長大連續(xù)下坡路段的安全設(shè)計(jì)要點(diǎn)與評價方法

（中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 100011）

一、引言

隨著國內(nèi)加大交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，中西部多山地區(qū)的高速公路由于山脈丘陵地形的限制，出現(xiàn)了很多長大連續(xù)下坡路段，高差巨大、長時間下行、雨天行車條件惡劣等特征使得司乘在該路段的行車難度明顯增大。在道路運(yùn)營階段，天氣惡劣、駕駛員操作不慎或車輛制動出現(xiàn)問題等因素很有可能引發(fā)嚴(yán)重的交通事故；而在道路設(shè)計(jì)階段，若設(shè)計(jì)人員對縱斷面各線形指標(biāo)設(shè)計(jì)不良或考慮不周，將使行車條件過于危險，也會大大增加事故發(fā)生的概率。

因此，為了從道路設(shè)計(jì)階段提高長大連續(xù)下坡路段的安全性，首先需要對長大連續(xù)下坡路段的安全風(fēng)險有全方面的認(rèn)知，進(jìn)而根據(jù)這些風(fēng)險來源在設(shè)計(jì)階段對相應(yīng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致考量，最終可以采用與駕駛員、車輛聯(lián)系緊密的指標(biāo)進(jìn)行該路段的安全評價。

二、長大連續(xù)下坡路段的風(fēng)險特征

長大連續(xù)下坡路段是交通事故的重災(zāi)區(qū)，由于各種原因可能導(dǎo)致車速過快、方向失控，進(jìn)而引發(fā)諸如車輛追尾、碰撞護(hù)欄甚至沖出路外的事故，直接威脅到駕乘人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。該路段的風(fēng)險特征主要體現(xiàn)在道路條件、駕駛行為、車輛狀態(tài)三個方面，如表1所示。

表1. 長達(dá)連續(xù)下坡路段的風(fēng)險特征

三、長大連續(xù)下坡路段安全設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為保證行車視距充裕與制動器負(fù)荷變化平緩，長大連續(xù)下坡路段應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)為單一坡度展線的縱坡形式；若條件限制該路段無法設(shè)計(jì)為單一坡度形式，則下坡路段的后半?yún)^(qū)段應(yīng)該增加坡長、減小縱坡，同時注意協(xié)調(diào)平曲線與豎曲線之間的匹配程度，降低車輛在坡段下部“危險區(qū)域”的超速風(fēng)險；當(dāng)采用不同坡段組合時，相鄰坡段之間坡差不宜過大，以適應(yīng)駕駛員的自然操作與制動力矩的順適變化；長緩坡與陡坡應(yīng)盡可能避免連續(xù)設(shè)置，可能造成駕駛員誤以為連續(xù)下坡段已結(jié)束，主動減小制動幅度，導(dǎo)致在陡坡段速度明顯抬升，車輛容易失控；在長大連續(xù)下坡路段的坡頂、不同坡段交界處、下坡終點(diǎn)設(shè)置醒目的信息預(yù)告與安全提示，并在必要時設(shè)置防護(hù)措施、避險車道，做到主動引導(dǎo)與被動防護(hù)相結(jié)合。

四、長大連續(xù)下坡路段安全評價方法

（一）三維動態(tài)視距

駕駛員在連續(xù)下坡路段的駕駛難度增加，行車視距是影響其能否在短時間內(nèi)作出正確駕駛操作的關(guān)鍵所在，為更充分地保證車輛在長大連續(xù)下坡路段的行車安全，可采用三維動態(tài)視距進(jìn)行該路段的安全評價。

三維動態(tài)視距的計(jì)算模型如式（1）所示：

式中，Smax為理想條件下駕駛員能明辨路況的最遠(yuǎn)距離（m），i為視距計(jì)算點(diǎn)標(biāo)號，j為視距驗(yàn)算點(diǎn)標(biāo)號，x、y、z為三維空間中計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo)。對長大連續(xù)下坡路段的平縱線形進(jìn)行合成，利用三維空間曲線進(jìn)行計(jì)算，評價標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2. 基于三維動態(tài)視距的安全評價標(biāo)準(zhǔn)

表中，Sg=max(Sdes,Scal)，Sp=min(Sdes,Scal)，Sdes為規(guī)范中設(shè)計(jì)速度下的停車視距，Scal為實(shí)際運(yùn)行速度下的停車視距。在長大連續(xù)下坡路段，三維動態(tài)視距過小將極大縮短駕駛員反應(yīng)與操作的時間，在行車速度不斷加快的情況下十分危險。

（二）駕駛員心率負(fù)荷

在長大連續(xù)下坡路段，駕駛員處于急速下坡的狀態(tài)，這會給駕駛?cè)藛T帶來一定的精神壓力，造成心率、瞳孔、呼吸等生理指標(biāo)的變化，進(jìn)而影響駕駛員的駕駛狀態(tài)。其中心率是對駕駛行為影響最大的因素之一，過高的心率使人緊張不安，可能導(dǎo)致操作變形。因此，可采用駕駛員心率負(fù)荷進(jìn)行該路段的安全評價。

駕駛員心率負(fù)荷的計(jì)算模型如式（2）所示：

式中，H為駕駛員在計(jì)算點(diǎn)的心率負(fù)荷（%），R為計(jì)算點(diǎn)的平曲線曲率（1/km），L為計(jì)算點(diǎn)至下坡起點(diǎn)的累積坡長（km），v為車輛在計(jì)算點(diǎn)的運(yùn)行速度（km/h）。

駕駛員心率負(fù)荷與下坡路段每一點(diǎn)的平曲線曲率、累計(jì)坡長以及車輛速度均有密切聯(lián)系，在設(shè)計(jì)階段依據(jù)該模型對駕駛員心率負(fù)荷進(jìn)行評估，若負(fù)荷太高，應(yīng)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要的優(yōu)化，評價標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

（三）制動器溫度

車輛在長大連續(xù)下坡路段上由于重力分力的長時間存在，加速度始終處在較高水平，駕駛員必須長時間踩下制動器以控制車速，制動器摩擦片與輪胎之間的摩擦將使其溫度持續(xù)升高，當(dāng)超過某個界限時，制動性能開始衰減甚至失效，對于高速下坡的車輛十分危險。因此，可采用制動器溫度進(jìn)行該路段的安全評價。

表3. 基于駕駛員心率負(fù)荷的安全評價標(biāo)準(zhǔn)

車輛制動器溫度的計(jì)算模型如式（3）～（5）所示：

式中，T0為制動器初始溫度（℃），Ta為環(huán)境溫度（℃），L為計(jì)算點(diǎn)至下坡起點(diǎn)的累積坡長（m），v為車輛在計(jì)算點(diǎn)的運(yùn)行速度（km/h），PB分別為制動力功率、坡度力功率、發(fā)動機(jī)制動功率以及摩擦力功率（hp），W為車輛總重（kg），θ為下坡路段縱坡坡度（%）。

制動器溫度同樣受制于下坡路段的坡度、坡長以及車輛速度，坡度過大、坡長過長、車速過快，都可能使制動器過熱而威脅到行車安全，評價標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4. 基于制動器溫度的安全評價標(biāo)準(zhǔn)

五、結(jié)語

長大連續(xù)下坡路段的高事故率會嚴(yán)重威脅駕乘人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，道路設(shè)計(jì)人員應(yīng)對該路段的風(fēng)險特征有全方位的認(rèn)知，針對風(fēng)險來源在設(shè)計(jì)階段做好方案優(yōu)化與安全評估，最大限度地降低長大連續(xù)下坡路段的行車風(fēng)險。