道路線形對交通安全的影響及評價方法

李曉磊

(福建省交通規劃設計院有限公司，福州 350004)

改革開放以來， 我國交通基礎設施建設發展迅猛，據統計，截至2019 年年末，我國公路總里程達501.25 萬km，其中，高速公路里程14.96 萬km，躍居世界第一。然而，隨著公路交通的發展， 交通安全問題日益嚴重，2019 年我國車禍死亡人數為52388 人， 是世界上交通事故死亡人數最多的國家之一。 交通事故的發生是由于系統中各個因素作用的失調，其中道路線形是重要因素之一[1]。

本文主要剖析道路線形及其組合對道路交通安全的影響，并結合具體工程分析如何開展科學的線形設計。

1 道路因素與交通安全的關系分析

長期以來， 我國將大部分交通事故發生的原因歸結為人和車的因素， 過分強調人在交通事故中的能動作用， 忽視了道路自身的問題對交通事故的影響。 當交通事故發生時， 更多的是去追究駕駛員的責任，很少溯源到道路的設計及施工。 事實上， 許多交通事故的發生都是由于道路線形設計存在問題， 影響到駕駛員的視覺、 心理和操作， 從而間接導致了交通事故的發生[2]。 并且，對道路線形設計的要求只有如平曲線、豎曲線的半徑， 縱坡的坡度和坡長等特定的技術指標， 對于線形組合的使用沒有做出具體的規定。 對于道路設計施工的評價也更注重于路面質量和經濟效益， 忽視了線形安全性的評價。 因而造成一些公路通車后，經常發生交通事故，形成事故黑點。

2 道路線形設計對交通安全的影響

2.1 平面線形

平面線形是指道路中心在水平面的投影， 直線和圓曲線是平面線形設計中最重要的2 個要素， 對交通安全的影響最顯著。

(1)直線

直線是平面線形中使用最多的線形，相對來說，直線線形具有路線短、 行駛受力簡單、 建造費用低等優良特性。 在地勢比較平緩，無障礙物的情況下，道路的設計人員會優先選擇直線線形， 因此直線線形在道路設計中占有很大的比例。 但直線線形的長度設計不夠合理也會帶來較大的安全隱患。如果直線線路過長，駕駛員長時間直線行駛會導致警惕性放松，產生疲勞感，反應力和感知力有所下降，難以正確處理突發情況。 同時，在直線線路上駕駛員會獲得較好的行車視野，便于超車，使得車速不斷加快，長距離快速行駛將成為誘發交通事故的潛在威脅，且超速引發的交通事故嚴重性較高。相反，如果連接兩個圓曲線的直線過短， 駕駛員會誤認為圓曲線和短直線是同一個曲率的彎道。如圖1 所示，當車輛行駛出第一個彎道或進入第二個彎道時還按照之前的轉彎角度行駛，會使車輛偏離軌道，進而誘發交通事故。

(2)圓曲線

圖1 不合理的短直線設置

圓曲線也是道路線形設計中使用較多的線形， 其適用性強，線形圓滑，使用靈活，在線路中存在障礙物或需要改變線路方向時，就可以使用圓曲線。車輛在圓曲線上行駛時受到離心力的作用，具有向外偏移的趨勢，降低了車輛行駛的穩定性， 并且車輛行駛在圓曲線上速度會降低，使得道路中的速度差減小，從而提高了圓曲線上的事故率。 此外，駕駛員在圓曲線上視距會受到影響，特別是在夜晚行車時，燈光無法沿著曲線軌跡照射，駕駛員難以察覺到前方路況， 增加了心理負擔， 從而導致事故的發生。 因此實際的道路設計中，在條件允許的情況下，圓曲線半徑要盡可能采用較大值， 但不宜超出駕駛員的視距范圍。

2.2 縱斷面線形

縱斷面線形是指延道路直線豎切所得到的線形，主要包括縱坡和豎曲線。

(1)縱坡

縱坡對交通安全的影響主要取決于坡度和長度兩個屬性。 車輛在大長縱坡上行駛時， 上坡要克服較大的阻力，車輛需要抵檔行駛，油耗增加，發動機持續變熱，引發水箱沸騰，最終導致熄火[3]。如果坡度較大，且輪胎與地面摩擦力不夠，可能會溜車。下坡時為了避免因慣性而導致車速過快， 駕駛員需要頻繁制動， 特別是使用氣剎的重車，頻繁制動會使得剎車鼓發燙，氣壓降低，影響制動效果，甚至導致制動失效。如果坡度過小就會影響到縱坡的排水，使得橫向排水不暢的路段路基滲水，威脅路基的穩定性?？v坡過短意味著道路中的變坡點增多，路面起伏頻繁，影響行車的舒適性與安全性。

(2)豎曲線

豎曲線是連接道路轉折點處相鄰兩線形的平滑曲線，它的作用是使車輛行駛平穩，主要分為凸曲線和凹曲線。豎曲線對交通安全的影響主要體現在視距上。圖2 為在凸曲線上相對行駛的兩車視距的示意圖， 相對行駛的兩車輛通過凸曲線時， 駕駛員的視距很大程度上取決于凸曲線的半徑大小。當半徑太小時，駕駛員的視野會出現盲區， 如果車輛通過速度快且沒有使用燈光和鳴笛進行相互提醒，就會有產生危險的可能。

凹曲線兩側都是下坡，路程較短，駕駛員考慮到即將上坡， 不會刻意控制車速， 且凹曲線很多布設于橋梁下方，如圖3 所示，駕駛員視野靠近路面，又受到橋梁影響，不便于注意到對向坡道上的車，加上凹形線易積水，車速快易打滑，這些不利因素綜合很容易引發交通事故。

圖2 凸曲線駕駛員視野

圖3 凹曲線駕駛員視野

2.3 橫斷面線形

橫斷面是道路橫向切線所在的平面， 橫斷面線形設計涉及的要素很多，如行車道、中間帶、路肩等[4]，對交通安全的影響也較為復雜， 本文僅從幾個方面探討其對公路交通安全的影響。

(1)寬度

寬度對交通安全的影響主要體現在路面寬度和中間帶寬度。 一般來說，路面寬度越寬，道路的舒適性和安全性就越高， 研究表明雙車道公路的路面寬度大于6.5 m時，交通事故率會大大降低[5]。但如果寬度設計不合理，過寬的道路會使得駕駛員產生僥幸心理，利用余寬來超車，帶來一定的安全隱患。

(2)超高

車輛行駛于曲線時會產生一定的離心力， 影響行駛的穩定性和舒適性， 在平曲線路段設置一定的橫坡度可以減少影響，這就是超高的作用。但是要注意區分圓曲線和緩和曲線的超高。 汽車以一定的速度行駛在圓曲線上離心力基本不變， 因此圓曲線上的超高要與圓曲線的半徑匹配；行駛在緩和曲線上的車輛離心力逐漸變化，超高的設置也要隨之改變。

(3)路拱橫坡

在直線道路上從道路邊緣到路拱頂線的高度稱為拱高，道路的橫斷面坡度即為路拱橫坡。它的作用主要是排出道路積水， 盡可能保持路面的干燥， 提升路面防滑能力。 汽車通過時其水平分力會增加，導致行駛不穩定，為此路拱橫坡的設置需要綜合考慮道路的類型和等級，以及當地的環境條件，高級路面一般要低于2%，次高級路面低于2.5%， 碎礫石等粒料路面可以略高， 但不超過3.5%。

3 線形組合對交通安全的影響

上文考慮的是線形中的單一因素對交通安全的影響， 但在實際的道路設計中肯定會涉及到不同線形的組合使用。 道路線形組合使用主要考慮的是滿足駕駛員視覺和心理方面的需求以及道路與自然環境的協調。 道路線形組合主要包括平面線形組合、 縱斷面線形組合和平縱線形組合。

3.1 平面線形組合

在道路進行平面線形設計時， 主要考慮的是直線和平曲線相接，以及不同半徑平曲線相接的情況。直線和平曲線的組合一般是在長直線的末尾銜接半徑大的平曲線，這樣可以使車輛在行駛時更加的平順，給予駕駛員充分的操作時間。 但在平原與重丘區、山嶺區的交界地帶，由于地形條件的限制， 常常會使用長直線和小半徑曲線的組合。車輛在長直線上行駛一段時間后，受到適應性的影響，駕駛員對速度的感知會變得遲鈍，實際的車速會高于主觀感覺上的車速，對彎道行駛十分不利。車輛以這樣的狀態進入彎道，轉向難度會提升，容易發生側滑。 如果是重車，尤其是超載車輛，在彎道速度急減，使得不同車輛有較大的速度差，易導致追尾事故。

3.2 縱斷面線形組合

山區公路由于地形因素難免會出現很多的縱坡，這就對道路線形的設計有了較高的要求。 在設計中可能會出現短距離內連續變坡的情況； 駕駛員行駛在這樣的路段上視距會受到較大的影響， 對于對向車輛不能做出及時準確的判斷，此外連續上下坡會產生超重和失重感，會對駕駛員造成不適，增加交通事故發生的可能性。

道路線形設計中，存在著長陡坡加緩坡的線形組合。在這種線形組合中，車輛在下坡路段的速度比較大，駕駛員在看到下一個坡道時會出現視覺上的錯誤， 不僅不減速，反而可能會提速沖坡，這樣很容易因車速過快而發生危險。 在上坡時，也可能會產生錯覺，誤以為上坡結束進入平面道路，此時換擋會出現動力不足甚至熄火，這類錯誤操作極大的影響了交通安全。

3.3 平縱線形組合

平面直線與縱斷面直線。這兩種線形組合使用時，車輛在行駛過程中景色變化很小，線形單調枯燥，容易使司機產生疲勞感，迫切得想要走完而頻繁超車，特別是長直線和陡坡連接，這兩種線形都會使得車速增大，線形設計時可盡量避免這種情況。但如果路段上交通錯綜復雜，則這種線形組合就可以采用。

平面直線與豎曲線組合。 在一定長度的直線線形上進行一次變坡使得線形不會顯得生硬呆板， 給予司機良好的視覺印象，提高舒適性。但如果短距離內多次變坡會破壞線形的連貫性，中斷駕駛員的視線，遇突發情況會操作不及時。

平曲線和縱斷面直線。這種組合下如果平曲線半徑和縱坡的坡度選擇恰當就是很好的線形組合，這種線形組合的道路路旁景觀很好，并且逐步變化。 但在這種組合中也要盡量避免陡坡接急轉彎，如果下坡時剎車不及時，會因為來不及轉彎而沖出道路。此外陡坡路段會受到彎道內側障礙物影響，使得兩者的銜接路段成為事故的多發區。

平曲線和豎曲線。 當平曲線的頂點和豎曲線頂點相互重合時，會使駕駛員產生錯覺，誤以為公路斷開，產生恐懼心理，影響正常操作。 這種組合理想的狀態是“平包豎”。 設計時平曲線要比豎曲線長，將豎曲線的起終點置于平曲線的兩個緩和曲線內，這會使得線路平順而流暢，還可以誘導視線。

4 速度的一致性評價

在道路線形設計過程中，既要使線形指標符合規范，還要進行安全性評價， 以便對設計不合理的路段進行修正。線形安全性評價的方法有很多，其中速度的一致性是一個重要指標。進行速度一致性的評價，首先要確定速度一致性的標準， 然后對需要的路段按不同線形的車速預測模型來預測車速，得出相鄰兩段路的速度差，最后按照評價的標準進行評價。

這里所說的車速是運行車速， 是在其他條件良好的情況下測得的第85 個百分位上的車速，它與設計車速的區別是前者是車輛在道路中的實際車速， 后者是在道路設計過程中的規定車速。 研究資料表明， 當設計速度高時，運行車速低于設計速度，當設計速度低時，運行車速往往高于設計車速。 在長直線路段上設計速度與運行速度的關系見表1。

表1 設計速度與運行速度的關系(單位：km/h)

《新理念公路設計指南》對不同的車輛在普通公路上直線段的運行車速有不同規定[6]，如表2 所示。

表2 各車型直線段運行速度(單位：km/h)

假定車輛在直線上加速運動，根據表3～4 中小客車、大貨車在普通公路直線段的加速特性可計算出車輛在不同長度直線上的運行車速。

表3 小客車在普通公路直線段的加速特性

表4 大貨車在普通公路直線段的加速特性

車輛在駛入圓曲線后， 車速會受到圓曲線半徑的制約， 小客車在普通公路的曲線段行駛時運行速度與曲線半徑R 的關系為：

v85=14.391R0.2757(1)

大貨車在普通公路的曲線段行駛時運行速度與曲線半徑R 的關系為：

v85=8.5028R0.3168(2)

在測算出各路段的運行速度后， 就可以計算相鄰兩道路的速度差Δv， 不同的速度差對應著不同的評價指標：Δv≤10 km/h 為優；10 km/h≤Δv≤20 km/h 為良；Δv≥20 km/h 為差。

5 工程案例

依托工程為G355 國道永泰境 (K0+055.119～K0+362.635)段公路改建工程，該路段位于永泰縣境內，舊路路基路面寬度均為12 m，舊路為水泥混凝土白改黑瀝青路面。 工程改造起點與G355 線現有舊路順接，起點樁號為K0+055.119，路線截彎取直從金龍禪寺前空地穿過順接G355 線現有舊路改造終點樁號為K0+362.635。 該路段為早期先行工程所建設， 局部路段彎道沒有完全按二級公路標準建設，道路線形設計不規范。

5.1 速度一致性評價

原路段是長直線加圓曲線的組合，直線長度為600 m，金龍禪寺節點范圍內的舊彎道圓曲線半徑為65 m，為規范最小半徑極限值，中間無緩和曲線銜接。該路段位于集鎮路段，且G355 重車較多，根據公式計算出重車運行速度為31.9 km/h，直線度和曲線段的速度差超過20 km/h，速度一致性評價為差，該路段存在著較大的安全隱患。本次改造對現有路線截彎取直從金龍禪寺前空地穿過順接現有舊路，改造后車輛行駛平順。改造方案可以提高線形指標，增加行車安全性。

5.2 平縱線形組合

為了滿足線路的設計要求， 同時滿足道路設計的交通安全，對平縱面設計指標擬定如表5 所示。

表5 道路平縱面設計擬定指標

該工程嚴格按照上述設計指標進行， 滿足安全性原則， 但注意到其中凸形豎曲線和凹形豎曲線的取值都選擇了極限值，而沒有使用一般值，主要是因為考慮到道路線形設計不僅要保證道路交通安全， 還需要符合經濟性原則。

5.3 橫斷面和和視距設計

考慮到本路段處于集鎮路段， 線路的視距是設計的要點，為了滿足行車視距的要求，保證車輛行駛的安全，設計中對道路的橫斷面寬度及視距進行了特別考慮。

本工程為舊路改造工程， 起終點與G355 舊路銜接，改造段橫斷面與舊路保持一致，路基寬度為12 m=0.75 m(土路肩)+1.75 m(硬路肩)+2×3.5 m(行車道)+1.75 m(硬路肩)+0.75 m(土路肩)。

路段的每一處都要進行視距檢查工作， 要求不小于兩倍的停車視距， 同時要根據路段所在區域的建筑物和植被覆蓋情況， 對影響駕駛員視線的植被或建筑物按包絡曲線進行清除。 若難以清除或清除工作造成的破壞較大，則通過設置交通標志、交通標線、路側波形護欄等安全設施來保證行駛的安全。

6 結語

道路的線形設計是道路設計的基礎， 線形設計的好壞很大程度上影響著道路的安全。 本文在吸收國內外線形研究成果的基礎上，分析了平、縱、橫斷面線形要素及其組合對交通安全的影響； 科學合理的線形設計可以使車輛行駛順暢，使得駕駛員對路況做出正確判斷，迅速應對緊急情況；相反，不合理的線形設計會影響視距， 更易造成駕駛疲勞，精神緊張，增加事故發生的幾率。 因此本文結合具體的工程闡明了如何進行合理的線形設計，以及道路的速度一致性評價， 來保證線形設計方案的科學性和車輛行駛的安全性。

在進行道路線形的具體分析中，由于篇幅所限，且道路線形的因素分類較多，有一些線形對交通安全的影響沒有進行具體詳細的分析，未來還需要進一步的分析討論。