公路交通安全设施的演变及设计要点

□文/张 强

人、车、公路环境三者相互影响，构成了极为复杂的公路交通运输体系；公路使用者的不安全行为导致了交通事故的发生，而车辆和公路环境的不安全状态则会加剧事故的严重程度。随着我国交通机动化水平不断提升，机动车拥有量及其结构组成、公路运营环境显著变化，公路交通安全形势日渐严峻，对公路安全设施提出了更高要求；因此，公路交通安全设施也要有相应的变化。

1 交通安全设施的发展

新中国成立初期，我国的交通要道以坑洼不平的土路为主，直到改革开放前，我国公路建设依旧十分落后，全国公路总里程不足50×104km 且全是二级以下公路。当时我国居民汽车拥有量几乎为零，自行车是短距离出行的主要交通工具。道路主要以行人和自行车为主，城市极少的公共运输车辆速度也很低，农村公路几乎没有车辆，公路运输环境相对安全。

改革开放初期，国民经济的快速发展带动了公路客货运输量的急剧增加，公路交通主要存在三个问题：一是运输工具种类繁多，汽车、拖拉机、自行车、畜力车、行人混行，纵向干扰大；二是公路沿线穿越城镇较多，人口稠密，横向干扰大；三是公路平面交叉多，通行能力低，公路交通严重滞后。

为缓解公路交通的瓶颈制约，改善主要干线公路交通滞后的状况，借鉴发达国家的实践经验，1984年我国开始动工修建第一条高速公路，公路交通安全设施得到应用，但在早期没有关于交通安全设施的设计和施工规范，只能借鉴国外经验。随着高速公路的建设，1988—1992年，交通部编制了JTJ 074—94《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》，但限于当时的条件和高速公路建设的有限经验，交通安全设施的建设以经济、实用为原则且该规范仅适用于高速公路和汽车专用一级公路，对一般公路的交通安全设施没有规定。

截至2005年底，我国高速公路、普通公路总里程已分别增至4.1×104、159.18×104km，通过经验的积累，涌现了一批关于交通安全设施的研究成果和结构形式，如新型三波波形梁护栏、新型混凝土护栏结构、新型标线材料、新型材料的防眩板、新型突起路标和轮廓标等。2006年，考虑到其他等级公路在我国公路通车里程中占有很大比重，交通安全形势也很严峻，另外JTGB 01—2003《公路工程技术标准》重新划分了公路等级，故对JTJ 074—94 进行了修订，将适用范围扩大到各等级公路，发布了JTGD 81—2006《公路交通安全设施设计规范》。随着我国公路建设事业的迅猛推进，交通安全设施也在各等级公路中进行了大量的应用，实践中发现尚存在一些不能很好地适应我国大规模公路建设需要的问题。

1）我国汽车保有量随着交通现代化的发展迅速增加，见图1。随着道路运输的完善，第三方物流的普遍发展，远距离道路运输增多，公路营运载货汽车保有量从1978年的14万辆到2017年的超过1 400万辆，翻了百倍之多，其中大型货车占比增加；另外，受消费升级、二次购车、个性化需求提升等因素的影响，近年来我国SUV 汽车保有量占比显著增加，见图2。原有的交通安全设施已经不能适应新的道路交通形势。

图1 2006—2017年我国汽车保有量

图2 2006—2017年我国SUV比例

2）公路建设方面，随着东部城市高速公路路网的饱和，近年来，我国高速公路建设主要向西部地区延伸，受自然条件的限制，道路桥隧比例增加，线形条件差、小半径、大纵坡等极限路况增多，对行车安全更加不利。

3）我国人口众多，而且从总体上看，交通安全意识相对薄弱，驾驶员整体素质不高，社会管理体制、管理机构以及管理制度还很不完善。

随着社会、经济的发展，人、车、公路环境发生了显著变化，道路交通安全事故成为我国交通事业发展的一大隐患，为适应新时期的运输环境，提高行车安全，发布了JTGD 81—2017《公路交通安全设施设计规范》和JTG/TD 81—2017《公路交通安全设施设计细则》。本文针对JTGD 81—2017 要点进行分析，为公路交通安全设施设计提供借鉴。

2 总体设计

相关研究表明：道路交通安全事故约95%与人的因素有关，约28%与道路环境因素有关，约8%与车辆因素有关。因此，从预防交通事故发生的角度，要积极消除三个因素中的不利条件，以“人”为参考标准，通过良好的道路设计使其能适应人的能力极限；通过先进的技术使车辆能简化驾驶人的工作任务并尽可能高效地保护弱势人员；道路使用者要受适当的教育、能获取必要的信息、能有效控制自己的行为。

JTGD 81—2017 强调了交通安全设施的系统化设计，要求以公路安全性评价或风险评估等交通安全综合分析为基础，找出公路交通运行环境中可能存在的隐患，通过公路交通安全设施的科学设计，改善路侧环境、消除危险源，使驾驶人能及时了解前方公路和环境中不易被发现的危险信息，对沿线出行信息能清晰辨识、正确理解、快速反应，以消除公路环境中的不利因素，提高公路交通安全水平。

为发挥公路各专业在保障交通安全方面的综合作用，JTGD 81—2017 强调公路交通安全设施的总体设计是公路总体设计的一部分，公路交通安全设施与公路土建工程、服务设施和管理设施等专业之间无主次之分、高低之别，明确提出公路交通安全设施必须与公路土建工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用。建成后的公路必须根据JTGD 81—2017的规定设置必要的交通安全设施才能通车运行，避免先通车、后发生交通事故、再行改造的情况发生。

3 护栏设计

护栏属于被动防护结构，通过自身变形或引导事故车辆爬高来吸收碰撞能量，从而减轻事故的严重程度；而其本身亦是一种路侧障碍物，并非设置得越多越好[1]。

JTGD 81—2017 充分体现了“宽容设计、适度防护”的理念，提出了净区宽度的计算方法，对位于计算净区宽度范围内的行车障碍物提出了处置措施，按照“去除计算净区宽度范围内的障碍物、重新设计障碍物，使障碍物不构成危害、将障碍物移至不易被驶出路外的车辆碰撞的位置、采取措施减少事故伤害等路侧安全处理措施来尽量满足计算净区宽度的要求”的思路，根据车辆驶出路外或驶入对向车道的可能性以及事故严重程度综合确定事故的风险，进而确定是否设置护栏；仅在计算净区宽度得不到满足，而导致驶出路外产生的事故严重程度高于碰撞护栏的严重程度时，才考虑设置护栏。

同时规定“二级及以上公路纵坡等于或接近于JTGB 01—2014《公路工程技术标准》规定的最大纵坡值的下坡路段；二级及以上公路圆曲线半径等于或接近JTGB 01—2014 规定的最小半径的路段外侧”以及“设计交通量中，总质量≥25 t的车辆自然数所占比例＞20%时”，需要提高护栏等级。

3.1 护栏形式选择

路侧或中央分隔带护栏面距其防护的障碍物的距离，应大于护栏最大横向动态位移外延值或车辆最大动态外倾当量值；因此，选择护栏形式时，应首先考虑护栏受碰撞后的变形量，护栏最大横向动态位移外延值或车辆最大动态外倾当量值的选择应根据防护车型和障碍物来确定。当防护的障碍物低于护栏高度时，宜选择护栏最大横向动态位移外延值；当防护的障碍物高于护栏高度、公路主要行驶车型为大型车辆时，应选择车辆最大动态外倾当量值[1]。

JTGB 05-01—2013《公路护栏安全性能评价标准》对护栏的横向变形进行了说明，同时指出应通过实车足尺碰撞试验以予确定。见图3。

图3 护栏受碰撞后的变形

然而，由于该试验较难实现且花费较大，另外公路质量评定标准也没有针对护栏与其外障碍物（如上跨道路桥墩）距离的相关规定，导致这一指标得不到设计人员的重视，致使车辆与护栏外障碍物发生二次碰撞的事故时有发生。因此，在护栏形式选择时，应综合考虑设计速度、车辆组成及障碍物情况等，提高行车安全性，有效地减轻事故危害。

3.2 中央分隔带开口护栏

中央分隔带开口护栏的主要作用为分隔对向交通，在抢险、救援等紧急情况下，能及时、方便地开启，使车辆紧急通过。目前，我国常用的中央分隔带护栏主要存在以下问题[2]：

1）防撞能力不足，事故车辆一旦穿越，易造成二次事故；

2）防撞能力尚可，但开启便捷性较差，一旦遇到紧急情况，移动不便；

3）与相邻中央分隔带连接过渡较差，一旦发生事故，易对车辆形成绊阻。

JTGD 81—2017 首次对中央分隔带活动护栏提出了防护等级的要求，规定中央分隔带开口护栏防护等级宜与相邻路段保持一致;线形良好路段经论证可低于相邻路段1～2 个等级，但高速公路中央分隔带开口护栏不得低于三（Am）级。

因此，在中央分隔带开口护栏设计中，必须注重所选取护栏的防撞能力，兼具便捷的移动性、同时要过渡设计合理。

3.3 缓冲设施

缓冲设施主要设置于公路立交、服务区、停车区出口处的分流鼻端、收费站岛头、护栏端部等，主要作用是缓减冲击，降低碰撞车辆和车内人员伤害，见图4。

图4 缓冲设施

目前，我国公路出口三角端较为常见的是设置防撞桶。主要问题是：防撞桶自身防撞能力较差，事故车辆可轻易将其撞碎并直接撞向分流三角段护栏端头，对车内造成伤害，见图5。

图5 公路出口三角端事故

JTGD 81—2017 新增了缓冲设施的设置规定，对未进行安全处理的、位于公路计算净区宽度内的路侧护栏上游端部，提出了设置防撞垫或防撞端头的要求，对高速公路的互通立交主线分流端、匝道分流端等位置提出了设置防撞垫的要求；同时提出，应根据防护性能、碰撞变形、现场情况等选取缓冲设施形式。

上述规定体现了高速公路无缝防护的理念，将与宽容性设计一起，降低交通事故的严重程度。

3.4 路桥过渡段护栏

路基与桥梁过渡段主要存在问题：

1）护栏设置间断，存在缺口；当车辆碰撞角度较小，碰撞能量不大时，易从缺口冲到路外；

2）过渡段护栏衔接不合理，护栏连接处没有平稳过渡，随意搭接，未形成整体；当发生碰撞时，波形护栏产生横向变形，车辆将沿着变形的护栏与混凝土端部发生正面碰撞，加剧车辆破坏；

3）过渡段护栏刚度小，衔接处不牢固；当车辆发生碰撞，从混凝土护栏过渡到波形护栏时，由于刚度急剧下降，护栏不能及时变形、吸收能量，防护能力不能充分发挥，导致车辆冲出路外[3～4]。

JTGD 81—2017 规定了设计速度＞60 km/h 的公路桥梁护栏与路基护栏的结构形式不同时，应进行过渡段设计；相邻路基段未设置护栏时，桥梁护栏应适度外展或在路基段增设一段护栏与桥梁护栏进行过渡，以避免车辆碰撞端部或从桥梁端部冲出路外。

过渡段应采用设置端部翼墙或将半刚性护栏搭接在刚性护栏上的方式：

1）采用搭接方式时，路基段护栏应进行加强处理，长度不宜＜l0 m；

2）采用端部翼墙时，可利用桥梁护栏进行改造，设在桥梁端部，也可在路基段独立设置；

3）桥梁护栏与路基护栏均采用刚性护栏时，刚性护栏在桥台伸缩缝处应断开；

4）桥头处其他形式护栏之间的过渡段均不得断开，但横梁应采取可伸缩措施，见图6。

图6 金属梁柱式护栏与路基波形梁护栏过渡段

3.5 隧道入口段护栏

驾驶员往往受道路线形、光线亮度变化的影响而操作不当，导致车辆失控，此时隧道入口处的隧道壁以及高度达到20～80 cm 的检修道或人行道则直接成为障碍物。

相关研究表明[5]，目前我国隧道入口处护栏较为常用的处理方式是采用波形梁护栏渐变延伸至隧道洞口壁。这种做法存在一定的安全隐患：车辆失控碰撞护栏后，由于波形梁护栏横向变形较大，会使车辆产生较大的横向位移和侧倾，直接正面碰撞隧道壁和检修道，导致车辆侧翻或损坏，造成司乘人员严重伤亡。

JTGD 81—2017 特别强调了高速公路、一级公路及作为干线的二级公路的隧道出入口等位置，护栏应进行过渡段设计；同时，JTG/TD 81—2017 规定隧道洞口处路基护栏宜通过混凝土护栏渐变或采用混凝土翼墙进入隧道洞口处并对护栏进入隧道洞口的渐变率进行了规定。混凝土护栏或翼墙迎交通流一侧在隧道洞口处宜与检修道内侧立面平齐；混凝土护栏或翼墙进入隧道洞口前可根据需要适当渐变高度，在隧道洞口处不得低于检修道高度。见图7。

图7 隧道洞口护栏

4 避险车道

1998年，国内设置了第一条避险车道，减轻了交通事故造成的伤害和损失。近年来，避险车道数量显著增加，但并没有相应的规范或指南用以指导设计。目前避险车道的设置，已运营道路主要考虑的是失控车辆的事故率，新建公路主要依靠设计人员的主观判断。

JTG/TD 81—2017 在总结国内外进险车道设置的研究成果及经验基础上，提出了避险车道的设置方法。已运营公路的连续下坡路段，要根据历史事故记录，在货车制动失效事故频发的路段考虑设置避险车道；新建公路要结合车辆组成、坡度、坡长、平曲线等交通和道路特征，货车因长时间连续制动而制动失效风险高的路段要考虑设置避险车道。一般情况，交通组成中大、中型载货汽车自然交通量占50%以上属于比例较高者，鉴于交通事故属小概率事件，建议大中型载重车自然交通量占30%以上，甚至更低时也要考虑设置必要的避险车道。

5 结语

公路运营环境的改变，必然需要新的设计理念与之适应。JTGD 81—2017 和JTG/TD 81—2017 充分吸收了相关科研成果和工程经验，强化以人为本、预防为主的设计原则，加强公路交通安全设施的系统化设计和总体设计，使人、车、路和环境形成一个安全保障系统，最大程度地降低交通事故的严重程度，解决了我国公路交通安全设施设计中存在的关键技术问题。