高速公路提高限速标准关键安全技术指标 分析与研究.pdf

第 卷 第 期 年 月湖南交通科技 ，收稿日期：?作者简介：黄征（），男，高级工程师，研究方向：交通安全、智慧交通。文章编号：?（）?高速公路提高限速标准关键安全技术指标分析与研究黄征，杨晨，周子楚（湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南 长沙 ）摘要：长期以来，我国高速公路通常直接采用设计速度作为限制速度，这种做法往往造成道路限速值与驾驶员的期望速度差距较大，受到不少驾驶员的诟病和质疑，认为高速公路限速过低，严重影响了道路通行效率。为了切实解决好这一问题，年以来，湖南省组织对多条设计速度为 的高速公路（路段）开展了提高限速标准的交通工程论证与实施工作，在论证方法、基础理论和实施方案等方面进行了较深入的探讨和研究。文章重点就这项工作中的难点 高速公路提高限速标准关键安全技术指标问题进行了详细介绍，深入分析和研究了超高、行车视距等 项关键性安全技术指标与限制速度之间的关系，系统总结了提速可能引发的主要安全风险，同时针对性地提出了交通工程优化改善方案，可为高速公路限速调整提供有益的借鉴和参考。关键词：限制速度；超高；行车视距；横向力系数中图分类号：文献标志码：概述为了积极响应广大驾驶员的诉求，切实解决好部分高速公路限速偏低的问题，进一步提高道路的通行效率，为广大人民群众提供更快捷、更舒适的交通出行服务，年以来，湖南省先后组织对龙山至永顺、永顺至吉首、怀化至通道等多条设计速度为 的高速公路（路段）开展了提高限速标准的交通工程专项论证与工程实施工作。本研究以 道路交通标志和标线 第 部分：限制速度（）（以下简称 限速规范）、公路路线设计规范（）（以下简称 路线规范）为基本依据，全面、深入地分析了高速公路的平纵面线形、超高、行车视距等影响运行安全的关键因素与限制速度之间的关系，以期为科学、稳妥地实施高速公路提速工程提供可靠的理论支撑。提速工程实施后，湖南省设计速度为 的高速公路中，除长隧道、隧道群、跨江特大桥、高墩特大桥、急弯陡坡等特殊路段外，其他占总里程约 以上的路段，小 客 车 限 制 速 度 均 由 提 高 至 ，道路的服务效率获得了大幅度提升。限制速度与设计速度的关系设计速度是“确定公路设计指标并使其相互协调的设计基准速度”，表征的是道路的控制性指标，是低限值，实际上很多路段所能满足的设计标准是高于设计速度的，这也是公路运行速度普遍高于设计速度的一个主要原因。限速规范中指出限制速度是在道路特定路段允许机动车行驶的最高速度。限制速度是交通管理者管制交通，实现车辆安全运行，同时满足高效运输需求的社会指标。限制速度应能体现交通安全、运输效率、驾驶员期望和其他目标之间的协调、统一。因此，限制速度并不等于设计速度，以设计速度作为最高限速的做法往往无法准确地反映驾驶员对于道路运行环境的真实感受，造成驾驶员的期望速度与道路实际限速之间存在较大的落差，反而容易引起超速驾驶等不安全驾驶行为的增加。特别是对于设计速度为 的高速公路，相关数据表明这一问题尤为突出。湖南交通科技 卷 影响限速标准的关键性安全技术指标平、纵面线形指标（曲线半径、纵坡坡度、坡长等）、超高、行车视距，以及互通、服务区（停车区）变速车道长度等主要技术指标均直接影响车辆的运行安全性，是开展限速标准研究时需要重点考虑的影响因素。现行规范中平、纵面线形与变速车道长度等指标均有相应的量化标准可供对照核查，设计人员易于理解和应用，而对于超高、行车视距等 项关键安全技术指标，则需要复合多项因素进行综合分析与研判，成为了难点问题。本文着眼于此，重点分析了超高、行车视距这项关键安全技术指标对限速标准的影响，总结和归纳了相关研究成果，形成了简明、可靠的应用结论，方便设计人员在开展限速标准调整工作时查找使用。超高 超高、行驶速度与行车安全性的关系分析曲线上设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车在曲线上行驶的稳定性和舒适性。超高对行车安全性的影响，以横向力系数 表征：取值越大，行车舒适性和稳定性越差，驾驶越困难。当 值超过安全阈值时，将可能造成车辆侧滑或倾覆，对行车安全构成严重威胁。计算如式（）所示：（）式中：为行驶速度，；为圆曲线半径，；为超高横坡度，。由式（）可知 与 正相关，当 值增大时，值相应增大。根据 路线规范，值与行车稳定性的关系如表 所示。从保障行车安全的角度而言，值应表 横向力系数 与行车稳定性的关系行车稳定性 转弯不感到有曲线的存在，很平稳 转弯感到有曲线的存在，但尚平稳 已感到有曲线的存在，并感到不平稳 感到有曲线的存在，并感到不稳定 转弯非常不稳定，有倾覆的危险小于 ，否则，驾驶员会感到车辆处于不平稳状态，存在安全风险。现行规范关于超高取值的规定及 取值 路线规范的条文说明“表 圆曲线半径与超高值”中，详细列明了一般公路项目在不同设计速度条件下的圆曲线超高计算取值，根据该表中的圆曲线半径、超高值和设计速度，可分别计算得到与之对应的 值。通过进一步分析，可以发现 路线规范在设计速度条件下对于圆曲线超高的取值是相对偏安全的。当圆曲线半径一般最小半径时，其对应的 ；只有当圆曲线半径取值接近极限最小半径时，值才会接近安全阈值 ，而实际工程中采用极限半径的情形是非常少的。因此，在设计速度条件下，绝大部分曲线段的超高取值均留有一定的安全裕量，具备提高限制速度的条件。以设计速度 、最大超高值 的一般公路项目为例，计算不同圆曲线半径的 取值情况（见表 ）。表 横向力系数 计算分析 超高 安全裕度 大 大 大 大 大 较大 较大 较小 小或几乎没有 超高对提高限速标准的影响分析设计速度 的平曲线路段，提高限制速度 后，对 进行了计算分析，详见表 。表 提高限速 对 的影响 以下设计速度对应的 行车安全性 安全 安全 较安全 较安全 不安全 不安全由表 可得到以下主要结论：期黄征，等：高速公路提高限速标准关键安全技术指标分析与研究）当平曲线半径 ，即小于原设计速度 下一般最小半径时，提高限制速度 后，行车稳定性显著下降，驾驶员感到不平稳。）当平曲线半径 ，提高限制速度 后，行车稳定性受到一定影响，驾驶员感到尚平稳。）当平曲线半径 ，提高限制速度 后，行车稳定性未受明显影响，驾驶员感到很平稳。由此可见，提高限制速度 时，超高这一因素基本不构成制约性影响，除曲线半径小于原设计速度下一般最小半径的路段外，其他路段的超高均可满足行车安全要求，不需要针对超高做安全性核查。但对于半径小于一般最小半径的圆曲线段，则需要做进一步的安全核查，当计算 超出安全阈值时，应视为不安全，不适宜提高限速标准。行车视距行车视距是公路几何设计的控制性要素之一，也是衡量道路使用质量的重要指标之一。行车视距与行驶速度正相关，车辆行驶速度越高，所需的安全视距越大。现行规范关于行车视距的相关规定根据路线规范规定，高速公路的视距应采用停车视距，各设计速度下所对应的停车视距见表 。表 高速公路停车视距设计速度 （）停车视距 设计速度 的高速公路提高限速标准 后，则所需的行车视距将由 增加至 ，此时，不少曲线段的特定车道或凸型竖曲线段均可能存在视距不足的问题。平曲线视距在平曲线路段，根据转弯方向的不同，中分带内的护栏、绿化和防眩板，或路侧的山体、绿化等，均会对部分车道构成视线遮挡，影响停车视距。左转弯时，最左侧车道的视距最不利；右转弯时，最右侧车道的视距最不利。平曲线路段的视距与曲线半径和横净距相关，其关系如式（）所示 ：（）式中：为横净距，；为视距，；为平曲线半径，。以设计速度 的高速公路为例，采用湖南省典型横断面布置方式（见图 ），据此分别计算分析其内侧和外侧车道视距。图 设计速度 典型标准横断面图（单位：）内侧车道视距。根据图 所示，内侧车道横净距 为 。可以分别计算得到在 和 条件下满足行车视距的临界曲线半径（见表 ）。表 满足内侧车道视距的平曲线临界半径行驶速度（）停车视距 满足内侧车道视距的平曲线临界半径 ）外侧车道视距。根据图 所示，外侧车道视距的横净距 为 。可以分别计算得到在 和 条件下满足行车视距的临界曲线半径（见表 ）。表 满足外侧车道视距的平曲线临界半径行驶速度（）停车视距 满足外侧车道视距的平曲线临界半径 由表 、表 可知，若提高限速标准，满足停车视距的平曲线临界半径均大幅增加，其中，内侧车道的临界半径增加尤为显著。内侧车道视距成为影响与制约提速的关键问题之一。竖曲线视距在纵断面上，凸曲线对行车视距构成直接影响。纵断面凸曲线半径与停车视距之间的关系如式（）所示 ：湖南交通科技 卷 槡 槡（）式中：为推算停车视距，；为凸曲线半径，；为目高，取值为 ；为物高，取 。由式（）可分别计算得到在 和 条件下满足视距的凸曲线临界半径（见表）。表 满足视距的凸型竖曲线临界半径行驶速度（）停车视距 满足视距的凸型竖曲线临界半径 由表 可知，若提高限速标准，满足停车视距的凸型竖曲线临界半径将大幅增加。凸形竖曲线视距问题同样成为影响与制约提速的关键问题之一。关于行车视距适用条件的进一步分析由 节的分析可知，若完全按照 路线规范要求进行视距核查，提高限速后将有部分半径值较大的平曲线或竖曲线路段存在不满足视距要求的问题，而这与驾驶员实际的驾驶体验是不相符的，这说明直接以规范视距值作为提速后的安全核查标准，可能并不完全合理。为此，本文就现行规范关于设计视距的取值规定，以及该取值与限制速度的关系做了进一步分析与研究。现行规范关于设计视距取值的计算方法 路线规范中停车视距由 部分组成：驾驶者在反应时间内行驶的距离；开始制动到刹车停车所行驶的距离，即制动距离。计算方法见式（）。停 （）（）式中：停为停车视距；为行驶速度，；为驾驶者反应时间，取 ；为重力加速度，取 ；为纵向摩阻系数，依车速及路面状况而定。路面处于潮湿状态下时可能存在更大的行车风险，因此规范中视距的取值采用潮湿状态下的停车视距，纵向摩阻系数 取 ，同时考虑到驾驶员在雨天行车速度有所下降，行驶速度 按设计速度的 取值，由此得到规范中视距的规定值，详见表 。表 路线规范中规定视距计算设计速度（）行驶速度（）纵向摩阻系数视距计算值 视距规定值 关于限制速度的定义分析运行速度除直观反映驾驶员的行车期望外，也反映了道路实际通行条件。因此，以典型路段的运行速度作为确定限制速度的主要参考依据是欧美发达国家的通用做法，这也是目前我国各省市针对高速公路开展提速调整的主要经验来源。道路交通标志和标线 第 部分：限制速度（）中 条对运行速度定义为：当交通处于自由流状态且天气良好时，驾驶员操作车辆的速度。因此，在确定限制速度时，以路面处于干燥状态为前提更契合限制速度的适用条件。此外，我国 道路交通安全法第四十二条对不良气象条件下机动车应降速通行做出了明确的规定：夜间行驶或者在容易发生危险的的路段行驶，以及遇有沙尘、冰雹、雨、雾、结冰等不良气象条件时，应当降低行驶速度。基于上述认知，道路限制速度应理解为是在自由流状态且天气良好条件下，允许机动车行驶的最高速度。因此，针对限制速度的安全视距核验直接采用设计规范值尽管是偏安全的，但无法真实地反映道路实际通行条件，与驾驶员的行车期望存在差距。笔者认为从安全视距的层面而言，采用路面干燥状态下的计算视距值进行限制速度安全校核更为适宜。依据式（），按路面处于干燥状态、行驶速度不折减的条件重新计算视距值，如表 所示。表 路面干燥状态下的视距计算值设计速度（）行驶速度（）纵向摩阻系数视距计算值 以设计速度 的高速公路为例，当提高限制速度至 时，若采用路面干燥状态下的视距计算值 ，则满足中分带侧视距的期黄征，等：高速公路提高限速标准关键安全技术指标分析与研究平曲线临界半径将由 下降至 ，满足视距的凸形竖曲线半径将由 下降至 ，这意味着原设计速度下曲线半径大于一般最小半径的路段，在提速后基本不存在视距不足问题，这也与驾驶员的实际行车体验基本相吻合。行车视距对提高限速标准的影响分析湖南省在运营高速公路提速工程中，以规范视距值 、路面干燥状态视距计算值 等项数据为基准，针对路段的平、纵曲线视距问题做了分类处理，具体方式如下：）提高限制速度后，满足规范视距值 的路段，认为完全满足提速要求。）提高限制速度后，满足路面干燥状态计算视距值 、不满足规范视距值 的路段，认为可满足提速要求。同时，考虑到不良气象条件下的通行安全要求，配套交通工程优化措施。对于中分带视距偏低的，优先采用整体向外侧偏移标线的方式增大视距；在视距偏低的车道内增设纵向减速标线；增设“雨雪天气，减速慢行”等行车安全提醒标志或建议速度标志等。）提高限制速度后，对于不满足路面干燥状态下计算视距值 的路段，维持原限速标准。除采取上述措施外，针对雨、雾、冰、雪等特殊气象条件，还将通过设于道路沿线的可变限速标志实时发布动态限速信息，限速值可根据道路实际通行条件合理制定。通过针对视距问题的分类处理，拟提速路段中，除小部分半径较小的平、纵曲线路段外，大部分路段均可满足提速要求。验证跟踪分析了龙永、永吉高速公路提速后的交通事故数据，结果显示 条高速的亿车公里事故率均未出现显著上升，基本与提速前持平（见表 ）。表 龙永、永吉高速公路提速前后交通事故数据对比提速前提速后时间亿车公里事故率 时间亿车公里事故率 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 注：龙永、永吉高速于 年 月执行提速后的限速方案。结语本文分析和研究了超高、行车视距等关键安全技术指标对提高高速公路限制速度的影响，相关研究成果在湖南省龙永、永吉等多条高速公路的提速工程得到了应用。本文相关研究成果可为湖南省今后科学、合理地制定高速公路限速方案提供理论支撑，同时，也可为国内其他地区开展限速调整工作提供有益的经验借鉴和参考。参考文献：，公路限速标志设计规范 陈登峰，万华森，资新 针对车辆行驶速度的高速公路交通标志标识的设置优化研究 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