導語:對於道路交通安全來說,路側安全一直是一個重要議題,因路側安全隱患導致交通事故或加重事故後果的情況時有發生,而在實際道路中,路側面臨的情況又十分複雜,給道路交通管理工作帶來不小的挑戰。那麼,路側常見安全隱患有哪些?結合道路現實情況,均衡各種影響因素,如何設計具有寬容性的路側,讓路側更安全呢?請看公安部道路交通安全研究中心特約專家、香港道路安全及交通工程顧問鄺子憲的分析研究。
一、寬容路側設計理念和目的是什麼?
安全的路側對預防和減少道路交通事故具有重要意義,那麼,要想提升路側的安全性,進行寬容的路側設計,營造安全的路側環境非常關鍵。那麼,什麼是寬容路側設計理念?進行寬容的路側設計的目的是什麼?
寬容路側設計理念並非新概念,美國早在六七十年代就已經開始使用,寬容路側設計理念就是寬容對待駕駛人的失誤,使其在路側發生事故時可以挽回過錯,儘可能付出最小的代價。進行寬容路側設計的主要目的也就是為偏離行車道的車輛提供可修正的空間,最大程度減少車輛因失控而帶來的人員傷亡。寬容路側設計理念既可以應用在高速公路上,也可應用在普通公路上。先來看兩個體現寬容路側理念的道路案例:圖1中的高速公路右側草地是淨區的組成部分,可為失控車輛提供緩衝區,也可為故障車輛提供額外停車空間。
圖2是一條普通公路,在設計中同樣體現了寬容路側設計理念,路側設有硬路肩,外側還有一塊比較平緩的草地,也沒有危險物、危險的邊溝等。
圖1和圖2中的設計基本上是在自由流情況之下,而實際中的公路路側環境要複雜得多。
二、寬容路側設計主要包括哪些內容?
寬容路側設計包括很多方面,如橫向淨距、安全區、淨區、受撞安全物以及護欄等。實際上,路側還要提供緊急停車、避險等功能,因此,路側安全實際是一個比較複雜的問題。下面就來說說寬容路側的主要設計內容。
1、橫向淨距
寬容路側的基本要求是要有橫向淨距,即路側障礙物與行車道或者硬路肩的邊緣必須有一個橫向距離,這也是設計任何道路必須遵守的條件之一。橫向淨距可以讓駕駛人矯正輕微偏離行車道的車輛,但無法應付失控車輛。另外,還要強調的是橫向淨距並非我們常說的安全淨區。
2、路側淨區
路側淨區一般是指沒有危險地形或危險物的路側環境。美國及部分歐洲國家對路側淨區都有具體要求,基本是根據車速和車流量來定義橫向距離,一般從行車道的邊緣開始計算,常見的寬度有4米、10米、12米等。挪威等國將路側空間稱為「安全區」而非「淨區」,安全區相比較淨區包含了滿足安全需要的含義。
此外,不同國家對於淨區概念的理解也不盡相同。英國的道路交通安全水平在全球居領先地位,對路側安全要求很高,但對路側淨區沒有具體要求。英國認為要提供真正安全的淨區,需要非常寬且平緩的草地,而在實踐中很難滿足這一要求。因此,英國通常採取靈活做法,結合淨區理念、受撞安全結構、防護系統、防撞端頭以及交通管理等手段,使道路安全風險達到「合理可行的最低水平」。
講到安全淨區,有一個必須要重視的地方,即高速公路出口三角區,這裡經常會發生車輛失控碰撞事故或駕駛人突然改變行車方向而導致的碰撞事故。由於高速公路路網中存在大量出口三角區,在這裡提供寬容路側是非常必要的,如果有條件,在道路設計階段就應考慮主動營造安全淨區。涉及到高速公路出口三角區的具體設計,除了要考慮上文提到的橫向淨區,還要考慮縱向淨區,即從三角區開端到障礙物的縱向距離,英國要求要有10米以上的縱向安全淨區,新加坡建議儘可能提供20米以上的縱向淨區。圖4中出口三角區基本上是草地,比較安全,且設置的小標牌可以安全受撞。
3、路側危險地形的處理
路堤邊坡:路堤邊坡越平緩越安全,平緩程度不同對於不同類型車輛的作用有很大區別。一般來說,對於坡度為1:10的邊坡,大部分失控車輛不僅可以安全跨越,還能讓駕駛人重新控制車輛回到行車道;坡度1:6,大型車輛可以跨越,但要使失控大型車輛重新回到行車道比較困難;坡度超過1:3,就存在車輛翻覆的危險。這些都是理想狀態下的邊坡坡度,在實際的道路設計和建設中,考慮降低造價與減少徵地等因素,大部分採用的邊坡坡度是1:1.5,與寬容路側的要求存在矛盾。圖5中的邊坡坡度為1:1.5,失控貨車由此衝到路下側翻,車體嚴重變形。
路側跌坎:既有普通公路在養護中為了加固路基,大多會提升路面,形成了路側跌坎。路側跌坎存在極大安全隱患,一是導致可用路肩減少;二是在路面較窄的情況下,增加了車輛正面相撞以及翻車的風險。此外,有些路段還有行人、摩託車在使用,尤其是行人通常不會到跌坎下面行走,增加了行人、摩託車被撞的風險。要緩解路側跌坎帶來的安全問題,簡單的方法是在外面填土,適量拓寬土路肩。
邊溝:邊溝也是被經常討論的路側危險地形之一。實際上,可以採用蓋板、暗溝等方法營造比較安全的邊溝。但是,在國省道改建中存在大量開放邊溝,不僅導致可用路肩減少,如果路面比較窄,還存在上文所說的增加了車輛正面相撞及翻車等事故風險。
懸崖、橋梁:懸崖、橋梁也是典型的路側危險地形。懸崖的形式以及由此可能造成的車輛墜落事故形態是多樣的,如圖6所示,有的是從陡峭的懸崖墜落;有的是從垂直的擋土牆直接墜落;有的是兩種形式結合,即先有擋土牆再有邊坡;還有的是先有平緩的邊坡,在底部有垂直的擋土牆。這些地形都非常危險,尤其是對大客車來說,要嚴防發生墜落事故。
4、路側危險物的處置
路側危險物的種類很多,最典型的是橋墩(見圖7),此外還包括照明杆、標誌牌、樹木等。在實際道路中,包含橋墩的路側環境也有很多不同類型,如圖8中處於環島中間的橋墩。圖9是一起公交車撞擊環島中間橋墩的事故現場,車輛被撞得面目全非,幸運的是當時車上沒有乘客,但駕駛人嚴重受傷。針對這樣的危險物,不能只考慮使用傳統護欄進行防護,因為護欄一般是在20至25度內進行斜角碰撞測試的,如果實際撞擊的角度很高時,便難以達到預計的防護效果。對這種橋墩怎樣做合理防護也是值得重點探討的。
此外,還有一種雖不典型但很危險的常見路側危險物,即混凝土公交站臺。圖10中一輛雙層公交車從快速公路駛進公交站,如果駕駛人操作稍有不當,就有可能直接衝撞到站臺,公交車上層可能會被完全破壞,給上層乘客帶來生命危險。
5、受撞安全物
通常來說,路側淨區不需要設置護欄,但如果要在路側淨區內設置指路標誌,就需要放置一組護欄進行相應的安全防護,比如設置波形梁護欄,還要對端頭進行安全處理。其實,還有另外一種選擇,即不設置任何護欄,而是採用具有被動安全結構的指路標誌。圖11中標誌牌的結構為鋁合金,被車輛撞擊後會發生變形。
根據歐盟標準,目前常見被動安全結構分為三大類(圖12):高消能、低消能、非消能。非消能結構被車輛碰撞後,會變形、倒伏,讓車輛繼續衝過去;低消能結構的設施變形程度稍低,同時可以讓車速稍慢下來;高消能結構的設施變形幅度較小,同時可以讓車速慢下來,設施的結構不會立刻倒伏。歐洲部分國家會根據道路功能、速度等因素來選擇路側標誌的消能結構(圖13)。一般來說,若高速公路設有路側淨區,應採用非消能結構,但在附近行人較多的城市道路或者存在當被動安全結構因碰撞倒塌可能造成第三方傷亡時,應採用高消能結構。
6、防護系統
護欄:目前道路上使用較多的護欄主要有雙波形梁護欄、三波形梁護欄、混凝土護欄等,其中波形梁護欄是半剛性的,碰撞後會變形,混凝土護欄碰撞後基本不變形。不同類型護欄各有其優勢,選擇護欄類型需要綜合考慮其防護能力。根據車輛類型不同,以及各種不同的特殊需要,不同國家和地區對於護欄防護能力的定義有所不同。如圖14所示,我國大陸地區有八個等級,香港地區分為四個等級;美國有六個等級。
設置護欄需要考慮很多因素。一般來說,最好的做法是波形梁護欄與硬路肩有0.6米的橫向淨距。此外,為了給護欄變形留出空間或者滿足大型車輛外傾的空間需要,護欄與危險物之間也需要有一定橫向距離。(見圖15)
圖16是「護欄的側向空間要求」示意圖,設置要滿足護欄變形的需要,還要滿足重型車輛外傾的需要。
另一個需要重點關注的是剛性護欄與波形梁護欄之間必須有妥當的過渡連接(圖17所示)。
防撞墊與防撞端頭
防撞墊 :從90年代末至今,我國香港地區在主要公路上已採用了300多個防撞墊。防撞墊有不同種類,香港用的是具有導向功能的防撞墊,價格較高。防撞墊防護能力的選擇要結合道路限速來考量,一般來說香港要求在道路限速基礎上加10公裡,例如在限速為100km/h的道路上要使用防撞能力可以抵禦110km/h速度的防撞墊。圖18中的防撞墊是香港使用較多的類型,左側的是標準寬度的防撞墊,但如果分流點的形狀是三角形,最好使用右側的具有導向功能的防撞墊。因此,一般建議分流點的安全設計應與公路設計同步進行,而不是在道路設計建成後才考慮選擇合適的防撞墊。
防撞端頭:圖19中的防撞端頭基本上不具備導向功能,車輛撞上去會繼續向前衝,設置這種防撞端頭必須要配合安全淨區。否則,可能車輛在撞擊端頭時後果並不嚴重,但車輛因此衝出路外,導致事故後果加重。下圖中的這種防撞端頭形式目前在香港地區還沒用到,處於研究中。通常來說,在既有道路上可能沒有足夠空間來配套圖中的草地,但是在新建公路時可以按照地形條件設計。
謹防防護系統成為危險物:我們應該建立一種觀念,即如果防護系統設置不當,不僅無法起到防護作用,本身還會成為危險物,威脅到路側安全。以下通過幾個實例,簡單說明:
圖20中的護欄有凸出的結構形狀,被失控車輛碰撞後,可能導致失控車輛被絆阻並撞毀。護欄應該連貫,不應有凸出的結構形狀或空隙。
圖21中的護欄強度不足,加之路側有邊坡,一旦有失控車輛撞擊,增加車輛墜落風險。設置護欄選擇其防護等級時,要考慮路側危險程度和車種構成。
圖22中緊貼路側有結構物,圖中的護欄強度不足,變形距離不夠,一旦有失控大客車輛撞擊,後果會很嚴重,需加大護欄強度並提供足夠的橫向空間。
總結寬容路側理念基本要點,如下:
√ 安全區範圍內需有足夠橫向淨距和淨區;
√ 安全區範圍內可以放置符合被動安全的設施;
√ 安全區範圍內不應存在危險地形和危險物;
√ 如果存在危險地形、危險物,須考慮設置縱向護欄;
√ 護欄的設置需要充分考慮防護等級、端頭、連貫性、橫向變形空間、高身車外傾空間等問題,防止護欄本身變成危險物或防護不足。
通過以上分析,營造寬容路側並非易事,需要考慮的因素很多,那麼如何在道路設計中充分考慮各類因素,讓路側達到均衡安全的狀態呢?
三、如何均衡考慮路側安全?
1、總體理念:路側淨區及護欄的組合達到最佳均衡狀態
總體來說路側還是應該儘量設置淨區,如果所有路側都設置護欄,就沒有足夠空間滿足故障車輛緊急停車等需求,但是限於地形、經濟成本等因素有時又需要以護欄來彌補無法設置淨區或淨區空間不足的問題。因此,可以根據實際路側條件,靈活組合路側淨區、護欄營造安全路側。圖23中的路側設計就是路側淨區及護欄達到最佳平衡的體現,有條件的地方就設置淨區,沒有條件的就使用護欄。
下面我們來看幾個基本符合以上理念的實例:
高速公路緊急停車帶安全空間:圖24中就是一個很好的路側設計,故障車輛可以停在加寬的停車帶上,車內人員可以下車走進撥打緊急電話的地方打電話,並受到護欄的保護,同時,護欄外側平整的草地可為車內人員提供安全避險空間。此外,因為上遊護欄覆蓋了下遊護欄端頭,也不存在因護欄不連貫帶來的端頭安全問題。
高速公路設施養護口:圖25為高速公路設施養護口的設計,養護人員到達路肩外圍後,在一個加寬的空間停下後倒車進入建築物旁。車輛和養護人員都會受到護欄的保護,也不存在端頭的問題。
隧道入口的處理:隧道入口是一個特殊路段,從隧道口過渡到隧道裡的連接部分,通常會有隧道牆、檢修道等外露的危險物,一般的處理方式是設置漸變護欄。隧道口的設計也必須綜合均衡考慮路側安全和養護人員的安全問題,並提供養護人員和管理人員的專用通道,通道及設施應受到護欄的有效保護。
2、路側安全實踐中的一些問題
目前我們講的路側安全基本上是針對高速公路或者普通公路自由流的路段,設計的基本理念就是有安全的淨區、縱向護欄、端頭的合理處理等。但在實踐中,還存在很多值得探討的問題:
路側設計與避險。通常來說,安全的路側設計必須考慮故障車的避險需求。很多人建議車輛發生故障或事故後,車內人員應撤離並躲到護欄後方等待救援,但這是理想狀態,實際中路側能否滿這樣的需求還是一個未知問題。實際道路受制於幾個條件:一是路側是否有護欄和足夠的淨區,而很多道路路側沒有護欄;二是護欄外側空間與地形是否滿足安全需求,如果護欄外是懸崖或是1:1.5邊坡,車內人員根本無法撤離到外面避險;三是是否能跨過護欄,一般來說,雙波型護欄一般人可以跨過去,三波型護欄、混凝土護欄比較高,跨過去比較困難。
以高速公路一般路段為基礎的安全路側理念難以應對多樣性的路側環境,比如針對一些特殊的隧道口路段、有人行道的路段、平交口、市區化的路段等,基本的安全路側理念並不一定能夠直接應用到這些路段上。
縱向護欄較難妥善處理開口、平交口等的防護需要,此外,如果路側有上下乘客、裝卸貨物的需求時,傳統的縱向護欄也很難合理、安全的布置。
公路的防護系統與城市景觀不匹配。比如在城市街道大量設置的公路F型護欄、波形護欄等會破壞城市街景,不利於區別市區街道與公路,從而很難使駕駛人採取合適的車速與駕駛行為。
一般公路路側安全設計不是以保障故障車輛人員避險為目標。在城市化的道路,人行道怎樣保護行人?在香港地區,原來的設計理念是用隔離欄,但還是相當於被動安全。從圖27可以看出,這種隔離欄被碰撞後會變形,有一點防護功能,對車內乘客的防護來說還可以,但是也要同時考慮保護行人。
本文經授權,改編自鄺子憲先生在2019年武漢理工大學第三屆道路交通安全研討會的演講內容。在此感謝會議主辦單位:武漢理工大學、北京交通工程學會。