长大连续下坡路段的安全设计要点与评价方法

（中交基础设施养护集团有限公司，北京 100011）

一、引言

随着国内加大交通基础设施建设，中西部多山地区的高速公路由于山脉丘陵地形的限制，出现了很多长大连续下坡路段，高差巨大、长时间下行、雨天行车条件恶劣等特征使得司乘在该路段的行车难度明显增大。在道路运营阶段，天气恶劣、驾驶员操作不慎或车辆制动出现问题等因素很有可能引发严重的交通事故；而在道路设计阶段，若设计人员对纵断面各线形指标设计不良或考虑不周，将使行车条件过于危险，也会大大增加事故发生的概率。

因此，为了从道路设计阶段提高长大连续下坡路段的安全性，首先需要对长大连续下坡路段的安全风险有全方面的认知，进而根据这些风险来源在设计阶段对相应设计要点进行细致考量，最终可以采用与驾驶员、车辆联系紧密的指标进行该路段的安全评价。

二、长大连续下坡路段的风险特征

长大连续下坡路段是交通事故的重灾区，由于各种原因可能导致车速过快、方向失控，进而引发诸如车辆追尾、碰撞护栏甚至冲出路外的事故，直接威胁到驾乘人员的生命财产安全。该路段的风险特征主要体现在道路条件、驾驶行为、车辆状态三个方面，如表1所示。

表1. 长达连续下坡路段的风险特征

三、长大连续下坡路段安全设计要点

为保证行车视距充裕与制动器负荷变化平缓，长大连续下坡路段应尽可能设计为单一坡度展线的纵坡形式；若条件限制该路段无法设计为单一坡度形式，则下坡路段的后半区段应该增加坡长、减小纵坡，同时注意协调平曲线与竖曲线之间的匹配程度，降低车辆在坡段下部“危险区域”的超速风险；当采用不同坡段组合时，相邻坡段之间坡差不宜过大，以适应驾驶员的自然操作与制动力矩的顺适变化；长缓坡与陡坡应尽可能避免连续设置，可能造成驾驶员误以为连续下坡段已结束，主动减小制动幅度，导致在陡坡段速度明显抬升，车辆容易失控；在长大连续下坡路段的坡顶、不同坡段交界处、下坡终点设置醒目的信息预告与安全提示，并在必要时设置防护措施、避险车道，做到主动引导与被动防护相结合。

四、长大连续下坡路段安全评价方法

（一）三维动态视距

驾驶员在连续下坡路段的驾驶难度增加，行车视距是影响其能否在短时间内作出正确驾驶操作的关键所在，为更充分地保证车辆在长大连续下坡路段的行车安全，可采用三维动态视距进行该路段的安全评价。

三维动态视距的计算模型如式（1）所示：

式中，Smax为理想条件下驾驶员能明辨路况的最远距离（m），i为视距计算点标号，j为视距验算点标号，x、y、z为三维空间中计算点的坐标。对长大连续下坡路段的平纵线形进行合成，利用三维空间曲线进行计算，评价标准如表2所示。

表2. 基于三维动态视距的安全评价标准

表中，Sg=max(Sdes,Scal)，Sp=min(Sdes,Scal)，Sdes为规范中设计速度下的停车视距，Scal为实际运行速度下的停车视距。在长大连续下坡路段，三维动态视距过小将极大缩短驾驶员反应与操作的时间，在行车速度不断加快的情况下十分危险。

（二）驾驶员心率负荷

在长大连续下坡路段，驾驶员处于急速下坡的状态，这会给驾驶人员带来一定的精神压力，造成心率、瞳孔、呼吸等生理指标的变化，进而影响驾驶员的驾驶状态。其中心率是对驾驶行为影响最大的因素之一，过高的心率使人紧张不安，可能导致操作变形。因此，可采用驾驶员心率负荷进行该路段的安全评价。

驾驶员心率负荷的计算模型如式（2）所示：

式中，H为驾驶员在计算点的心率负荷（%），R为计算点的平曲线曲率（1/km），L为计算点至下坡起点的累积坡长（km），v为车辆在计算点的运行速度（km/h）。

驾驶员心率负荷与下坡路段每一点的平曲线曲率、累计坡长以及车辆速度均有密切联系，在设计阶段依据该模型对驾驶员心率负荷进行评估，若负荷太高，应对设计方案进行必要的优化，评价标准如表3所示。

（三）制动器温度

车辆在长大连续下坡路段上由于重力分力的长时间存在，加速度始终处在较高水平，驾驶员必须长时间踩下制动器以控制车速，制动器摩擦片与轮胎之间的摩擦将使其温度持续升高，当超过某个界限时，制动性能开始衰减甚至失效，对于高速下坡的车辆十分危险。因此，可采用制动器温度进行该路段的安全评价。

表3. 基于驾驶员心率负荷的安全评价标准

车辆制动器温度的计算模型如式（3）～（5）所示：

式中，T0为制动器初始温度（℃），Ta为环境温度（℃），L为计算点至下坡起点的累积坡长（m），v为车辆在计算点的运行速度（km/h），PB分别为制动力功率、坡度力功率、发动机制动功率以及摩擦力功率（hp），W为车辆总重（kg），θ为下坡路段纵坡坡度（%）。

制动器温度同样受制于下坡路段的坡度、坡长以及车辆速度，坡度过大、坡长过长、车速过快，都可能使制动器过热而威胁到行车安全，评价标准如表4所示。

表4. 基于制动器温度的安全评价标准

五、结语

长大连续下坡路段的高事故率会严重威胁驾乘人员的生命财产安全，道路设计人员应对该路段的风险特征有全方位的认知，针对风险来源在设计阶段做好方案优化与安全评估，最大限度地降低长大连续下坡路段的行车风险。