國內外公路養護安全作業規程對比分析

摘 要：文章選取了中國行業規程JTG H30和美國規程MUTCD作為研究對象，比較他們在作業區長度和限速方面的區別，利用微觀仿真軟件VISSIM對兩種規程方案進行仿真模擬，通過安全性和通暢性的量化對比，找到影響作業區行車安全和通暢的主要因素，對JTG H30進行相關因素的優化并比較優化效果，指出JTG H30的改進思路和優化方向，為進一步補充和完善JTG H30奠定基礎。根據研究結果，通過不同影響因素的改變，解決養護維修作業區相應的安全性和通暢性問題，提高我國的公路養護管理水平。

關鍵詞：養護維修作業區；交通組織；微觀仿真

1 引言

國內外對公路施工作業控制區布置、交通事故成因、安全分析、控制措施以及交通仿真等方面已開展了較多的研究，為作業控制區的控制管理與優化設計提供了一定的基礎。但是缺乏國內外相關規定在安全性及通暢性兩方面的量化對比，也沒有指出各影響因素對安全性及通暢性及對作業區不同區域的不同影響。

因此本文對國內外規程進行了對比分析，并通過vissim仿真模擬了兩種規程的封道效果，對其安全性和通暢性進行了量化對比，指出JTG H30的改進空間和優化方向。

2 仿真模型的建立

本研究選取設計速度120km/h，坡度為0，單向交通量1400vph，大車率40%的路段進行仿真模擬。

如圖1所示為仿真路段和監測點位置示意圖，仿真路段中作業區長度500m，封閉外側車道，封閉車道寬度3.75m，其他各區域長度及速度設置按兩種方案分別設置。監測點位置設置按照每個區域均設監測點，區域內點間隔100m的原則進行設置，其中1-17點在警告區均勻分布，20-24點在工作區均勻分布，18、19、25、26點分別在上游過渡區、緩沖區、下游過渡區和終止區終點。

圖1 仿真路段及監測點位置示意圖

兩種方案設置如下：

表1 兩種方案作業區長度（單位：m）

中國規程方案限速措施采用一次限速，在進入警告區400m處限速60km/h，在終止區終點處解除限速。

美國規程方案限速措施采用NDOR合流控制策略，進行逐級限速，首先在進入警告區805m處進行第一次限速，限速104km/h，在距工作區152m處（進入警告區1415m處）進行第二次限速，限速64km/h，在終止區終點處解除限速。

3 方案對比分析

通過限速和封閉車道的方式來提高作業控制區的安全性，往往是以降低車道的通暢性為代價，因此，本研究從安全性和通暢性兩個方面進行分析。

3.1 安全性對比

本研究選取了美國Sivanaga S. Yadlapati等人提出的最小安全距離MSDE（Minimum Safety Distance Equation）這個道路安全性指標。它綜合考慮了前后車輛的距離和速度差2個因素對事故風險性的影響。它代表的含義為[1]：

（1）

式中：VL VF分別表示前后車速度，PRT、h、f、g、分別表示反應時間、車頭時距、路面摩擦系數、道路縱坡。

得到的MSDE的值越大，表示路段的安全性越高，反之越低。

對兩種方案得到的MSDE結果進行對比可得到如圖2所示結果。

通過圖2可以看到：a.警告區初期，由于兩種方案交通組成及車輛的速度是一樣的，因此兩種方案的MSDE值相似；b.作業區，由于道路條件、長度、交通組成及車輛到達的速度一定，因此安全性相同，另外緩沖區與工作區連成一體，仿真軟件中無法區分，反應在上圖中即兩種方案在緩沖區和作業區MSDE的值相近并且在整個作業區MSDE的值保持不變；c.車輛通過工作區之后，危險即解除，車輛重新進行變道和加速，由于兩種方案下游過渡區的長度很相近，因此在工作區之后兩種方案的安全性均逐漸提高并且曲線相近；d.美國規程方案由于在警告區進行了分級限速，避免了速度急劇下降，另外上游過渡區較長，車輛的變道平緩順暢，因此在警告區和上游過渡區安全性明顯高于中國規程方案；e.由于駕駛員看到減速標志后會產生減速行為，減小前后兩車的車頭時距，造成安全性降低，因此兩種方案在設置減速標志的地方MSDE均有大幅度的下降，并且減速前后速差越大安全性下降越大，速度穩定后安全性變化不大。

可以看到警告區和上游過渡區是兩種方案差異最大的區域，因此對兩種方案警告區和上游過渡區的平均安全性進行對比如圖3所示，美國規程方案的安全性明顯高于中國規程方案，警告區高出38.9%，上游過渡區高出140.0%。

根據以上分析可以得出：a.美國規程方案在警告區長度較中國規程方案短2.1%，限速采用逐級限速，但是安全性卻高出38.9%，雖然后續路段的長度可能對其產生影響，但初步可以斷定限速對于安全性有較大影響。b.美國規程方案在上游過渡區封道方法相同，長度較中國規程方案長128.9%，安全性高出140.01%，雖然警告區安全性可能會對其產生影響，但初步可以斷定上游過渡區長度對于其安全性有較大影響。

3.2 通暢性對比

作業區行程延誤是指車輛在作業區單位長度內實際行駛的行程時間與以暢行速度通過作業區段的自由行駛時間之差[2]。延誤時間的值越大，表明延誤時間越長，道路的通暢性越低，反之越好。

根據VISSIM仿真輸出的延誤時間數據，對兩種方案的結果進行對比可得到如圖4所示結果。

圖3兩種方案平均MSDE對比 圖4兩種方案總延誤時間

圖4為兩種方案中隨機選取的200輛車的延誤時間總和的對比圖。由圖可以看出，對于同一路段的施工作業，在同樣交通量的情況下，兩種方案的延誤時間有很大的差別，中國規程方案的延誤時間高出美國規程方案177.5%。兩種方案僅在警告區限速和上游過渡區長度方面存在較大差異，因此可以初步斷定兩者對于作業控制區的通暢性存在較大影響。

4 結束語

本研究通過仿真對比分析可以得到以下結論：（1）JTG H30規定的交通組織方案在警告區、上游過渡區的安全性及作業控制區通暢性均低于上游過渡區長度較長、采用逐級限速的美國規程方案。（2）限速措施，包括限速值和限速措施對警告區安全性影響較大。警告區僅設置一塊60km/h的限速標志牌，車輛減速梯度較大，不利于行車安全。增設標志牌，施行逐級限速可以使車輛限速在較長的距離內分階段完成，較大幅度的降低車輛的減速梯度和制動減速度。（3）上游過渡區長度對上游過渡區安全性及道路通暢性影響較大。適當增大上游過渡區長度，由于駕駛員收到警告和提示信息的時間提前，處理信息和減速操作時間提前，車輛可提前采取減速措施，車輛換道距離也得以增加，使得車輛行駛的安全性增加。另外增加過渡區長度也可以防止大量車輛減速造成的局部堵塞，減小行程延誤，提高通暢性。

因此，根據以上結論，在進行養護維修作業區養護管理時，要提高警告區安全性和上游過渡區安全性可分別通過改變限速措施和上游過渡區長度得以實現。當道路堵塞嚴重時，可適當增加上游過渡區長度減小延誤時間，提高道路通暢性。根據不同的需要改變作業區的設置，提高公路的養護管理水平。

參考文獻

[1]王強，王顯璞.高速公路養護施工區限速控制研究[J].交通信息與安全，2010，28（153）：124-129.

[2]徐吉謙，陳學武.交通工程總論[M].北京：人民交通出版社，2008：54.