基于中外规范对比的公路视距安全性分析

可加银

(中国公路工程咨询集团有限公司 武汉 430058)

在对既有道路或新建道路控制造价的前提下，提高道路的安全性具有一定现实意义。在道路指标相同的前提下，良好的视距能够使道路使用者有更充足的时间规避风险、处理突发事件，对于防范交通事故有显著效果。

1 公路视距评价指标

1.1 行车视距

公路的行车视距是指在公路行驶过程中，驾驶人向前所能看见的道路长度。本文主要讨论驾驶人在行驶过程中，从发现障碍物到采取适当措施，防止交通事故所需的最小距离。行车视距分为停车视距、超车视距及会车视距。

驾驶员在行驶过程中，行车视距对规避障碍物、处理突发事件起到至关重要作用。合理的视距不仅是制定道路标准参数的依据，同时也影响工程造价、设计理念，更关系到每位道路使用者的安全。

1.2 国内公路行车视距评价指标

我国JTG D20-2017《公路路线设计规范》(下称《规范》)对行车视距的取值有明确要求及分类。对于有中央分隔带的高速及一级公路，采用停车视距，对于二级、三级及四级公路采用会车及停车视距相结合，其取值见表1、表2。对于视距的最小长度，需按《规范》要求严格执行。

表1 高速公路、一级公路停车视距表

表2 二级、三级、四级公路会车视距与停车视距表

2 国内外视距选用标准

我国公路事业发展起步较晚，大部分标准规范拟定原理是从欧美及日本等发达国家借鉴吸收而来。各国停车视距对照见表3。

表3 各国停车视距对照表

美国AASHTO在计算制动视距时，制动反应时间采用2.5 s，利用减速率及设计速度进行计算，得出停车视距。

法国道路和高速公路技术研究处在计算视距时，制动反应时间分为2.0 s(速度小于100 km/h)、1.8 s(速度大于100 km/h)，系利用v85车速理论及大多数情况提供的安全摩擦系数进行计算所得。同时规定当“道路半径小于5v(v为设计车速)时，刹车距离增加25%”[1]。当曲线半径大于5v时，部分项目已经验算[2]。中法规范对停车视距要求值取值差别不大。

日本规范采用2.5 s制动反应时间，利用设计速度、假定的行驶速度(设计速度120～80 km/h取85%，设计速度60～40 km/h取90%)，及摩擦系数来计算停车视距。同时对积雪冰冻区单独修正。

3 视距需求分析

通过国内外最小停车视距比较可以看出，我国采用的标准与日本规范较为相似，制动反应时间为2.5 s，利用设计假定的行驶速度(设计速度120～80 km/h取85%，设计速度60～40 km/h取90%)，及摩擦系数f1来计算停车视距。《规范》计算的潮湿状态下的停车视距[3]见表4。

表4 潮湿状态下的停车视距

表4中的计算结果主要存在以下3个问题：①视距的计算公式采用摩擦系数，差异性较大，受环境影响大；②摩擦系数与车速无直接联系，不同的行驶速度对应不同的摩擦系数有待实验佐证；③采用的初始速度可能偏理论，未反映车辆的真实速度。

3.1 视距计算公式选定

停车视距所计算的制动距离主要由两方面组成：从驾驶员发现障碍物或紧急情况到车辆刹车装置启动的反应时间内的车辆行驶距离和车辆制动装置生效后的减速滑行距离。

目前国际上主要有2种计算方法；①美国AASHTO采用的计算方法[4]，见式(1)；②日本及欧洲使用的计算方法[5]，见式(2)。

d=0.278v·t+0.039v2/a

(1)

d=v·t/3.6+v2/(2×3.62gf)

(2)

式中：v为设计速度，km/h；t为反应时间，s；a为减速率，m/s2；f为摩擦系数；g为重力加速度，取9.8 m/s2。

式(1)(2)的区别主要在于：式(2)更趋于理论值，但摩擦系数受各个车辆的轮胎条件、路面状况、天气环境、制动条件等因素影响，不同车辆、地区、道路各不相同，且范围起伏变化较大，难以测得，且与设计速度的关系有待商榷。

式(1)更趋于人性化和可操作性，可以测定一个多数驾驶员刹车时较为舒适的减速值作为推荐减速率，以此来计算的制动距离，这样有利于驾驶员刹车时更好地控制车辆。因此，建议将式(1)作为计算停车视距的参考公式。

3.2 参数选定

反应时间的确定。根据文献[4]对反应时间的研究，警觉的驾驶员最短的反应时间可能达1.64 s。但由于公路的实际条件远比研究时复杂，因此应采用大于1.64 s的标准。文献[4]中还提到，对于大多数驾驶员来说，2.5 s的反应时间已足够。由于我国交通组成复杂，道路环境变化也较大，驾驶员的熟练程度不一，因此采用2.5 s的反应时间作为停车视距计算较为合适。

减速率的确定。根据AASHTO研究试验成果，减速率采用3.4 m/s2较为合适。大多数的车辆制动系统在潮湿路面上均能产生大于这个减速数值的制动摩擦。

初始速度的确定。目前我国计算停车视距的计算模型，采用的初始速度为设计速度的85%～90%。设计速度本身代表这条路任何路段均能达到的安全运行速度，现规范视距计算时对其进行折减不利于驾驶员的安全。近年来，我国交通规划大量引进v85运行速度理论。建议在事故多发段、期望速度较高的路段优先采用德国v85运行速度作为初始速度，对一般路段采用设计速度作为停车视距计算的初始速度。运行速度v85是通过在典型公路上行驶车辆的实际行驶速度观测，经统计、总结其数据分布，回归出的第85个百分位的速度。

德国v85运行速度。德国道路设计标准中85%行驶速度确定方法，v85=ve+10 km/h(ve≥100 km/h)，v85=ve+20 km/h(ve<100 km/h)；ve为设计车速，km/h。较易推广，且能够适应大部分情形。

通过计算可得出视距需求对比，结果见表5。

表5 视距需求对比表

因为交通事故率与坡度有较大关系，实际过程中停车视距还需结合道路纵坡进行修正，图1、图2为日本统计的不同纵坡与事故率关系[6]。分析原因可能是下坡路段车速普遍较高，部分重力变成下滑力，从而使车辆减速难度加大，从而需要更长的停车视距。建议若高速公路纵坡大于3%、一般道路大于4%即可采用v85设计车速来计算停车视距，这将大大包容驾驶员下坡车速过大和摩擦系数损失造成的影响，体现人性化的设计理念。

图1 日本一般道路不同纵坡事故率

图2 日本高速公路不同纵坡事故率

4 视距检验

在设计及道路使用前，需对道路提供的视距进行检验。主要对道路的平面及纵面进行检验。

4.1 平面视距检验

对于高速公路，平面视距检验主要检验护栏对视距的影响及挖方段右偏曲线的挖方边坡对视距的影响。假设车辆位于行车道中央，考虑驾驶员位于车辆左侧，因此取驾驶员距离右侧车道线2 m位置。以设计车速80 km/h的高速公路为例，检验小车行驶在内侧，道路曲线半径小于多少需考虑改变中央分隔带护栏形式或加宽路基。

图3 平面视距计算示意

挖方段落视距不足的缺陷主要出现在低等级公路，高速公路由于有相对较宽的路肩及水沟、碎落台，大多数路段视距相对得到保障；部分高速由于受地形限制压缩硬路基，采用了较小的曲线半径，这些段落也需开挖视距平台保障视距，视距检验方法相同。

4.2 纵面视距检验

国内现行纵坡竖曲线绝大部分采用的是圆曲线，因此可采用圆曲线模型，纵面视距模型见图4。由图4可知，纵面视距取决于视高h0(取小车驾驶员视高1.0 m)及被观察物高h1(标线高度0.00 m、岩石或其他障碍物高0.1 m、前方车辆尾灯高0.6 m)和纵曲线半径R竖。

图4 纵面视距计算模型图

5 结论

我国高速公路内侧超车道运行车速往往高于设计车速，在部分省份高速上超速10%是不受处罚的，因此视距难以匹配较高运行车速的矛盾，具有一定安全隐患。目前山区国省道回头曲线视距过小的不足已得到普遍认识及改善。而设计车速40 km/h的国省道二级路，实际行车速度往往较高，仍普遍存在视距不足现象。

因此建议采用文中视距计算方法，增加有效行车视距，提高行驶安全性，在建设时可通过加宽路基或开挖视距平台、改变护栏形式增加视距，同时避免费用显著增加。