公路交通安全设施评价方法研究

王益 荣建 陈家源 汤婧 罗薇

清华大学土木系 北京工业大学 北京市交通工程重点实验室 北京建筑大学土木与交通工程学院

关键词：交通工程;交通安全设施;交通场景;评价方法;

基金：中国博士后科学基金资助项目，项目编号2021M690331;

《交通强国建设纲要》[1]中明确指出“提升本质安全水平，完善交通基础设施安全技术标准规范，持续加大基础设施安全防护投入，提升关键基础设施安全防护能力。”《国家综合立体交通 规划纲要》[2]再一次强调“强化交通基础设施预防性养护维护、安全评估，加强长期性能观测，完善数据采集、检测诊断、维修处治技术体系，加大病害治理力度，及时消除安全隐患。”这充分说明交通基础设施的安全是重中之重，是保障人民生命财产安全，增强人民群众安全感的重要保障。

公路交通安全设施包含交通标志、交通标线、防护设施、视线诱导及警示设施、减速丘及减速路面、避险车道及其他。它是保证车辆安全、畅通、高效、快捷行驶的交通工程基础设施，在现代道路交通管理中发挥着重要作用。在美国的一项关于道路交通安全改造措施最佳收益成本比率的研究中，总结了美国1974年到1995年道路交通安全改造措施中的成本效益，研究结果显示，21年的发展历史中，交通安全设施(护栏、标志、标线)是道路交通安全改造措施中投资最小、收益最好的手段之一[3]。

境内外对交通安全设施都非常重视，通过出台一系列的标准、规范、手册规定其属性、性能与位置，保持设施一致性，保障驾驶安全。美国是将所有关于安全设施的要求集合在《Manual on Uniform Traffic Control Devices(MUTCD 2009)》(译为美国交通工程设施手册)中[4]。而我国则是分散在不同的国家标准与行业标准中，常见的如《公路安全生命防护工程实施技术指南》、《道路交通标志和标线》(GB5768-2009)、《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81-2017)、《道路交通反光膜》(GB/T 18833-2012)等[5,6,7,8]。由于标准更新时间不统一，有关联的标准间可能出现矛盾，使得工程师在设计过程中陷入两难。

同时，我国标准中的设置要求多以原则性描述为主，给工程师较大的设计自由度，易形成较多特殊组合或信息过载等版面设计，或设施位置差异较大，给驾驶员视认带来一定困难，难以有效发挥设施的基本作用。而美国关于交通安全设施设置则较为具体，主要以典型场景样式为参考，涵盖设施的颜色、尺寸等属性，以及位置要求，便于工程人员设计。在交通安全设施布设完成运营一段时间后，需要对其运行效果进行评价，检验其完好性、合理性，辅助养护方案的制定。由于我国标准规范要求过于宽泛，难以在工程实践中快速检测，无法做到全路 的普查，部分安全隐患仍难以发现。因此，研究形成一套系统全面、适合快速检测的交通安全设施评价方法十分必要。

1 安全设施评价相关研究

1.1相关标准解读

1.1.1《公路安全生命防护工程实施技术指南》

2014年11月，国务院发布了[2014]55号文件《关于实施公路安全生命防护工程的意见》[9](下简称《意见》),决定在全国实施公路安全生命防护工程。《意见》要求抓紧制定《公路安全生命防护工程实施技术指南》。交通运输部响应国务院工作要求，以2006年版《公路安全保障工程技术指南》为基础，借鉴和吸收国内外相关标准规范成果，引入风险评估技术，形成《公路安全生命防护工程实施技术指南(试行)》,并于2015年2月发布。该指南按照公路基础和交通条件对交通事故发生概率和可能严重程度构建影响模型，量化分析公路交通运行风险。按100 m间距对公路进行测量，获取公路条件(包含各类设施),计算风险分值，提出改进措施。风险分析主要从驶出路外、由车辆失控引起的正面相撞、由车辆超车引起的正面相撞、交叉口、接入口5类风险组成，每类风险又可分为可能性、严重性、运行速度、交通量4部分指标。该方法计算繁琐，实操性差。尤其关于交通安全设施的风险评估较少，且评估内容较为主观，需借助有经验的工程师进行评定，难以实现全面普查。例如，“交叉口安全性”指标中包含“标志和标线设置合理、充分，视距充分，无交叉口”3个属性，分别对应的风险系数为“1,1.2,0”。如果标志标线设置不合理，则需将该系数进一步加权计算并汇入公路风险指标。但什么样的标志标线算不合理的，指南没有给出明确定义，需要多个标准进行校核，增加了评测难度，也增加养护单位的维养难度，最终导致设施改进的可能性大大降低，安全隐患仍然存在。

1.1.2《公路技术状况评定标准》(JTG 5210-2018)

本标准是由交通运输部公路科学研究院对2007年发布的《公路技术状况评定标准》(JTG H20-2007)全面修订。本标准主要是对公路整体技术状况进行评定，具体分为路基、路面、桥隧构造物、沿线设施进行检测与调查，并根据调查结果展开评定。其中，沿线设施不仅包含防护设施、标志、标线、隔离设施等安全设施，还包含绿化设施等。对于设施的评定部分其标准较为模糊，如“标志缺损应为各种交通标志(指示标志、警告标志、禁令标志、里程牌、轮廓标、百米标等)残缺、位置不当或尺寸不规范、颜色不鲜明、污染，可变信息板故障等”,没有定量化说明何为残缺，何为位置不当。评定过程也较为粗略，如“损坏应按处计算，其中轮廓标和百米标应每3个损坏算1处，累计损坏不足3个应按1处计算”,只关注了损坏的程度，忽略了标志错误特征如标志缺失或者内容错误等。不仅评价依赖人工经验，还无法准确地给出整改措施。

1.1.3其他相关标准

上述两个标准对交通安全设施的评价较为粗略，如需进一步明晰位置不当、设施属性等问题还需延伸至其他标准。此类标准大致可分为设计与技术评定两大类。其中，设计类标准主要从设施的尺寸、颜色、形状、安装位置等方面进行规定，主要用于指导设计；技术评定类标准主要从是否满足设计标准要求以及允许偏差角度进行规定，主要用于指导验收。

设计类标准主要有：《道路交通标志和标线 第2部分：道路交通标志》(GB 5768.2-2009)、《道路交通标志和标线 第3部分：道路交通标线》(GB 5768.3-2009)、《道路交通标志和标线 第6部分：铁道路口》(GB 5768.6-2017)、《道路交通标志和标线 第8部分：学校区域》(GB 5768.8-2018)、《公路交通标志和标线设置规范》(JTG D82-2009)、《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81-2017)、《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)、《小交通量农村公路工程技术标准》(JTG 2111-2019)、《公路隧道设计规范》(JTG D70-2-2014)、《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2017)。

技术评定类标准主要有：《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2017)、《道路交通标线质量要求和检测方法》(GB/T 16311-2009)、《道路交通反光膜》(GB/T 18833-2012)、《突起路标》(GB/T 24725-2009)、《轮廓标技术标准》(JT/T 388-1999)、《波形梁钢护栏 第1部分：两波形梁钢护栏》(GB/T 31439.1-2015)、《波形梁钢护栏 第2部分：三波形梁钢护栏》(GB/T 31439.2-2015)、《公路交通工程钢构件防腐技术条件》(GB/T 18226-2015)。

综上可知，当前关于交通安全设施的技术评定缺少统一的标准，关于设施技术状况参数分散在各个标准中。同时，各标准中的技术参数也都是面向设计或施工，而非养护评定。如果直接选取所有技术状况参数作为评定标准，势必增大评定难度。因此，需要以现有标准中的参数为基础，选取适合养护评定的关键指标，形成体系，便于指导评定与养护工作的精准开展。

1.2交通安全设施评价方法梳理

目前关于交通安全设施的评价方法主要分为3类，分别是场景打分法、德尔菲法、风险评估模型法。

1.2.1场景打分法

美国公路建设较早，经过几十年的发展，研究制定了完善的交通安全设施设计规范，并依托规范建立了系统成熟的交通安全设施。著名的设计规范MUTCD 2009是以交通场景为基础(各章节划分为学校地区、低流量区、环岛、单行道、匝道、分流区、合流区、交叉口、收费站等),分别明确各场景中交通设施的适用情况和对交通安全所产生的作用。美国德克萨斯州交通部对交通安全设施评价是以MUTCD和本州编制的《标志现场工作手册》(Sign Crew Field Book, SCFB)[11]为基础，采用场景打分方式展开。以交叉口进口道为例，手册就给出了常见的30种场景，部分场景标志标准配置如图1所示。基本涵盖了美国所有可能的情况，养护或检查人员在评分过程中一目了然，通过与标准配置图对比，直接能给定客观的打分结果。

图1 《标志现场工作手册》中信号交叉口场景标志 标志配置示例

1.2.2层次分析法

国内在评定交通安全设施时，由于没有统一的评定标准和方法。因此，学者在研究过程中较多采用成熟的层次分析法对不同对象以及场景展开深入研究。封喜波[12]对山区地带农村公路的道路特征展开深入分析，应用层次分析法和山地农村公路安全评价标准，建立了道路安全评价模型。田晨[13]根据咸阳市农村公路实地检查分析结果建立了山区地带公路道路安全评定标准系数，并采用层次分析法确定指标权重以及安全评价等级。

1.2.3风险评估法

针对生命防护工程设施评价，学者多以《公路安全生命防护工程实施技术指南》(简称《指南》)中的评估方法为基础展开分析。袁露[14]等采用《指南》中的风险评估方法对海门市4条农村公路改造前后进行评估，发现主动发光安全设施可有效降低风险。吴翚[16]等以幕阜山区公路为研究载体，以《指南》为依据，对山区公路的安全风险点进行分类与总结，提出构建山区公路安全风险点研判评价体系。通过对安全风险点研判分析与计算，得出山区公路安全风险点的风险量化评价，并提出相应整改措施。

纵观国内外交通安全设施评价方法可知，各种方法构建的模型均是针对某一特征展开，多是通过层次分析法或参考《指南》确定指标权重，而后进行评价。评价结果不够客观，难以指导实际的养护管理工作。

2 公路交通安全设施评价体系构建

2.1公路交通安全设施分类

公路交通安全设施包括交通标志、交通标线、护栏和栏杆、视线诱导设施、隔离栅、防落 、里程标、百米标、公路界碑等。其中，视线诱导设施、里程标、百米标、公路界碑都属于交通标志范畴，隔离栅是阻隔行人、动物进入公路，防落 则一般应用于桥梁护栏防止抛洒物进入桥下。综合分析，对公路交通安全影响最大的设施主要是交通标志、交通标线以及护栏。

(1)交通标志。

道路交通标志是以颜色、形状、字符、图形等向道路使用者传递信息，用于管理交通的设施。主要包括警告标志、禁令标志、指示标志、指路标志、旅游区标志、道路施工安全标志等主标志以及附设在主标志下的辅助标志。标志的支撑结构主要包括柱式(单柱、双柱)、悬臂式(单悬臂、双悬臂)、门架式和悬挂式几种。通常，交通标志应结合道路及交通情况设置，即应适应交通场景。清晰正确的交通标志能够提供及时的信息和引导，使道路使用者顺利快捷地抵达目的地，促进交通畅通和行车安全。因此，在实际运营养护过程中，不仅要关注交通标志的缺损情况，还应关注交通标志是否正确布设。

(2)交通标线。

道路交通标线是由施划或安装于道路上的各种线条、箭头、文字、图案及立面标记、实体标记、突起路标和轮廓标等所构成的交通设施，它的作用是向道路使用者传递有关道路交通的规则、警告、指引等信息。标线是明确路权与道路边界的重要手段，错误标线的设置可能使驾驶员做出错误判断导致事故发生，尤其在夜间无光源路段标线的反光性能尤其重要。交通标线不仅要关注设置的正确性，还应关注破损与反光性能。

(3)交通护栏。

护栏的主要作用是防止失控车辆越过中央分隔带或在路侧比较危险的路段冲出路基，不致发生二次事故。同时，还具有吸收能量，减轻事故车辆及人员的损伤程度，以及诱导视线的作用。按结构可分为缆索护栏、波形梁护栏、混凝土护栏、梁柱式钢护栏、组合式护栏等。护栏的防撞等级与防护性能直接影响驾驶员的生命安全，因此在运营养护过程中应重点关注。其中，防撞等级主要受立柱高度、埋深深度、端头设计、过渡段设计、长度等影响；防护性能主要受材料破坏程度影响。

2.2指标体系构建

图2 交通安全设施评价指标体系

(1)标志状况综合评定。

损坏性评定包含：标志残损、脏污、遮挡、褪色、反光性能差的实际状况。

错误性评定包含：标志缺失、标志横向位置设置不当、标志纵向位置设置不当、标志排列顺序有误、标志板下缘距路面的高度不合规、标志板面扭曲、标志板面和立柱倾斜的实际状况。

(2)标线状况综合评定。

损坏性评定包含：标线碎裂、脱落、污染、反光性能差。

错误性评定包含：标准场景中应、宜、可设置的标线类型及面积。

(3)护栏状况综合评定。

损坏性评定包含：混凝土护栏(蜂窝麻面、混凝土剥落掉块、露筋锈蚀)、波形梁钢护栏(损坏变形、倾斜、锈蚀);缆索护栏(损坏、缆索下沉、缆索锈蚀)。

错误性评定包含：护栏设置长度不足或缺失、防护等级不足、护栏尺寸未达到要求、护栏端头处置不当、护栏过渡段处置不当。

2.3综合评定方法

图3 常见公路交通场景示意

其中综合评定指数如式(1)所示。

TCI=w1TSI+w2TMI+w3TBI (1)

式中：TCI为交通安全设施技术状况指数；TSI为交通标志状况指数；w1为交通标志技术状况指数的权重；TMI为交通标线状况指数；w2为交通标线技术状况指数的权重；TBI为交通护栏状况指数；w3为交通护栏技术状况指数的权重。实际评定过程中，应根据场景确定。如场景中应设置对应设施，按上述要求取对应权重；如不涉及某类设施则权重取0,其他权重按比例调整。

交通标志状况指数如式(2)所示。

TSI=w1SER+w2SDR (2)

式中：SER为交通标志错误率指数(标志缺失、标志横向位置设置不当、标志纵向位置设置不当、标志排列顺序有误、标志板下缘距路面的高度不合规、标志板面扭曲、标志板面和立柱倾斜);SDR为交通标志损坏率指数(残损、脏污、遮挡、褪色、反光性能差);w1为错误率权重，暂取0.5;w2为损坏率权重，暂取0.5。

交通标线状况指数如式(3)所示。

TMI=w1MER1+w2MER2+w3MDR (3)

式中：MER1为纵向标线错误率指数；MER2为横向及其他标线错误率指数；MDR为交通标线损坏率指数(标线剥落、污染、褪色、反光性能差);w1为纵向标线错误率权重，暂取0.4;w2为横向及特殊标线错误率权重，暂取0.3;w3为损坏率权重，暂取0.3。

护栏状况指数如式(4)所示。

TBI=w1BER+w2BDR (4)

式中：BER为护栏错误率指数；BDR为护栏损坏率指数；w1为错误率权重，暂取0.5;w2为损坏率权重，暂取0.5。

如果场景应设置护栏，但未有设置护栏则该指数TBI直接为0分；有设置护栏则按上述指标展开评价。

2.4权重确定

具体参数指标的权重采用专家打分法获取，选取交通工程领域、交通设计领域10名专家，分别对评价参数重要程度进行排序打分，最终取平均值作为权重。

2.4.1交通标志

错误率指数SER如式(5)所示。

SER=100?∑i=1lpi(gin×100)?????????(5)SER=100-∑i=1lpi(gin×100)?????????(5)

式中：n为场景内实际设置的标志总数；i为评分项，包含标志缺失、标志横向位置设置不当、标志纵向位置设置不当、标志排列顺序有误、标志板下缘距路面的高度不合规、标志板面扭曲、标志板面和立柱倾斜；l为评分项总数，取7;gi为第i类评分项；pi为第i个评分项权重。计算结果如表1。

表1 标志错误率评分项权重系数