集裝箱港區排隊緩沖區交通設計研究

白子建，王曉華，段緒斌

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051)

0 引言

車輛進入港區、碼頭前，因為港口管理需要而設置閘口、卡子門一類設施對車輛做必要的登記檢查。為減少因停車檢查而引起的延誤，設置類似高速公路收費站的多通道，道路斷面因此也進行相應的漸變加寬，用“空間”來換“時間”。港口排隊緩沖區指車輛在接受必要檢查前排隊等候的場所，屬于港口道路交通用地范疇，主要功能為滿足高峰期間港口車輛排隊等候檢查的臨時停車需求，或者在某些特定時刻作為港口車輛臨時停車場。不同集裝箱港口類型、船舶到離港規律以及集港方式所需要的排隊緩沖區形式也不盡相同，排隊緩沖區形式的選取以及設計方法不當將會造成進出港車輛在卡子門、閘口等區域長時間擁堵，甚至會使鄰近進港道路無法通行。

本文在大量收集國內外典型集裝箱港區排隊緩沖區形式的基礎上，對集裝箱港區排隊緩沖區分類、功能區組成結構劃分、交通設計方法等內容進行深入系統研究，為我國港區排隊緩沖區的具體設計實施提供參考價值。

1 緩沖區組成部分及形式分析

1.1 排隊緩沖區的組成部分劃分

通過分析車輛在緩沖區的駕駛行為、交通特性，港口排隊緩沖去可分為減速換道功能區、臨時等候功能區和排隊檢查功能區三部分組成，見圖1，圖1中：A為減速換道功能區，B為臨時等候功能區，C為排隊檢查功能區。

（1）減速換道功能區：指進港檢查車輛在該功能區實現減速換道功能，使得車輛到達B區和C區時按規定行駛速度或車道行駛。A功能區的設計應能保證駛入車輛有足夠空間完成減速和換道駕駛行為。

圖1 排隊緩沖區組成部分示意圖

（2）臨時等候功能區：指當排隊檢查功能區不滿足進港車輛排隊等候空間需求時，這部分車輛首先在B區臨時等待，直至C區有富裕排隊檢查空間。臨時等候功能區在集疏港低峰期間可作為港口車輛臨時停車場。臨時等候功能區設計應根據高峰期間達到檢測區接受檢查的最大排隊車輛確定空間設計尺寸。

（3）排隊檢查功能區：指車輛進入檢測區前實現分道行駛接受服務的排隊區域。排隊檢查功能區的設計應根據檢測區通道數確定功能區寬度，功能區長度應能滿足大型集卡駕駛員判斷、操作等駕駛行為反應時間。

1.2 排隊緩沖區形式

根據港口緩沖區存車容量、車輛進入緩沖區行駛路徑等因素，排隊緩沖區形式可分為直線式、廣場式和螺旋式三種。排隊緩沖區形式的選擇應結合港口、碼頭高峰期間最大排隊車輛、地形條件、用地大小、路網布局等綜合因素考慮，靈活設計，降低排隊車輛對周圍道路影響。可根據港區、碼頭不同發展時期采用適宜的排隊緩沖區形式。

（1）直接式

直接式排隊緩沖區指進港檢查車輛經過減速換道功能區后，直接進入排隊檢查功能區。該類緩沖區臨時存車容量小，適用于進港車輛達到概率符合均勻函數。占地空間較小。

（2）廣場式

廣場式排隊緩沖區指進港檢查車輛經過減速換道功能區，且不需要大于90°調頭行駛而直接駛入臨時等候功能區，然后達到排隊檢查功能區排隊接受檢測。此類緩沖區具有大容量臨時存放進港車輛的功能，一般將臨時等候功能區設計成停車廣場形式。占地空間較大。

（3）螺旋式

螺旋式排隊緩沖區指進港檢查車輛經過減速換道功能區，需要大于90°調頭行駛才能駛入臨時等候功能區，然后達到排隊檢查功能區排隊接受檢測。此類緩沖區通過延長臨時等候功能區來增加臨時存車容量，一般將臨時等候功能區設計成迂回道路形式。占地空間根據最大臨時存車需求確定，一般較廣場式排隊緩沖區更加節省用地資源。

2 排隊緩沖區交通設計依據

2.1 設計對象

我國公路設計對象分為小客車、載重汽車和鞍式列車，其車輛設計外廓尺寸根據《公路路線設計規范》（JTG D20-2006）規定，見表 1。

表1 機動車設計車輛外廓尺寸

集裝箱港區道路交通以大型集裝箱卡車構成比例為主，因此緩沖區設計對象應選擇大型裝箱卡車。結合我國港口道路交通構成特征，考慮節約用地原則，結合我國港口道路交通構成特征，考慮節約用地原則，緩沖區線形設計對象標準集裝箱車長度為16.5 m。

2.2 大型車輛轉彎半徑

根據相關文獻資料，車輛轉彎半徑與交叉口角度、轉角半徑、車輛軸距、前懸等因素有關，基于此本文對集裝箱卡車轉彎半徑進行分析，提出以下推薦數值見表2。

表2 大型車輛轉彎半徑（單位：m）

3 排隊緩沖區設計主要內容

3.1 減速換道功能區設計

減速換道功能區主要實現集港車輛從港區集散道路減速換道進入排隊緩沖區，因此該功能區的設計要求應能滿足大型集裝箱卡車減速換道等駕駛行為的道路空間需求。

3.1.1 排隊緩沖區目標設計車速

進港檢測車輛從集港道路進入排隊緩沖區前應將車速降低一定的范圍內，確保車輛跟馳、換道的安全。結合不用緩沖區形式，進港檢測車輛經減速換道功能區減速后的目標車速推薦值見表3。

表3 緩沖區設計車速

3.1.2 減速車道長度計算

減速車道長，是以下三個要素為基礎確定的：汽車進入減速車道時的車速；汽車駛離減速車道時的車速；減速方法或減速度。減速的方法是先用發動機制動減速，然后再踏制動器減速，一直減到匝道的行駛速度。

以大型集裝箱卡車為對象，將按下述假設計算的結果作為確定減速車道長的基礎。

（1）將要駛出港區集散道路的車輛以該道路上的平均行駛速度通過減速車道的前端；

（2）進入減速車道后立即用發動機制動減速，并持續3 s；

（3）再以對駕駛員沒有不舒適感的減速度，用制動器減速。在減速車道的盡頭，達到匝道平均行駛速度。

減速車道長度示意見圖2。

圖2 減速車道長度

圖2中：v0－港區集散車道平均行駛速度；v1－用發動機制動減速后的行駛速度；v2－減速換道功能區終點的平均行駛速度。

式中：v0——初速度(m/s)；t——發動機制動器作用時間(s)取3 s。

式中:S2—減速車道長度；α2—減速度；v1－初速度，km/h；v2－排隊緩沖區目標設計車速，km/h。

3.1.3 寬度緩和段長度

寬度緩和段長度的設計準則有：按車輛橫移一個車道所需時間(3～4 s)的計算方法；將S形行駛軌跡作為反向曲線計算的方法；如能滿足方法a和b的條件，即認為符合要求。

（1）橫移一個車道所需時間的計算方法

式中：T—寬度緩和段長（m）；Va—平均行駛速度(km/h)；t取值 3.0～4.0(s)。

（2）將S形行駛輪跡作為反向曲線的計算方法：

式中：T—寬度緩和段長（m）；Va—平均行駛速度(km/h)；i—超高；f—橫向滑動橫向力系數(0.16)；W—變速車道寬(m)；R—反向曲線半徑(m)。

寬度緩和段設計形式示意見圖3。

圖3 寬度緩和段設計形式示意圖

（4）環形車道加寬

在螺旋式排隊緩沖區設計過程中，集港車輛需要在減速換道功能區完成大于90°的調頭行駛過程，因此，應根據大型集裝箱車輛在減速換道功能區的平均行駛車速設計合理的環島半徑及車道加寬值，見表4、表5。

表4 不同設計車速下的環島最小半徑

表5 不同環島半徑下大型車車道加寬值

3.2 臨時等候功能區設計

臨時等候功能區是為了停放排隊集卡，其最大停車位數應能滿足高峰期間集卡排隊停放需求。臨時等候功能區的形式可分為廣場式和螺旋式。

（1）最大排隊集卡數計算

集卡排隊類似于排隊服務問題。當集卡到達強度大于檢查區所有通道服務水平的總和，且每個通道排隊等候檢測的車輛數大于排隊檢查功能區的臨時存車容量，此時需要將剩余的車輛有序停放在臨時等候功能區。

式中：Q—臨時等候功能區需停放的最大車輛數；F—高峰期間達到排隊緩沖區最大車輛數；q—檢測區最大排隊等待車輛數。

a.高峰期間達到排隊緩沖區最大車輛數計算：高峰期間達到排隊緩沖區最大車輛數與港區集港模式、船舶到達規律有關。可根據長期統計數據求得。

b.檢測區最大排隊等待車輛數計算：檢測區最大排隊等待車輛數是一個排隊服務問題。

a:平均來車間隔（s）；b:平均服務時間（s）；S:服務通道數（閘口通道數）。

則來車間隔與服務時間的關系可以表達為：p=b/a(交通強度)；服務通道每1車道為：u=b/sa(1車道交通強度)。根據閘口來車時間和服務時間統計規律分析，來車時間按照泊松分布，服務時間符合指數分布。

每1車道平均等待車輛數（排隊長度）

一般排隊服務求解問題為u小于1，即到達的車輛以平均等待時間等待后就通過閘口通道，該系統才是相對穩定的排隊系統。當港口集港時間過于集中，服務時間大于每一車道來車時間間隔事，此時u大于1，因此會造成集港高峰時段內大量集港車輛滯留在排隊緩沖區。

（2）廣場式

a.車位尺寸

集卡在廣場式臨時等候功能區停放方式可采用平行式、斜列式（有傾角 30°、45°、60°）和垂直式，或混合采用此三種停車方式，見圖4。

圖4中：Wu——停車帶寬度；Lg——汽車長度；We——垂直于通車道的停車位尺寸；Si——汽車間凈距；Wd——通車道寬度；Qt——汽車傾斜角度；Lt——平行于通車道的停車位尺寸。

廣場式臨時等候功能區停車位尺寸設計見表6。

b.通道設計

圖4 停車位布置形式

表6 廣場式臨時等候功能區停車位尺寸設計（單位：m）

汽車單向行駛最小寬度：

汽車單向行駛寬度為汽車寬度與汽車距兩側路緣的凈距之和，凈距可按照設計取速度在10 km/h時的取值，可得車單向單車道行駛通車道寬度，見表7。

表7 單向單車道通車道寬度

雙向雙車道行駛通車道寬度：

雙向行駛通車道寬度應滿足雙向行駛的汽車寬度、汽車與車道邊緣間距、汽車與汽車之間的間距要求，見表8。

表8 雙向雙車道行駛通車道寬度

（3）螺旋式

螺旋式排隊緩沖區通過設置迂回型通道停發臨時等候車輛，車輛進入臨時等候功能區后跟馳前行。螺旋式臨時等候功能區設計應根據臨時等候功能區需停放的最大車輛數，在滿足大型車輛跟馳行駛安全間距的情況下，設置充足的迂回型通道數。螺旋式排隊緩沖區設計應具體結合用地條件，遠期可與廣場式排隊緩沖區統籌考慮。

3.4 排隊檢查功能區設計

排隊檢查功能區是集卡進入檢測區之前實現分道行駛的區域，應滿足駕駛員對前方情況辨別、判斷、操作等駕駛行為需要的時間要求。排隊檢查功能區設計范圍為檢測區中心線到臨時等候功能區邊界之間，結合大型車輛駕駛員駕駛行為特性，排隊檢查功能區應至少能提供駕駛員3～5 s反應時間，即排隊檢查功能區長度至少為75 m。

4 結語

由于進出港車輛需要接受必要的檢查服務，集裝箱港區卡子門、閘口排隊緩沖區極易發生擁堵，其形式設計的不當將直接影響卡子門、閘口通過效率，且對進出港道路通行能力產生負面影響。排隊緩沖區形式設計與港口類型、船舶到離港規律、貨物集港模型等因素有關，本文首次對排隊緩沖區的具體交通設計內容及方法展開研究。本文在集裝箱車輛駕駛特性、停車位尺寸、換道行為研究的基礎上，通過廣泛收集國內外典型集裝箱港區卡子門、閘口附近排隊緩沖區相關設計參數，提出了緩沖區分類方法、功能區組成結構劃分，以及各功能區交通設計方法，為我國集裝箱港區排隊緩沖區設計提供借鑒意義。

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