撞桶和隔離設(shè)施的設(shè)置.消除行車(chē)干擾,防止車(chē)輛、人員誤入,對(duì)車(chē)輛進(jìn)行安全防護(hù).

防眩設(shè)施:減輕眩光,避免由于相向行駛的車(chē)燈照射影響,改善夜間行車(chē)條件.

視線誘導(dǎo)設(shè)施:指示道路方向、行車(chē)道邊界及危險(xiǎn)路面位置,在夜間、雨天和大雪、路面積雪等不良環(huán)境下,起到顯著視線誘導(dǎo)功能,保障道路交通安全.

照明設(shè)施:提高道路照明條件,保證照明質(zhì)量,滿足駕駛視覺(jué)需求,提供良好的誘導(dǎo)性.

緊急救援設(shè)施:整合緊急醫(yī)療救助設(shè)備、應(yīng)急消防設(shè)備、道路清障設(shè)備和車(chē)輛維修設(shè)備,用于道路交通事故緊急救援,有效提高事故人員的救助率和生存幾率,減輕事故影響.

3.5 氣候環(huán)境屬性描述

自然氣候引發(fā)的霧、雨、雪、冰、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣,是影響道路運(yùn)行安全的重要因素.對(duì)氣候環(huán)境屬性從以下四個(gè)方面進(jìn)行描述:

霧:霧天能見(jiàn)度降低,視線障礙大,可視距離縮短,易判斷失誤,導(dǎo)致車(chē)輛追尾碰撞.

雨:雨水影響駕駛員視線,降低路面附著系數(shù),車(chē)輛溜滑,影響行駛安全.

冰雪:冰雪堆積使路面變滑,汽車(chē)轉(zhuǎn)向及制動(dòng)的穩(wěn)定性下降,汽車(chē)操縱困難,造成整車(chē)失衡、側(cè)滑、甩尾失控,從而導(dǎo)致事故發(fā)生.

風(fēng):高速行駛的車(chē)輛易受橫風(fēng)作用,橫風(fēng)對(duì)重大橋梁、隧道運(yùn)行環(huán)境安全性有相當(dāng)大的影響.強(qiáng)風(fēng)使車(chē)輛操作穩(wěn)定性變差,易偏離行車(chē)路線而誘發(fā)交通事故.

4 重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)描述與評(píng)估

圖4 重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)結(jié)構(gòu)Fig.4 Risk assessm ent indexes o f h ighw ay pivotal in frastructure

在重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境屬性分析與描述的基礎(chǔ)上,提取與其安全性顯著相關(guān)的特征指標(biāo)進(jìn)行描述,如圖4所示.

4.1 線形安全性指標(biāo)U1

描述重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施線形安全性的指標(biāo)有平曲線半徑、曲線長(zhǎng)度、縱坡坡度及車(chē)道寬度等.由于道路線形與駕駛心理的差異導(dǎo)致車(chē)輛運(yùn)行速度有所不同,因此選擇綜合值v85作為代表性的運(yùn)行速度值,采用“相鄰路段運(yùn)行車(chē)速差”[3-5]和客貨車(chē)速差對(duì)重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施線形安全性進(jìn)行評(píng)估.為更好表現(xiàn)路段客貨差的離散性,引入路段客貨極差比,即路段各斷面客貨差極大值與極小值的差與各斷面客貨差平均值之比[6]來(lái)描述線形安全性.根據(jù)表2所示評(píng)估建議值對(duì)重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施線形安全性進(jìn)行評(píng)估.

表2 線形安全性評(píng)估表Tab.2 A ssessment of a lignm ent sa fety

4.2 路面狀況安全性指標(biāo)U2

路面狀況對(duì)運(yùn)行安全性具有重要影響.對(duì)重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施中各類(lèi)路段的路面狀況采用路面狀況指數(shù)PCI進(jìn)行評(píng)價(jià).采用側(cè)向力系數(shù)SFC,即作用在輪胎上的側(cè)向摩阻力與垂直荷載之比,對(duì)重大設(shè)施接線路段的路面抗滑能力進(jìn)行測(cè)定.重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施路面狀況安全性評(píng)估建議如表3所示,可根據(jù)評(píng)估建議值對(duì)路面狀況安全性進(jìn)行評(píng)估.

表3 路面狀況安全性評(píng)估表Tab.3 Assessment o f pavem ent performance sa fety

4.3 交通設(shè)施認(rèn)知性指標(biāo)U3

交通標(biāo)志標(biāo)線是交通信息發(fā)布的重要方式之一,交通信息發(fā)布的有效性很大程度上取決于標(biāo)志標(biāo)線認(rèn)知性.標(biāo)志標(biāo)線設(shè)施的信息量、信息連續(xù)性以及標(biāo)志標(biāo)線的設(shè)置方式等均對(duì)交通標(biāo)志標(biāo)線的認(rèn)知性產(chǎn)生影響.對(duì)交通設(shè)施認(rèn)知性指標(biāo)評(píng)估建議如表4所示,可根據(jù)評(píng)估建議對(duì)交通設(shè)施認(rèn)知性進(jìn)行評(píng)估.

表4 交通設(shè)施認(rèn)知性評(píng)估表Tab.4 Cognitive character assessm ent o f tra ffic sign

4.4 安全設(shè)施有效性指標(biāo)U4

交通安全保障設(shè)施包括安全防護(hù)設(shè)施、隔離設(shè)施、防眩設(shè)施、誘導(dǎo)設(shè)施、照明設(shè)施及緊急救援設(shè)施等.各類(lèi)設(shè)施盡量做到全路統(tǒng)一,需具備一定的安全性和有效性,有抵抗外界不良環(huán)境的能力.根據(jù)我國(guó)交通工程設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系的研究成果,參考公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南的相關(guān)要求,提出各項(xiàng)交通安全保障設(shè)施的有效性評(píng)估建議如表5所示,可根據(jù)評(píng)估建議對(duì)安全設(shè)施有效性進(jìn)行評(píng)估.

4.5 氣候環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)性指標(biāo)描述U5

可能導(dǎo)致災(zāi)害性后果的天氣種類(lèi)通常包括霧、雨、風(fēng)、冰雪等,對(duì)災(zāi)害性氣候的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估建議如表6所示,可根據(jù)各評(píng)估內(nèi)容的相應(yīng)建議值進(jìn)行氣候環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)估.

表5 安全設(shè)施有效性評(píng)估表Tab.5 Validity assessm ent of traf fic safety facilities

表6 氣候環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表Tab.6 Risk assessm ent o f c lim atic environm ent

5 重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境綜合指標(biāo)描述

重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境綜合指標(biāo)是以影響運(yùn)行環(huán)境安全性的各單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為基礎(chǔ),綜合考慮自然環(huán)境、物理?xiàng)l件及空間特性,能夠全面表征不同路段的運(yùn)行環(huán)境安全性的綜合性指標(biāo).

重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境綜合指標(biāo)值描述了不同路段對(duì)應(yīng)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的綜合特性,反映了道路用戶對(duì)客觀運(yùn)行環(huán)境的安全感受.各單項(xiàng)指標(biāo)安全等級(jí)越高,風(fēng)險(xiǎn)越小,則運(yùn)行環(huán)境安全性越好,反之亦然.各單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)隨綜合指標(biāo)的變化規(guī)律如表7所示.

表7 綜合指標(biāo)隨單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的變化規(guī)律Tab.7 Rules of com prehensive index changing with the risk index

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行綜合描述,提出影響重大公路設(shè)施運(yùn)行安全性的外部環(huán)境因素及風(fēng)險(xiǎn)組成,據(jù)此提出的運(yùn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)特征指標(biāo)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)以及運(yùn)行環(huán)境綜合指標(biāo)隨單項(xiàng)指標(biāo)的變化規(guī)律為重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行安全管理及決策研究提供參考.由于重大公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性,對(duì)各單項(xiàng)特征指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)方法有待進(jìn)行更深入系統(tǒng)的研究.

[1] 郭忠印,方守恩.道路安全工程[M].北京:人民交通出版社,2003.GUO Zhongyin,FANG Shouen.Road safety engineering[M].Beijing:China Communication Press,2003.

[2] 王琰,郭忠印.基于運(yùn)行安全的公路隧道進(jìn)出口線形設(shè)計(jì)[J].公路交通科技,2008,25(3):134.WANG Yan,GUO Zhongyin.A lignmen t design at tunnel entrance and exit zone based on operating safety[J].Journal of Highw ay and T ransportation Research and Development,2008,25(3):134.

[3] Polus A,M attar-Habib C.New consistency model fo r ru ral highw ay s and its relationship to safety[J].Jou rnal of Transportation Engineering,2004,130(3):286.

[4] M isaghi P,H assan Y,Aace M.Modeling operating speed and speed differen tial on two-lane ru ral roads[J].Jou rnal of Transportation Engineering,2005,131(6):408.

[5] LIChangcheng,KAN W eisheng.Discussion on relationship betw een expressw ay crash and horizontalalignment[J].Jou rnal of Highw ay and T ransportation Research and Development,2007,24(1):126.

[6] 閻瑩.高速公路運(yùn)行車(chē)速預(yù)測(cè)模型[D].上海:同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,2009.YAN Ying.Research on operating speed p rediction model and application of freew ay[D].Shanghai:Tongji University.College of Transpo rtation Engineering,2009.