劉玮蔚 張志偉 高健強 靳媛媛
中交第一公路勘察設計研究院有限公司 長安大學 同濟大學
摘 要：應急救援是高速公路事故發生後保護生命财産的最後一道防線，對于立體複合高速公路，特别是立體層，更需要強有效的應急救援保障。通過梳理立體複合高速公路的立體層設計特點，結合典型項目，提出利用立體層與地面層連接配接道、互通立交匝道，配合強幹預類交通流組織措施，開展立體層應急交通組織與疏散，并提出立體層應急救援措施建議，為相關部門決策和采取工程與管理措施提供依據。
關鍵詞：交通工程與交通管理;立體複合高速公路;應急救援;交通組織與疏散;
基金：國家重點研發計劃，項目編号2017YFC0803900;陝西省青年科技新星項目，項目編号2020KJXX-046;
高速公路應急救援是事故預防、安全保障失效情況下的一種補救體系，其目标在于最大限度地降低事故的傷害程度。立體複合高速公路是利用立體空間，針對同向行車道采用上下分離複合式橫斷面形式的高速公路。立體複合高速公路多建設在經濟發達的城市群地區，對于立體複合高速公路項目内部而言，地面層、立體層并行，交通環境複雜，沿線互通均為高密度小間距互通，沿線高樓、電力線、高壓瓦斯管線等星羅密布，與多條高速公路及地方主要幹道互相交叉，交通量極大。立體層是全段利用高架橋形式，設定在上層的分離式橫斷面，其空間相對獨立的同時，對應急救援又提出了更高的要求。
境内外對于應急救援模式已有較多研究。針對發生交通事故後的交通應對措施，美國交通管理部門開展了對應研究，在《交通事故管理手冊》中提出了一套應急交通組織政策，并形成了具體流程[1,2]。對于高速公路的關鍵構造物，很多研究對隧道路段的應急救援開展了研究與實踐，歐、美、日等國家(地區)都形成了一套專門的防災救災預案[3],例如勃朗峰隧道、陶恩隧道、聖哥達隧道等長隧道，都制定了專項火災事故應急預案[4]。境内對于高速公路的應急救援集中在突發事件應急救援和應急疏散等角度，大陸針對高速公路中突發事件的應急交通疏散研究起步較晚，主要集中在隧道等突發事件疏散研究和高速公路應急疏散交通流組織方面，在理論上主要采用數學分析、計算機仿真這兩種方法。例如，基于突發事件時間發展規律[5,6]對突發事件的全過程進行新的認識和研究，并利用采集的資料，基于特征和機理建構了突發事件救援評價名額體系[7,8]和評價方法[9,10]。在應急組織中，基于資訊核度的應急疏散路網關鍵節點和關鍵路徑[11]的确定方法，并基于此建構了相應的應急疏散動态交通配置設定方法[12],并建構了高速公路點對點應急疏散模型[13]。近年來，随着智慧交通技術的發展，部分研究也從智慧輔助的角度，保障應急救援，采集實時資料，在最優路徑的快速标定下，快速誘導分流[14]滞留車輛。部分學者采用多層級應急救援力量協同[15]、範例推理與規則推理相結合[16]的交通控制方法等方法，建構協同排程模型和流程。
相對于一般高速公路路段，立體複合高速公路的立體層封閉性更強，在緊急情況下，與外部環境的交流更少，是以，更需要協調立體層應急組織、疏散、救援，強化立體複合高速公路立體層的應急救援。本文根據立體層的設計特征，利用現有空間，從應急疏散與應急救援措施兩個角度，制定不同場景下的交通組織與疏散模式，并結合應急救援的其他需求，提出對應的其他的急救援措施建議，為相關部門決策和采取工程與管理措施提供依據。
1 應急救援模式條件界定
由于在不同的項目中，立體層的設計名額、線形、出入口設定、交通運作狀态的差異性很大，是以，本文以沈陽至海口高速公路荷坳至深圳機場段改擴建工程(下文簡稱機荷高速公路)為典型項目，對其立體層道路應急救援模式進行研究。
機荷高速公路的立體層采用雙向8車道的設計形式，設計速度100 km/h, 整體式路基寬度41 m, 分離式路基寬度20.5 m, 各行車道寬度3.75 m, 單幅4車道，其設計效果如圖1。對應設計末年4 764 pcu/h的立體層設計小時交通需求，當四車道的立體層發生輕微事故事件、隻占用1條車道時，在預測的交通需求下，雖然立體層通行能力會受到一定程度的影響，但也可以滿足三級服務水準的通行需求，道路仍然具備正常的通行能力，能夠保證車輛的通行需求。但是，當發生的事故占用到2條車道時，車流的飽和度為1.13,隻可滿足六級服務水準要求，車流處于緩慢行駛的狀态。
圖1 機荷高速公路立體改造模式标準路段效果
不同緊急情況下，采取的應急救援模式有一定的差異，确定不同的應急救援模式前，首先需要界定事故的影響程度。考慮到公路交通突發事件按照性質類型、嚴重程度、可控性和影響範圍等因素，分為4個等級：Ⅰ級(特别重大)、Ⅱ(重大)、Ⅲ(較大)和Ⅳ(一般)。将突發事件影響規模與占用應急車道數對應，當突發事件影響到3條及以上車道通行時，立體層已不具備車輛疏散的能力，此時，應考慮采用突發事件影響下的應急交通管理。是以，對事件規模大、影響範圍廣的條件下，僅依靠立體層通道無法保證突發事件下的應急交通管理，需要協同其他條件，保證應急救援的有效性和及時性。
2 立體層設計特征
2.1橫斷面設計特征
機荷高速公路改擴建項目的立體層設計速度為100 km/h,采用雙向8車道設計标準，立體層分離式橫斷面寬20 m,整體式橫斷面寬40.5 m,立體層橫斷面如圖2。綜合橫斷面組成的各項名額及功能，在應急救援中，可以考慮将右側硬路肩作為應急救援通道。
當硬路肩作為應急救援通道時，硬路肩應能保證救援車輛以40～60 km/h的速度安全運作，根據《公路路線設計規範》(JTG D20-2017)(下文簡稱《規範》)對不同設計速度的行車道寬度規定，滿足這一要求的行車道寬度值最小應為3.5 m,當設計速度為60 km/h時右側硬路肩寬度最小值為0.25 m～1.50 m(保證側向安全距離)。是以多車道高速公路硬路肩(作為緊急行車道)能保證救援車輛以40～60 km/h的速度安全運作時，其寬度最小值應滿足3.5～5 m。如果僅考慮救援車輛的通行，不要求車輛的行駛速度時，可以參照《規範》對設計速度20 km/h的車道寬度3.0 m的要求。
比較滿足不同應急功能需求下的右側硬路肩寬度，提出如表1的右側硬路肩建議值。對照機荷高速公路立體層橫斷面設計，其右側硬路肩寬3.0 m,能夠滿足臨時停靠、養護作業、救援車輛通行等應急管理需求。
2.2被動防護保障設施設計
為保證立體層車輛的行車安全，立體層應配備護欄、防落網、緩沖設施等被動防護保障設施。其中，護欄是被動防護保障設施的設定重點，在突發事件中，護欄能夠在一定程度上縮小事故影響範圍，發揮事故影響屏障作用。在立體複合高速公路的設計形式下，部分路段的立體層往地面層靠攏，其投影與地面層重合，立體層一旦發生事故，可能會出現車輛沖出立體層墜入地面層的情況，影響地面層的正常通行，引發嚴重後果，對于這類風險較高的路段，應當采用高等級的立體層護欄。
對于立體複合高速公路的防落網設定，應綜合考慮公鐵并行幾何空間關系及互相影響，在立體層臨近其他公路的路側、地面層行車方向左下方為立體層高速公路的區段、公鐵并行和公鐵交叉路段，需要加強防落網的設定。另外，對于出口匝道與主線分流處及互通匝道分流端，需要采用防撞端頭和防撞墊，事故發生後，在緩沖設施的保護下，盡量減小對人身損傷，從一定程度上保護駕駛人和乘客的安全。
圖2 立體層橫斷面示意
表1 不同設計速度下考慮滿足不同功能需求的右側硬路肩寬度建議值
| 設計速度/(km/h) | 120 | 100 | 80 | |
| 硬路肩 寬度/m | 一般值 | 3.90 | 3.80 | 3.70 |
| 最小值 | 3.20 | 3.00 | 2.80 |
2.3出入口間距設計特征
對應整體式路基中央分隔帶開口的設定間距，及分離式路基橫向連接配接道的設定要求：整體式路基、分離式路基的分離(彙合)處，應設定中央分隔帶開口，中央分隔帶開口的最小間距應不小于2 km。是以，對于立體層相鄰出入口間距在2 km以下的路段，可以将相鄰互通出入口及與出入口連接配接的匝道作為應急通道，友善應急救援車輛到達，以及滞留車輛的疏散。
對于相鄰出入口間距在2 km以上的路段，參照既有分離式路基高速公路項目。在分離式路基高速公路設計中，為了使車輛在必要時可到對向車道行駛，以供維修、養護、應急搶險時使用，分離式路基應設定橫向連接配接道。橫向連接配接道一般設定在互通式立體交叉、隧道、特大橋、服務區等設施的前後，設定路段的通視條件良好。另外，在分離式路基的分離(彙合)處，設定有中央分隔帶開口。綜合各類項目設計要求，對其間距沒有強制性要求，各項目可根據具體項目需要，确定橫向連接配接道的設定位置與需求。
從應急救援和疏散的角度看，可以利用項目沿線互通、上下層連接配接道作為立體層的應急救援通道，應急救援車輛可通過地面層駛入距事發地點最近的互通立交或連接配接道，經匝道、硬路肩到達事發地。在長距離沒有互通或上下層連接配接道的區域，需要增設橫向連接配接道，借用對向車道，友善在應急搶險、緊急救援時，救援車輛及時到達與滞留車輛有序疏散。
3 應急環境下的交通組織與疏散
綜合立體層的設計特點，在事件規模大、影響範圍廣的情況下，需要對地面層、立體層、地面層與立體層連接配接道、互通立交匝道進行協同管理，在交通組織與疏散中，結合連接配接道的行駛方向，分别提出對應的應急交通組織與疏散建議。根據機荷高速公路立體層的出入口設計情況，提出針對滞留車輛的應急交通組織與疏散管理建議，同時，輔助智慧化管理措施，提高應急交通組織與疏散的效率。
3.1利用立體層與地面層連接配接道進行應急交通組織與疏散
機荷高速公路的立體層與地面層連接配接道分為地面層上立體層連接配接道、立體層下地面層連接配接道兩類，在交通組織與疏散中，應結合連接配接道的行駛方向，分别提出對應的應急交通組織與疏散建議。
利用立體層下地面層通道進行交通組織與疏散時，各條立體層下地面層連接配接道的交通組織可分為2個階段：階段1,管控立體層上遊路段車輛，禁止車輛駛入立體層，并組織未駛入影響區的車輛利用互通、連接配接道駛離立體層，保證硬路肩暢通(如圖3);階段2,組織立體層滞留車輛，經立體層下地面層連接配接道駛離(如圖4)。
圖3 階段1:突發事件路段上遊相鄰出入口交通組織
圖4 階段2:突發事件路段臨近連接配接道交通組織
利用地面層上立體層連接配接道進行應急交通組織與疏散時，其疏散流程與立體層下地面層通道有一定的差别，分為3個階段：階段1與立體層下地面層的交通組織一緻；階段2組織地面層車輛通行，清空地面層外側兩車道，将地面層外側兩車道作為立體層車輛的疏散通道(如圖5);階段3組織立體層車輛駛入地面層，借用地面層外側兩車道駛離(如圖6)。
3.2利用互通立交匝道進行應急交通組織與疏散
在應急交通組織與疏散中，可以利用互通立交的通達性特點，充分利用地面層和被交路，進行對應的交通組織與疏散。機荷高速公路的立體層設定4處互通立交，其中，部分互通式立交為立體層接被交路的立交，部分互通式立交采用一接二的設計，被交路具備直接駛入地面層和立體層的條件。
圖5 階段2:騰空地面層外側兩車道
圖6 階段3:立體層車輛利用連接配接道疏散到地面層
對于正常互通式立交，即立體層接被交路的立交，在應急交通組織時，可将車輛引導至被交路，通過周邊路網，繞行應急救援管控路段後，從其他出入口重新駛入。具體步驟如下：階段1,管控立體層下遊車輛，組織未駛入影響區的車輛利用下遊互通駛離立體層，同時保證硬路肩暢通(與利用立體層與地面層連接配接道的階段1一緻);階段2,組織滞留車輛經互通立交出口匝道駛離高速公路(如圖7);階段3,車輛繞行周邊路網，或經其他出入口重新駛入機荷高速(如圖8)。
圖7 階段1:組織未駛入影響區的車輛駛離立體層
對于一接二的互通式立交，設定有被交路連接配接地面層的通道，在交通組織中可選擇的路徑較多，可将車輛引導至被交路，通過被交路調頭重新駛入地面層，進而駛向目的地，具體包括3個階段：階段1,與正常互通式立交的階段1一緻；階段2,封閉距離突發事件最近的入口匝道，組織滞留車輛經出口匝道駛離立體層(如圖9);階段3,車輛自由選擇繞行其他道路或繞行至相鄰互通入口地面層繼續行駛。
圖8 階段2:突發事件路段臨近互通立交交通組織
圖9 階段2:組織滞留車輛經出口匝道駛離立體層
3.3應急交通組織與疏散的智慧化管理
突發事件在立體層發生以後，除上述典型路段的應急交通組織與疏散外，還應配合智慧化管理方式，進行交通組織強幹預，宜采取的強幹預類交通流組織措施包括：出口誘導與入口控制、車道通行控制、路網交通控制。
3.3.1出口誘導與入口封閉
對于出口誘導，在互通出口前合适位置設定誘導屏或可變資訊标志，依托伴随式資訊服務裝置，從通行時間、交通事故、事件、異常天氣、是否繞行等方面，自動生成地面層與立體層、機荷高速公路與周邊道路的交通流誘導政策和匝道控制政策，釋出對應的出口誘導資訊，誘導車輛就近駛離立體層。
入口封閉限流屬于立體層入口控制比較極端的情況。當立體層上遊高速公路路段以及下遊高速公路路段的交通流已經處于飽和狀态，或者是在進入立體層主線的過渡路段沒有容納過多排隊車流的能力，又或者是發生火災、有毒物質洩漏等易引起二次事故時，可暫時關閉立體層入口。
3.3.2車道通行控制
當突發事件發生在立體層某條車道時，考慮到後續駛入車流的安全性，可依據現場實際狀态，暫時實行車道關閉措施，禁止後續車流駛入該車道。對于事故車道交通不會阻礙該分離式路基路幅的其他空閑車道交通時，可封閉該車道，車輛沿事故點相鄰車道經過。另一個方面，關閉突發事件所占用的車道能夠保證應急車輛能夠迅速抵達，封閉的車道在上遊路段可作為專用應急車道。
3.3.3路網交通控制
以機荷高速公路項目為主體，将地面層、立體層、臨近的平行道路、聯系道路和城市道路組成區域公路網，實施統一的管理和控制，從宏觀分流的角度，最大限度地發揮公路網絡的通行能力。在應急管理下的路網交通控制中，基于區域公路交通網絡結構、設施狀況和交通現狀，制定科學合理的交通分流和交通轉換政策，通過在路網系統内有效地配置設定和管理交通流，以達到在交通需求和路網通行能力之間獲得最佳平衡、充分利用路網通行能力的目的，進而使整個路網系統處于最佳運作狀态。
4 立體層應急救援措施建議
完備的應急救援系統涵蓋監測、響應、決策和實施等環節，其效果依賴于救援體系的軟硬體設施、管理模式、技術支撐全方位的保障。如何系統性地提高應急響應速度、縮短救援時間，是應急救援系統需要解決的核心問題，需要從突發事件監測、應急救援決策和關聯效應機制等方面綜合考慮。
4.1加強主動安全防控管理
針對立體複合高速公路立體層，突發性事件雖然屬于小機率事件，但是若不及時應急處置和管控，極有可能對立體層與地面層兩大交通運輸系統造成不可控的嚴重後果。針對機荷高速公路改擴建工程的立體層應急救援管理，可采用的主動安全防控管理包括以下幾個方面。
(1)在立體層、隧道、互通等關鍵節點和路段，特别是立體層應急車道，采用事件實時自動檢測裝置，一旦發生交通事故，迅速定位事故發生位置，自動判斷事故類型，向平台、管理人員預警，免去管理人員通過沿線視訊尋找事故資訊，友善平台和管理人員在第一時間快速做出決策管理反應。
(2)在立體層互通立交出入口、地面層與立體層連接配接道附近安裝可變資訊情報闆，依托伴随式資訊服務裝置，提示突發性事件狀況，友善駕駛員快速擷取事故、事件、誘導等資訊。
(3)在隧道、互通立交、事故多發路段等重要節點及路段邊線上，布設智慧信标，根據各車道下遊的事件情況和交通組織情況，對應調整不同顔色的視覺資訊，對本車道上遊的車輛運作情況進行預警提示，實作車道級的差異化管理。
4.2建構地面層與立體層的快速聯防響應機制
交通應急響應通常根據突發性事件的級别和影響範圍，啟動相應的應急預案。應急救援是一項涉及多個部門、多個工種的工作，在應急救援中，應建立不同場景下的地面層與立體層的快速聯防機制，制定關聯處置預案，以防範偶發性的安全風險，保證緊急情況下地面層和立體層兩大交通運作系統間的及時協調，保障快速救援疏散通道暢通，提高救援效率。應急救援響應流程為圖10。
圖10 地面層立體層應急救援響應流程
4.3制定立體複合高速公路突發事件專項應急預案
立體複合高速公路一旦發生突發性事件，可能會涉及到立體層和地面層的聯合應急救援。是以，在營運管理過程中，應注重制定專項應急預案，加強兩個層面的協同關聯性，通過風險評估、預案推演等方式確定專項應急預案的實用性、可操作性。
為保證地面層和立體層安全通行的需要，建議：分别制定不同突發事件下的應急響應預案，制定地面層與立體層突發事件關聯專項應急預案，為突發事件的協調關聯應急處置提供“有本可依、有案可依”的支撐，形成橫縱交叉、互相支撐的綜合應急預案體系。
4.4搭建項目級的應急救援管理平台
建立應急救援管理平台，快速響應突發情況，迅速有效地組織搶險和救援，保證交通主管部門能夠迅速地做出判斷，并進行救援和指揮工作。
在平台運作中，建立機荷高速公路突發事件應急處置快速關聯機制，以項目指揮中心作為應急救援的資訊中心和排程中心，平台内資料采集裝置與主動防控保障的采集裝置聯網，在進行資訊釋出時，對應地面層、立體層的路徑特點，結合路側的可變資訊版、手機APP進行關聯釋出。
在平台内，開辟醫療、消防、車輛施救等部門的緊急聯系通道，明确各部門分工，關聯協作整合高速交警、路政、高速施救、指揮中心資源，實作多強度的“大集中”警察、“可視化”指令和“一鍵”排程，快速高效地完成搶救、事故車輛施救、現場撤除、突發事件處置等工作。
5 結語
高速公路的交通安全突發事件應急救援是一項比較複雜的工作，對于立體複合高速公路而言，由于空間隔離的設計方式，立體層的應急救援管理難度更大。本文依托機荷高速公路改擴建項目，在立體層交通組織與疏散中，結合立體層的幾何設計特點，利用立體層與地面層連接配接道、互通立交匝道，采取強幹預類交通流組織措施(出口誘導與入口控制、車道通行控制、路網交通控制),進行突發事件下的應急交通組織與疏散。同時，為保證應急救援資訊擷取的全面性、救援的有效性與及時性、管理的協調性，加強主動安全防控管理，建構地面層與立體層的快速聯防響應機制、制定立體複合高速公路突發事件專項應急預案、搭建項目級的應急救援管理平台，形成全面、強有力的應急救援模式，進一步保障立體複合高速公路的出行安全。
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