1、曲线出入口隧道交通模拟与交通安全设计郭磊，常自鸣，许强强，王亮，王延锋（武汉理工大学交通学院交通工程系，武汉，430063）摘要：曲线出入口隧道容易形成事故黑点，并且在隧道的安全设计上还没有形成较为系统的理论，为此借助先进的科学手段、对隧道、特别是曲线出入口隧道进行科学、合理、系统的安全设施设计。在以人为本、多重可靠性、主动性强制性相结合、因果联系等设计理念的指导下，将交通模拟与交通安全设计相结合，使各种交通安全设施能够良好地配合，力求多方面保证行车安全。本次设计在新的层面上对曲线出入口隧道进行了视线诱导、碰撞消能、强制减速等几方面的设计，提高隧道以及相关安全设施的安全水平，为过江隧道的畅通、
2、安全提供了强有力的保证。该设计以”隧道内多匝道出入口交通安全技术专题”为设计背景。关键词: 隧道;曲线出入口;交通模拟;交通安全设计1. 研究目的及意义随着社会经济的迅速发展，机动车保有量逐年上升, 公路隧道事故率也呈逐年上升趋势。而以往的安全设计多以实际经验为依据，不能很好地解决安全问题。因此，借助科学的手段，以全新的设计理念为指导，对隧道、特别是曲线出入口隧道进行科学、合理、系统的安全设施设计，以此来降低事故率、保证行车安全是十分必要的。2. 事故原因根据图1可以发现，造成隧道事故的主要因素为：路的因素、车的因素、人的因素。2.1 路的因素图1 事故原因图（1）线形设计不合理，线形不连续，
3、协调性差，特别是曲线出入口隧道线形不能满足视距要求，造成隧道出入口事故多发；（2）隧道交通安全设施不足，设计不完善、不合理也影响行车的安全。 2.2 车的因素 根据车辆动力学原理，车辆对交通安全的影响主要表现在车速、制动性、操纵稳定性，导致的交通事故原因是制动失效、转向失灵等。2.3 人的因素隧道出入口的明暗适应问题、隧道线形、行车噪声及空间局限给驾驶员造成较大的心理压力，使驾驶员不能正常行车，在发生危险时不能及时采取有效措施而发生交通事故。3. 事故位置 （1）隧道出入口段，因明暗适应会产生黑洞效应，容易成为事故黑点；（2）隧道内线形不连续不协调路段，以及曲线半径较小段，视距不良，造成事故多
4、发；（3）与隧道相连接的匝道及高架，因曲线半径较小，并且此路段行车速度较高，容易形成事故黑点。4. 设计总体思路隧道交通安全设计总体思路，如图2。隧道线形道路设计规范交通心理学汽车动力学 主动性强制性相结合理念多重可靠性理念 以人为本理念 VISSIM速度模拟期望车速车型交通量设计速度速度差图设计理念 设计依据最终设计成果因果联系理念 里程运行速度图图2 设计总体思路图5. 国内外隧道研究现状5.1 国内外隧道安全现状随着社会经济的迅速发展，机动车保有量逐年上升，与此同时，交通基础设施也在不断增加。由于道路地形地势的种种限制，高速公路、城市道路中隧道里程也逐年增加。但由于技术、设施等方面的原因
5、，公路隧道的事故率较高。表1为近年来隧道事故数统计。表1 历年事故数统计表1994199519971999200020012003事故次数4094816021567173919091778事故总数(千次)253.537271.843304.189412.86616.971754.919773.137占总数百分比0.16%0.18%0.20%0.38%0.28%0.25%0.23%5.2 国内外隧道安全对策5.2.1国内隧道安全对策针对不同的事故原因做出了一些相应的对策。例如：1、隧道口设多相位信号灯，以更合理地疏导车流；2、在出口处设置禁止左转标志牌，限制车辆逆行；3、多路段设振荡减速带；4、
6、隧道设置雷达测速装置；5、大坪山隧道的入口与出口分别设置“隧道”警告标志与“灯控路口标志”提示标志，提醒车辆小心进入与降速出洞；6.上海外环越江隧道内高科技自动喷淋系统，加强监控，防止出现二次事故。 5.2.2国外隧道安全对策1.连接法、意两国的勃朗峰隧道，在洞外一定范围进行预监控与检测，避免有问题的车辆进洞；完善两个监控中心，一个为主，一个为辅，以保证系统的完好；增加隧道自动喷淋系统，以便尽快对火灾进行扑救。2.奥地利托恩隧道采用先进的线性火灾检测装置；自动进行交通管制，当发生事故时迅速阻止车辆进洞，减小损失；每隔212m设置紧急电话；每隔150m设置有逃离方向的指示标志。3.日本隧道在隧道
7、两侧每隔不到200m，1.21.5m高度设置紧急电话；设置紧急情况警告装置；安装自动喷淋装置，有效地控制火灾的漫延，减少损失.6. 设计依据l 交通心理学l 车辆动力学l 公路隧道交通安全设计规范l 道路交通标志标线设计规范（GB5768-1999）l 公路隧道通风照明设计规范（TJT026.1-99）l 路面标线材料（JT/T2802004） l 公路交通标志板（JT/T2792004）l LED车道控制标志（JT/T5972004） 7. 设计理念 7.1 以人为本理念通过科学、合理、人性化的安全设施设计来弥补人的心理、生理缺陷，在最大程度上保证人员安全，减少财产损失。7.2 多重可靠性理
8、念当一种交通安全设施不能满足安全要求时，采用多种设施综合使用来保证行车安全。7.3 主动性与强制性相结合理念 将主动减速与强制减速设计相结合，增强减速有效性。7.4 因果联系理念 分析事故产生的原因及事故引起的后果，根据事故的因果关系，进行针对性的交通安全设计。8. 隧道路网的VISSIM仿真模拟在武汉长江隧道线形和计算期望速度的基础上，根据武汉道路交通实际情况，运用VISSIM软件对整个隧道交通运行情况进行模拟，得到变坡点、曲线特征点、百米桩点等处的实际运行速度，以此得出里程-运行速度图（如图3），找出速度差V20km/h的路段，为交通安全设计提供依据。图3 从武昌方向主线运行速度模拟图9.
9、 交通安全设计9.1 安全水马设计根据以人为本的设计理念，由于人的心理、生理缺陷，驾驶员的失误是不可避免的，因此，为将失误造成的损失降到最小，必须按照容错的设计原则，保证事故发生时尽量减少对人员的伤害程度。将水马与路缘石、水泥混凝土护栏结合使用，降低碰撞能量。隧道内由于受到净空限制，在其中设置普通水马护栏难以实现，将水马取代部分厚度的路缘石，在隧道缓和曲线段起始点开始安装，直到缓和曲线段结束，设置在外侧，以减少撞击能量，达到安全的目的。如图4所示。路缘石水泥混凝土护栏安全水马水马图4 水马与路缘石的配合设计 图5 水马与水泥混凝土护栏的配合设计与隧道相连接的高架桥和匝道区域，由于此处线形半径较
10、小，并且行驶速度较高，行车视距不良，容易形成事故黑点。为了降低事故损失，将水马与水泥混凝土护栏结合使用，两者相辅相成，能够地到良好的保护作用。水马为柔性护栏，撞击时能够吸收部分撞击能量，减少对车辆及人员的伤害程度。如图5所示。 9.2 交通诱导设计 以多重可靠性设计理念为指导，根据交通心理学原理，通过多种诱导设施的设计来保证车辆的安全行驶。9.2.1主动诱导设计(1)无源诱导设计根据GB5768的设计规范，本设计中，在隧道内设置了无源线形诱导标(如图6)、突起路标等视线诱导设施。利用反光材料及高反射性能的反射器，告知驾驶员前方的道路情况，便于驾驶员及时采取避险措施。其设置位置、角度，间距以及尺
11、寸、颜色都遵照设计规范进行。 (2)有源诱导设计图6无源诱导在受污染和破损、缺失情况下可能不能发挥良好的作用，因此，为了能够保证视线诱导作用的发挥，要进行有源诱导(如图7)的设计。将LED灯具布置在导向标反射器的边缘，并与隧道内曲线段车道边缘线下安装的红外线检测器连接，根据实际情况控制LED灯具,在适当情况下发出红光并闪烁，警告驾驶员转向、注意安全。另外加设LED可变标线，如果一条隧道由于事故或维护需要关闭，LED动态车道系统可以将车流快速引入另一条隧道；或者利用LED导向箭头引导所关闭隧道的车辆通过行车横洞进入另一条隧道。LED光源因要埋入路面，所以要满足一定的安装使用的需要： 图71要能够
12、保证该系统的“开”的状态下有良好的可见度，在“关”的状态下应该是几乎看不到的，以免引起指示信号混乱；2要具有足够的抵抗车辆碾压的强度，满足极端道路使用情况；3要满足安全性和实用性的的要求。如：要有足够的粗糙度；一定的高度和可视度；具有自洁系统，以免长时间使用而造成可见度降低。9.2.2强制诱导设计限速标志主动诱导失败后，要保证车辆在隧道内能安全地行驶，需要进行强制诱导设施的设计。将隧道内的车道边缘线设置成振荡标线，当车辆偏离车道时，振荡标线使车辆产生振动，引起驾驶员注意。9.3 减速设计超速行驶是引起隧道交通事故的最重要因素，因此必须加强减速设施的设计。根据主动性与强制性相结合的设计理念，在安
13、全设计中将主动减速与强制减速很好地结合起来，能有效地防止超速行驶。9.3.1主动减速设计图8 限速标志(1)减速标志设计根据GB5768的设计规范，并结合隧道的设计车速，在隧道的不同区段设置固定限速标志（如图8），并设置可变限速标志，根据实际情况调整行驶速度，保证隧道内的行车安全。设置限速标志，提醒驾驶员注意行车速度，及时采取减速措施，以免发生交通事故。限速标志的尺寸、字体大小、设置位置，要根据设计规范的要求满足在特定速度下的视认性。标志设置还要符合规范要求的强度。 (2)减速路面设计彩色路面有足够的力学强度、一定的弹性和塑性变形能力、与汽车轮胎的较好附着力,有高度的减振性、不扬尘且容易清扫和
14、冲洗、维修比较方便 ；可与附近的景观相互搭配、协调 。能够起到安全美观的作用。不同颜色在各种气候条件下有不同的视认性，具体如表2表2 在各种气候条件下不同颜色的视认性（亮度单位：勒克斯）气候条件红橙白绿夜间、晴天1.02.02.52.8夜间、小雨1.22.13.03.2夜间、阴天、有雾3.24.13.15.9夜间、大雨8.933.5132.033.5夜间、小雪222.0835.01356.0567.0白天、阴天、有雾2880.02111.03222.04000.0白天、晴天4778.07556.011111.010000.0减速带彩色路面根据表2，并结合交通心理学的研究，在所有颜色中，红色的波
15、长最长，传播最远，能够使人产生“火”和“血”的联想，对人的视觉和心理是一种有危险感的强烈刺激，易于引起驾驶员的注意，能够及时采取减速措施。因此，综合考虑下，我们选用红色彩色路面。因为彩色路面还有较高的摩阻性能，可以起到减速的作用，同时可以大大缩短刹车距离，保证行车安全。此外，在减速带的设计上，选用黄色减速震荡标线，因为黄色具有明亮的特点，使人产生警觉，使驾驶员及时采取减速措施，注意危险。彩色路面与减速带的综合使用色调调和在 图9 彩色路面与减速带交通安全上的意义为：提高视认性，引起注意和提高识别能 力。色调调和可提高安全感、转变肢体惯性、调节情绪。具体设计情况见图9。 9.3.2强制减速设计为
16、保证减速的成功性，仅仅依靠主动减速是远远不够的，因此，在主动减速的基础上，设置强制减速带，避免主动减速失败后因行车速度过快而发生交通事故。根据国外的研究发现，事故中伤亡的可能性取决于车辆行驶速度的变化率（DV），DV小于16km/h时，事故伤亡的可能性小于5%，当DV超过48km/h时，事故伤亡的可能性超过50%。因此，根据VISSIM软件模拟得到的速度差图（图10），并结合我国公路项目安全性评价指南JTG/T B052004的规定，在DV20km/h的路段设置强制减速带（如图11）。突起的减速振动标线，能够有效地使车速减到安全行驶的范围内。9.4 明暗适应设计隧道出入口的明暗适应问题是造成隧
17、道交通事故的一个不可忽视的因素。从注视点到适应点之间要有一段路程，由于亮度的变体速率太快，眼睛的适应迟缓，对物体的视觉能力极度下降，会产生黑洞效应，以致发生交通事故。因此，根据因果联系的设计理念，要进行明暗适应设计，解决隧道出入口的明暗适应问题，避免黑洞效应的产生，为隧道安全提供保障。 立体减速振动标线图10 实际行车速度差图 （部分） 图11 强制减速带研究表明：隧道出入口的人眼的明适应过程较快，适应时间为数秒至一分钟；而暗适应过程较慢，光线变化5分钟后才视力才能恢复65。因此，在此次设计中，为解决这个问题，我们结合“照明系统具有高效、节能、美观的特点,并能满足交通运行的要求；照明供电系统及
18、应急照明措施安全、可靠；照明设备和控制方式便于运营管理”这样的照明设计原则，选用LED逆光照明系统，根据不同时段洞外的光强来适时调整洞内的照明强度，能够达到减少明暗适应时间的良好效果。9.5 其它安全设计隧道指示标志、指路标志、行车横洞指示标志、紧急逃生指示标志、洞内紧急电话标志、消防设备指示标志、疏散指示标志，标线以及隧道交通控制设施等常规设计，按照道路设计规范的要求进行设计，标志的设置要符合规范所要求的尺寸、字体、角度、强度和视认距离。10. 结束语本次设计打破以往的安全设计模式，针对曲线出入口隧道的事故黑点，采用全新的设计理念，借助先进的科学手段，将模拟与设计结合起来，使安全设计更合理、
19、更科学、更系统、更加人性化，以此来提高隧道及其相关安全设施的安全水平，降低事故率，为过江隧道的畅通、安全提供强有力的保证。参考文献【1】 李俊利，过秀成.交通工程设施设计.北京：人民交通出版社，2001【2】 马荣国，杨立波.交通工程设计理论与方法.北京：人民交通出版社，2002【3】 彭立敏，刘小兵.交通隧道工程.长沙：中南大学出版社，2003【4】 道路标志标线设计规范（GB5768-1999）交通部发布，1999【5】 路面标线材料（JT/T2802004）交通部发布，2004【6】 公路交通标志板等十七项（JT/T2792004） 交通部发布 ,2004【7】 公路防撞桶（JT/T59
20、62004）交通部发布，2004【8】 LED车道控制标志（JT/T5972004） 交通部发布，2004【9】 公路项目安全性评价指南（JTG/T B052004）交通部发布，2004【10】Glare and uniformity in lighting installations. CIE No.31, 1976城市公共交通末端服务系统研究胡 鹏，吴平衡，陈芋宏，袁海婷(西南交通大学交通运输学院，成都，610031)摘要：目前，我国大力提倡公交优先，但公共交通服务水平低，吸引率不高。针对此问题，本文从城市公共交通末端服务系统的角度，分析城市公交现状存在的问题，结合成都市的交通现状，定义了
21、公交微循环系统的概念，并阐述了公交微循环系统规划方法，最后，对系统进行评价。关键词：公共交通；末端；微循环；辅助公交；公交微循环系统（PTMS）1. 研究背景随着我国经济的快速发展，城市化进程的加快，机动化水平快速提高，城市交通局势越发严峻。总体来说，城市交通需求总量的迅速增长与交通基础设施供应不平衡的矛盾依然突出。城市公共交通的作用虽然受到各级政府的重视，但公共交通总体的服务质量不高，吸引力不强，公共交通在城市交通的主体地位还未确立。机动车保有量的迅速增加给环境带来沉重的压力，引起了环境质量的恶化，不利于可持续交通的发展。由于交通结构没有根本转变，交通负荷进一步加重。综上种种原因，我们需要大
22、力发展公共交通确保公交优先的主体地位，采取一定的措施和手段将其他交通方式的使用者引导到公共交通上来，以缓解交通压力，确保城市交通的可持续发展。从国内外的一些公交研究成果可以发现在公交系统中的线路设计时总是选择一种大概的交通流向，它把所有的用户出行生成看成在一个点上，即只注重公交网络路线规划。这种简化忽略了公交用户的公交外出行时间，即居民乘坐公交时的步行时间。实际上每个公交站点都有一个服务范围（如图1），公交外出行时间恰恰是公交吸引力降低的一个关键因素，因为用户到达公交站点不方便或者时间过长，将使用户心理产生抱怨的情绪；同时，公交外时间也是影响公交服务水平的一个关键因素。因此，公交系统的规划需要
23、公交网络路线规划和公交路线服务范围规划有机结合，以公交网络路线规划为大的“动脉”，形成公交“网”服务，以公交站点服务范围规划作为公交微循环，形成公交“面”服务，才能提高公交的服务水平，从而提高公交的吸引力。公交站点服务范围 公交站点公交线路图1 公交站点服务系统的影响范围本文以成都市的公共交通为研究对象，在对其现状进行分析的基础上提出城市公共交通末端服务系统的概念，以解决公交站点距出行端点步行距离过远导致公交吸引率较低的问题。在本文研究所需基础数据调查中，为了使数据更具有典型性、代表性和全面性，我们选择了以商业中心（成都国际会展中心）、购物中心（欧尚超市）、学校周边（西南交通大学附近）、步行街
24、（春熙路）、居民区（交大智能小区）、农贸市场（九里堤农贸市场）等为调查点，这些调查点基本覆盖了成都市公共交通乘客各种出行类型，并且覆盖了周末与周日的出行特点。结合成都市公共交通的特点和本次调查点类型，我们制作了两种不同类型的表格：社区公交调查表和公交站点调查表。根据调查，我们发现目前成都市公交存在步行距离较远，换乘不方便，公交站点覆盖率低等不足。公交站点步行距离过长是公交吸引率低的主要原因之一，并且在公交站点可接受步行距离的影响因素中，出行者的性别、年龄和收入较其他因素影响大，具体统计图见下：图2 被调查男性收入水平与可接受步行距离的关系图3 被调查女性收入水平与可接受步行距离的关系（横轴表示
25、被调查人员的收入情况，纵轴表示各组情况占被调查人员（男性或女性）的百分比）图4 被调查男性年龄与可接受步行距离的关系图5 被调查女性年龄与可接受步行距离的关系（横轴表示被调查人员的年龄情况，纵轴表示各组情况占被调查人员（男性或女性）的百分比）从以上四图可得，成都市目前居民出行可接受的步行距离集中在300m以内，随着年龄的增长，可接受步行距离变大。在本次调查中，我们重点考察了居民对于通过加强服务以缩短出发点到公交站点时间的访问调查，并发现：成都市居民认为如果缩短步行时间，则将会加大对公共汽车的选择力度，具体分布情况见图6： 图6 通过加强公交服务后居民对加大公共汽车选择情况在对现状站点步行距离调
26、查得知，一半以上的出行者站点步行距离超出可接受的步行距离，因此，为使公共汽车实现“门到门”的服务，提高公交吸引力，必须对现行公交系统末端进行优化。2. 系统界定本文基于公交“面”服务的理念，以公交站点与居民出行端点的连线覆盖范围所形成的面作为居民出行的末端系统，在这个系统中提供接驳现有常规公交的辅助公交服务，从而形成公共交通末端服务系统。该系统其服务范围为：（1）由于公交系统规划的不合理导致居民出行步行距离较远的情况；（2）短距离出行且乘坐公共汽车又不方便的情况；（3）公共汽车“盲区”，即指公共汽车在此范围内开行投资效益比不合理。为了解决城市公交系统吸引率不强的现状，本文中，引入医学微循环理论
27、并应用于公交末端服务系统的研究之中。3. 微循环理论在公交末端服务系统中的应用3.1 微循环微循环是一个医学名词,它是直接参与细胞、组织物质交换的体液（血液、淋巴液、组织液）循环动态。微循环是生命的基本特征之一，是机体与周围环境不断地进行物质、能量、信息的传递活动。人体中微动脉、毛细血管、微静脉之间的血液循环，就叫做微循环。微循环是人体组织细胞吸收营养、氧气，排出代谢产物的交换场所。人体单纯靠心脏的收缩力量不能将血液直接灌注到人体各器官的组织细胞，必需靠微循环部分的毛细血管不与心脏跳动同步的自律运动将血液进行第二次调节，第二次灌注，所以在医学上把微循环比喻为人体的“第二心脏”。它是物质交换的场
28、所，具有调节血流和血量的功能。3.2 公交微循环系统的提出如前所述，分布在城市干道上的常规公交网还难以实现“门到门”服务，利用公交末端服务系统可以形成一个密度更大、服务面更广的城市公交线网。为了更形象的表示公交末端服务系统，本文引入人体微循环理论。3.3 公交微循环系统的定义所谓公交微循环系统(PTMS)是指利用现有的次要道路（指次干道以下等级），通过辅助公交把出行者从出行端点送至公交站点，或者实现从出发点到目的地短距离运输，其中辅助公交是指公交小巴士、三轮车、出租车及自行车等常规衔接交通工具。如果我们对比人体微循环与公交微循环，会发现许多共通之处：公交微循环是指公交站点与出行端点之间的无缝衔
29、接，它相当于人体中微动脉、毛细血管、微静脉之间的血液循环即人体微循环；人体微循环是人体组织细胞吸收营养、氧气，排出代谢产物的交换场所，旅客、货物则能通过公交微循环在站点与起点之间方便、快速换乘。它们之间的关系可以用表1表示：表1 人体微循环与公交微循环的对比类别人体微循环公交微循环结构微动脉与微静脉公交站点与出行端点毛细血管网公交站点吸引范围内的道路网红细胞辅助公交营养、氧气旅客、货物种类血液微循环自行车微循环三轮车微循环小巴士微循环功能实现血液与组织液之间的物质交换接驳运输，实现公交站点与端点的无缝衔接容量很大可利用面积较大3.3.1公交微循环系统建立的背景我国大中城市已有部分公交站点存在微
30、循环雏形，但没有系统的微循环形态，特别是公交的换乘站点，微循环系统的建立还很缺乏。从我们在成都市公交换乘站点的大量调查样本可以看出，公交站点到出行端点这段距离导致的出行不方便（如图7），是公交吸引率不高的主要原因之一，公交微循环系统的建立已经迫在眉睫。图7 现行站点步行距离统计图3.4 公交微循环系统规划方法3.4.1公交微循环范围的选择从以前的研究资料来看，在公交站点500米半径范围内的区域都属于公交合理吸引范围，但根据我们在成都市若干个公交站点的调查资料来看，成都市的公交站点可接受步行距离为300米以内，公交合理吸引范围以外的乘客高达57%。市区边缘的公交线网密度较低，不可能让大多数人在合理吸引范围以内，公交微循环系统的建立改变了传统的公交合理吸引范围。本研究中引入城市规划中邻里单位(neighborhood unit)的概念，邻里单位理论是由美国规划师佩里于1929年提出的，它是以人的需求为出发点，以居住地域为基本构成单元。他认为：“邻里单位就是一个组织
