基于中外規范對比的公路視距安全性分析

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(中國公路工程咨詢集團有限公司 武漢 430058)

在對既有道路或新建道路控制造價的前提下，提高道路的安全性具有一定現實意義。在道路指標相同的前提下，良好的視距能夠使道路使用者有更充足的時間規避風險、處理突發事件，對于防范交通事故有顯著效果。

1 公路視距評價指標

1.1 行車視距

公路的行車視距是指在公路行駛過程中，駕駛人向前所能看見的道路長度。本文主要討論駕駛人在行駛過程中，從發現障礙物到采取適當措施，防止交通事故所需的最小距離。行車視距分為停車視距、超車視距及會車視距。

駕駛員在行駛過程中，行車視距對規避障礙物、處理突發事件起到至關重要作用。合理的視距不僅是制定道路標準參數的依據，同時也影響工程造價、設計理念，更關系到每位道路使用者的安全。

1.2 國內公路行車視距評價指標

我國JTG D20-2017《公路路線設計規范》(下稱《規范》)對行車視距的取值有明確要求及分類。對于有中央分隔帶的高速及一級公路，采用停車視距，對于二級、三級及四級公路采用會車及停車視距相結合，其取值見表1、表2。對于視距的最小長度，需按《規范》要求嚴格執行。

表1 高速公路、一級公路停車視距表

表2 二級、三級、四級公路會車視距與停車視距表

2 國內外視距選用標準

我國公路事業發展起步較晚，大部分標準規范擬定原理是從歐美及日本等發達國家借鑒吸收而來。各國停車視距對照見表3。

表3 各國停車視距對照表

美國AASHTO在計算制動視距時，制動反應時間采用2.5 s，利用減速率及設計速度進行計算，得出停車視距。

法國道路和高速公路技術研究處在計算視距時，制動反應時間分為2.0 s(速度小于100 km/h)、1.8 s(速度大于100 km/h)，系利用v85車速理論及大多數情況提供的安全摩擦系數進行計算所得。同時規定當“道路半徑小于5v(v為設計車速)時，剎車距離增加25%”[1]。當曲線半徑大于5v時，部分項目已經驗算[2]。中法規范對停車視距要求值取值差別不大。

日本規范采用2.5 s制動反應時間，利用設計速度、假定的行駛速度(設計速度120～80 km/h取85%，設計速度60～40 km/h取90%)，及摩擦系數來計算停車視距。同時對積雪冰凍區單獨修正。

3 視距需求分析

通過國內外最小停車視距比較可以看出，我國采用的標準與日本規范較為相似，制動反應時間為2.5 s，利用設計假定的行駛速度(設計速度120～80 km/h取85%，設計速度60～40 km/h取90%)，及摩擦系數f1來計算停車視距?！兑幏丁酚嬎愕某睗駹顟B下的停車視距[3]見表4。

表4 潮濕狀態下的停車視距

表4中的計算結果主要存在以下3個問題：①視距的計算公式采用摩擦系數，差異性較大，受環境影響大；②摩擦系數與車速無直接聯系，不同的行駛速度對應不同的摩擦系數有待實驗佐證；③采用的初始速度可能偏理論，未反映車輛的真實速度。

3.1 視距計算公式選定

停車視距所計算的制動距離主要由兩方面組成：從駕駛員發現障礙物或緊急情況到車輛剎車裝置啟動的反應時間內的車輛行駛距離和車輛制動裝置生效后的減速滑行距離。

目前國際上主要有2種計算方法；①美國AASHTO采用的計算方法[4]，見式(1)；②日本及歐洲使用的計算方法[5]，見式(2)。

d=0.278v·t+0.039v2/a

(1)

d=v·t/3.6+v2/(2×3.62gf)

(2)

式中：v為設計速度，km/h；t為反應時間，s；a為減速率，m/s2；f為摩擦系數；g為重力加速度，取9.8 m/s2。

式(1)(2)的區別主要在于：式(2)更趨于理論值，但摩擦系數受各個車輛的輪胎條件、路面狀況、天氣環境、制動條件等因素影響，不同車輛、地區、道路各不相同，且范圍起伏變化較大，難以測得，且與設計速度的關系有待商榷。

式(1)更趨于人性化和可操作性，可以測定一個多數駕駛員剎車時較為舒適的減速值作為推薦減速率，以此來計算的制動距離，這樣有利于駕駛員剎車時更好地控制車輛。因此，建議將式(1)作為計算停車視距的參考公式。

3.2 參數選定

反應時間的確定。根據文獻[4]對反應時間的研究，警覺的駕駛員最短的反應時間可能達1.64 s。但由于公路的實際條件遠比研究時復雜，因此應采用大于1.64 s的標準。文獻[4]中還提到，對于大多數駕駛員來說，2.5 s的反應時間已足夠。由于我國交通組成復雜，道路環境變化也較大，駕駛員的熟練程度不一，因此采用2.5 s的反應時間作為停車視距計算較為合適。

減速率的確定。根據AASHTO研究試驗成果，減速率采用3.4 m/s2較為合適。大多數的車輛制動系統在潮濕路面上均能產生大于這個減速數值的制動摩擦。

初始速度的確定。目前我國計算停車視距的計算模型，采用的初始速度為設計速度的85%～90%。設計速度本身代表這條路任何路段均能達到的安全運行速度，現規范視距計算時對其進行折減不利于駕駛員的安全。近年來，我國交通規劃大量引進v85運行速度理論。建議在事故多發段、期望速度較高的路段優先采用德國v85運行速度作為初始速度，對一般路段采用設計速度作為停車視距計算的初始速度。運行速度v85是通過在典型公路上行駛車輛的實際行駛速度觀測，經統計、總結其數據分布，回歸出的第85個百分位的速度。

德國v85運行速度。德國道路設計標準中85%行駛速度確定方法，v85=ve+10 km/h(ve≥100 km/h)，v85=ve+20 km/h(ve<100 km/h)；ve為設計車速，km/h。較易推廣，且能夠適應大部分情形。

通過計算可得出視距需求對比，結果見表5。

表5 視距需求對比表

因為交通事故率與坡度有較大關系，實際過程中停車視距還需結合道路縱坡進行修正，圖1、圖2為日本統計的不同縱坡與事故率關系[6]。分析原因可能是下坡路段車速普遍較高，部分重力變成下滑力，從而使車輛減速難度加大，從而需要更長的停車視距。建議若高速公路縱坡大于3%、一般道路大于4%即可采用v85設計車速來計算停車視距，這將大大包容駕駛員下坡車速過大和摩擦系數損失造成的影響，體現人性化的設計理念。

圖1 日本一般道路不同縱坡事故率

圖2 日本高速公路不同縱坡事故率

4 視距檢驗

在設計及道路使用前，需對道路提供的視距進行檢驗。主要對道路的平面及縱面進行檢驗。

4.1 平面視距檢驗

對于高速公路，平面視距檢驗主要檢驗護欄對視距的影響及挖方段右偏曲線的挖方邊坡對視距的影響。假設車輛位于行車道中央，考慮駕駛員位于車輛左側，因此取駕駛員距離右側車道線2 m位置。以設計車速80 km/h的高速公路為例，檢驗小車行駛在內側，道路曲線半徑小于多少需考慮改變中央分隔帶護欄形式或加寬路基。

圖3 平面視距計算示意

挖方段落視距不足的缺陷主要出現在低等級公路，高速公路由于有相對較寬的路肩及水溝、碎落臺，大多數路段視距相對得到保障；部分高速由于受地形限制壓縮硬路基，采用了較小的曲線半徑，這些段落也需開挖視距平臺保障視距，視距檢驗方法相同。

4.2 縱面視距檢驗

國內現行縱坡豎曲線絕大部分采用的是圓曲線，因此可采用圓曲線模型，縱面視距模型見圖4。由圖4可知，縱面視距取決于視高h0(取小車駕駛員視高1.0 m)及被觀察物高h1(標線高度0.00 m、巖石或其他障礙物高0.1 m、前方車輛尾燈高0.6 m)和縱曲線半徑R豎。

圖4 縱面視距計算模型圖

5 結論

我國高速公路內側超車道運行車速往往高于設計車速，在部分省份高速上超速10%是不受處罰的，因此視距難以匹配較高運行車速的矛盾，具有一定安全隱患。目前山區國省道回頭曲線視距過小的不足已得到普遍認識及改善。而設計車速40 km/h的國省道二級路，實際行車速度往往較高，仍普遍存在視距不足現象。

因此建議采用文中視距計算方法，增加有效行車視距，提高行駛安全性，在建設時可通過加寬路基或開挖視距平臺、改變護欄形式增加視距，同時避免費用顯著增加。