云南省改擴建低等級公路運營安全性評價方法研究

摘 要：通過對低等級公路改擴建前后道路特征和事故特征的分析，得到改擴建低等級公路交通事故的主要致因；對比不同評價方法的適用性，選擇安全審查與設計一致性相結(jié)合的危險指數(shù)評價法對改擴建低等級公路進行安全評價，基于云南省改擴建低等級公路交通事故主要致因，選擇接入口、路側(cè)、路面、交通設施等作為評價指標。

關鍵詞：改擴建 低等級公路 安全評價 危險指數(shù)法

中圖分類號：U492 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0075-05

由于低等級公路在改擴建后等級提高、通行能力增大、行車速度提高，容易誘發(fā)交通安全事故。云南省低等級公路受山區(qū)道路地形地質(zhì)條件的影響，部分路段出現(xiàn)長下坡，小半徑彎道等特殊路段，因此改擴建后運營初期更易引發(fā)交通事故。為更好地解決低等級公路改擴建工程存在的交通安全問題，根據(jù)云南省低等級公路改擴建工程的特點，針對性地進行安全性評價方法研究具有以下重要的意義。

（1）運營初期階段通過進行安全性評價，找出改擴建低等級公路交通安全特征變化規(guī)律，明確道路交通安全運行要點，提高道路安全水平，為減小事故發(fā)生概率，降低事故嚴重程度及合理的安全改善提供基礎。

（2）通過低等級公路改擴建工程安全性評價的實施，以較少的投入獲得道路全壽命周期的安全效益最大化。

（3）通過實施道路交通安全評價，使各方更關注低等級公路改擴建工程運營階段的安全性，促進該領域道路安全技術、標準方法的進步。

綜上所述，以創(chuàng)造安全道路施工環(huán)境和檢查改擴建道路交通安全隱患為目的的低等級公路改擴建工程安全性評價，具有重大的研究意義和實踐價值。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外對道路交通安全評價的研究較早，且十分豐富。20世紀40年代后，發(fā)達國家普遍開展了交通量的調(diào)查工作，擁有了交通量數(shù)據(jù)以后，開始了對道路交通安全進行評價。Norden[1]，J·S·CHEN和S·C·WANG[2]分別提出了質(zhì)量控制法和臨界率法來鑒別危險路段；Smeed R·J·[3]根據(jù)歐洲20個國家的交通事故調(diào)查事故數(shù)據(jù)，對事故次數(shù)與機動車及人口數(shù)量進行了回歸分析，建立了Smeed模型；但由于利用事故數(shù)據(jù)評價具有“大樣本，長周期”的缺點，Haydn[4]提出了非事故統(tǒng)計的交通沖突技術評價法；在20世紀80年代中期后，安全審核是一種較成熟而有效的道路安全性評價方法。英國、美國、德國政府皆制定了道路安全核查規(guī)范和程序，并向全國推廣。另外，一些學者致力于設計一致性評價法，Lamm[5]首先提出了基于運行車速的三個線形一致性評價標準：線形單元中運行車速與設計車速的差；相鄰連續(xù)斷面的85%位車速差；車輛穩(wěn)定性評價，用預測的側(cè)向摩擦系數(shù)與所需側(cè)向摩擦系數(shù)的差值來表示。Krammes[6]則分析了線形設計的連續(xù)性對安全的影響。

我國對道路安全性的研究起步較晚，主要采取的是借鑒國外較成熟的方法，對其加以改進，使之適應我國的國情。郭應時[7]，祁素升[8]分別從投資收益和交通安全仿真技術的角度對安全審計評價法在我國高等級公路上的應用進行了探討；陳永勝[9]等結(jié)合湖北省公路的道路要素資料與公路事故資料，對安全審計法進一步的安全取值區(qū)間進行了劃定；王廣山[10]根據(jù)其搜集的事故資料，以路段平均半徑、路段最大最小半徑之比、路段曲線相對長度、路段平均豎曲率四個路段線形指標以及路段長度為參數(shù)建立了國內(nèi)高速公路設計一致性模型；徐道涵[11]等對雙車道公路線形進行安全評價研究，揭示了線形一致性和速度連續(xù)性的內(nèi)在關系；張宇輝[12]提出了具體的基于運行車速的路線一致性設計流程，并對遼寧省某擬建高速公路進行了分析。

在山區(qū)低等級公路安全評價方面，雷燕[13]以事故數(shù)、傷亡人數(shù)和財產(chǎn)損失為評價指標，從點、線、面三個層次對云南省道路交通安全給予了評價；魯巍巍[14]通過對交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的四項統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行研究，利用主成份分析法對湖南西部山區(qū)公路交通事故發(fā)生的時間、原因、形態(tài)、發(fā)生交通事故的道路線形和天氣狀況分別進行了綜合評價；趙磊[15]將山區(qū)公路分成直線段、縱坡段、平曲線段、平縱結(jié)合段四種路段，利用設計一致性評價法對交通流在每種路段上的運行速度進行建模預測，計算各路段安全度，并得出全路交通安全度；翟東營[16]同樣利用基于運行速度的設計一致性方法對農(nóng)村公路進行了安全評價；任曉佳[17]則利用模糊評價法和層次分析法建立農(nóng)村公路交通安全評價模型。

可以看出國外開展道路交通安全評價的相關研究已經(jīng)較為全面，而我國的道路交通安全評價研究主要集中于高速公路和一級公路的研究較多，目前也出現(xiàn)了一些針對山區(qū)公路和低等級公路的交通安全評價研究，但評價方法較為單一，多是改進高等級公路評價方法，尚未針對低等級公路和山區(qū)公路的特點進行系統(tǒng)和全面的評價，對于山區(qū)改擴建低等級公路的相關研究則更少。因此，有必要針對山區(qū)改擴建公低等級路的交通安全特點進行研究，在國內(nèi)外現(xiàn)有安全評價研究的基礎上，尋找適合山區(qū)改擴建低等級公路交通安全評價的方法。

2 改擴建低等級公路安全特征分析

2.1 道路特征分析

低等級公路在改擴建后的運營初期階段存在以下幾種問題。

（1）車道數(shù)增加，客觀上大小車由混合行駛變?yōu)榉周嚨佬旭偅炻嚨赖乃俣炔钭兇螅ｋU程度相對提升，同時，車道變換也將更加頻繁，安全隱患增加。

（2）路面加寬，駕駛員對沿線道路交通設施的視認性將發(fā)生變化。

（3）交叉口擴大、增加或形式發(fā)生變化，交通沖突路段增多，甚至出現(xiàn)交織區(qū)，這對行車安全構(gòu)成新的威脅。

（4）道路條件的改善必將吸引更多的交通量，交通組成的復雜性、交通流的隨機性及交通管理的困難性增大等。

2.2 事故特征分析

本文選取云南省文天線、文都線、珠西公路、昆祿公路2007年至2011年交通事故資料進行統(tǒng)計分析，四條公路改擴建之前為三級公路，2011年改擴建完成后為二級公路。所得結(jié)論有以下幾點。

（1）事故數(shù)量。舊路經(jīng)過改擴建以后，線形、路面狀況等都發(fā)生了巨大的變化，運營初期交通安全設施還沒有完善，駕駛員對新改建完成的道路不熟悉，又因為新修路面狀況良好，線形較以前的舊路有了很大的提高，行車速度也隨之提高，因此交通事故數(shù)量急劇增加。2011年公路改擴建完成后事故數(shù)量劇增到達119起，大大超過了2007年至2010年年平均交通事故數(shù)量67起。

（2）事故傷亡。由于路面加寬、路面狀況改進等條件優(yōu)化之后，交通量與之前的低等級公路有了較大的增長，行車速度也隨之提高，新改擴建完成的公路在短期時間內(nèi)存在一段逐步適應的過程，在該時期內(nèi)單位車輛事故發(fā)生率和單位車輛傷亡率比舊路更高。2011年公路改擴建完成后死亡人數(shù)為73人，受傷人數(shù)總數(shù)為128人，超過2007年至2010年平均每年死亡58人，受傷106人。

（3）事故路段分布。改擴建公路的事故多發(fā)路段主要以高路堤、單個急彎、連續(xù)急彎以及接入口這四種路段為主，有接入口的路段極易引發(fā)交通事故，占到事故多發(fā)路段比例的55%高路堤路段，單個急彎和連續(xù)急彎所占比例分別為37%，13%和5%。

（4）交通事故形態(tài)分布。改擴建低等級公路交通事故的形態(tài)主要有碰撞、碾壓、刮擦、翻車和墜車等，其中碰撞和碾壓事故分別占到57.45%和14.89%。碰撞事故主要是由于改擴建公路依山而建，急彎路段經(jīng)常受山體、植被等遮擋，路側(cè)環(huán)境良嚴重影響駕駛員的行車視距。碾壓事故主要是因為改擴建公路經(jīng)過的集鎮(zhèn)較多，這些路段接入口設置大都不規(guī)范，而公路升級改建后，行車速度提高，這對橫穿公路的當?shù)鼐用駱?gòu)成了很大的安全隱患。

3 安全評價指標選取

目前，云南省改擴建公路運營時間短，交通事故數(shù)據(jù)量少，事故嚴重程度不一，影響因素多。歷史事故數(shù)據(jù)是衡量道路安全性能的重要指標，但是其弱點是高度隨機性。鑒于這種高度隨機性，使用1至3年的事故數(shù)據(jù)，這是一個相對持續(xù)時間較短的樣本，它難以用來預測長期的事故發(fā)生率。有的改擴建公路路段和接入口在幾年時間內(nèi)，許多地方的都沒有發(fā)生事故，或至多發(fā)生過一起事故，如果僅從該路段沒有事故數(shù)據(jù)，就判斷它是安全的，這是不正確的，并且從該路段提供的事故數(shù)據(jù)來估計其長期預期的安全性能，依據(jù)也不足。因此，單一的事故指標不足以表征調(diào)查道路的安全狀況。

基于線形設計一致性來鑒別道路的危險路段，這種方法采用理論和實驗的模型來評估線形設計的一致性，分析的結(jié)果盡管能確定線形不一致的路段，但是不能夠?qū)撛诘氖鹿十a(chǎn)生的因素凸顯出來。

安全審查評價方法雖然有助于評價人員發(fā)現(xiàn)潛在事故因素，在評價時按一定的邏輯進行，避免遺漏問題，但仍屬于定性的評價，受主觀因素和經(jīng)驗影響，局限性較大，無法對系統(tǒng)做整體動態(tài)性評價。

綜上所述，我們需要一種既能鑒別出危險路段，凸顯潛在的事故因素，有能便于評價人員評價的方法，以達到最佳的成本效益比。因此，針對這種現(xiàn)狀，對于云南省改擴建公路安全評價，本文采用危險指數(shù)評價法[18]，結(jié)合道路安全審查法和設計一致性評價，根據(jù)云南省改擴建低等級公路的安全特征，從改擴建公路的交通量，車輛運行速度、接入口、幾何線形、路側(cè)環(huán)境、交通安全設施等多個因素來對改擴建公路進行安全評價。

4 危險指數(shù)評價法

Salvatore Cafiso[18]的危險指數(shù)評價法最初是用于雙車道農(nóng)村公路，本文在其基礎上，針對云南省改擴建低等級公路的安全特征，改進了危險指數(shù)評價法，使之適用于云南省低等級改擴建公路。危險指數(shù)由三個風險因素組成：曝露于道路危險環(huán)境的因素（安全曝露度因子），汽車發(fā)生事故的可能性（事故發(fā)生的可能性因子），事故導致的嚴重程度（事故嚴重性因子）。

危險指數(shù)公式如下：

危險指數(shù)=安全曝露度因子×事故發(fā)生的可能性因子×事故嚴重性因子

4.1 安全暴露度因子

安全曝露度因子用來衡量道路使用者暴露于危險道路的程度，綜合考慮了交通量和路段長度情況，公式如下：

4.2 事故發(fā)生的可能性因子

事故的頻率因子取決于路段的安全設施，這可由兩種分析方法進行評估：道路安全審查和設計一致性評價。

4.2.1 道路安全審查

（1）道路安全審查的內(nèi)容。

改擴建公路運營階段的安全審查，從安全的角度進行系統(tǒng)檢查，以評價接入口、路側(cè)、道路設施等是否合理。將調(diào)查路段每200 m劃分為一段，安全問題分級如下：高層次問題（得分等于1），低層次問題（得分等于0.5），沒有問題（得分等于0）。

表1用來定義安全問題的評估標準：接入口，路側(cè)，急彎，標志，輪廓標，標線，路面，視距，路肩，窄橋。為了提高對安全問題的評價，對每個項目又分的更為詳細（見表1）。

（2）計算每個安全問題的得分。

2為考慮到兩個方向的因素。

（3）計算PAj。

①接入口。

有直接入口的道路，可以顯著增加意外事故的發(fā)生率。接入點（例如，平曲線的入口）的位置是非常危險的。我國交通部公路科學院進行了接入口因素事故修正因子的研究做了一些基礎工作[19]，給出了接入口密度與事故之間的關系，即接入口密度每增加一個單位，總事故率增加69.14%，總事故率隨著接入口密度的增加而增加。

②標志。

對交通安全的影響最大的是警告標志。他們引起道路使用者關注那些意想不到的道路條件和情況，提供有關安全行為的建議。禁令標志，如車速限制，可以將影響安全行車行為的重要信息傳達給道路使用者。對于沒有或無效的標志，相對危險因素被假定為等于20%[20]。

③輪廓標。

白天道路的輪廓一般可以由路面標線有效地顯示出來。在夜間和陰雨條件下，往往需要采用不同的方法來顯示遠程路線的輪廓。在任何情況下，輪廓標都是一個重要的安全因素，在平曲線上，尤其是孤立的一個小半徑曲線，它是至關重要的。人字形線形誘導標志是一個重要的交通設施，用來警告司機曲線的嚴重程度輪廓標。缺少或無效的人字形線形誘導標志，損壞、丟失的路標或護欄輪廓標可導致發(fā)生事故的風險增加30%[21]。

④標線。

一項調(diào)查研究了道路標線在交通事故的作用，得出的結(jié)論是改善標線狀況是有較好的成本效益。如果沒有或無效的邊緣線和中線，事故風險相對增加20%[20]。

⑤路面。

摩擦是對鋪裝道路安全影響的最大因素。路面的抗滑性能是一個重要的安全因素，尤其是當路表面是潮濕的。一些研究表明，當摩擦值低于一定值時，發(fā)生事故的風險增加，摩擦不均勻也會影響道路安全，已被很多的研究證明。均勻度和摩擦相對不足，ΔAF被確定為10%[18]。

⑥視距。

平曲線和豎曲線視距不足，是一種常見的事故促成因素。文獻報道視距改善措施的效果廣泛不同的價值，考慮到這種變化，在本文中，平曲線和豎曲線視距不足的情況下ΔAF被選定為50%。

⑦路肩寬度。

這里的路肩所指的是盡管鋪裝的硬路肩。路肩寬度對高交通流量的影響十分明顯，如果AADT超過2000輛/天，很窄的路肩相較于理想的路肩，有關事故發(fā)生的概率增加50%。如果AADT小于400輛/天，有關事故發(fā)生的概率增加15%[22]。AADT值在100～400輛/天之間時，ΔAF采用插值法確定。

⑧寬路窄橋。

國內(nèi)外研究表明[23]，橋梁自身的寬度與交通事故率的關系并不大，而橋梁與道路寬度的差值卻與交通事故率有很大的關系，根據(jù)統(tǒng)計資料，當?shù)缆穼挾却笥跇蛄簩挾葧r，相對交通事故率急劇增加，如表2所示。

將上文所述的事故風險相對增加量進行匯總（見表3）。

（4）計算道路安全審查事故發(fā)生的可能性因子（RSI PA）。

4.2.2 設計一致性評價

設計一致性評估安全模塊定義了三個設計等級：不好，一般，好。本安全模塊結(jié)合了兩個安全標準，見表4。

標準一：運行速度與設計速度的偏差值。運行速度是在特定路段上，在干燥、潮濕的條件下，85%的駕駛員行車不會超過的行駛速度，簡稱V85。通常選用在速度累計分布曲線上的第85%百分位點的車輛行駛速度作為運行速度V85。

標準二：相鄰路段間運行速度V85的偏差值。

安全評價模塊，好的設計等級對應的權重因子為“+1”，一般設計等級對應的權重因子為“0”，不好的設計等級對應的權重因子為“-1”。對每個路段多次測速得到的結(jié)果進行處理得到V85，處理方法參考文獻[18]，當x≥0.5設計等級是好的，幾何設計元素分數(shù)（）等于0；如果-0.5

事故的嚴重程度作為衡量嚴重事故（傷害或致命）在事故總數(shù)的比例。有兩個因素被認為是顯著名的：一個是運行速度，另一個是路側(cè)的危險。

5 結(jié)語

本文通過對改擴建后低等級公路道路條件特征變化分析和安全特征變化分析，從定性角度分析低等級公路改擴建給車輛運行帶來的變化，并研究道路安全特征的改變及可能產(chǎn)生的安全問題。以云南省內(nèi)若干條新建或改擴建多車道低等級公路運營初期階段收集的交通運行、事故數(shù)據(jù)為基礎，運用統(tǒng)計分析和因果聯(lián)系等方法，對低等級公路運營初期階段的交通運行特征、交通事故特征進行科學分析和嚴密推理，進而推斷運營初期階段低等級公路交通安全的主要問題和影響因素。對比不同評價方法的適用性，選擇了安全審查與設計一致性相結(jié)合的危險指數(shù)評價法進行評價，并在云南省改擴建低等級公路安全特征分析的基礎上，選取了相應的評價指標。本文進一步研究的重點是對安全評價結(jié)果進行分級處理，并給出相應等級的安全保障措施。

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