宽容性设计中事故预测体系的发展及应用

龚华凤　周约珥　赵聪霄　刘庆　肖洁

摘 要：宽容性理念下的道路设计体系除路侧设施设计外，还包含交通安全分析与预测，以实现对道路及其附属设施的设计与优化。该方法在国内宽容性道路设计中应用较少，但在其他发达国家已经从大量工程实践中得到了有效验证，有利于降低交通事故死伤率。基于此，研究介绍宽容性设计中交通安全分析方法与事故预测模型的内容及原理，并以广东省深圳市绿梓大道北延段新建工程为例，展开事故严重性指标分析和交通事故率预测。预测结果表明，针对原道路设计方案的交通安全优化效果显著，道路主线和加减速车道的总体事故率分别降低了7.32%和8.77%，可为今后开展类似的宽容性道路设计提供良好的借鉴。

关键词：道路工程;宽容性设计;定量化分析;交通事故率;事故严重性指标

中图分类号：U412 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）29-0085-03

The Development and Application of Traffic Accident Prediction

in Forgiving Design

——A Case Study of Lvzi Elevated Expressway in Shenzhen

GONG Huafeng ZHOU Yueer ZHAO Congxiao LIU Qing XIAO Jie

（1.T.Y.Lin International Engineering Consulting（China）Co.， Ltd.， Chongqing 401121;2.Sustainable Transportation Engineering & Technology Research Center for Mountain Cities， Chongqing 401121）

Abstract： Forgiving design is a people-oriented road design concept. Apart from the well-known roadside design procedures， forgiving design also includes methodology for analyzing and predicting traffic accident. This methodology hasn’t been massively investigated in China， but has been successfully verified in a few developed countries with engineering practices. As a result， traffic accident rate has been reduced significantly in these areas. For status in above， this research introduced a major methodology of safety analysis and accident prediction model for forgiving design， and the Lvzi elevated expressway in Shenzhen was showed as a forgiving design example. Results showed a significant positive effect on optimization of road design that achieved a 7.32% accident rate reduction for mainline and a 8.77% accident rate reduction for speed-change lane， respectively.

Keywords： road engineering;forgiving design;quantitative analysis;accident rate;severity index

寬容性理念最初由美国国家公路与交通协会（American Association of State Highway and Transportation Officials，AASHTO）和美国联邦公路局（Federal Highway Administration，FHWA）等部门联合提出，旨在应对早期美国交通事故致死率高和恶性事故频发等交通安全问题。该设计方法的提出与实施使全美交通安全状况得到了明显改善。2020年美国官方机构发布的数据显示，全美交通死亡率在1969年后呈逐渐下降趋势，2018年的交通死亡总人数为36 560人，显著低于1972年54 589人的峰值[1]。研究表明，宽容性道路的设计理念与方法对世界各国的道路设计技术发展而言具有良好的借鉴意义。

经过多年的探索与发展，宽容性理念已经由早期利用路侧安全设施设计来提高道路“容错”能力（被动安全措施）向道路整体线型设计和安全管理等方向扩展，逐渐形成了一套完整的道路设计体系。FHWA提出了道路安全的定量化分析[2]和事故预测模型（主动安全预测），进一步丰富了宽容性道路设计的基本内容。同时，信息化技术的发展也使得宽容性设计方法与分析技术能够以交互式软件的形式呈现。

在国内，研究学者与道路设计人员也尝试将相关理念与技术引入我国道路设计体系，如公路交通安全设施设计规范等行业标准引入的路侧净区等概念[3]。然而，现行标准与工程实践都侧重于定性的道路交通安全评价，鲜有针对事故率和事故损失等指标的定量化宽容性安全分析技术。基于此，本研究梳理了欧美国家在该技术领域的发展历程，并以深圳绿梓大道北延段新建工程为例，结合国内交通安全现状开展事故预测分析，为绿梓大道的道路设计方案提出相应的优化建议。

1 宽容性设计中对交通安全分析的提出及其发展进程

1967年，AASHTO出版了《公路设计与运营实践》并首次提出了宽容性设计的基本理念。1989年，AASHTO在既有基础上形成了全美通用的路侧安全设计标准。同时，FHWA通过国家公路合作研究计划推动开发了与宽容性道路设计相配套的定量化分析软件——ROADSIDE[2]，以协助设计人员科学分析事故风险和损失等，实现道路设计方案的科学化和定量化。然而，早期美国路侧设施指南与ROADSIDE软件在技术上不适用于空间受限的城市区域，缺乏广泛适用性。

为解决这一问题，Roadsafe公司基于NCHRP Project 22-9开发了全新的路侧安全分析模型——RSAP（Roadside Safety Analysis Program），以替代ROADSIDE。该模型通过路侧侵入分析模块、事故预测模块、事故严重性预测模块和事故损失分析模块，提高了前期设计中事故分析的可靠性，但模型存在缺乏工程整体考虑、模型分析偏公式化及难以与道路设计方案之间实现高效的信息交互等问题。

针对宽容性道路设计业務的不断拓展与定量化分析模型的发展，FHWA资助并开发了交互式道路安全设计模型（Interactive Highway Safety Design Model，IHSDM），以实现定量化、交互式的道路设计与安全运营评估。该模型由事故预测、设计一致性等6个独立模块组成，主要包括基本段多车事故分析、基本段单车事故分析、加速车道事故分析及减速车道事故分析4部分评价内容。相比RSAP，IHSDM具有更加全面、宏观的道路交通安全预测、评价及事故损失分析体系，通过LandXML文件实现与CAD的交互。我国部分学者也在IHSDM模型的基础上进一步论证了其在我国道路设计中应用的可行性[4-5]。

2 工程案例

2.1 项目背景

绿梓大道北延段是广东省深圳市规划“十横十三纵”高快速路网体系中的外环快速（龙岗-大鹏）的重要组成部分，承担着深圳东部各组团间的中长距离快速交通联系及组团对外的交通转换。考虑到路段具有设计速度高、交通量大等特点，参考深圳近年交通安全现状（事故数下降，事故致死率上升）和工程需求，项目基于IHSDM对绿梓大道北延段主线及其附属立交新建工程开展了以宽容性道路为主要目标的交互式道路设计。其中，绿梓大道北延段主线为双向六车道的城市快速路，设计速度为80 km/h，全线共设置11处平曲线（最小曲线半径600 m）、互通立交3座。根据交通预测结果，绿梓大道主线稳定运营期的年平均日交通量，如表1所示。其中，参考城市道路工程设计规范，计算年平均日交通量时的设计小时交通量系数取0.07。

2.2 模型原理

通过将主线道路线型、互通立交交织段桩号、中央分隔带条件及护栏设置情况与上述交通数据等输入IHSDM的事故预测评价模块，设计人员可根据预测获得分析年限内分析目标及其关键位置的事故类型、事故损失及事故率等数据，从而对道路线型、交通组织方案、分隔带及护栏等作出相应的调整，实现交互式道路设计。以高快速路基本段多车事故分析中的伤亡事故预测模型为例，其模型的基本框架为：

式（1）中：N为基本段多车事故的伤亡事故率;N为基本段多车事故的基本伤亡事故率;CMF为事故修正系数;C为事故校正系数。各参数的下标中：fs为高快速路基本段;m为事故修正系数编号;n为断面车道数;mv为多车事故;fi为伤亡事故;ac为横断面。

上述参数中，基本段多车事故的基本伤亡事故率Nspf与道路的年平均日交通量（Annual Average Daily Traffic，AADT）、受变速车道出入口影响的有效基本段长度L*等因素有关，表达式如下：

式（2）中：L为高快速路基本段长度;L为加速车道毗邻基本段的长度;L为减速车道毗邻基本段的长度;a、b、c分别为待标定参数，可根据当地事故情况进行标定，也可采用FHWA针对不同道路环境、不同分析目标的建议值。

事故修正系数与道路几何线型、设施布局及交通条件等条件相关，共计11种。设计人员可根据实际道路环境条件和运营情况，输入相应的工程参数。针对不存在且无法输入的工程条件，如外侧防撞护栏布局、路肩震荡标线、交织段位置等，不输入相关参数并不影响最终结果的输出。

事故校正系数属于本地化参数，设计人员应结合地方特征校正模型结果，以降低标定事故修正系数的工作量。

2.3 模型结果及分析

在本案例中，研究人员以交通运营稳定后的第一年为事故预测分析基准年，以之后的10年为分析年限，分析设计过程中两版设计方案中绿梓大道主线和加减速车道的交通安全概况，结果如表2和表3所示。

通过道路方案设计与交通安全分析的交互，绿梓大道主线部分基本实现了全线整体事故（量）率的下降。调整后的主线方案相对于调整前，总事故量、伤亡事故量及仅财产损失事故量分别下降了6.98%、6.45%和7.19%，总体事故率、伤亡事故率及仅财产损失事故率则分别下降了7.32%、4.35和8.47%，方案优化效果较为显著。针对现实中事故高发的主线加减速车道段（互通立交局部），方案调整前后的事故风险变化则更为显著。其中，加减速段的总事故量、伤亡事故量和仅财产损失事故量的降幅分别达到了8.59%、5.88%和9.76%，加减速段的百万车千米总体事故率、伤亡事故率和仅财产损失事故率则分别下降了8.77%、5.88%和10.00%，方案优化调整效果显著。

3 结语

宽容性道路设计发展至今已基本形成了标准化和定量化的设计方法与规范化的预测分析模型，并借助信息化技术实现了与传统道路设计的交互。然而，国内由于相关技术起步较晚、相关数据分析基础不足等，在宽容性道路相关的定量分析模型方面还有很大的研究和发展空间，包括相关事故预测与分析模型的改进、参数的本地化及补充历史事故数据等。

参考文献：

[1]National Highway Traffic Safety Administration.Traffic safety facts annual report tables[EB/OL].（2020-06-30）[2021-09-30].https：//cdan.nhtsa.gov/tsftables/tsfar.htm.

[2]MAK K K，SICKING D L.Roadside safety analysis program（RSAP）：engineer's manual[R].Nchrp Report，2003：1-74.

[3]中华人民共和国交通运输部.公路交通安全设施设计规范：JTG D81—2017[S].北京：人民交通出版社，2018.

[4]段萌萌，唐伯明，刘飞.IHSDM在山区高桥隧比高速公路事故预测中的适用性研究[J].公路工程，2018（3）：74-80.

[5]孟祥海，侯芹忠，史永义，等.IHSDM高速公路事故预测模型[J].交通运输工程学报，2016（1）：123-132.