雙車道干線公路交通安全設計關鍵技術研究

任 煒

(新疆新紀元公路設計有限責任公司 烏魯木齊市 830000)

0 引言

在我國交通運輸經濟發展速度加快的背景下，公路建設里程不斷增長，據交通運輸部發布的統計公報顯示[1]，我國的公路建設里程已達501.41萬公里，其中二級到四級公路總里程達到441.51萬公里，占比高達88.01%。此類公路建設常采用雙車道形式，在城鄉居民車輛保有率不斷提高的影響下，交通事故壓力也在隨之加劇，現已成為嚴重的社會問題。因此針對交通事故發生的潛在特點和內在緣由進行分析，并針對雙車道干線公路設計工作提出安全性建議是亟待解決的重要問題。

在交通事故發生的特點及緣由研究分析方面，國內外已有諸多經驗：本世紀初，Nancy等人就針對載貨車輛的起火事故發生緣由展開過分析討論[2]，其中也有駕駛員因素對車輛事故發生的影響研究，包括其操作熟練度以及駕駛時長等[3]；劉詠梅[4]在統計分析交通事故特征的基礎上，針對道路、人員以及車輛等因素進行探討，認為交通事故的發生源自其中某一或兩種因素的失調導致；此外也有專家學者集中于道路條件本身的路口參數設置對事故率影響規律、時間節點對事故率影響規律以及公路橫斷面形式對事故率影響規律等某單一因素進行研究。在針對超車行為引起交通事故發生的研究分析方面，周澤民等[5]認為在雙車道干線公路場景，如遇交通量較大時段且有一定量的慢速行駛車輛，駕駛人員借用對向車道超車行為容易失敗，在多次失敗后易引起駕駛員心理焦躁從而導致強行超車，引發事故發生；伍光祥等[6]綜合運動學、交通學以及統計學原理，提出了一種有效控制超車視距的計算方案。

綜上所述，針對交通事故發生特點及緣由的分析已有一定基礎，但現有研究在分析過程中未能有效結合事故特點和緣由提出針對性的處理方法，而在針對超車行為引發的事故分析研究方面則主要著眼于視距分析角度，未能做到全面性分析。因此，本文針對交通事故發生潛在特點進行系統統計，在此基礎上分析事故發生內在緣故，著眼于超車問題提出交通安全設計關鍵技術理論并進行深入分析。研究成果可為雙車道干線公路的交通安全設計提供理論指導，從而減少事故發生率。

1 交通事故特點分析

1.1 事故類型分析

常見的交通事故類型有碰撞固定物、車輛間碰撞(包括車輛正面碰撞、側面碰撞以及追尾碰撞等)、翻車和其他等。針對甘肅省某雙車道干線公路在2019年度發生的交通事故按照上述事故類型進行分類統計，如圖1所示。

圖1 事故類型占比分析圖

可發現，車輛正面碰撞占據雙車道公路中車輛事故發生類型中的31.20%，之所以車輛正面碰撞比率最高，是源于雙車道公路的公路設計特征，駕駛員經常借用對向車道進行超車操作，雙向車流將發生頻繁會車。如果在超車時對與對向車輛的車距判斷出現偏差，則極易發生正面碰撞的交通事故。尤其是在雙車道公路交通量較大以及超車視距不合理時，發生車輛正面碰撞的概率會顯著提升。車輛側面碰撞占據了雙車道公路中車輛事故發生類型中的23.50%，這主要是源于平面交叉口的路權設置不明確、視距受限等。

1.2 事故時刻分析

雙車道公路交通事故發生時刻可劃分為兩大類，一類是將一天劃分為多個時段，另一類則是將事故統計按照一年中的12個月份來統計，針對上述雙車道干線公路事故發生時刻分別進行統計，統計結果如下：

(1)將一天中的7時至19時按每小時一個區間進行劃分、將交通事故發生量較少的19時至次日7時進行合并分析，統計如圖2所示。

圖2 每天平均事故小時分析圖

可以發現，交通事故的發生數量占比情況有著兩個明顯的高峰，分別是早高峰7時至8時階段以及晚高峰17時至19時階段。在這兩個時刻階段的車流量相對較大，常發生車輛緩行的情況，駕駛員容易作出超車行為，這也直接引起了交通事故發生量的增加。

(2)將時刻按照一年中的12個月份進行劃分，分析各時刻交通事故發生比例，分析結果如圖3所示。

圖3 每年平均事故月份分析圖

可以發現，交通事故發生的季節性特征較為明顯，在夏季和冬季車輛事故發生比例最高。在8月至9月，主要是源于高溫天氣常易引起車輛機械故障，同時高溫也易導致駕駛者煩躁、乏力；在1月至2月則是主要源于返鄉季節雙車道公路車流量明顯增大以及公路路面結冰等問題。

2 事故原因分析

針對雙車道干線公路交通事故發生的內在原因進行深入分析，主要體現在駕駛員自身和道路條件兩個方面。

2.1 駕駛員行為分析

針對引發交通事故發生當事駕駛者的行為特征進行統計，結果如圖4所示。

圖4 當事駕駛員行為分析圖

可以發現，未保持安全距離是引發雙車道公路交通事故的最主要因素，而未保持安全距離很大程度上就體現在超車時的車距判斷上。

2.2 道路條件分析

針對引發交通事故的道路條件進行分析，主要集中于公路平曲線設置及縱坡坡度設置兩個方面，分別見圖5～圖6。其中曲率(單位：1/km)為平曲線半徑(單位：km)的倒數。

圖5 平曲線曲率的影響分析圖

圖6 縱坡坡度的影響分析圖

可以發現，雙車道公路的平曲線曲率超過10以后，車輛事故率驟然提升，這表明過大平曲線曲率能顯著增加車輛事故發生率；而當雙車道公路的坡度超過7%后，車輛事故率同樣提升明顯。

3 交通安全設計關鍵技術分析

針對上文所得出的結論，針對雙車道公路的車輛超車安全性不足問題，對交通安全設計關鍵理論技術進行深入分析，主要體現在視距理論分析和公路平曲線理論分析兩方面。

3.1 視距理論分析

在雙車道公路實施超車行為，主要可劃分為三個階段，其具體示意圖見圖7。

圖7 超車過程示意圖

(1)壓線跟隨階段。后方車輛實施超車行為時，會被前方車輛的視線遮擋作用所限制，因此需轉移至對向車道以增加視線角度，觀察對向車輛距離并判斷能否實施超車行為。在這一過程中往往伴隨著壓線行為，稱為壓線跟隨階段。

(2)提速超越階段。當駕駛人員判斷認為可以實施超車行為時，將會提速將車輛行駛至對向車道，并超越原本前方車輛。

(3)勻速返回階段。當完成原本前方車輛的超越行為后，駕駛人員將恢復原本行車速度，并在觀察確認安全后回到原車道。

因此，在設計過程中須保證具備超車視距，超車視距與雙車道公路的設計時速相關，具體應參照表1所示。

表1 超車視距參照表

為滿足超車視距的設置要求，在雙車道干線公路設計過程中需要遵循“3min超車理論”，即車輛在以設計速度行駛3min內應確保有一可超車路段，經過換算后的對應超車路段長度如表2所示。

表2 超車路段長度參照表

3.2 公路曲線理論分析

在雙車道公路平曲線設計過程中應充分考慮超車視距的設計要求，最小超車視距與平曲線半徑間的關系如圖8所示。

圖8 轉彎超車過程示意圖

首先明確超車視距Sc與超車軌跡半徑Rs和橫凈距h之間的關系如式(1)和式(2)所示：

(1)

(2)

考慮到：

(3)

經換算后可以得到：

根據上述計算公式，以雙車道公路的單車道寬度作為橫凈距，即h取3.75m；超車視距Sc取表1中擬定的數值，根據不同設計時速分別進行取值計算；此時等式中僅剩余一個未知數，即超車軌跡圓曲線半徑Rs，最終得到不同設計時速對應的圓曲線半徑設計值。該等式為一元五次計算等式，可利用matlab對上式進行迭代數據計算，可得出具體數值，如表3所示。

表3 圓曲線半徑參照表

4 結語

針對交通事故發生的事故類型、時刻以及分布等潛在特點進行統計，在此基礎上分析事故發生的駕駛員和道路方面內在緣故，提出了包括視距理論分析以及平曲線在內的交通安全設計關鍵技術理論，得出如下結論：

(1)車輛正面碰撞比率最高，占據了雙車道公路中車輛事故發生類型中的31.20%。

(2)交通事故的發生數量占比情況分別有早高峰7時至8時階段以及晚高峰17時至19時階段。

(3)駕駛員未保持安全距離是引發雙車道公路交通事故的最主要因素。

(4)明確了40～80km/h設計時速的雙車道干線公路超車視距以及超車路段長度。

(5)通過迭代數據計算得出40～80km/h設計時速的雙車道干線公路圓曲線半徑設計范圍。