近年來，我國山區(qū)高速公路連續(xù)下坡路段貨車失控事故多發(fā)、頻發(fā)，引起各層面的高度重視。在新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范發(fā)布實施后，修訂組陸續(xù)收到一些關(guān)于長下坡設(shè)計方法與指標(biāo)的咨詢函件，內(nèi)容主要涉及以下方面：

　　如何解決連續(xù)下坡貨車安全問題？問題與縱坡設(shè)計有關(guān)嗎？

　　下坡中“緩坡”行駛，駕駛員很少剎車制動，能夠讓制動轂降溫，但《規(guī)范》為什么沒有設(shè)置“緩坡”方法和指標(biāo)？

　　基于經(jīng)驗和習(xí)慣做法，長下坡采用“陡緩結(jié)合”的設(shè)計方法，正確嗎？

　　連續(xù)長下坡設(shè)計中，應(yīng)該如何進(jìn)行縱坡設(shè)計？控制什么指標(biāo)？

　　《規(guī)范》新增的平均縱坡指標(biāo)，比經(jīng)驗值更大、更寬松，安全嗎？

　　本文結(jié)合《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和《公路路線設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）修訂過程，綜述相關(guān)調(diào)查研究的主要結(jié)論，解讀《規(guī)范》相關(guān)指標(biāo)來源和依據(jù)，回答如何根本性破解長下坡安全問題，簡要總結(jié)山區(qū)高速公路連續(xù)長下坡的縱坡設(shè)計方法和指標(biāo)掌握。

　　01

　　山區(qū)高速公路長下坡安全問題與縱坡設(shè)計有關(guān)嗎？如何破解？

　　首先，專題通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國山區(qū)高速公路連續(xù)長下坡路段事故多發(fā)頻發(fā)的直接原因在于違法駕駛（超載、超限、超速）和違章操作（如：未按規(guī)定使用輔助制動系統(tǒng)）、車輛非法改裝等方面。

　　其次，由于貨車大型化趨勢（車輛總質(zhì)量增加數(shù)倍），導(dǎo)致貨車整體性能下降（功率質(zhì)量比下降約40%），引起車輛連續(xù)下坡中的持續(xù)制動能力顯著降低。而持續(xù)制動能力和裝配（如緩速器）才是保證貨車連續(xù)下坡安全性的關(guān)鍵，并非大家習(xí)慣性認(rèn)為的行車制動（器）系統(tǒng)——制動轂。與國外同類貨車對比可見，我國貨車整體性能（包括持續(xù)制動能力與裝備），與世界發(fā)展水平相差一個代級以上。下圖為我國不同時期公路貨運代表車型及其性能參數(shù)對比表。

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　　再有，通過世界多國公路標(biāo)準(zhǔn)對比研究，我國高速公路幾何指標(biāo)與美國等其他國家基本一致，且在實際工程指標(biāo)（尤其是縱坡方面）采用、掌握方面，我國采用普遍更高、控制更嚴(yán)，即我國縱坡等指標(biāo)偏于保守和安全。

　　綜上，我國山區(qū)高速公路長下坡安全問題直接原因主要在于“人”和“車”的因素方面。其中，貨車大型化導(dǎo)致整體性能下降、持續(xù)制動裝備落后等問題，才是長下坡安全問題的深層次矛盾和根結(jié)。同時，調(diào)查試驗揭示，在人、車等因素合法、合規(guī)前提下，我國已建的山區(qū)高速公路長下坡路段貨車均可以安全通行。

　　因此，結(jié)合上述調(diào)查、研究結(jié)論和認(rèn)識，要徹底解決貨車連續(xù)下坡中的安全問題：

　　第一，必須對標(biāo)國際貨車性能標(biāo)準(zhǔn)，提升貨車總體性能和裝配條件。具體而言，要提升貨車功率質(zhì)量比達(dá)到8.3kN/t及以上。同時，升級換代貨車采用持續(xù)制動效能更高、更穩(wěn)定的輔助制動系統(tǒng)(如：緩速器）。

　　第二，必須加強(qiáng)山區(qū)高速公路長下坡路段的通行管理和交通組織，杜絕各類人、車違法、違規(guī)行為，嚴(yán)格控制貨車長下坡。

　　就此，《規(guī)范》修訂階段專門向交通運輸部提交了相關(guān)專題研究報告和對貨車生產(chǎn)制造相關(guān)國家政策性的意見和建議。

　　02

　　長下坡設(shè)計中，需要考慮“緩坡”嗎？

　　公路行業(yè)《規(guī)范》中的“緩坡”一詞和概念，原本是從上坡方向角度提出的。上坡設(shè)置緩坡的目的——當(dāng)貨車在連續(xù)爬坡過程中速度不斷折減降低，導(dǎo)致路段通行能力顯著下降時，通過有意識設(shè)計“緩坡”（仍然是上坡，只是坡度較小），為車輛創(chuàng)造一個短距離提速的條件。根據(jù)汽車連續(xù)爬坡過程中的速度折減表現(xiàn)，上坡方向“緩坡”的坡度一般控制在小于3%。

　　而眾所周知，貨車在山區(qū)高速公路連續(xù)下坡過程中，如果駕駛員連續(xù)踩剎車制動，就會導(dǎo)致制動轂溫度過高，逐漸失去制動消能，最終導(dǎo)致車輛失控。這也是我國山區(qū)高速公路連續(xù)長下坡路段貨車失控的主要原因和表現(xiàn)。于是，有人認(rèn)為，如果在長下坡路段中設(shè)置有“緩坡”，車輛在緩坡路段行駛時，駕駛員很少踩剎車，這樣有助于制動轂自然降溫，恢復(fù)其應(yīng)有的制動消能。

　　顯然，此“緩坡”，非彼“緩坡”，它們是完全不同的概念，目的和性質(zhì)也截然不同。因此，在各類公路項目設(shè)計中，不能混淆“緩坡”概念，更不能把上坡方向的“緩坡”設(shè)計方法和思路，照搬到下坡方向縱坡設(shè)計當(dāng)中。

　　03

　　為什么《規(guī)范》沒有給出長下坡中“緩坡”的設(shè)計指標(biāo)？

　　準(zhǔn)確地說，新版《規(guī)范》（2017版）確實沒有給出長下坡中“緩坡”的設(shè)計指標(biāo)，但并非因為《規(guī)范》缺乏調(diào)查、研究，而是因為通過專題試驗、研究發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)長下坡過程中設(shè)置“緩坡”并沒有實際意義，也不具有工程操作性，因此《規(guī)范》不推薦在長下坡設(shè)計中專門、有意識設(shè)計“緩坡”。

　　根據(jù)汽車下坡運動方程、制動原理和貨車制動轂溫度變化模型，汽車下坡行駛過程符合能量守恒定律，即該過程近似于一個機(jī)械勢能轉(zhuǎn)化為車輛動能和熱能（制動轂溫度）的過程。例如，在某山區(qū)高速公路起終點位置和相對高差基本確定的前提下，路線設(shè)計采用“平均坡度4% （長度5km）”的方案與采用“平均坡度3%（長度6km，增設(shè)緩坡）”的方案，對制動轂溫度變化影響不大。即在最大縱坡范圍內(nèi)，“陡而短”的縱坡組合等同于“長而緩”縱坡組合。

　　另外，制動轂一般為灰鑄鐵材質(zhì)，其自然降溫（即在行駛過程中，自然降溫）的速度很慢。一組試驗顯示，在60km/h速度時，制動轂自然降溫10度，就需要約10分鐘以上時間，而此時汽車行駛距離至少10公里。在山區(qū)高速公路設(shè)計中，設(shè)置幾公里以上的緩坡顯然是不具備操作性。

　　因此，新版《規(guī)范》（2017版）修訂中明確，連續(xù)長下坡路段設(shè)計中，不推薦有意識設(shè)置“緩坡”，即不推薦“陡緩結(jié)合”的設(shè)計方法（從上坡需要設(shè)置的緩坡除外）。而且，法國等歐洲公路設(shè)計規(guī)范明文禁止在長下坡中間設(shè)置緩坡的做法，不僅因為設(shè)置“緩坡”對制動轂溫度變化無實際意義，反倒使得坡度更長，而且還容易給駕駛員造成連續(xù)下坡結(jié)束、放松警惕的錯覺。

　　04

　　控制長下坡設(shè)計的指標(biāo)是什么？有什么依據(jù)？

　　盡管，山區(qū)高速公路長下坡安全問題并不在于高速公路縱坡指標(biāo)方面，也不在于縱坡如何組合設(shè)計方面，但本著對國家、行業(yè)和人民群眾負(fù)責(zé)任的態(tài)度，從我國當(dāng)前貨運主導(dǎo)車型的性能條件和升級換代周期等實際情況出發(fā)，《規(guī)范》配套專題通過充分試驗、研究和論證，選擇以發(fā)動機(jī)輔助制動（即排擋制動）模式為基本工況條件，通過試驗研究建立了貨運主導(dǎo)車型——六軸鉸接列車的制動溫度控制模型；以制動轂溫度不超高200度為安全條件，研究提出了《規(guī)范》表8.3.5“連續(xù)長、陡下坡的平均坡度與連續(xù)坡長”，作為現(xiàn)階段指導(dǎo)高速和一級公路連續(xù)性長下坡的設(shè)計與評價性的推薦性指標(biāo)。

　　需要特別關(guān)注的是，《規(guī)范》表8.3.5基于的“發(fā)動機(jī)輔助制動模式”，與排氣輔助制動模式比較，相對更安全、更保守。因為采用排氣制動模式下，得出的平均縱坡坡度和坡長將會更大、更長。因此，在我國汽車制造標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性要求所有車輛出廠必須裝配輔助制動系統(tǒng)（國內(nèi)普遍裝配的是“排氣制動系統(tǒng)”）前提下，表8.3.5的指標(biāo)已經(jīng)是相對保守、偏于安全的指標(biāo)了。

　　這樣，單從下坡方向考慮，新版《規(guī)范》中指導(dǎo)和控制縱坡設(shè)計的指標(biāo)主要有以下兩個部分：

　　1) 最大縱坡坡度

　　即《規(guī)范》第8.2.1條，各級公路的最大縱坡應(yīng)不大于表8.2.1（最大縱坡）；

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　　▲《規(guī)范》表8.2.1

　　2) 連續(xù)長、陡下坡的平均縱坡（檢驗性指標(biāo)）

　　即《規(guī)范》第8.3.5條，高速和一級公路連續(xù)長、陡下坡路段的平均坡度與連續(xù)坡長不宜超過表8.3.5（平均縱坡坡度與連續(xù)坡長）的規(guī)定；超過時，應(yīng)進(jìn)行交通安全性評價，提出路段速度控制和通行管理方案，完善交通工程和安全設(shè)施，并論證增設(shè)貨車強(qiáng)制停車區(qū)。

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　　▲《規(guī)范》表8.3.5

　　05

　　連續(xù)長下坡如何進(jìn)行縱坡設(shè)計？（即設(shè)計方法）

　　由于公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的條文編制的體例和形式要求，《規(guī)范》條文內(nèi)容不能像設(shè)計手冊或教科書那樣，完整地講述工程設(shè)計方法和流程。這里，筆者結(jié)合相關(guān)工程實踐，總結(jié)一下新版《規(guī)范》（2017版）推薦的“山區(qū)高速公路縱坡設(shè)計方法和流程”。

　　1) 首先需要明確，受到貨車動力和安全性能條件限制，在連續(xù)上坡方向高速公路縱坡設(shè)計的重點在于保證路段通行能力，而下坡重點在于保障連續(xù)下坡的通行安全性，因此，山區(qū)高速公路選線、方案優(yōu)化、縱坡設(shè)計，應(yīng)區(qū)分整體式路基、分離式路基，區(qū)分上坡方向和下坡方向等情況。

　　2) 對采用整體式路基斷面的路段，主體先依照《規(guī)范》對上坡方向的指標(biāo)和要求進(jìn)行縱坡設(shè)計（包括采用緩坡），因為與下坡方向的指標(biāo)限制比較，上坡方向指標(biāo)受限更多；然后，再對照《規(guī)范》第8.3.5條從下坡方向?qū)v坡設(shè)計進(jìn)行檢驗、評價。

　　3) 對采用分離式路基斷面的路段：

　　● 上坡方向，完全按照《規(guī)范》對上坡方向的指標(biāo)和要求進(jìn)行縱坡設(shè)計，包括在連續(xù)上坡中間，結(jié)合地形條件合理設(shè)置緩坡；當(dāng)路段運行速度、通行能力明顯降低時，論證設(shè)置爬坡車道等措施；

　　● 下坡方向，則以最大縱坡指標(biāo)（表8.2.1）為控制，以連續(xù)長、陡下坡檢驗指標(biāo)（表8.3.5）為參考，結(jié)合沿線地形、地質(zhì)等起伏、變化條件，靈活進(jìn)行縱坡設(shè)計。（不需要專門或有意識設(shè)置緩坡）

　　4) 當(dāng)初步方案的平均縱坡與坡長小于表8.3.5時，縱坡深化設(shè)計主要考慮順應(yīng)地形起伏變化、填挖平衡、工程量最小等因素，包括保證上坡方向的通行能力和服務(wù)水平（上坡方向）。

　　5) 當(dāng)初步方案的平均縱坡與坡長大于表8.3.5時：

　　● 或者，通過重新選線或采用隧道方案降低路段起終點的相對高差，使得新的路線方案的平均縱坡與坡長小于表8.3.5。

　　● 或者，在起終點相對高差條件比較固定時，在路段中間位置合理設(shè)置貨車強(qiáng)制停車區(qū)，即通過強(qiáng)制停車區(qū)將原連續(xù)長下坡路段分為兩個（或以上的）連續(xù)下坡路段；同時，通過交通安全性評價，明確路段速度控制和通行管理方案。

　　6) 必要時，重復(fù)以上步驟和過程，直到上坡和下坡兩個角度，各項指標(biāo)均滿足《規(guī)范》對應(yīng)要求。

　　補(bǔ)充說明：

　　以上設(shè)計方法和流程僅為概述性質(zhì)，具體工程設(shè)計中應(yīng)結(jié)合實際情況，因地制宜，靈活運用。上述內(nèi)容未重點介紹上坡方向的縱坡設(shè)計方法和指標(biāo)。

　　06

　　與上坡方向比較，長下坡設(shè)計方法有哪些不同？

　　基于貨車上坡、下坡的綜合能力與對應(yīng)坡度、坡長等對比，可以得出“高速公路縱坡設(shè)計主要受車輛上坡性能條件控制”的結(jié)論。與上坡方向比較，下坡方向縱坡與坡長均可以更大、更長，即下坡方向可靈活設(shè)計、掌握的空間更大，受限制更少。這也是為什么世界各國標(biāo)準(zhǔn)中，縱坡指標(biāo)均主要從上坡方向確定的原因。

　　同時，由于以往公路設(shè)計、建設(shè)以整體式路基斷面為主，而在整體式路基的公路縱坡設(shè)計中，上坡方向的縱坡組合必然也同時決定了下坡方向的縱坡條件，所以，以往公路縱坡設(shè)計主要從上坡方向考慮較多。在本質(zhì)上，上坡方向縱坡設(shè)計重點解決的連續(xù)上坡過程中的路段通行能力和服務(wù)水平問題。

　　但我國貨運車型大型化發(fā)展、車輛整體性能和持續(xù)制動不足等情況之后，山區(qū)高速公路縱坡設(shè)計出現(xiàn)了新的關(guān)鍵點——下坡方向的安全性問題。于是，即便同樣是整體式路基斷面，現(xiàn)在高速公路連續(xù)縱坡設(shè)計還必須從下坡方向考慮。具體就是對照《規(guī)范》表8.3.5的“連續(xù)長、陡下坡的平均坡度與坡長”指標(biāo)，對平均縱坡進(jìn)行檢查和評價。

　　需要特別強(qiáng)調(diào)的是，在采用分離式路基的下坡方向，縱坡設(shè)計最終只受到《規(guī)范》表8.2.1（最大縱坡）和表8.3.5（平均縱坡）兩個指標(biāo)限制。從“法無禁止即可為”的原則出發(fā)，應(yīng)該說，相對于整體式路基而言，分離式路基的下坡方向縱坡設(shè)計靈活展線、優(yōu)化設(shè)計的空間更大，且不需要有意識考慮設(shè)置緩坡。工程師可以更多把重點放在填完平衡、工程量最小、以及其他控制因素方面。

　　07

　　長下坡路段采用“一坡到底”的縱坡方案，可行嗎？

　　有專業(yè)技術(shù)人員提問，某山區(qū)高速公路（設(shè)計速度100km/h）在分離式路基下坡方向?qū)φ铡兑?guī)范》，如果采用3.5%、長度9公里，一坡到底的方案可行嗎？符合《規(guī)范》要求嗎？

　　可以肯定的回答：可以，符合《規(guī)范》要求！

　　盡管山區(qū)地形起伏變化大，加上橋隧構(gòu)造物布置等制約影響，實際工程不會采用“一坡到底”的縱坡設(shè)計方案，但從符合《規(guī)范》角度而言，只要平均縱坡坡度與坡長在《規(guī)范》表8.3.5的范圍之內(nèi)，采用3.5%的坡度、“一坡到底”，符合《規(guī)范》要求。

　　因為，前文曾重點述及，《規(guī)范》表8.3.5是根據(jù)專題試驗研究（包括實車現(xiàn)場試驗等），在貨車主導(dǎo)車型采用發(fā)動機(jī)輔助制動——偏于保守、安全的工況條件下得出。只要駕駛員不違法違規(guī)駕駛，完全可以安全通行。如果駕駛員正確使用輔助制動系統(tǒng)，安全連續(xù)下坡的坡度、坡長還可以更大、更長。

　　另外，與美國等其他國家同類工程比較，我國山區(qū)高速公路的縱坡偏于平緩，指標(biāo)采用偏于保守、安全。例如，在美國山區(qū)高速公路中，5-6%的連續(xù)縱坡，動輒長大10英里以上（參閱《中國死亡之坡，放到美國排第幾？》等文章）。

　　08

　　結(jié)語

　　回顧《規(guī)范》修訂過程，參與修編工作的很多領(lǐng)導(dǎo)、專家都記得，長下坡安全問題是我國新版公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范修訂中的焦點問題。雖然，配套專題研究早在2014年就已經(jīng)完成，但由于問題復(fù)雜、涉及面廣、結(jié)論與經(jīng)驗認(rèn)識差異大等原因，隨后進(jìn)行了長達(dá)約2年時間的再研究、檢驗和驗證工作，最終才在2017版《規(guī)范》中正式發(fā)布實施。

　　客觀而言，專題研究提出的“連續(xù)長、陡下坡平均縱坡指標(biāo)”，有充分的調(diào)查研究基礎(chǔ)，有科學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)論支撐，還經(jīng)過了各層級、跨行業(yè)的反復(fù)審查、評審。在《規(guī)范》（2017版）正式發(fā)布實施之后，意味著該指標(biāo)已經(jīng)不只是一項研究成果，而是經(jīng)過行業(yè)審慎研究確定的、山區(qū)高速公路設(shè)計的直接依據(jù)。

　　本文再次綜述高速公路連續(xù)長下坡設(shè)計方法與指標(biāo)，意在呼吁各地和工程專業(yè)技術(shù)人員，充分理解《規(guī)范》指標(biāo)的來源和依據(jù)，客觀認(rèn)識長下坡安全問題的本質(zhì)，克服以往經(jīng)驗認(rèn)識和習(xí)慣做法，科學(xué)、靈活進(jìn)行山區(qū)高速公路縱坡設(shè)計。