基于交通運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的公路隧道社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值研究

文啟軍， 陸山風(fēng)， 劉家慶， 奚宇建， 廖志鵬

(1.廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司， 南寧 530000； 2.重慶交通大學(xué)， 重慶 400074； 3.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067)

高速公路隧道是區(qū)域之間的連接要道，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，交通組成多樣，其運(yùn)行易受到周邊環(huán)境的影響，一旦發(fā)生運(yùn)行異常事故，影響范圍廣、涉及人員多、救援困難、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、社會(huì)影響大，將造成較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。2010年7月4日，無(wú)錫內(nèi)環(huán)惠山隧道發(fā)生客車(chē)自燃事故，死亡24人，受傷19人。2018年3月27日，陜西省京昆高速陜西秦嶺一號(hào)隧道口發(fā)生客車(chē)撞壁事故，死亡36人，受傷13人。對(duì)在役的公路隧道進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并采用有效管控措施，減小重大事故的發(fā)生概率和后果損失，對(duì)保障高速公路隧道運(yùn)營(yíng)安全具有重要的意義[3-4]。國(guó)內(nèi)外針對(duì)公路隧道運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估開(kāi)展了相應(yīng)的研究，歐洲專(zhuān)門(mén)的機(jī)構(gòu)Euro Test的子計(jì)劃Euro TAP對(duì)歐洲境內(nèi)的隧道進(jìn)行了安全等級(jí)確定，并對(duì)其進(jìn)行了安全程度評(píng)價(jià)[5]。Pompone·Eduardo·Cabrini等[6]通過(guò)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)對(duì)1983年至2015年間巴西圣保羅州的4 638起危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故進(jìn)行了調(diào)查，并得出圣保羅州的危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)纳鐣?huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值。侯靖宇[7]通過(guò)分析等級(jí)公路單洞雙向交通特長(zhǎng)隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境特點(diǎn)，建立了等級(jí)公路特長(zhǎng)隧道運(yùn)營(yíng)安全多級(jí)可拓綜合評(píng)價(jià)模型。

公路隧道的風(fēng)險(xiǎn)損失主要包括人員傷亡、社會(huì)影響、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境損失等。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的研究主要集中在人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)上，針對(duì)公路隧道對(duì)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)影響的研究還較少，尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[8-11]。本文采用社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值來(lái)評(píng)估隧道運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)大小，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值Ev為所評(píng)估隧道每年各種風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的死亡人數(shù)。由于社會(huì)對(duì)人員死亡較為敏感，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)造成的死亡人數(shù)，去計(jì)算每年隧道各種風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的死亡人數(shù)，并采用期望值Ev來(lái)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的大小，具有一定的可行性。

社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值由交通事故社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值、火災(zāi)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值和危險(xiǎn)品社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值組成，通過(guò)分別計(jì)算這3項(xiàng)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值，最后得出整體社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值，從而評(píng)估隧道風(fēng)險(xiǎn)大小。

1 交通事故社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值

隨著我國(guó)汽車(chē)保有量不斷增長(zhǎng)，道路交通量越來(lái)越多，一定程度上使得公路隧道的交通事故頻發(fā)。交通事故極易產(chǎn)生人員傷亡[12]。因此，從交通事故研究隧道的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值具有重要意義。交通事故社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值是指公路隧道因交通事故發(fā)生對(duì)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)影響大小，主要包括隧道內(nèi)車(chē)流量、隧道長(zhǎng)度及交通事故發(fā)生頻率。

1.1 交通量狀況

公路隧道一般穿越山體和城市區(qū)間的空間阻隔，連接2個(gè)或多個(gè)區(qū)域的交通，交通量大，且具有明顯的早晚高峰時(shí)段，車(chē)流量分布呈“啞鈴”式。車(chē)流量的統(tǒng)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)車(chē)當(dāng)量數(shù)統(tǒng)計(jì)日均交通量(pcu)[13]，即將實(shí)際的各種機(jī)動(dòng)車(chē)和非機(jī)動(dòng)車(chē)交通量按一定的折算系數(shù)換算成某種標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型的當(dāng)量交通量，下面列舉2021年上海部分公路隧道的交通量，其中早高峰時(shí)間取07：00—09：00，白天時(shí)間取07：00—19：00，夜晚時(shí)間取19：00—07：00，統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 2021年上海外環(huán)以?xún)?nèi)黃浦江的隧道交通狀況

從表1可以看出，2021年上海的公路隧道每天的車(chē)流量較大，尤其是早高峰，基本上每個(gè)隧道的早高峰車(chē)流量占據(jù)該隧道全天車(chē)流量的十分之一。從表1還可以看到，白天的車(chē)流量占全天車(chē)流量比重大，其中龍耀路隧道的白天車(chē)流量占全天車(chē)流量76%，延安東路隧道最低占比也有64%。

白天時(shí)間取07：00—19：00，夜晚時(shí)間取19：00—07：00，再對(duì)上海近5年的公路隧道交通事故晝夜占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，白天事故率為77%，晚間事故率為23%。其主要原因是白天車(chē)流量大，極易發(fā)生交通事故。

1.2 交通事故社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值

我國(guó)高速公路隧道平均每起交通事故(非火災(zāi)和危險(xiǎn)品)的死亡人數(shù)為0.21人。根據(jù)PIARC發(fā)布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[14]，車(chē)輛在隧道內(nèi)的故障率如下：

1) 小交通量的隧道：300～600次/108輛·km；

2) 較小縱坡、大交通量：500～800次/108輛·km；

3) 較大縱坡、大交通量的隧道：1 000～1 300次/108輛·km。

在中國(guó)香港，隧道內(nèi)的車(chē)輛平均故障率為1 353次/108輛·km[15]。車(chē)輛故障與隧道縱坡的關(guān)系密切，坡道越大，發(fā)生車(chē)輛故障的概率越高。PIARC統(tǒng)計(jì)的發(fā)生人員死亡的概率為0～3人/108輛·km，中國(guó)香港的平均人員死亡概率為5人/108輛·km。

參考PIARC及中國(guó)香港的數(shù)據(jù)及交通事故調(diào)研數(shù)據(jù)，發(fā)生交通事故的概率取800次/108輛·km，每起事故的平均死亡人數(shù)為0.21人。公路隧道的交通風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式如下：

Ev1=N×12×24×360×L×800×0.21/108

式中：Ev1為交通事故社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值；N為實(shí)時(shí)交通量，輛，采集周期5 min；L為高速公路隧道長(zhǎng)度，km。

2 火災(zāi)事故社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值

隧道因其結(jié)構(gòu)半封閉性的特征，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，內(nèi)部溫度迅速攀升，濃煙滾滾，不易擴(kuò)散，增加了人員的逃生難度，從而造成人員傷亡。因此分析隧道內(nèi)火災(zāi)事故造成的人員傷亡，應(yīng)合理建立隧道火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值計(jì)算模型，這對(duì)預(yù)防隧道火災(zāi)事故具有重要意義?；馂?zāi)事故社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值是指公路隧道因火災(zāi)事故發(fā)生而造成的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)影響大小，主要包括隧道長(zhǎng)度、洞內(nèi)車(chē)流量、火災(zāi)事故發(fā)生頻率。

2.1 火災(zāi)事故狀況

對(duì)于隧道內(nèi)火災(zāi)的發(fā)生概率，國(guó)內(nèi)尚無(wú)官方數(shù)據(jù)發(fā)布，根據(jù)PIARC的技術(shù)報(bào)告《Safety in Tunnel》(1995)發(fā)布了相關(guān)數(shù)據(jù)，其值為0～10 次/108輛·km。

PIARC的技術(shù)報(bào)告《Fire and Smoke Control in Road Tunnels》(1999)總結(jié)隧道火災(zāi)發(fā)生的概率特點(diǎn)如下：

1) 高速公路隧道的火災(zāi)頻率比其他隧道高；

2) 只有長(zhǎng)隧道或交通量很大的隧道，或兩者兼而有之的隧道中，事故發(fā)生頻率會(huì)達(dá)到1次/月至1次/年不等；

3) 大多數(shù)隧道很少發(fā)生火災(zāi)。

結(jié)合我國(guó)國(guó)情，高速公路隧道基本上處于交通主干線上，隧道一般是穿越山體或者水域，縱坡一般較大，根據(jù)對(duì)幾個(gè)典型隧道的火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示，發(fā)生火災(zāi)的概率定為0.25次/108輛·km。

表2 我國(guó)典型高速公路隧道火災(zāi)事故率

2.2 火災(zāi)事故社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值

參考國(guó)際上對(duì)于火災(zāi)概率和傷亡人員的資料，結(jié)合本課題關(guān)于高速公路隧道火災(zāi)的案例分析和數(shù)值模擬，綜合專(zhuān)家建議，高速公路隧道火災(zāi)的死亡概率為1人/108輛·km。

高速公路隧道每5 min統(tǒng)計(jì)1次隧道內(nèi)的交通量，因此公路隧道的火災(zāi)實(shí)時(shí)人員風(fēng)險(xiǎn)損失為：

Ev2=N×12×24×360×L×1×0.25/108

式中：Ev2為火災(zāi)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值。

3 隧道危險(xiǎn)品泄露社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值

高速公路隧道內(nèi)目前無(wú)法完全避免危險(xiǎn)品車(chē)輛的通行，但危險(xiǎn)品車(chē)輛在隧道內(nèi)出現(xiàn)事故，一般會(huì)引起大量的人員傷亡和結(jié)構(gòu)損傷，其社會(huì)影響較大。由于危險(xiǎn)品車(chē)輛可能造成的重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此危險(xiǎn)品泄露事故也是高速公路隧道的主要風(fēng)險(xiǎn)。危險(xiǎn)品泄露社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值是指公路隧道因危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)發(fā)生事故而造成的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)影響大小，主要包括隧道內(nèi)因危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)發(fā)生事故造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)輿論影響。

3.1 暴露人數(shù)計(jì)算

危險(xiǎn)品事故一般具有突發(fā)性，且災(zāi)情發(fā)展迅速，一般情況下其影響范圍內(nèi)的人員來(lái)不及疏散和逃生。因此，對(duì)當(dāng)前隧道內(nèi)的人員總數(shù)量進(jìn)行估計(jì)是進(jìn)行危險(xiǎn)品事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)條件。各種車(chē)輛類(lèi)型上所乘坐的人數(shù)估計(jì)如表3所示。

表3 不同車(chē)輛類(lèi)型的乘坐人數(shù)

通過(guò)表3中不同車(chē)型乘坐的人員數(shù)量，可大致近似計(jì)算隧道內(nèi)人員總數(shù)量P，計(jì)算公式如下：

P=P1×2+P2×1+P3×2+P4×2+P5×2+P6×5+P7×20+P8×2

其中，P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8由隧道交通監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)識(shí)別及計(jì)算得到。

3.2 危險(xiǎn)品評(píng)估

參考荷蘭Tunprim風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，危險(xiǎn)品事故影響區(qū)有約10%的暴露現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法逃出從而成為受害者，因此，若隧道內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)品事故，死亡人數(shù)的計(jì)算公式為：

M=P×10%

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)生的隧道危險(xiǎn)品事故統(tǒng)計(jì)，平均每起事故的死亡人數(shù)為15人，若式中計(jì)算值小于15時(shí)，M的值則取15。

根據(jù)已有研究，我國(guó)高速公路隧道危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)輛的交通事故率為5.6×108輛·km，因無(wú)法獲取高速公路隧道內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)品事故的數(shù)據(jù)，高速公路隧道危險(xiǎn)品事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估取用城市道路危險(xiǎn)品事故概率數(shù)據(jù)。計(jì)算當(dāng)前高速公路隧道危險(xiǎn)品事故人員損失為：

Ev3=N×W×12×24×360×5.6×M/108

式中：Ev3為危險(xiǎn)品社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值；W為危險(xiǎn)品車(chē)輛系數(shù)，當(dāng)隧道內(nèi)存在危險(xiǎn)品車(chē)輛時(shí)，W=1；當(dāng)隧道內(nèi)無(wú)危險(xiǎn)品車(chē)輛時(shí)，W=0。

4 隧道社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值及案例

4.1 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值Ev

以高速公路隧道社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)實(shí)時(shí)交通量、車(chē)型等交通數(shù)據(jù)的分析及計(jì)算，分別給出了高速公路隧道交通事故風(fēng)險(xiǎn)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)品泄露風(fēng)險(xiǎn)3類(lèi)典型風(fēng)險(xiǎn)的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)期望值計(jì)算模型，通過(guò)對(duì)交通事故風(fēng)險(xiǎn)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)品泄露風(fēng)險(xiǎn)的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值的研究，得出了整體社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值Ev值為：

Ev=Ev1+Ev2+Ev3

Ev值參照歐洲國(guó)家的規(guī)定，建議公路隧道每年的傷亡人數(shù)Ev不大于5。如評(píng)估結(jié)果超過(guò)該數(shù)值，則應(yīng)發(fā)出預(yù)警信息。

4.2 實(shí)例驗(yàn)證

貴州某高速公路隧道位于銅仁市規(guī)劃沿河經(jīng)印江(木黃)至松桃高速公路中間段，設(shè)計(jì)速度80 km/h，隧道左線全長(zhǎng)1 508 m，右線全長(zhǎng)1 515 m，采用雙洞4車(chē)道設(shè)計(jì)，日均車(chē)流量1 860輛。按照設(shè)計(jì)車(chē)速80 km/h計(jì)算，車(chē)輛通過(guò)隧道所需時(shí)間為70 s，即統(tǒng)計(jì)70 s內(nèi)隧道中車(chē)輛數(shù)，鑒于該隧道實(shí)際情況，隧道內(nèi)實(shí)際車(chē)輛為3輛，車(chē)型分別為小轎車(chē)2輛，中型貨車(chē)1輛。將各數(shù)據(jù)代入前述各公式中，可計(jì)算得到各社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值，隧道內(nèi)人員總數(shù)量P，死亡人數(shù)M及隧道危險(xiǎn)品事故人員損失Ev3，進(jìn)而得到整體社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值Ev，并評(píng)估隧道安全與否。

各社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值計(jì)算：

Ev1=1 860×360×1.5×800×0.21/108=1.687

Ev2=1 860×360×0.25×1.5/108=0.002 5

隧道人員總數(shù)量P：P=P3×2+P8×2=1×2+2×2=6

死亡人數(shù)M：M=P×10%=0.6<15，即M=15

假設(shè)存在危險(xiǎn)品車(chē)：W=1，Ev3=1 860×360×5.6×15/108= 0.562

整體社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值Ev：Ev=1.687+0.002 5+0.562=2.251 5<5，小于社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值，故該隧道評(píng)估安全。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)交通事故風(fēng)險(xiǎn)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)品泄露風(fēng)險(xiǎn)的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值計(jì)算模型的研究，分別建立了對(duì)應(yīng)的計(jì)算模型，從而得到了高速公路隧道整體社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值，其主要結(jié)論如下：

1) 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值主要由交通事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值、火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值和危險(xiǎn)品泄露風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值組成，反映了因交通事故導(dǎo)致的死亡人數(shù)對(duì)社會(huì)造成的影響。

2) 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期值的大小可一定程度上反映所評(píng)估隧道目前的交通狀況安全與否，通過(guò)對(duì)貴州某隧道的實(shí)例驗(yàn)證，證明該評(píng)估方法具有可行性。