高速公路安全设施设计的关键因素

陈德源

(广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

在高速公路的运行过程中，安全问题一直都是备受人们关注的重要问题，尤其是屡屡见诸报端的各起高速公路交通事故，更是给高速行车安全敲响了警钟。良好的安全设施设计能够为高速安全行车带来一定的指引和保障，在高速公路配套设施的设计中，安全设施设计必须要引起我们的重视。由于高速公路分布广、线路长，所处的施工环境、交通流量大小等都有很大不同，这些因素都是影响高速公路安全设施设计的关键因素，要想设计更加科学可靠的安全设施，就必须要考虑到这些关键因素，并结合实际进行设计优化，加强统一管理，提高高速公路安全设施设计水平。

1 影响高速公路安全设施设计的关键因素

对于高速公路而言，每个路段所处的环境都不相同，这使得高速公路的施工建设方案也有很大差异，这些差异之处都是高速公路安全设施设计中应当考虑的关键因素。可以说，只有满足高速公路安全运行需求的安全设施设计才是最合理的设计。具体来讲，影响高速公路安全设施设计的关键因素主要有以下几点：

1.1 公路设计的技术标准

基于各地地形地质及其他条件的影响，不同路段的高速公路所采用的公路设计技术标准是存在差异的，而在设计与之相配套的安全设施时，也应当根据实际需求进行合理设计。例如在平原地区、山丘地区、山岭地区的高速公路的安全设施设计时，应当根据公路设计的行车速度科学计算和合理设计限速标志的内容，根据路基宽度来设计相应的公路标线。如果是半幅高速公路，还要考虑到其行车条件的特殊性，从而按照特殊方案进行安全设施设计。

1.2 公路工程基本条件

安全设施的设计应当考虑高速公路工程的基本条件，如地质条件、路基类型以及是否经过桥梁和涵洞等。在设计高速公路的护栏时，可以设计为混凝土护栏、波形梁钢护栏或缆索护栏等，具体应当根据地质条件，选择最经济、安全的护栏材料。若受资金限制，无法全路段都设置护栏，则可以根据路基的类型来确定是否需要设置护栏。一般如果挖方连续超过100 m则可以不设置护栏，或者填土高度<3 m且边坡≤1∶1.5也可以不设置护栏。若高速公路通过桥梁、涵洞，则无论是护栏、防护网或是视线诱导标志等所有安全设施设计，都要与桥梁、涵洞设计相互协调，以最大程度的相互匹配，使其所发挥的安全作用最大化。

1.3 路线特点

有些高速公路的路段较为复杂，存在平曲线、竖曲线及横坡等情况，这种路段的行车条件较差，为了保证行车安全，必须要设置一定的限速标志或其他警示标志，以引起驾驶员的注意，同时还要设计合理的标线来配合标志设计，最大程度发挥安全设施的安全保障作用。另外，出于通视因素的考虑，在一些特殊路面所设置的特殊标线应当选择在较为平缓的地面，如三车道过渡段的斑马线，就不能设置在较大纵坡路段。如果为长直线路段，或者周围的景物比较单调，为了引起驾驶员的注意力，避免视觉疲劳，应当适当设置限速标志、车距确认标志和地点距离标志。

1.4 互通立交

高速公路中的互通立交与市内互通立交相比，安全隐患更多。再加上此处的地形较为特殊和复杂，极易导致驾驶员行错道，或在分叉口紧急停车，从而引发交通事故。对此，互通立交出(入)口处应当设置多级出(入)口预告和出(入)口标志，同时设计相应的标线来配合标志的使用，使驾驶员可以尽早判断行车路线，提前变道，避免安全事故发生。

1.5 交通流量

一般情况下，在高速公路上交通流量大的地方安全隐患更大，因此在安全设施的设计过程中，应该充分考虑到路段的交通量大小、车辆组成以及车速，并分析可能发生的事故类型，合理设计交通标志的内容、板面尺寸和字体大小、标志之间的间距大小、标线设置，并从技术和经济两方面考量，科学设计护栏类型，从而最大程度地保证行车安全。

1.6 收费站及服务区地设施系统

收费站和服务区是高速公路配套设施的重要组成部分，每个长途行驶的车辆都需要经过这两个地方，车流量大、路况更复杂。对于收费站和服务区的标志设计和导流标线设计应当更加明确详细，设置多级指示标志，帮助驾驶员提早打算，减少拥堵，避免交通事故发生。

1.7 沿线的气候环境

高速公路经过的各地区气候、环境迥异，在进行安全设施设计时，也要考虑到气候、环境这一因素。例如高速公路若穿过村镇或人口居住较为密集的地区时，所设置的隔离栅应当设计为纺织网型，以避免儿童或家禽闯入高速公路上引起安全事故。同时交通标志的设计要考虑到当地最大风速，以保证标志设置的稳固性。

2 高速公路安全设施设计的优化——以护栏为例

高速公路安全设施包括交通标志、交通标线、护栏、隔离栅、防眩设施等很多类型。护栏是其中十分重要的组成部分，若护栏的设计不合理，不但不能起到安全保护作用，反而会使护栏成为路侧障碍物和危险物。只有设置的位置合理，才能避免车辆碰撞，降低交通安全事故。护栏设计的优化对象主要有以下几个：

2.1 横向偏位

护栏的横向偏位主要是指护栏与行车道边缘区域之间、护栏与障碍物之间以及护栏与变坡点之间的距离。事实上，对于行车安全而言，护栏本身也属于路侧障碍物。为了避免护栏对行车造成影响，应该将护栏设置在避让线以外，并且根据不同的车速，护栏与避让线之间的距离也有所不同(见表1)。

值得一提的是，在实际的设计中，护栏与车道之间的横距设计也应该考虑到实际条件。不能只考虑增加护栏与车道之间的距离，也要考虑护栏与被防护障碍物之间的距离，要为护栏提供足够的变形空间，以保证护栏充分发挥其防护作用。尤其当被防护的障碍物是刚性物体的情况下，更应该考虑其与护栏之间的距离，以免车辆将护栏撞变形后由于护栏变形空间小而又与刚性物体相撞，造成较大的伤亡损失。在边坡处也同样需要考虑到护栏的变形空间(见图1)。

图1 护栏横向设置的位置示意图

2.2 护栏的变形量

如上所述，护栏在受到撞击后产生的变形量是护栏设计时需要考虑的关键因素之一。如果护栏的防护对象是桥墩或混凝土杆状等刚性物体，则所设计的护栏在被车辆撞击后发生的变形量应当小于护栏与物体之间的距离。只有这样，才能避免车辆撞击到护栏后再次撞击物体。若受地形限制，无法扩大两者之间的距离，则可以通过加密护栏立柱等其他处理方式来提高护栏刚性，减小其变形量。目前我国关于防撞等级护栏最大动态变形量的相关统一标准见表2。

2.3 地形条件

在行车过程中，若车辆因故撞击护栏，只有撞击时车辆未发生侧翻、悬挂系统未发生太大变形时，护栏才能发挥最大防护作用。这就需要在设计护栏时，考虑行车道与护栏之间的地形条件这一关键因素，因为其会对护栏碰撞性能产生很大的影响。主要应考虑路缘石和边坡坡度两方面：

2.3.1 路缘石

若行车道与护栏之间有路缘石，车辆在失控后撞向护栏的过程中，其运动轨迹会与车辆尺寸、悬挂系统、撞击速度与角度、路缘石的高度与形状等因素有极大关联，在分析护栏的防护作用时，应该充分考虑到车速及其撞击护栏后产生的后果，通常时速高的路段都不建议设置路缘石，尤其不建议将路缘石和护栏一起使用。但是若必须要两者共同使用，则在设计中应当要求路缘石高度<100 mm，若超出100 mm，则要适当提高护栏的刚度。要求路缘石与护栏面齐平或位于护栏面之后；路缘石与混凝土护栏联合使用应尽量避免，尤其是路缘石在具有一定斜坡的混凝土护栏前使用；如果准备大量采用某种路缘石护栏组合结构，就需要进行实车碰撞试验来评估路缘石护栏组合应用情况下的护栏安全性能。

2.3.2 边坡坡度

在高速公路护栏设计方案形成后，一般需要进行相应测试以验证设计的可行性。但目前多是在水平地形条件下进行设计方案测试，而在实际的高速公路中，护栏可能会被设置在有坡度的地形条件下，这样就产生测试结果误差。尤其是当坡度超过1∶10时，一旦车辆失控撞向护栏，则极易导致车辆跨过护栏，或者碰撞点非常低，使得护栏失去原本的防护作用。另外，护栏横梁可以实现向后弯曲，当车辆撞击到护栏上后，这个弯曲度会相当于一个斜坡，导致车辆越过护栏，同样可以使护栏失去防护作用。对此，在设计护栏时，应该设置在坡度不超过1∶10的边坡上。如果坡度超过1∶6，则设置护栏就没有太大意义，若必须要设置，也可以通过增大预留侧向空间余量的方式来增大护栏防护作用。

3 结语

总之，高速公路的安全设施设计并不是简单的将交通标志立在路边，也不是随意划分导流标线，而是应当充分考虑到影响行车安全的各个关键因素，并通过安全设施来将这些信息反馈给驾驶员，从而最大程度地发挥安全设施的安全保障作用。因此，在设计安全设施时，应该结合路线的实际情况和公路工程条件，不断对设计方案进行优化处理，提高高速公路安全设施设计水平。