基于分隔设施的寒区城市道路行车安全间距研究

冯天军，杨夏玉，夏春亭，梁春岩，李赫楠

(1. 吉林建筑大学，吉林 长春 130118； 2. 长春建筑学院，吉林 长春 130600； 3. 长春市城乡规划设计研究院，吉林 长春 130033)

0 引 言

城市道路是交通的直接载体，城市道路横断面结构划分越来越明确，车行道、人行道及分隔带等交通设施的合理布设，能够满足行人过街安全、车辆运行畅通及城市道路景观优化等各方面的需求。然而，分隔带在起到管控、隔离作用的同时，对汽车的行驶也会造成干扰。因此，驾驶员在行车过程中应使车辆与分隔带保持一定的间距——行车安全间距(图1)，该间距是一个动态的变量，其大小受多种因素影响。在设计时应综合考虑城市道路分隔设施的高度、长度等指标，合理设置城市道路分隔设施，以保证道路通行效率和行车安全。

图1 行车安全间距示意

目前，针对城市道路行车安全间距的研究大多集中在对道路中间带横向净距或路侧净距的研究上。P.M.ASADOLLAHI等[1]通过模拟试验确定了美国中西部地区护栏的最大安全高度；A. RASCH等[2]通过模拟驾驶员的超车行为试验，得出超车时的最小横向间距；YOU Qingchong等[3]提出用螺旋路边曲线来确定满足道路反向水平曲线视距需求的横向间隙；赵一飞等[4]对高速公路中间带的安全侧向净距值进行数理统计分析，发现安全侧向距离不足是行车安全的巨大隐患；潘兵宏等[5]计算得出中国高速公路中间带波形梁护栏的适宜高度为87.6 cm；崔洪军等[6]研究了护栏高度与安全防护能力之间的关系；祝站东[7]建立了双车道公路的车辆运行速度模型，研究得出公路上车辆运行速度与分隔设施净空之间存在对数关系的结论；文浩雄等[8]分析了高速公路中央分隔带横向净距不足的问题并提出了改善措施；文献[9-12]介绍了横向净距与视距结合在一起的研究成果在公路相关设施设计中的应用。然而，针对冰雪天气下城市道路的分隔带护栏高度与行车安全间距的相关理论研究鲜有文献发表。

笔者采集并分析了长春市、吉林市几条超车道上的分隔设施护栏高度、行车速度及相对应的行车安全间距等数据；建立了城市道路分隔设施护栏高度、行车速度与行车安全间距的函数关系模型，用算例对模型进行了验证；推荐了与分隔设施护栏高度值相对应的行车安全间距最小值和舒适值。

1 采 样

1.1 时间、路段及对象

1)时间。2019年12月15—17日，上午09：00—11：00及下午15：00—17：00。在调查的这3天中，无降雪，平均气温为-15～-23℃；道路能见度相对较好且车流量适中，易于观测。

2)路段。长春市亚泰大街、亚泰大街快速路(简称快速路)、会展大街及吉林市吉林大街，所观测路段上无交通事故等偶然因素影响。

3)对象——护栏。护栏形式及尺寸见表1。

表1 采样路段的断面形式及路段上护栏类形、尺寸

1.2 采集过程

首先，试验人员在城市道路中央分隔带护栏高度和车道宽度均无变化的路段上选取一个断面；然后，找寻合适的观测地点，画线标识，视频录像，采集所有临近护栏车道上连续车流数据；最后，将视频数据导入电脑，统计出各护栏高度下的行车速度V和相对应的行车安全间距W。

2 结果分析

2.1 W正态分布验证

汽车以一定速度行驶在某一路段上时，车辆与路侧设施应保持一定的行车安全间距。驾驶员的驾驶习惯、交通流速度、分隔设施护栏高度等因素都会影响分隔设施与车辆之间的行车安全间距，这些影响因素是随机的，因此，一定车速下的行车安全间距也是随机的。

以在长春市会展大街采集的数据进行分析。图2为与行车速度V=50～60 km/h相对应的行车安全间距W的频数N。

图2 V=50～60 km/h时行车安全间距频数N分布

将图2数据输入SPSS软件，进行K-S (Kolmo-gorov-Smirnov test)正态性检验并经Lilliefors校正，结果见表2。可见，Sig.=0.200>0.050，表明数据可能服从正态分布。

表2 行车安全间距K-S正态性检验结果

查看行车安全距离实测值与正态期望值的Q-Q图(图3)发现，数据点基本在直线附近，可以初步判断，在长春市会展大街调查路段，V=50～60 km/h时，行车安全间距W近似服从正态分布。

图3 行车安全间距正态Q-Q图

2.2 W-H-V的关系

2.2.1V正态分布验证

图4为根据长春市亚泰大街、快速路及吉林市吉林大街断面上采集的数据绘制的各断面行车速度V的频率f分布直方图。将图4数据输入SPSS软件进行正态性检验，结果表明，行车速度V符合正态分布。

图4 3个道路断面行车速度分布

2.2.2W-V-H的相互关系

在长春市亚泰大街、快速路及吉林市吉林大街3个路段上，各选取2个行车速度分布频率较高的速度区间，各速度区间的行车安全间距均值Wav及标准差σ如表3。

表3 行车安全间距的均值及标准差

各路段断面所采集的平均行车速度Vav、85%行车速度V85以及行车安全间距平均值Wav如表4。

表4 3个道路断面样本数据值

由表4可见，在H=0.6、0.8、1.2 m的路段，所采集的护栏临近车道上的行车速度V及对应的行车安全间距W之间存在以下关系：在交通状况良好的路段，不考虑出入口车速降低的影响，随着H的增加，V呈减小变化，而W呈增大变化趋势。

2.2.3W-V的关系

整理、拟合在亚泰大街、快速路、吉林大街采集的H=0.6、0.8、1.2 m的数据，得到3个路段W与V的回归式(W=kV+a)，如表5。

表5 3个道路断面安全间距W与行车速度V的关系

由表5可见：

1)随着行车速度V的增加，行车安全间距W以吉林大街断面的变化最快，亚泰大街断面的变化最慢，表明随着护栏高度H的增高，W相应增大。

2)从置信区间宽度可看出，道路断面不同，护栏高度不同，但行车安全间距的离散程度相近。表明护栏高度对汽车在道路上的行驶限制不大。

根据表5中W与V回归公式的斜率k与各断面对应的护栏高度H，可得到k与H的关系式：

k=0.016 7H- 0.005 8

(1)

在实地调查过程中发现，汽车行驶时还会受到右侧车辆、路缘石高度等因素的干扰，影响W-V关系式的精度。为此，笔者将采集的3个道路断面的所有调查数据进行汇总和线性回归分析，如图5，从而得出更精确的函数关系模型，如式(2)：

图5 全部汽车行车安全间距W与行车速度V的关系

W=0.009 8V+ 0.189 4

(2)

3 W-H-V函数关系模型验证

在护栏高度H=1.0 m的会展大街路段，另外选取一个断面采集车辆运行状况，样本数为50，所测车速平均值V测=48 km/h，对测得的车速和对应的行车安全间距进行回归，得到H=1.0 m时，W与V理论关系式，如式(3)：

W=kV+a

(3)

3.1 H=1.0 m，W-V关系式

1)将H=1.0 m代入式(1)，得到对应k=0.010 9。

2)将V测=48 km/h代入式(2)，得到该速度下行车安全间距W=0.66 m。

3)将k=0.010 9、V测=48 km/h和W=0.66 m代入式(3)中，反推出截距a=0.136 8；从而，H=1.0 m时，W-V的线性关系如式(4)：

W=0.010 9V+ 0.136 8

(4)

3.2 W-V线性关系验证

将实际采集H=1.0 m道路断面所有样本的行车速度V分别带入式(4)，计算得到与V对应的行车安全间距理论值Wc。各个样本点的行车安全间距理论值Wc与实测值Wt，及两者的相对误差δ如图6。

图6 H=1.0 m，与V相对应的Wc和Wt及两者的相对误差δ

由图6可见：最大相对误差δmax< 8%，理论计算准确度均为92%以上，样本总体的平均相对误差δav=∑δ/50=2.48%，平均计算准确度达97.52%。表明理论值与实测值高度接近，因此认为所建立线性关系是合理的。

4 寒区行车安全间距推荐

4.1 不同H下W推荐值

整理得到所采集的3个路段不同护栏高度下的行车安全间距累计频率F，如图7。

图7 行车安全间距累计频率

由图7可以看出：

1)H=0.6 m时，行车安全间距的最小值Wmin=0.35 m；W=0.50～0.60 m区间，曲线斜率较大，说明汽车行驶的安全间距密集地分布在此范围内，保证了多数汽车行驶的舒适性。因此，取中间值W=0.55 m作为H=0.60 m时寒区城市道路行车安全间距的舒适值。

2)同理，H=0.8、1.2 m时，行车安全间距的最小值分别为Wmin=0.40、0.65 m，行车安全间距舒适值分别为W=0.60、0.75 m。

笔者研究的是城市道路，对于该类型道路上不同的护栏类形、等级，设计车速为20～80 km/h时，JTG D 81—2017《公路交通安全设施设计规范》给出的护栏高度最小值为0.6 m。即护栏高度H均大于0.6 m的情况下，笔者推荐的与H相对应的W值适用于寒区道路。

4.2 考虑安全防护等级的护栏设置

由于城市道路混合交通特征明显，护栏除了起到隔离与警示作用外，还应具有一定的防碰撞作用。按照GB 50688—2011《城市道路交通设施设计规范(2019版)》规定，笔者调查的亚泰大街、吉林大街、亚泰大街快速路，中央分隔带护栏的防护等级应该分别选用Bm级、Bm级、Am级，路侧护栏等级应该分别选用B级、B级、A级。

随着防护等级的增加，护栏底座宽度相应增大，这将对分隔带的宽度产生影响，从而影响路幅宽度。笔者所调查的路段有主干路与快速路，道路设计速度均小于100 km/h，护栏底部宽度对应分隔带最小值见表6。

表6 分隔带宽度最小值

路幅宽度的设置应满足表6分隔带宽度最小值，同时，寒区受冰雪天气积雪的影响，在满足最小安全间距的前提下，考虑到冬季分隔设施旁临时堆放积雪的要求，冬季分隔设施行车安全间距应适当增加0.5 m。

5 结 语

笔者选择长春市亚泰大街、亚泰大街快速路、会展大街及吉林市吉林大街4个路段，采集了城市道路分隔设施护栏高度H、行车速度V与行车安全间距W数据，用SPSS软件及数理统计方法分析了W-H-V三者之间的关系，建立了寒区城市道路H、V与W的函数关系模型，并用算例验证关系模型。研究表明：H一定的情况下，相对应的W、V基本服从正态分布；W-H-V三者具有线性关系，即W随着V及H的增大而增大。推荐了与寒区城市道路分隔设施护栏高度0.6、0.8、1.2 m相对应的行车安全间距最小值和舒适值。