道路线形对交通安全的影响及评价方法

摘要 为了保证道路上的行车安全性，该文分析了从直线、圆曲线半径、圆曲线设置频率、纵坡、变坡点、竖曲线半径等方面分析了平面线形和纵断面线形对交通安全的影响。随后，分析了多种不良线形组合对道路交通安全的影响。最后，以某二级公路为研究对象，基于运行速度对线形安全性进行评价，研究成果可为道路路线设计提供理论指导。

关键词 道路线形；交通安全；平纵指标；安全评价；工程实例

中图分类号 U412 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）19-0060-03

0 引言

近年来，经济快速发展，交通基础设施建设步伐也日益加快。截至2023年年末，公路总里程已突破544.1万公里，伴随而来的交通安全问题也越来越多。公路交通系统由人、环境、车辆、道路等因素组成，且各个因素之间是相互作用、相互影响的。一般情况下，出现交通安全事故后易将责任归咎于人或车辆，不重视道路本身对交通安全的影响。然而，道路线形（平面线形、纵断面线形及其组合）会直接影响驾驶员的视距、心理等，从而引发交通安全事故。因此，进一步研究道路线形对交通安全的影响及评价方法具有重要的意义。

1 道路平、纵线形对交通安全的影响

1.1 平面线形的影响

（1）直线的影响

直线是道路平面线形中使用频率最高的要素（尤其是地势平坦开阔的平原地区），具有方向明确、布线简单、距离最短等优势。直线设计的关键是确定长度，不应过长或过短，否则容易引发交通安全事故。

驾驶员在长直线行驶时，会产生以下几个问题[1]：一是直线行驶无须过多思考，且操作简单，容易产生视觉疲劳、注意力分散等问题。二是出现急于通过直线路段的心理，行车速度会不自觉加快。三是当周边环境单调时，驾驶员行车的参考物少，难以准确评估其与前方车辆的距离，容易引起超速行驶。一旦出现上述问题之一，驾驶员在面对突发状况时就无法及时作出正确操作来避让，从而引发交通安全事故。

同时，连接相邻圆曲线之间的直线也不能过短，否则会破坏平面线形的连续性，使驾驶员产生错觉，认为直线也是曲线的一部分，当车辆驶进第2个弯道时仍会按照之前转弯角度行驶，从而导致车辆偏离行驶轨迹，如图1所示：

（2）圆曲线半径的影响

大量工程经验表明，圆曲线半径越小，交通安全事故率越高。驾驶员经过曲线半径较小的路段，其视距会减小。尤其是在晚上行车时，灯光照射范围有限，无法提前看到前方的障碍物或车辆，容易引起碰撞或追尾。同时，车辆在曲线路段行驶时，会受8yPIPvuOPkCzoBZnKDoHcw==到向外的离心力。而离心力与圆曲线半径密切相关，两者之间满足式（1）。当圆曲线半径小于某一临界值（最小半径）时，车辆所受到的离心力会大于轮胎与路面的摩阻力，容易发生侧翻或滑移[2]。

R= V2 127（u+i） （1）

式中，R——圆曲线最小半径（m）；V——设计速度（km/h）；u——横向力系数；i——超高横坡（%）。

（3）圆曲线设置频率的影响

弯道是道路平面线形的重要组成，弯道过少会使线形过于单调，弯道过多会使线形复杂，驾驶员操作难度大。以小半径圆曲线为例，统计了圆曲线设置频率与交通安全事故率的关系，见表1：

随着圆曲线设置频率的增加，道路沿线的交通安全事故率呈先增加后减少的趋势，且两者之间基本呈抛物线关系。当1 km内的圆曲线数量在2.5～4.0个时，道路上的行车安全性最好。

1.2 纵断面线形的影响

（1）纵坡的影响

纵坡坡度是指竖曲线切线的倾斜角度，会直接影响道路交通安全。一般情况下，某一路段的纵坡值越大，对应的交通安全事故率高，主要原因在于[3]：一方面，车辆上坡需克服各种阻力，使得货车牵引力不足、速度减小，而上坡阻力对小汽车的影响较小，小汽车和货车之间存在速度差。小汽车驾驶员会着急超车或违法超车，容易引发安全事故。另一方面，在下坡时，车辆速度会在自身重力及惯性力的作用下不断增加，驾驶员为了保证安全需频繁制动。对于部分年份较久或性能不佳的汽车，频繁制动容易导致刹车失灵，对交通安全十分不利。

随后，该文统计了某地区多条公路在不同纵坡坡度下的事故率，如图2所示：

图2表明：道路纵坡越大，对应的百万车公里的事故数越多，且事故数变化速率呈先慢后快趋势。当纵坡坡度＞5%时，百万车公里的事故数快速增加。为了保证道路上的交通安全，建议该地区道路纵坡不宜大于5%。

（2）变坡点的影响

为了使道路线形与地形适应，需在纵坡变化处设置变坡点。由于《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）对最小坡长和最大坡长进行了限制，故需要控制变坡点的频率。

在变坡点相对密集的路段，道路纵面线形呈“驼峰”，线形不连续，容易出现视距不良的问题。同时，驾驶员需频繁切换挡位，以适应坡度变化，容易产生烦躁情绪，且使乘客的舒适度明显下降；在变边坡点少的路段，纵断面线形较单调，驾驶员容易产生疲劳心理。

（3）竖曲线的影响

竖曲线是变坡点处的过渡曲线，包括凸形竖曲线和凹形竖曲线，其半径大小会直接影响行车视距和车辆离心力，从而影响行车安全[4]。

图3（a）车辆在凸形竖曲线形式，如竖曲线半径过小，驾驶员会出现“悬空感”，心理紧张，且视距受限。一旦前方出现障碍物，驾驶员难以及时发现。图3（b）车辆在凹形竖曲线形式（桥梁下方），视距一般能满足行车要求。但是，竖曲线半径过大时，连续降雨天气下路面容易积水，车辆制动距离大幅增加；竖曲线半径过小时，车辆受到的竖向离心力较大，驾驶员会产生“失重感”，不利于交通安全。

2 道路线形组合对交通安全的影响

结合相关研究成果，道路上的行车安全性不仅取决于各个线形要素，还与不同线形要素之间的组合密切相关。鉴于此，该文针对几种常见不良线形组合开展分析，具体如下[5]：

（1）长直线接小半径曲线

在平原向山岭区过渡的路段，经常会出现长直线和小半径曲线组合。当车辆在长直线行驶一段时间后，驾驶员会产生速度感知误差。此时，驾驶员可能会以较高的速度驶入小半径圆曲线，因受到较大的离心力而侧翻。

（2）多个平曲线连接

一般情况下，多个平曲线连接的线形组合的安全性要优于直线+平曲线路段。但是，平曲线半径较小时会形成连续急转弯，驾驶员要在短时间内多次急打方向盘，使得司乘人员心理产生紧张感，不利于行车安全性和舒适性。

（3）长大下坡接缓坡

在长大下坡+缓坡路段，驾驶员开车经过缓坡前（未设置相应交通标志），会产生上坡的错觉，从而作出提速上坡操作；在长大上坡+缓坡路段，驾驶员也会因为坡度变缓产生上坡结束的错觉，从而盲目切换档位。因此，上述错觉及相应的错误操作都可能引起交通安全事故。

（4）竖曲线顶或底部插入小半径平曲线

在凸形竖曲线顶部插入小半径平曲线，视距可能小于规范要求的停车视距，驾驶员容易作出急打方向盘的操作。而在凹形竖曲线底部插入小半径平曲线，车辆会在行驶速度较高时急转弯。

（5）缓和曲线与小半径竖曲线重合

道路平面采用缓和曲线来实现直线和圆曲线的过渡，且缓和曲线多采用回旋线。车辆在缓和曲线上行驶时，横向加速度是动态变化的。同时，车辆在竖曲线行驶时，纵向加速度也随行驶时间而变化。一旦缓和曲线与小半径曲线相重合，横向加速度和纵向加速度会交错变化，车辆动力作用复杂，提高了驾驶难度，可能导致交通安全事故。

3 道路线形安全评价方法研究

3.1 工程概况

该文研究对象为某省省道公路，其设计速度为40 km/h，设计标准为双向两车道，路线全长55.5 km，起点桩号为K0+000，终点桩号为K55+500，路基横断面宽8.0 m（行车道3.5 m、土路肩0.5 m），路面为沥青混凝土路面。该公路最大直线长度为550 m，最小直线长度为100 m，圆曲线最小半径为150 m，最大纵坡为5.5%，凹形竖曲线和凸形竖曲线半径分别为900 m、1 000 m。经对比，路线指标均满足设计规范要求。

但是，考虑车辆在道路上的运行速度与设计速度不一致，在路线设计方案确定前基于《公路项目安全性评价规范》（JTG B05—2015）（简称《规范》）对其安全性进行评价。

3.2 线形安全性评价

（1）评价方法

由《规范》可知，可以用同一路段设计速度与运行速度的差值绝对值|ΔV85|来评价线形安全性。由于该公路属于三级公路，当|ΔV85|<20 km/h时，线形安全性好；当|ΔV85|≥20 km/h时，线形安全性不良。

评价线形安全性的关键是确定各个评价单元的运行速度，即先按曲线半径、纵坡值等将该公路划分为平直路段（15个）、纵坡路段（20个）、平曲线路段（16个）、弯坡组合路段（10个）。随后，以设计速度为初始速度，对各个路段起点和终点的运行速度进行预测。

鉴于篇幅有限，该文只以平曲线路段为例开展分析，其运行速度预测可按表2进行预测：

Vin、Vm、Vout分别为曲线入口、曲线中点、曲线出口的速度（km/h）；Rn为所在圆曲线半径（m）；Rf为即将驶入的圆曲线半径（m）。如果即将驶入直线，Rf取600 m。

（2）评价结果

利用上述方法，预测了该道路16个平曲线路段的运行速度，并与设计速度进行对比，如图4所示：

图4表明：该道路平曲线路段的运行速度可能大于或小于设计速度，最大运行速度为55 km，最小运行速度为35 km/h，平均运行速度为43.75 km/h。经计算，的最大值为15 km/h、最小值为1.0 km/h、平均值为5.5 km/h，且均小于20 km/h，线形安全性好。

4 结束语

该文主要研究了道路平纵线形及其组合对交通安全的影响，并基于运行速度评价了道路线形安全性，得到了以下几个结论：（1）直线长度过长或过短、圆曲线半径过小、圆曲线设置频率过少或过多都不利于行车安全。（2）路线纵坡越大、变坡点越多，道路行车安全性越差。同时，线形设计时要严格控制竖曲线最小半径。（3）长直线接小半径曲线、多个平曲线连接、长大坡接缓坡、竖曲线顶或底部插入小半径平曲线、缓和曲线与小半径竖曲线重合等不良线形组合都会影响行车安全。（4）道路线形安全性评价可采用，并尽量将其控制在20 km/h内。

参考文献

[1]祁立婷.公路设计中影响交通安全的因素与对策研究[J].大众标准化，2023（17）：69-71.

[2]彭翔.基于交通安全的乡村道路设计技术研究[J].城市道桥与防洪，2023（8）：45-48+9.

[3]申泽鸿.道路线型设计对交通安全的影响[J].黑龙江交通科技，2023（6）：23-25.

[4]王路.道路线形设计指标选用及安全评价研究[D].南京：东南大学，2017.

[5]林声.基于线形设计一致性的公路安全设计理论研究[D].北京：北京交通大学，2014.

收稿日期：2024-07-20

作者简介：张瑞星（1990—），男，本科，工程师，从事道路设计工作。