城市机动车限高防撞系统设计研究

潘逸炜 王计平

摘要：近年来，由于机动车撞击道路限高设施造成的伤亡事故屡现报端，而我国道路限高设施本身就存在较大隐患。文章通过梳理现行设计规范、对比国内外限高系统实例，发现当前我国限高设施存在管理混乱、标准模糊、规划失当等问题，进而提出人性化设计方法和规范的管理手段，以期为限高系统改善提供有益的参考，提升城市道路的安全性。

关键词：限高系统;人性化设计;防撞系统

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2019）04-0064-03

Abstract：Casualties caused by vehicles hitting overhead height limit facilities have been frequently reported recently， and hidden dangers lurk in such facilities.By combing the current design code and comparing with the examples at home and abroad， this paper holds that the current height limit facilities in China have problems of management confusion， standard ambiguity and improper planning.In order to provide bene?cial reference and improve traf?c safety， humanization design methods and standardized management means are further pointed out.

Key Words：Height restricting system;Humanization design;Collision avoidance system

近年来，随着城市的发展，许多城市道路开始采取限高措施，但因车辆误撞限高杆造成的伤亡事故也不断增加，给出行者的生命财产安全带来巨大隐患。据统计，由于限高杆自身不符合规范或标识错误所导致的事故占到全部事故的52%[1]，可见限高杆的设计本身亟待改善。作为城市公共基础设施，限高系统不仅要起到高度警示作用，而且要在超限车辆通过时尽可能不损坏车辆和限高设施，使驾驶员意识到超高后还有弥补的机会，同时还应控制成本以适应大规模推广。

在规划管理层面，限高设施缺少统一、规范的设计标准，难以适应日新月异的城市道路变化及紧急救援工作。2018年9月20日和9月22日，河北邢台两次发生限高杆阻碍消防车通行的事件，影响抢险工作。目前学界对于道路限高系统的关注度较低，对于其设计方法的研究更是寥寥无几，因此，对限高防撞系统的设计方法和规划管理的研究有着迫切的需求。

1限高系统的设置背景

1.1道路限高系统的意义和规范

限高系统的作用主要有两种，一种用来限制通过车辆高度的保护措施，广泛设置于上跨桥梁和隧道入口处，起到保护高架桥和隧道结构不被车辆撞击的作用;另一种设在普通城市道路，目的是防止大型载重货车破坏道路，或阻止大型车辆进入某段区域。

殷国安（2018）指出，我国限高杆的设计、安装和管理都缺乏明确规定，以至于标准不一，因地而异[2]。周嘉懿（2017）认为，限高杆相关规范、标准“存在大而空的问题”，这导致原本保障安全的限高杆反而成为了“道路隐患”[1]。美国和英国的道路交通规范中都没有对限高架的刚性规定，但对于限高标志、设立位置、尺寸及限制高度都有严格规定[3]，相比之下，我国对于道路限高在数据上的规定模棱两可，同时缺少对于设立位置、尺寸的相关规范。

现行《城市道路工程设计规范》规定了适合各种机动车通行的城市道路最小净高为4.5m，仅适合小客车通行的道路最小净高3.5m，非机动车道和人行道最小净高2.5m[4]。《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2017）和《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81-2017）是目前仅有的对限高架设计的规范，其中指出净空小于4.5m时可设限高架，“上跨桥或隧道内净空小于2.5m时宜设置限高架”[5]。事实上，除了极少数特殊结构外，净高小于2.5m本就已经不适合作为规范的车道或人行道了。该规范还规定了限高架的立面色彩、满足应急通行和可升降设计，特别指出：“超高车辆碰撞限高架时，限高架构件及其脱离件不得侵入车辆乘员舱”，明确了设计上要降低超高车辆误撞而伤人的风险。

1.2限高的警示与容错

限高系统的目的在于警示驾驶员注意前方可通行高度，驾驶员在看到限高标志后应该判断本车是否能够通行，超限车辆驾驶员应有足够时间做出反应并选择其他车道。这就要求限高标志与限高架之间有一段距离，其长度应与路段限速成正比。但目前大部分限高系统都将限高标志与刚性限高杆设在一起，使超限车辆驾驶员的反应时间很短，在意识到超高后只能及时停车而无法变道离开，只能通过倒车后退寻找其他路口，造成交通阻塞，存在发生车祸的潜在危机，限高系统难以发挥真正的警示作用。

目前，大多数限高杆都只设刚性物理限高杆，一旦驾驶员误判误撞，就直接导致车辆损坏甚至危及乘客生命，这类事故屡见不鲜。如果限高系统能够提供一定的容错范围，许多事故就能避免。容错则是通过交通设施设计对驾驶员非恶意的失误行为提供保护[6]，例如道路护栏就是一种典型的具有容错能力的設施，既保护了非机动车道和人行道的安全，又减轻了因车辆失控造成对乘客的伤害。对于限高设施而言，桥梁涵洞前设限高杆的初衷在于保护桥梁结构，超限车驾驶员如果能在误判的情况下认识到错误并及时弥补，达到了限高系统的目的，同时还能保护车辆和乘客安全，符合现行设计规范。

随着物流和客运需求的大幅增长，目前我国载货汽车数量已超过1500万辆，大型客车的数量也在持续增加。同时，一名驾驶员常常会驾驶尺寸不同的车辆，很可能对车辆的实际高度并不熟悉。对于长途运输而言，驾驶员往往更关注于路况和限速，不一定完全了解各地的限高情况，因此，应尽可能通过道路电子警示监控超高，方便驾驶员直观发现并在错误酿成前及时采取措施。

2限高设施设计现状

《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81-2017）指出：“限高架分为警示限高架和防撞限高架两类”[7]，前者是柔性结构，超出限高的车辆仍能通过;而后者则是刚性结构，避免车辆撞击结构物。细则还指出，建议参考国外形式，在刚性防撞限高架前设置柔性警示限高架。

国内当前大部分限高架设计只关注了道路桥梁的结构安全，却忽略了驾驶员和乘客的生命安全。首先，限高设施存在私设、不规范等现象。由于道路管理主体的多元，限高系统的设置有明显差异，一些村道为了防止大型车辆碾压道路私自设立限高杆，以至于阻碍消防车的通行。限高杆实际高度低于标识数字的情况也屡屡出现，造成在限高范围内的车辆撞击限高杆。

其次，限高设施设计多样，缺乏统一的标准。根据规范，限高架立面色彩为“黄黑相间”，但实际则是既有黄黑色，又有红色、橙色、红白相间、蓝白相间等等，条纹式样更是千差万别。

第三，限高杆高度低于城市道路最小净高。目前我国限高架没有明确的标准，从1.85m到4.5m间各种限高都可见，但根据规范城市道路最小净高为2.5m，机动车道最小净高3.5m，因此2.5m以下的限高本来就不成立。

近年来，一些城市道路开始采用可升降式限高架，即两侧支撑架内侧装有滑道，横架受电力控制可上下移动，在需要限流时就降低到一定高度。这种限高架往往附带电子面板，警示驾驶员路段限高。但在實际使用中，由于大型车辆驾驶员难以熟悉限流时间，道路又不能提供超限车辆导流车道，因此并不十分完善。少数道路还采用了具有自动预警功能的限高架，即借助激光、红外线或超声波等设备测定车辆的高度，并及时通过横架上的预警灯向驾驶员发出警告。

在国外，近年来已经实现了通过无线信号收发器确定车辆总高度，可以探测车辆和车顶其他物体（天线、车顶架、车顶运输物等）的组合高度，进而模拟车辆画像，计算能否顺利通过。当整体高度超过限高时，设备会发出警报[8]。这类限高系统的优势在于能够精准判断整体高度，但成本高昂，恐难以在国内普及。

3限高系统的人性化设计

马克思曾指出：“人是全部人类活动和全部人类关系的本质、基础”[9]。限高系统作为公共交通设施，其设计需要进一步关注人的生命安全，以人的需求为中心，协调刚性限高和道路安全间的矛盾。

3.1防撞缓冲措施

将结合防撞警示和刚性防撞架相结合，配合标识牌、减速路面等，能够形成一段防撞缓冲路段，帮助驾驶员及时发现超高并避免撞击。道路限高系统建议依次设置限高标志、警示限高设备、警示灯和物理限高架，各设施之间都相隔一定距离以保证驾驶员有足够的反应时间。本着低成本和低维护的原则，本节以一段通过桥洞道路的限高系统设计为例，探讨防撞缓冲设计方法。

设计路段限高4m，单向三车道，允许消防车通行，部分双层巴士和大型货车不能通过。在进入限高系统前，大型车辆将被引导在最右侧车道行驶，保证一旦超高能有足够时间变入超限车匝道。驾驶员首先看到限高标志，然后经过红外线测高仪的监测。红外线信号源高度为4m，水平发出信号，当通过车辆在限定高度以内，信号传输不受影响，一旦超出限高，信号即受到阻碍，立刻通过处理器反馈在前方的警示灯上。经过红外线测高仪后，最右侧增加了一条匝道，这条匝道为超限车出口，驾驶员一旦看到车道上方信号灯变红，便可以及时向右变道驶出路段，而在其余三条车道前方则设有物理刚性限高架，用来保护上部桥梁结构（见图1）。

在缓冲路面设计上局部采用彩色防滑减速路面，通过车辆震动使车速降低，同时暗示驾驶员注意观察路段标志。这种路面防滑和耐压性能较好，即使夜间同样易见。红外线测高仪与刚性物理限高架间相隔距离（D）与道路限速（v）正相关，且与驾驶员反应时间（RT）和变道时间（t）相关，因此应满足D≥v×（RT+t）。在正常情况下，驾驶员对选择判断的反应时间最长约为0.543s[6]，警示灯可以缩短反应时间。另外，由于在进入限高系统前大型车辆已被引导到最右侧车道，因此在意识到超高后驾驶员只需要向右变一道即可进入超限车匝道，合理的变道时间可以控制在10s以内。

3.2物理限高杆设计

刚性物理限高杆是车辆进入限高路段前的最后一道屏障，必须阻拦超高车辆通过，国内大部分路段都为刚性限高杆或限高架。国外的物理限高杆主要有水平固定式、可旋转式和上下活动式三类，后两者在超限车辆通过时发生撞击后仍可驶过，对车辆和限高杆自身损害小，但没能真正起到保护建筑结构的作用。对于不以保护路桥为目的的刚性物理限高杆本身就存在很大的安全隐患，不建议设置。

在结合警示系统的情况下，交通设施已经为驾驶员提供了足够的容错空间，因此物理限高杆可以保持刚性构造。某些路段如果建设条件不允许，只能设置一道限高杆，那么可以借鉴国外经验设立可转动的限高杆，一旦受到撞击，锁栓随即脱落，杆体开始转动，同时触发声光警报[10]。

3.3限高联动与导航提醒

要避免车辆超高，除了采用交通设施外，还可以向大型车辆推广安装在车辆上的防撞感应设备。驾驶大型车辆往往存在一定范围的视线“盲区”，这也是发生误撞的高危区，如果“盲区”情况能够及时被驾驶员掌握，就能有效降低事故的发生。

对于载货卡车而言，车厢部分常会高于车头，而车厢就更容易与限高杆发生碰撞，对于双层巴士来说，一些事故的起因在于驾驶员习惯驾驶单层巴士，忘记了自己所驾驶的是双层车，由此造成二层被限高杆“削顶”。笔者建议在大型车辆最高处前方安装测距装置，一旦有物体进入预设的警报距离内，立即以声光形式呈现在汽车中控台，或者实现自动紧急制动（见图2）。

另一方面，目前GPS导航已经全面普及，它们是驾驶员在陌生路段选择路线的好帮手。大部分导航设备都已实现车速监测、路况预报、违章拍照警报等功能，但很少能将道路限高数据纳入提示范围。极少数导航软件拥有大货车导航模式，但限高、限宽、限重、限行数据不完善，更新不及时，在实际使用中并没有给驾驶员带来真正的便利。如果道路限高等数据能够实时公布，同时与导航系统实现共享，就能让大型车辆驾驶员根据自身情况选择合适路线，避开限高障碍。

4道路限高系统的规划建议

我国当前限高系统存在的问题，其根本原因在于在关注交通设施建设的同时忽视了科学的道路交通规划。大部分限高架事故并非发生在通过道桥的路段，而是在普通道路上，这些限高架的设立并非出于保护设施的目的，而是仅仅为了管控大型车辆通行。事实上，道路限高标准的制定在规划层面上的归属模棱两可，城市规划和设计相对更关注于宏观的路网结构、道路系统布置即微观的道路断面、路幅宽度、景观等，并没有将可通过高度列入必须考虑的范畴。

由于规划道路系统的不完善，城市用地布局和开发的不均衡，大量人流涌入城市中心区，导致交通拥堵和环境恶化[11]。管理部门为了缓解拥堵、降低污染，进而在进入中心区的道路上设立限高架以禁止大货车通行，但这种“一刀切”的方式显然缺乏理性，其原因有以下四点：

第一，小轿车数量过多是导致城市拥堵的主要原因，可持续的城市交通系统应一方面鼓励居民采取公共交通方式，另一方面通过规划设计对城市功能进行疏导;第二，越来越多的大货车都已采用清潔燃料，在汽车年检中排放检测也已经包含在内，因此以降低污染为由设立限高架不甚合理;第三，限高架通过高度控制来筛选车型，事实上也阻碍了大客车通行，但是各城市道路都几乎没有对大型客车的限制性规定;第四，相当一部分限高标志和限高架附近缺少超限车出口，为超限车辆的离开带来了困难。

基于以上几点，笔者对道路限高规划提出四点建议：第一，逐步推进将道路限高规划纳入城市道路系统规划中，合理分配车流量，提高安全性和通行能力，以期改善限高架“各自为政”的现状;第二，对于因路桥造成的限高，建议结合警示限高和物理限高措施，采取人性化设计方法;对于道路管制的限高，建议不再采用刚性物理限高杆，而可以通过警示牌、电子监控拍照等形式管理;第三，我国应加快制定对限高设施统一、科学的设计标准和施工验收标准，规范管理主体;第四，限高系统的设计要既考虑“堵”又考虑“疏”，设立限高架的同时须开辟超限车疏导道。

5结语

道路是城市的血管，人性化的交通设施设计是城市可持续发展的保证。在近来多起事故发生后，当前限高系统设计存在的不足已经暴露无遗，只有正视问题并加以改善，才能真正保障城市的安全有序。在科技高速发展的今天，比起自动抓拍、人脸识别、测速照相等交通设备，高度监测警示系统的成本并不高昂，但却能有效提高驾驶容错能力，降低类似伤亡事故的发生率，具有很强的现实意义和参考价值。另一方面，通过科学规划、合理引导、导航联动、道路监控，逐步取消非路桥道路上的限高架，才能真正实现“城市血管”的通畅健康。

本文系上海市设计学Ⅳ类高峰学科开放基金项目（项目编号：DB18107）的资助研究成果。

参考文献

[1]周嘉懿.关于我国限高杆事故的行政管理研究[D].湖南师范大学硕士学位论文，2017.

[2]CJJ37-2012，城市道路工程设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[3]JTG D81-2017，公路交通安全设施设计规范[S].北京：人民交通出版社，2017.

[4]殷国安.防止限高杆“杀人”需从两方面求解[N].检察日报，2018-10-31（006），

[5]罗海鹏，王小珑.铁路立交桥限高架设置有关建议[J].市政技术，2016，34（06）：63-66.

[6]胡立伟.公路交通设施驾驶容错能力分析方法研究[D].哈尔滨I业大学博士学位论文，2012.

[7]JTG/T D81-2017，公路交通安全设施设计细则[S].北京：人民交通出版社，2017.

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[9]马克思恩格斯全集（第二卷）[M].北京：人民出版社，1957：118.

[10]David Allen Dukes， Vehicle height restrictor and alerting device.U.S.Patent8，448，594B2[P].2008-09-17.

[11]王建国：城市设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2009：138.