刘玮蔚 张志伟 高健强 靳媛媛

中交第一公路勘察设计研究院有限公司 长安大学 同济大学

摘 要：应急救援是高速公路事故发生后保护生命财产的最后一道防线，对于立体复合高速公路，特别是立体层，更需要强有效的应急救援保障。通过梳理立体复合高速公路的立体层设计特点，结合典型项目，提出利用立体层与地面层连接道、互通立交匝道，配合强干预类交通流组织措施，开展立体层应急交通组织与疏散，并提出立体层应急救援措施建议，为相关部门决策和采取工程与管理措施提供依据。

关键词：交通工程与交通管理;立体复合高速公路;应急救援;交通组织与疏散;

基金：国家重点研发计划，项目编号2017YFC0803900;陕西省青年科技新星项目，项目编号2020KJXX-046;

高速公路应急救援是事故预防、安全保障失效情况下的一种补救体系，其目标在于最大限度地降低事故的伤害程度。立体复合高速公路是利用立体空间，针对同向行车道采用上下分离复合式横断面形式的高速公路。立体复合高速公路多建设在经济发达的城市群地区，对于立体复合高速公路项目内部而言，地面层、立体层并行，交通环境复杂，沿线互通均为高密度小间距互通，沿线高楼、电力线、高压燃气管线等星罗密布，与多条高速公路及地方主要干道相互交叉，交通量极大。立体层是全段利用高架桥形式，设置在上层的分离式横断面，其空间相对独立的同时，对应急救援又提出了更高的要求。

境内外对于应急救援模式已有较多研究。针对发生交通事故后的交通应对措施，美国交通管理部门开展了对应研究，在《交通事故管理手册》中提出了一套应急交通组织策略，并形成了具体流程[1,2]。对于高速公路的关键构造物，很多研究对隧道路段的应急救援开展了研究与实践，欧、美、日等国家(地区)都形成了一套专门的防灾救灾预案[3],例如勃朗峰隧道、陶恩隧道、圣哥达隧道等长隧道，都制定了专项火灾事故应急预案[4]。境内对于高速公路的应急救援集中在突发事件应急救援和应急疏散等角度，我国针对高速公路中突发事件的应急交通疏散研究起步较晚，主要集中在隧道等突发事件疏散研究和高速公路应急疏散交通流组织方面，在理论上主要采用数学分析、计算机仿真这两种方法。例如，基于突发事件时间发展规律[5,6]对突发事件的全过程进行新的认识和研究，并利用采集的数据，基于特征和机理构建了突发事件救援评价指标体系[7,8]和评价方法[9,10]。在应急组织中，基于信息核度的应急疏散路网关键节点和关键路径[11]的确定方法，并基于此构建了相应的应急疏散动态交通分配方法[12],并构建了高速公路点对点应急疏散模型[13]。近年来，随着智慧交通技术的发展，部分研究也从智慧辅助的角度，保障应急救援，采集实时数据，在最优路径的快速标定下，快速诱导分流[14]滞留车辆。部分学者采用多层级应急救援力量协同[15]、范例推理与规则推理相结合[16]的交通控制方法等方法，构建协同调度模型和流程。

相对于一般高速公路路段，立体复合高速公路的立体层封闭性更强，在紧急情况下，与外部环境的交流更少，因此，更需要协调立体层应急组织、疏散、救援，强化立体复合高速公路立体层的应急救援。本文根据立体层的设计特征，利用现有空间，从应急疏散与应急救援措施两个角度，制定不同场景下的交通组织与疏散模式，并结合应急救援的其他需求，提出对应的其他的急救援措施建议，为相关部门决策和采取工程与管理措施提供依据。

1 应急救援模式条件界定

由于在不同的项目中，立体层的设计指标、线形、出入口设置、交通运行状态的差异性很大，因此，本文以沈阳至海口高速公路荷坳至深圳机场段改扩建工程(下文简称机荷高速公路)为典型项目，对其立体层道路应急救援模式进行研究。

机荷高速公路的立体层采用双向8车道的设计形式，设计速度100 km/h, 整体式路基宽度41 m, 分离式路基宽度20.5 m, 各行车道宽度3.75 m, 单幅4车道，其设计效果如图1。对应设计末年4 764 pcu/h的立体层设计小时交通需求，当四车道的立体层发生轻微事故事件、只占用1条车道时，在预测的交通需求下，虽然立体层通行能力会受到一定程度的影响，但也可以满足三级服务水平的通行需求，道路仍然具备正常的通行能力，能够保证车辆的通行需求。但是，当发生的事故占用到2条车道时，车流的饱和度为1.13,只可满足六级服务水平要求，车流处于缓慢行驶的状态。

图1 机荷高速公路立体改造模式标准路段效果

不同紧急情况下，采取的应急救援模式有一定的差异，确定不同的应急救援模式前，首先需要界定事故的影响程度。考虑到公路交通突发事件按照性质类型、严重程度、可控性和影响范围等因素，分为4个等级：Ⅰ级(特别重大)、Ⅱ(重大)、Ⅲ(较大)和Ⅳ(一般)。将突发事件影响规模与占用应急车道数对应，当突发事件影响到3条及以上车道通行时，立体层已不具备车辆疏散的能力，此时，应考虑采用突发事件影响下的应急交通管理。因此，对事件规模大、影响范围广的条件下，仅依靠立体层通道无法保证突发事件下的应急交通管理，需要协同其他条件，保证应急救援的有效性和及时性。

2 立体层设计特征

2.1横断面设计特征

机荷高速公路改扩建项目的立体层设计速度为100 km/h,采用双向8车道设计标准，立体层分离式横断面宽20 m,整体式横断面宽40.5 m,立体层横断面如图2。综合横断面组成的各项指标及功能，在应急救援中，可以考虑将右侧硬路肩作为应急救援通道。

当硬路肩作为应急救援通道时，硬路肩应能保证救援车辆以40～60 km/h的速度安全运行，根据《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)(下文简称《规范》)对不同设计速度的行车道宽度规定，满足这一要求的行车道宽度值最小应为3.5 m,当设计速度为60 km/h时右侧硬路肩宽度最小值为0.25 m～1.50 m(保证侧向安全距离)。所以多车道高速公路硬路肩(作为紧急行车道)能保证救援车辆以40～60 km/h的速度安全运行时，其宽度最小值应满足3.5～5 m。如果仅考虑救援车辆的通行，不要求车辆的行驶速度时，可以参照《规范》对设计速度20 km/h的车道宽度3.0 m的要求。

比较满足不同应急功能需求下的右侧硬路肩宽度，提出如表1的右侧硬路肩建议值。对照机荷高速公路立体层横断面设计，其右侧硬路肩宽3.0 m,能够满足临时停靠、养护作业、救援车辆通行等应急管理需求。

2.2被动防护保障设施设计

为保证立体层车辆的行车安全，立体层应配备护栏、防落网、缓冲设施等被动防护保障设施。其中，护栏是被动防护保障设施的设置重点，在突发事件中，护栏能够在一定程度上缩小事故影响范围，发挥事故影响屏障作用。在立体复合高速公路的设计形式下，部分路段的立体层往地面层靠拢，其投影与地面层重合，立体层一旦发生事故，可能会出现车辆冲出立体层坠入地面层的情况，影响地面层的正常通行，引发严重后果，对于这类风险较高的路段，应当采用高等级的立体层护栏。

对于立体复合高速公路的防落网设置，应综合考虑公铁并行几何空间关系及相互影响，在立体层临近其他公路的路侧、地面层行车方向左下方为立体层高速公路的区段、公铁并行和公铁交叉路段，需要加强防落网的设置。另外，对于出口匝道与主线分流处及互通匝道分流端，需要采用防撞端头和防撞垫，事故发生后，在缓冲设施的保护下，尽量减小对人身损伤，从一定程度上保护驾驶人和乘客的安全。

图2 立体层横断面示意

表1 不同设计速度下考虑满足不同功能需求的右侧硬路肩宽度建议值

2.3出入口间距设计特征

对应整体式路基中央分隔带开口的设置间距，及分离式路基横向连接道的设置要求：整体式路基、分离式路基的分离(汇合)处，应设置中央分隔带开口，中央分隔带开口的最小间距应不小于2 km。因此，对于立体层相邻出入口间距在2 km以下的路段，可以将相邻互通出入口及与出入口连接的匝道作为应急通道，方便应急救援车辆到达，以及滞留车辆的疏散。

对于相邻出入口间距在2 km以上的路段，参照既有分离式路基高速公路项目。在分离式路基高速公路设计中，为了使车辆在必要时可到对向车道行驶，以供维修、养护、应急抢险时使用，分离式路基应设置横向连接道。横向连接道一般设置在互通式立体交叉、隧道、特大桥、服务区等设施的前后，设置路段的通视条件良好。另外，在分离式路基的分离(汇合)处，设置有中央分隔带开口。综合各类项目设计要求，对其间距没有强制性要求，各项目可根据具体项目需要，确定横向连接道的设置位置与需求。

从应急救援和疏散的角度看，可以利用项目沿线互通、上下层连接道作为立体层的应急救援通道，应急救援车辆可通过地面层驶入距事发地点最近的互通立交或连接道，经匝道、硬路肩到达事发地。在长距离没有互通或上下层连接道的区域，需要增设横向连接道，借用对向车道，方便在应急抢险、紧急救援时，救援车辆及时到达与滞留车辆有序疏散。

3 应急环境下的交通组织与疏散

综合立体层的设计特点，在事件规模大、影响范围广的情况下，需要对地面层、立体层、地面层与立体层连接道、互通立交匝道进行协同管理，在交通组织与疏散中，结合连接道的行驶方向，分别提出对应的应急交通组织与疏散建议。根据机荷高速公路立体层的出入口设计情况，提出针对滞留车辆的应急交通组织与疏散管理建议，同时，辅助智慧化管理措施，提高应急交通组织与疏散的效率。

3.1利用立体层与地面层连接道进行应急交通组织与疏散

机荷高速公路的立体层与地面层连接道分为地面层上立体层连接道、立体层下地面层连接道两类，在交通组织与疏散中，应结合连接道的行驶方向，分别提出对应的应急交通组织与疏散建议。

利用立体层下地面层通道进行交通组织与疏散时，各条立体层下地面层连接道的交通组织可分为2个阶段：阶段1,管控立体层上游路段车辆，禁止车辆驶入立体层，并组织未驶入影响区的车辆利用互通、连接道驶离立体层，保证硬路肩畅通(如图3);阶段2,组织立体层滞留车辆，经立体层下地面层连接道驶离(如图4)。

图3 阶段1:突发事件路段上游相邻出入口交通组织

图4 阶段2:突发事件路段临近连接道交通组织

利用地面层上立体层连接道进行应急交通组织与疏散时，其疏散流程与立体层下地面层通道有一定的差别，分为3个阶段：阶段1与立体层下地面层的交通组织一致；阶段2组织地面层车辆通行，清空地面层外侧两车道，将地面层外侧两车道作为立体层车辆的疏散通道(如图5);阶段3组织立体层车辆驶入地面层，借用地面层外侧两车道驶离(如图6)。

3.2利用互通立交匝道进行应急交通组织与疏散

在应急交通组织与疏散中，可以利用互通立交的通达性特点，充分利用地面层和被交路，进行对应的交通组织与疏散。机荷高速公路的立体层设置4处互通立交，其中，部分互通式立交为立体层接被交路的立交，部分互通式立交采用一接二的设计，被交路具备直接驶入地面层和立体层的条件。

图5 阶段2:腾空地面层外侧两车道

图6 阶段3:立体层车辆利用连接道疏散到地面层

对于常规互通式立交，即立体层接被交路的立交，在应急交通组织时，可将车辆引导至被交路，通过周边路网，绕行应急救援管控路段后，从其他出入口重新驶入。具体步骤如下：阶段1,管控立体层下游车辆，组织未驶入影响区的车辆利用下游互通驶离立体层，同时保证硬路肩畅通(与利用立体层与地面层连接道的阶段1一致);阶段2,组织滞留车辆经互通立交出口匝道驶离高速公路(如图7);阶段3,车辆绕行周边路网，或经其他出入口重新驶入机荷高速(如图8)。

图7 阶段1:组织未驶入影响区的车辆驶离立体层

对于一接二的互通式立交，设置有被交路连接地面层的通道，在交通组织中可选择的路径较多，可将车辆引导至被交路，通过被交路调头重新驶入地面层，进而驶向目的地，具体包括3个阶段：阶段1,与常规互通式立交的阶段1一致；阶段2,封闭距离突发事件最近的入口匝道，组织滞留车辆经出口匝道驶离立体层(如图9);阶段3,车辆自由选择绕行其他道路或绕行至相邻互通入口地面层继续行驶。

图8 阶段2:突发事件路段临近互通立交交通组织

图9 阶段2:组织滞留车辆经出口匝道驶离立体层

3.3应急交通组织与疏散的智慧化管理

突发事件在立体层发生以后，除上述典型路段的应急交通组织与疏散外，还应配合智慧化管理方式，进行交通组织强干预，宜采取的强干预类交通流组织措施包括：出口诱导与入口控制、车道通行控制、路网交通控制。

3.3.1出口诱导与入口封闭

对于出口诱导，在互通出口前合适位置设置诱导屏或可变信息标志，依托伴随式信息服务设备，从通行时间、交通事故、事件、异常天气、是否绕行等方面，自动生成地面层与立体层、机荷高速公路与周边道路的交通流诱导策略和匝道控制策略，发布对应的出口诱导信息，诱导车辆就近驶离立体层。

入口封闭限流属于立体层入口控制比较极端的情况。当立体层上游高速公路路段以及下游高速公路路段的交通流已经处于饱和状态，或者是在进入立体层主线的过渡路段没有容纳过多排队车流的能力，又或者是发生火灾、有毒物质泄漏等易引起二次事故时，可暂时关闭立体层入口。

3.3.2车道通行控制

当突发事件发生在立体层某条车道时，考虑到后续驶入车流的安全性，可依据现场实际状态，暂时实行车道关闭措施，禁止后续车流驶入该车道。对于事故车道交通不会阻碍该分离式路基路幅的其他空闲车道交通时，可封闭该车道，车辆沿事故点相邻车道经过。另一个方面，关闭突发事件所占用的车道能够保证应急车辆能够迅速抵达，封闭的车道在上游路段可作为专用应急车道。

3.3.3路网交通控制

以机荷高速公路项目为主体，将地面层、立体层、临近的平行道路、联系道路和城市道路组成区域公路网，实施统一的管理和控制，从宏观分流的角度，最大限度地发挥公路网络的通行能力。在应急管理下的路网交通控制中，基于区域公路交通网络结构、设施状况和交通现状，制定科学合理的交通分流和交通转换策略，通过在路网系统内有效地分配和管理交通流，以达到在交通需求和路网通行能力之间获得最佳平衡、充分利用路网通行能力的目的，进而使整个路网系统处于最佳运行状态。

4 立体层应急救援措施建议

完备的应急救援系统涵盖监测、响应、决策和实施等环节，其效果依赖于救援体系的软硬件设施、管理模式、技术支撑全方位的保障。如何系统性地提高应急响应速度、缩短救援时间，是应急救援系统需要解决的核心问题，需要从突发事件监测、应急救援决策和联动效应机制等方面综合考虑。

4.1加强主动安全防控管理

针对立体复合高速公路立体层，突发性事件虽然属于小概率事件，但是若不及时应急处置和管控，极有可能对立体层与地面层两大交通运输系统造成不可控的严重后果。针对机荷高速公路改扩建工程的立体层应急救援管理，可采用的主动安全防控管理包括以下几个方面。

(1)在立体层、隧道、互通等关键节点和路段，特别是立体层应急车道，采用事件实时自动检测设备，一旦发生交通事故，迅速定位事故发生位置，自动判断事故类型，向平台、管理人员预警，免去管理人员通过沿线视频寻找事故信息，方便平台和管理人员在第一时间快速做出决策管理反应。

(2)在立体层互通立交出入口、地面层与立体层连接道附近安装可变信息情报板，依托伴随式信息服务设备，提示突发性事件状况，方便驾驶员快速获取事故、事件、诱导等信息。

(3)在隧道、互通立交、事故多发路段等重要节点及路段边线上，布设智慧信标，根据各车道下游的事件情况和交通组织情况，对应调整不同颜色的视觉信息，对本车道上游的车辆运行情况进行预警提示，实现车道级的差异化管理。

4.2构建地面层与立体层的快速联防响应机制

交通应急响应通常根据突发性事件的级别和影响范围，启动相应的应急预案。应急救援是一项涉及多个部门、多个工种的工作，在应急救援中，应建立不同场景下的地面层与立体层的快速联防机制，制定联动处置预案，以防范偶发性的安全风险，保证紧急情况下地面层和立体层两大交通运行系统间的及时协调，保障快速救援疏散通道畅通，提高救援效率。应急救援响应流程为图10。

图10 地面层立体层应急救援响应流程

4.3制定立体复合高速公路突发事件专项应急预案

立体复合高速公路一旦发生突发性事件，可能会涉及到立体层和地面层的联合应急救援。因此，在运营管理过程中，应注重制定专项应急预案，加强两个层面的协同联动性，通过风险评估、预案推演等方式确保专项应急预案的实用性、可操作性。

为保证地面层和立体层安全通行的需要，建议：分别制定不同突发事件下的应急响应预案，制定地面层与立体层突发事件联动专项应急预案，为突发事件的协调联动应急处置提供“有本可依、有案可依”的支撑，形成横纵交叉、相互支撑的综合应急预案体系。

4.4搭建项目级的应急救援管理平台

建立应急救援管理平台，快速响应突发情况，迅速有效地组织抢险和救援，保证交通主管部门能够迅速地做出判断，并进行救援和指挥工作。

在平台运行中，建立机荷高速公路突发事件应急处置快速联动机制，以项目指挥中心作为应急救援的信息中心和调度中心，平台内数据采集设备与主动防控保障的采集设备联网，在进行信息发布时，对应地面层、立体层的路径特点，结合路侧的可变信息版、手机APP进行联动发布。

在平台内，开辟医疗、消防、车辆施救等部门的紧急联系通道，明确各部门分工，联动协作整合高速交警、路政、高速施救、指挥中心资源，实现多强度的“大集中”警察、“可视化”命令和“一键”调度，快速高效地完成抢救、事故车辆施救、现场撤除、突发事件处置等工作。

5 结语

高速公路的交通安全突发事件应急救援是一项比较复杂的工作，对于立体复合高速公路而言，由于空间隔离的设计方式，立体层的应急救援管理难度更大。本文依托机荷高速公路改扩建项目，在立体层交通组织与疏散中，结合立体层的几何设计特点，利用立体层与地面层连接道、互通立交匝道，采取强干预类交通流组织措施(出口诱导与入口控制、车道通行控制、路网交通控制),进行突发事件下的应急交通组织与疏散。同时，为保证应急救援信息获取的全面性、救援的有效性与及时性、管理的协调性，加强主动安全防控管理，构建地面层与立体层的快速联防响应机制、制定立体复合高速公路突发事件专项应急预案、搭建项目级的应急救援管理平台，形成全面、强有力的应急救援模式，进一步保障立体复合高速公路的出行安全。

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