重大护栏交通事故中加固护栏对事故后果的影响研究*

2023-10-27诸忠孝程宇峰刘朱紫邹铁方

公路与汽运 2023年5期

诸忠孝, 程宇峰, 刘朱紫,, 邹铁方

(1.长沙民政职业技术学院, 湖南长沙 410004;2 长沙理工大学汽车与机械工程学院, 湖南长沙 410114)

道路交通安全受人、车、路、环境及管理因素的综合影响,在一连串错误的综合作用下导致事故发生,只要破坏“人-车-路-环-管”这一链条中任意一环[1],均可避免或至少降低事故后果。根据中华人民共和国国务院令第493号《生产安全事故报告和调查处理条例》,一次造成10人以上死亡或50人以上重伤或5 000万元以上直接经济损失的事故即为重大事故[2]。近年来,中国重大事故数量整体呈波动下降趋势[3],但相比于一般道路交通事故,重大事故除具备事故常有的潜伏性、偶然性、突变性和因果关联性等基本特征外,还具备高危害性这一最显著的特征[4-5],涉及护栏的事故尤为严重[6-7],常造成严重人员伤亡和巨额财产损失并产生恶劣的社会影响。护栏类事故后果严重的原因在于车辆穿越护栏后与对向车道内车辆碰撞或坠落导致乘员受到严重冲击。护栏属于道路因素,破坏该因素链后能否避免或降低事故后果有待研究。本文先分析近年来护栏类重大事故的相关特征,引出这类事故的防护启示,进而再现典型事故,分析护栏加固对事故后果特别是人体损伤的影响。

1 重大护栏交通事故中道路相关因素统计

从中国应急管理局官网、中国安全生产网、安全管理网等网站获得2010—2019年发生一次死亡10人及以上涉及护栏的重大事故调查报告58份,其中东北地区3份、华北地区6份、西北地区8份、西南地区13份、华中地区13份、华东地区11份、华南地区4份。根据调查报告,55.17%的事故发生在高速公路上;普通公路上事故发生比例从大到小依次为省道、国道、县乡村道,占比分别为17.24%、15.52%、12.07%;43.10%、37.93%的事故发生在下坡路段和转弯路段;37.93%的事故与路面湿滑有关;31.03%、18.97%的事故与道路基础设施不完善和护栏不符合安全要求相关。高速公路事故死亡率低于受伤率,普通公路则相反,从国道、省道到县乡村道,死亡率都大于受伤率,且依次上升,分别为54.16%、59.73%、62.71%。

进一步统计车辆在碰撞后的运动轨迹,结果见图1、图2,其中VT1～VT4类型为高速公路事故,VT5、VT6类型为普通公路事故。VT1类型中车辆先碰撞并穿越中央护栏驶向对向车道,之后碰撞并穿越对向路侧护栏驶出路外;VT2类型中车辆碰撞并穿越中央护栏驶向对向车道停止;VT3类型中车辆碰撞中央护栏或路侧护栏后停于本车道内;VT4类型中车辆碰撞并穿越道路右侧护栏驶出路外;VT5类型中车辆越过中心线在对向车道碰撞路侧护栏驶出路外;VT6类型中车辆碰撞本车道路侧护栏驶出路外。58例护栏类事故中,VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6分别有1例、16例、5例、10例、12例、14例,其中碰撞并穿越护栏的案例占比高达91.4%。

图1 高速公路中车辆运动轨迹分布

图2 普通公路中车辆运动轨迹分布

车辆一旦穿越护栏,常伴随坠落等严重事故形态,其占比最高(达39.65%)、致死率亦最高(达60.07%),说明必须将事故车辆控制在车道内。将车辆控制在车道上的方法很多,如加固护栏使护栏足够坚固,阻止车辆穿越;在车辆上安装破坏性保护装置,在车辆即将穿越护栏时该装置工作,强力阻止车辆穿越[8]。下面通过1例真实事故对“加固护栏可降低不幸卷入事故中驾乘人员伤害”的假设进行验证,证明通过改善道路设施可以有效保护不幸卷入事故中的人们。

2 重大护栏交通事故案例再现

2.1 案例概况

2018年6月29日,某高速公路上发生一起大型普通客车穿越中央护栏与对向车道内重型罐车相撞的事故,导致当场死亡10人(其中客车死亡9人,货车死亡1人)、送医救治10人、12人受伤,最终造成18人死亡、14人受伤。

2.2 事故再现软件

PC-Crash是事故再现常用软件,它包含现实生活中绝大部分事故参与者模型,可以帮助实现快速建模,具有较高的再现精度[9-10],且能根据人、车等事故参与者最终停止位置进行优化[11],反推事故发生时各事故参与方的运动状态,以可视化方式输出仿真结果[12]。基于PC-Crash的事故再现流程主要有事故现场再现、事故参与者建模、事故再现仿真及再现结果分析[13-14]。

2.3 事故再现

2.3.1 事故现场再现

依据事故调查报告和事故现场示意图建立事故路段二维/三维模型。调查报告显示,大客车在高速公路中先刮擦右侧护栏,接着碰撞并穿越中央护栏,碰撞重型罐车后停止。按照1∶1的比例利用PC-Crash软件中Dynamics-Define Road Slope生成一条封闭式双向六车道高速公路(见图3)。

图3 再现的事故现场

2.3.2 事故参与者建模

(1) 建立车辆模型。依据调查报告中车辆品牌型号,在PC-Crash软件自带车辆库中调取相应型号车辆。若无相同型号车型,则调取类似型号,再对车型参数进行微调,使仿真车辆与真实事故车辆高度吻合。事故客车型号为ZK6118HQY8Y,技术参数见表1。事故客车、重型罐车模型见图4、图5。

表1 事故客车的技术参数

图5 事故重型罐车仿真模型

(2) 建立人体模型。重大交通事故中常伴随群死群伤现象,但多个人体模型会急剧降低仿真效率,故仅建立大客车乘员模型。从PC-Crash中调取合适的假人模型,依照实际情况修改假人身高、体质量、形态等参数。该案例中,乘员身高170 cm,体质量60 kg。考虑到不同乘员之间的伤害差异,搭建邻近的两人四座位模型(见图6)。

图6 事故车辆乘员三维模型

(3) 建立护栏模型。根据调查报告,道路中央分隔带波形梁钢护栏的立柱壁厚、护栏板壁厚符合JT/T 281—2007《公路波形梁钢护栏》的要求。通过PC-Crash软件自带护栏模型调取相应波形梁钢护栏,并依据高速公路波形梁钢护栏规则设置相应参数。考虑到事故参与者模型越多仿真效率越低,未参与事故的护栏不建模。

2.3.3 事故再现仿真

事故现场、参与者模型及各项参数初步设置完成后,进行事故仿真。仿真时不断调整初始速度、制动力等参数,以获得与事故现场遗留痕迹一致的仿真结果。图7为车辆运动轨迹仿真结果,图8～10为仿真结果与真实案例中相关痕迹的对比。从图7～10可以看出:车辆运动轨迹、车辆碰撞角度与形态、车辆最终停止位置、护栏损坏位置等信息均与实际情况吻合,表明仿真中车辆的运动学响应与实际情况较接近。

图7 仿真中车辆运动轨迹三维示意图

图8 事故客车碰撞角度与形态

图9 事故客车最终停止位置

图10 事故重型罐车最终停止位置

2.3.4 事故再现结果分析

为进一步提升仿真结果的可靠性,对车内乘员损伤情况进行验证。导入人体模型进行仿真,为提高可靠性,依次导入客车乘员进行不同方位的仿真计算,图11为客车中间乘员方位分布。以中间乘员为轴中心建立三维坐标,X轴正方向上为前排乘员、负方向上为后排乘员;在乘员Z轴高度统一的情况下,Y轴正方向上为左侧乘员、负方向上为右侧乘员。依次仿真计算9种不同方位乘员损伤值,取平均值确定前、中、后不同位置乘员的损伤程度。

图11 客车中间乘员方位分布

调查报告显示,部分乘员未系安全带。为反映这一现象,仿真中将乘员分为系安全带与未系安全带两类,仿真结果见表2。从表2可以看出:前排乘员无论是否系安全带,人体头部损伤指标IHIC,36大多在2 000以上,远远超过人体头部损伤的耐受极限值1 000,生还概率低;中间乘员相对碰撞点位置的缓冲距离短,IHIC,36在1 200左右,死亡风险高;后排乘员相对碰撞点位置有较多缓冲空间,相对最安全,IHIC,36低于人体头部损伤耐受极限值。事故调查报告显示,重伤抢救无效死亡的多为中间乘员,后排乘员普遍轻伤,很好地印证了上述分析结果,表明再现仿真很好地反映了事故真实情况,仿真结果可信度高。