龔鵬飛， 常正輝， 王玉良， 史秋辰

(江蘇警官學(xué)院， 南京 210031)

道路交通事故現(xiàn)場(chǎng)的安全防護(hù)不當(dāng)極易引發(fā)二次事故，對(duì)事故處置現(xiàn)場(chǎng)的民警和相關(guān)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。2018年8月28日14時(shí)40分許，廣西壯族自治區(qū)百色市田東縣交警大隊(duì)民警黃××和輔警李××、韋××在國(guó)道324線田東縣思林紙廠路段處理交通事故時(shí)，一輛大貨車因剎車失靈闖入事故現(xiàn)場(chǎng)，致使黃××、李××及拖車公司一名工作人員當(dāng)場(chǎng)死亡，韋××受傷[1]。事故發(fā)生后引起公安部領(lǐng)導(dǎo)高度重視，強(qiáng)調(diào)要對(duì)交警在處理交通事故中屢有傷亡的情況進(jìn)行研究，提出規(guī)范要求，并加強(qiáng)培訓(xùn)。二次事故造成的傷害往往會(huì)比第一次事故更嚴(yán)重，但因缺少專門針對(duì)二次事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這類研究很難開(kāi)展。Wang等[2-3]基于交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用沖擊波理論進(jìn)行分析，結(jié)果表明美國(guó)加州州際高速公路交通事故中，二次事故占1.08%。Zhang等[4]提出了一種預(yù)防高速公路隧道二次事故的安全預(yù)警系統(tǒng)，并使用VISSIM軟件分析該系統(tǒng)的可行性和有效性。張文會(huì)等基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[5]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[6]以及Duffing振子模型[7]等方法研究了二次事故的致因理論和演變過(guò)程。李振明等[8]研究指出駕駛?cè)瞬话踩袨槭歉咚俟范问鹿手苯釉?、缺乏事故現(xiàn)場(chǎng)處置是二次事故間接原因。張慧穎等[9]設(shè)計(jì)了一套高速公路二次事故預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能及時(shí)提醒后方車輛前方的道路狀況，從而避免二次事故的發(fā)生。呂能超等[10]設(shè)計(jì)了一種高速公路事故現(xiàn)場(chǎng)隔離路錐布設(shè)車引導(dǎo)系統(tǒng)，提高了路錐布設(shè)效率，以盡快對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行必要的隔離，防止二次事故的發(fā)生。汪心淵等[11]設(shè)計(jì)了隧道防二次事故綜合安全預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能及時(shí)監(jiān)測(cè)出隧道事故并提醒監(jiān)控員，通過(guò)聯(lián)動(dòng)隧道的相關(guān)安全設(shè)施對(duì)事故迅速作出響應(yīng)，提醒后方車輛避免二次事故的發(fā)生。為了保障事故現(xiàn)場(chǎng)處理工作人員的人身和財(cái)產(chǎn)安全，避免過(guò)往車輛誤入道路交通事故現(xiàn)場(chǎng)而造成二次事故的發(fā)生，參與處理交通事故的車輛應(yīng)在交通事故處置現(xiàn)場(chǎng)的上游來(lái)車方向形成一種防御性停放態(tài)勢(shì)，這種防御性停放一方面能夠最大限度地保護(hù)在交通事故處置現(xiàn)場(chǎng)的交通警察和其他工作人員的人身安全，另一方面也盡量減少對(duì)經(jīng)過(guò)附近的車輛的影響，保障其行車安全。處理交通事故的車輛安全停放(safe parking)的概念由美國(guó)應(yīng)急響應(yīng)安全研究所(Emergency Responder Safety Institute，ERSI)提出，美國(guó)應(yīng)急響應(yīng)安全研究所在美國(guó)《統(tǒng)一交通控制設(shè)施手冊(cè)》(manual on uniform traffic control devices for streets and highways，MUTCD)的基礎(chǔ)上，提出了一套處理交通事故的車輛安全停放的標(biāo)準(zhǔn)程序(standard operating procedure，SOP)，這套程序包括總體安全標(biāo)準(zhǔn)、儀器設(shè)備和應(yīng)急車輛的安放(停放)標(biāo)準(zhǔn)、事故指令標(biāo)準(zhǔn)(incident command benchmarks)、事故處理人員標(biāo)準(zhǔn)，以及高流量、限制出入的高速公路操作標(biāo)準(zhǔn)[12]。加拿大阿爾伯塔省卡爾加里的消防部門首先提出了消防車的安全停放方法，消防車在處理事故現(xiàn)場(chǎng)的停放位置都是與道路的前進(jìn)方向成大約30°的夾角，這種停放方式稱之為防御性停放[13]。本文通過(guò)對(duì)誤闖入車輛與防御車輛的碰撞分析，來(lái)驗(yàn)證不同種類的車輛在各種停放方式下的防御效果，在此基礎(chǔ)上提出處理道路交通事故的車輛的防御性停放方法。

1 機(jī)動(dòng)車碰撞的力學(xué)基礎(chǔ)

1.1 機(jī)動(dòng)車碰撞種類及特性

碰撞有3種類型：完全彈性碰撞、完全非彈性碰撞和非完全彈性碰撞。所謂完全彈性碰撞，就是在碰撞后兩個(gè)物體的形變能夠完全恢復(fù)，機(jī)械能完全沒(méi)有損失的理想碰撞。機(jī)動(dòng)車之間的低速(例如有效碰撞速度在10 km/h以下)碰撞可視為完全彈性碰撞。所謂完全非彈性碰撞就是兩個(gè)物體碰撞后形變完全不能恢復(fù)的碰撞，碰撞前后機(jī)械能不守恒。機(jī)動(dòng)車在高速情況下(有效碰撞速度在 100 km/h 以上)的碰撞為完全非彈性碰撞，其在交通事故中的表現(xiàn)往往是碰撞后兩車連接在一起以同一速度運(yùn)動(dòng)。小型汽車被追尾的事故通常視作完全非彈性碰撞。非完全彈性碰撞是介于完全彈性與完全非彈性之間的碰撞，其特點(diǎn)是碰撞后能部分恢復(fù)撞擊所造成的形變，碰撞過(guò)程中機(jī)械能也不守恒。機(jī)動(dòng)車之間的中速碰撞多屬于此種類型。機(jī)動(dòng)車完全彈性碰撞、完全非彈性碰撞及非完全彈性碰撞特性之間的比較見(jiàn)表1[14]。

表1 機(jī)動(dòng)車3種類型碰撞特性的比較

1.2 恢復(fù)系數(shù)

為了解決非完全彈性碰撞問(wèn)題，歷史上牛頓引入了恢復(fù)系數(shù)的概念?；謴?fù)系數(shù)e等于碰撞后兩物體的相對(duì)速度和碰撞前兩物體的相對(duì)速度之比[15]，即碰撞后兩物體的分離速度與碰撞前兩物體的接近速度之比[16]，即

(1)

式中：v10為物體1碰撞前的速度，m/s；v20為物體2碰撞前的速度，m/s；v1為物體1碰撞后的速度，m/s；v2為物體2碰撞后的速度，m/s。

對(duì)于完全彈性碰撞，根據(jù)物理學(xué)中的動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，易得e=1；對(duì)于完全非彈性碰撞，由于v2=v1，易得e=0；而對(duì)于非完全彈性碰撞，e的取值介于兩者之間，即0

2 防御車輛不同停放方式的碰撞分析及比較

處理道路交通事故的車輛通常有警車和清障車(拖車)，根據(jù)人員傷亡、火災(zāi)、道路及基礎(chǔ)設(shè)施損壞等情形還可能有救護(hù)車、消防車、工程救險(xiǎn)車等車輛。其中，救護(hù)車因?yàn)槠洹熬人婪鰝钡奶匦?，顯然不宜作為最外圍的防御車輛，剩下的警車、清障車(拖車)、消防車及工程救險(xiǎn)車中，警車多為小轎車，清障車(拖車)、消防車和工程救險(xiǎn)車多為大型車輛，下文為表述方便，把防御車輛分為兩類：一類是小型車輛(警車)，假定自重為1 500 kg；另一類是大型車輛(消防車、工程救險(xiǎn)車或者清障車)，假定自重為15 000 kg?？紤]比較危險(xiǎn)的誤闖入情況，假設(shè)一輛總質(zhì)量15 000 kg的大型貨車以60 km/h的速度闖入，用防御車輛被撞擊后的車速作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，來(lái)比較不同的防御車輛(小型車輛和大型車輛)在不同的停放方式下的防御效果。停放方式分為平行停放、垂直停放和斜停放3種。

2.1 平行停放

如果防御車輛的停放與道路前進(jìn)方向一致，稱之為平行停放，在此情況下，若有車輛誤入，將會(huì)與防御車輛發(fā)生追尾碰撞，假設(shè)該追尾碰撞為對(duì)心碰撞(碰撞過(guò)程的沖擊力F和反作用力F′分別通過(guò)防御車輛和誤闖入車輛的質(zhì)心，即所謂的一維碰撞)，如圖1所示。

圖1 防御車輛平行停放碰撞示意圖

若防御車輛為小型車輛，因?yàn)楸蛔肺驳男⌒蛙囓囄蚕涫强盏?，剛性很差，幾乎屬于完全非彈性碰撞，碰撞后被撞的防御車輛將會(huì)同誤闖入的車輛以相同的速度運(yùn)行，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，碰撞后兩車的車速為

(2)

若防御車輛為大型車輛，該追尾碰撞為非完全彈性碰撞，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，有

m1v10=m1v1+m2v2

(3)

恢復(fù)系數(shù)

在實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的過(guò)程中，由于本身水平有限并對(duì)設(shè)計(jì)題目不是很熟悉，也遇到了不少問(wèn)題。所以系統(tǒng)的功能做得不是很全，有些功能未實(shí)現(xiàn)。

(4)

式(2)～式(4)中：m1為誤闖入車輛的質(zhì)量，kg；m2為防御車輛的質(zhì)量，kg；v10為誤闖入車輛碰撞前的速度，m/s；v1為誤闖入車輛碰撞后的速度，m/s；v2為防御車輛碰撞后的速度，m/s。

若是用小型車輛作為外圍防御車輛，會(huì)發(fā)生完全非彈性碰撞，將m1=10m2，v10=60 km/h代入式(2)中可知，被撞后兩車將沿著誤闖入車輛前進(jìn)方向以54.5 km/h的速度繼續(xù)前行。若采用大型車輛作為外圍防御車輛，將m1=m2，v10=60 km/h，e=0.2，其他參數(shù)不變，代入式(3)、式(4)中，得v1=24.0 km/h，v2=36.0 km/h，所以外圍防御車輛選用大型車輛要比選用警車這類小型車輛的效果好很多。

2.2 垂直停放

如果防御車輛與道路前進(jìn)方向垂直，稱之為垂直停放，在此情況下，若有車輛誤入，將會(huì)與防御車輛發(fā)生側(cè)面直角碰撞，該碰撞屬于一種二維碰撞。為了討論問(wèn)題的方便，假定誤闖入的車輛為對(duì)心碰撞，防御車輛為非對(duì)心碰撞，不考慮誤闖入車輛與防御車輛之間的摩擦力，只考慮誤入車輛的沖擊力F和反作用力F′的作用效果，沖擊力F使被撞的防御車輛除了質(zhì)心平動(dòng)外，還有繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)[17]，反作用力F′不引起誤闖入車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2所示。

圖2 防御車輛垂直停放碰撞示意圖

根據(jù)動(dòng)量守恒定律，式(3)同樣成立，不過(guò)此處的v2為防御車輛碰撞后質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)速度。

根據(jù)剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律，有

m1(v10-v1)d=J2ω

(5)

恢復(fù)系數(shù)

(6)

聯(lián)立式(3)、(5)、(6)，v1、v2及ω為未知量，假定其他為已知量，3個(gè)未知數(shù)3個(gè)方程，可求解得到

(7)

(8)

(9)

若用小型車輛作為外圍防御車輛，取l2=5 m，d=1 m，e=0.2，并將m1=10m2，v10=60 km/h代入式(7)～式(9)，得ω=6.1 rad/s，v1=55.4 km/h，v2=45.6 km/h，此種情況下誤闖入車輛碰撞后車速高于防御車輛，理論上還有二次碰撞的可能，但通常情況防御車輛處于自由狀態(tài)，而誤闖入車輛會(huì)在碰撞過(guò)程中采取制動(dòng)措施，結(jié)果造成兩車逐漸脫離接觸，不會(huì)造成二次碰撞。因此，對(duì)于事故現(xiàn)場(chǎng)的防護(hù)來(lái)說(shuō)，更加看重防御車輛被撞后的運(yùn)行情況。若采用大型車輛作為外圍防御車輛，取l2=10 m，d=1 m，e=0.2，并將m1=m2，v10=60 km/h代入式(7)～式(9)，得ω=1.1 rad/s，v1=26.0 km/h，v2=34.0 km/h。同樣的外圍防御車輛選用大型車輛要比選用小型車輛效果好很多。

2.3 斜停放

如果防御車輛與道路前進(jìn)方向成一定的銳角，稱之為斜停放，在此情況下，如果有車輛誤入，將會(huì)與防御車輛發(fā)生斜碰撞，對(duì)于斜碰撞，理論分析還沒(méi)有令人滿意的方法，目前更多的是采用碰撞試驗(yàn)的方法來(lái)積累數(shù)據(jù)加以仿真分析。此處簡(jiǎn)化分析，假定誤入的車輛為對(duì)心碰撞，不考慮誤入車輛與防御車輛之間的摩擦力，只考慮誤入車輛的沖擊力F和反作用力F′的作用效果，如圖3所示。則斜碰撞與側(cè)面直角碰撞的碰撞情況非常類似，誤入車輛只有一維運(yùn)動(dòng)，被撞的防御車輛除了質(zhì)心平動(dòng)外，還有繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)，式(7)～式(9)同樣成立，其防御效果同垂直停放。

圖3 防御車輛斜停放碰撞示意圖

2.4 防御效果的比較

首先，如上文所述，在最外圍防御車輛的選擇上，無(wú)論哪種停放方式，作為大型車輛的消防車、工程救險(xiǎn)車或者清障車的防御效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于作為小型車輛的警車。其次，在停放方式上，垂直停放和斜停放的情況類似，這兩種停放方式可以通過(guò)碰撞后防御車輛的偏轉(zhuǎn)消耗一部分誤闖入車輛沖擊力所做的功，在其他條件相同的情況下，其防御效果要比平行停放要好。另外，平行停放往往會(huì)給過(guò)往車輛帶來(lái)誤判，尤其是在視線不良的情況下，防御車輛容易被誤認(rèn)為是在緩慢行駛狀態(tài)，所以處理道路交通事故的車輛的防御性停放通常不采用平行停放的方法。第三，對(duì)于垂直停放和斜停放，其防御效果類似，但考慮到事故現(xiàn)場(chǎng)的路幅寬度，斜停放比垂直停放更為合適。另外，斜停放通常不會(huì)發(fā)生完全對(duì)心的一維碰撞，而垂直停放比較容易發(fā)生對(duì)心的一維碰撞，此種情形下的碰撞類似平行停放，不能實(shí)現(xiàn)通過(guò)防御車輛的偏轉(zhuǎn)消耗部分動(dòng)能的目的。因此，外圍的防御車輛采用大型的車輛以斜停放的防御方式最為合適。

3 處理道路交通事故現(xiàn)場(chǎng)的車輛的防御性停放方法

處理道路交通事故的車輛應(yīng)該在道路交通事故處置現(xiàn)場(chǎng)的上游來(lái)車方向依次停放，各種車輛的停放順序是：根據(jù)“以人為本”的原則，救護(hù)車應(yīng)停放在最方便搶救傷員的位置，離交通事故現(xiàn)場(chǎng)越近越好，所以停放在離交通事故現(xiàn)場(chǎng)最近的位置，而且救護(hù)車的后門(運(yùn)送傷員上下車的門)總是應(yīng)該在遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的位置，以確保傷員和救護(hù)人員不再受到二次傷害；消防車、工程救險(xiǎn)車或者清障車等大型車輛其防御效果較好，應(yīng)作為最外圍的防御車輛擺放在最外圍遠(yuǎn)離事故現(xiàn)場(chǎng)的位置；警車多為小型車輛，所以停放在救護(hù)車和最外圍的大型防御車輛之間。為了起到最佳的防御效果，處理道路交通事故的各種車輛應(yīng)采用斜停放的方式，各種車輛的最外端與圓形錐桶最外端的距離(橫向緩沖區(qū))應(yīng)不少于60 cm[11]，如圖4所示。

圖4 處理道路交通事故的車輛的防御性停放方法

同時(shí)，在夜間或其他視線不良的情況下，各種處理道路交通事故的車輛在停放時(shí)應(yīng)打開(kāi)危險(xiǎn)報(bào)警閃光燈和示廓燈，使過(guò)往車輛更容易發(fā)現(xiàn)他們。沿道路縱向，把最外圍的防御車輛到緊挨其的第二輛車或物體之間的距離稱之為外圍防御區(qū)，根據(jù)前面的計(jì)算可以看出，在防御車輛與誤闖入車輛質(zhì)量相等的情況下，防御車輛被撞擊后的車速大致相當(dāng)于誤撞入車輛撞擊時(shí)車速的3/5，因此，在采用大型車輛作為防御車輛時(shí)，本文推薦外圍防御區(qū)的長(zhǎng)度L(圖4)可按式(10)計(jì)算，即

(10)

式中：V表示誤入車輛碰撞前的速度，此處用設(shè)計(jì)車速代替，km/h；φ表示地面的摩擦系數(shù)，此處取0.4；i表示路面的坡度，上坡取“+”，下坡取“-”，此處計(jì)算不考慮坡度；l表示安全距離，一般取2～5 m。

以城市道路為例，根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 37—2012)[18]對(duì)各類城市道路設(shè)計(jì)車速的規(guī)定，計(jì)算在城市道路上處理道路交通事故時(shí)，其外圍車輛防御區(qū)長(zhǎng)度L的最小值并取整后見(jiàn)表2。

若事故現(xiàn)場(chǎng)附近有彎道或者坡道的，外圍防御車輛停放地點(diǎn)應(yīng)當(dāng)盡可能選擇在下坡的坡頂、上坡起點(diǎn)和彎道前端，與事故現(xiàn)場(chǎng)的距離應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要適當(dāng)延長(zhǎng)。

表2 城市道路上車輛防御性停放的外圍防御區(qū)最小長(zhǎng)度

4 案例分析

2020年1月7日5時(shí)27分許，薛某駕駛號(hào)牌為蘇AY×××E的小型汽車沿南京市雨花臺(tái)區(qū)七賢街由南向北方向最左側(cè)機(jī)動(dòng)車道行駛至賈西新苑附近時(shí)，車頭撞到前方同向行駛的姜某某駕駛的電動(dòng)自行車尾部，造成姜某某受傷及兩車不同程度受損的道路交通事故，姜××后經(jīng)醫(yī)院搶救無(wú)效死亡。薛某在5時(shí)32分報(bào)警稱，電動(dòng)自行車駕駛?cè)颂稍诘厣?，受傷?yán)重，需要救護(hù)車，南京市公安局交通警察支隊(duì)第八大隊(duì)接報(bào)警后，迅速指令事故民警李某某、周某出警，并及時(shí)通知120救護(hù)車、清障車趕赴現(xiàn)場(chǎng)處置。七賢街為南北走向道路，雙向共4條機(jī)動(dòng)車道、兩條非機(jī)動(dòng)車道，路段限速40 km/h，道路中央設(shè)有雙黃實(shí)線，機(jī)動(dòng)車道與非機(jī)動(dòng)車道以白實(shí)線分隔。處理該起道路交通事故涉及的車輛有警車、救護(hù)車和清障車3種，如前所述，3種車輛的擺放順序：沿由南向北的車輛前進(jìn)方向依次是清障車、警車和救護(hù)車，并都應(yīng)采用斜停放的方式。因?yàn)槭鹿尸F(xiàn)場(chǎng)路段限速為40 km/h，根據(jù)表2，車輛防御性停放的外圍防御區(qū)長(zhǎng)度L≥10 m。該案例中具體的車輛防御性停放方法如圖5所示。

圖5 案例中車輛的防御性停放方法

5 結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)誤闖入車輛與處于防御位置的車輛的碰撞分析，驗(yàn)證了在其他情形相同的條件下，大型車輛的防御效果要明顯優(yōu)于小型車輛；斜停放的防御效果也優(yōu)于平行停放和垂直停放。

2)處理道路交通事故的車輛的防御性停放方法應(yīng)為：救護(hù)車應(yīng)停放在最靠近事故現(xiàn)場(chǎng)的位置，警車等小型車輛應(yīng)停放在中間，在事故處理現(xiàn)場(chǎng)的最外圍，以大型車輛(消防車、工程救險(xiǎn)車或者是清障車)采用斜停放的方式。

3)在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上推薦了各級(jí)城市道路上車輛防御性停放的外圍防御區(qū)最小長(zhǎng)度值，對(duì)于公路，也可以采用類似的方法計(jì)算外圍防御區(qū)的最小長(zhǎng)度。

4)對(duì)于斜停放，采用什么樣的斜停放角度效果最佳，雖然國(guó)外也有一些文獻(xiàn)提到各種車輛的停放位置都應(yīng)與路線的前進(jìn)方向成大約30°的夾角，但缺少理論依據(jù)，還需要經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)等方法進(jìn)一步驗(yàn)證。