高速公路車堵應急疏導裝置研究

丁小龍　徐網(wǎng)超　朱治文　曹　陽　曹子皓

（揚州大學　建筑科學與工程學院，江蘇　揚州　225127）

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高速公路車堵應急疏導裝置研究

丁小龍徐網(wǎng)超朱治文曹陽曹子皓

（揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇揚州225127）

摘要：高速公路交通擁堵給人們的出行和貨運帶來直接延誤，影響著社會經(jīng)濟各項事業(yè)的發(fā)展；同時，嚴重的交通擁堵也增加能源耗費并進一步加劇環(huán)境污染。本文針對這一突出問題研究了一種當高速公路發(fā)生嚴重交通擁堵時能快速疏導后方車輛的應急疏導裝置。本裝置在現(xiàn)有工程車的基礎上改建組成，通過機械手臂將通行帆板裝置展開，搭建通向對向車道的便捷通道，從而引導受堵車輛從對向車道行駛至前方道路中央活動分隔帶開口再返回原車道。本研究裝置經(jīng)濟實用，建造工藝簡單，裝卸方便，處置過程機動靈活。

關鍵詞：高速公路；交通擁堵；應急疏導；裝置研究

1　研究背景及意義

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展及城市化進程的加快，以現(xiàn)代物流業(yè)和私家車交通出行等為代表的交通運輸行業(yè)迅速發(fā)展。而交通出行需求及交通運輸量的持續(xù)攀升使得道路交通擁堵，尤其是高速公路交通擁堵問題變得日益突顯，其已成為制約我國社會經(jīng)濟及交通運輸發(fā)展的難題之一。高速公路交通擁堵問題不僅給高速公路出行者帶來時間和經(jīng)濟上的損失，而且長時間擁堵對人的生理和心理及社會環(huán)境都帶來了很多負面影響［1］。

對于高速公路緊急情況下的車堵疏導處置，國外在這方面進行了有益探索和研究，取得了一些成功經(jīng)驗。比如，美國政府為能夠快速有效地處理交通事故或意外，政府不惜花費巨資全力建設高效的交通監(jiān)控系統(tǒng)，同時交通警察開車巡邏，重點檢查那些交通擁堵或者事故多發(fā)地段，一旦發(fā)生交通事故，交警在報警的3min內(nèi)快速趕到，快速處理事故。此外，美國覆蓋全面的保險制度也在一定程度上有助于事故的快速處理。相對而言，德國是交通事故發(fā)生率較低的國家，一旦發(fā)生交通事故或意外，交警隊的值班員要將事故發(fā)生的詳細資料記錄在案，同時向交警、消防和救護3個部門通報，以便于協(xié)調行動。在處理事故過程中，各部門人員配合默契而職責分明。警察在確定事故責任后，馬上疏導現(xiàn)場車輛流通。因此，在德國發(fā)生交通事故，很少引起交通堵塞。英國汽車協(xié)會在高速公路清障救援方面有一個相對科學、高效、成熟的道路清障救援模式，其提供4種道路清障救援服務供選擇，包括1個基礎服務（路邊救援）和3個附加服務（接力、安全出發(fā)、保持運行）。另外，英國汽車協(xié)會還為公眾提供了一個專用的清障救援服務號碼，使得民眾可以第一時間發(fā)出求救請求，從而減少應急處置等待時間［2］。

與國外相比，我國的高速公路交通運輸情況較為復雜。就我國目前高速公路存在的嚴重交通擁堵問題看，我們認為核心不是要抑制交通需求和更多增加道路供給，而是缺乏先進的高速公路管理經(jīng)驗和快速有效的事故處置技術手段。特別是當出現(xiàn)突發(fā)交通擁堵情況后，往往是倉促地制訂一些臨時交通管制措施來應對，而沒有正確地使用快速有效的交通疏導技術，致使高速公路交通擁堵問題愈演愈烈。因此，設計和建造一種高速公路車堵應急疏導裝置就顯得尤為重要和迫切［3］。

2　設計原理

2.1設計思路

高速公路車堵應急疏導裝置是在高速公路發(fā)生緊急事故情況后，為及時疏導事故路段上游來車而搭建的用以緩解交通擁堵的疏導裝置。現(xiàn)行高速公路發(fā)生緊急情況后，由于事故處理效率低下，事故路段上游很容易形成大面積擁堵。若在尚未形成大面積交通擁堵的情況下，及時將事故路段擁堵車輛通過該裝置引導到對向車道行駛后經(jīng)前方道路中央活動分隔帶開口再返回原車道，這樣就能使車輛繞過事故區(qū)域，從而大大減少因堵車而造成的交通擁堵和經(jīng)濟損失［4］。

按此思路，解決問題的重點就轉移為設計一種能跨越中央分隔帶且滿足一般車輛爬坡能力的應急疏導裝置。該應急疏導裝置以現(xiàn)有工程車為基礎，設計利用廂壁展開搭建一個供車輛繞行的通道。考慮到車輛利用該裝置駛向對向車道需要跨越中央分隔帶，故需要在裝置廂體內(nèi)設置爬坡車道。該應急疏導裝置在未展開前，爬坡車道部分與車廂壁重合，待裝置展開時爬坡車道順應伸展出［5］。有關裝置設計遵循我國對道路車輛尺寸規(guī)定和《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）等文件。

2.2設計方案

2.2.1車體尺寸設計。為滿足運輸要求，根據(jù)《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值》（GB 1589-2004），本裝置選取的工程車輛的車廂設計長度為14m，高3.8m，寬2.65m。具體尺寸設計如圖1、2、3所示。

圖1 工程車左視圖

圖2 工程車俯視圖

圖3 工程車正視圖

2.2.2平臺展示尺寸設計。由圖4所示尺寸，計算得到裝置展示占地面積：S=裝置展開后平臺的面積（長×寬）+兩個斜坡在水平面上的投影面積。其中，投影區(qū)域的長度由勾股定理得出：l=（142-22）1/2=13.86m，故：S=14× 11+2×3.45×13.86=249.61m2。

圖4 應急疏導裝置展示尺寸圖

2.2.3坡道坡度設計。根據(jù)中小型車輛一般20%的爬坡能力要求。本裝置坡度設計為：h/L×100%=2/13.86× 100%=14.4%。這完全能滿足中小型車輛的爬坡能力要求。

2.2.4裝置展示整體效果。根據(jù)計算設計裝置整體展示效果如圖5、6所示。

圖5 應急疏裝置展示效果

圖6 下游中央分隔帶開口效果

2.3應急疏導交通組織

事故路段車流行駛路徑如圖7所示，矩形框表示緊急事件影響地段，實線箭頭表示事故方向車流的行駛路徑，該方向上的車輛通過工程車搭建的應急通道借用對向車道行駛，在下一個中央分隔帶開口處駛回原車道。虛線箭頭表示對向車道車流行駛路徑。

圖7 車輛行駛路徑

當高速公路發(fā)生緊急情況引起交通堵塞，交警部門接到報警電話后，根據(jù)事故發(fā)生地點按就近原則派出應急疏導工程車輛。當工程車輛在最短時間內(nèi)從對向車道到達事故地點后，交警首先根據(jù)事故現(xiàn)場情況做好相關交通管制，選擇工程車停放位置并做好工程車的穩(wěn)固工作。其次，在事故上游一定距離設置提醒車輛分流標志，引導小型和中型車輛進入超車道以便利用該裝置快速通過事故區(qū)域，而重型車輛則在外側行車道排隊等候。再次，用機械臂將工程車應急疏導裝置打開，依據(jù)道路中央綠化分隔帶寬度調節(jié)供車輛通行的應急通道伸縮裝置，并組織引導車輛安全、有序駛向到對向車道。最后，待事故現(xiàn)場處理完畢后，將應急疏導裝置收起駛離事故現(xiàn)場，恢復交通。

3　通行能力估算

3.1裝置使用耗時估算

裝置從始發(fā)地到達事故區(qū)投入使用的時間包括：到達指定區(qū)域路途行駛時間T1，裝置展開時間T2，裝置穩(wěn)固檢驗時間T3。按照每百公里路段設置裝置估算，依據(jù)事故地點到裝置距離不同，T1不確定，取理想狀態(tài)下平均時間T1為30min；根據(jù)裝置通過機械手段展開，T2取5min；對裝置穩(wěn)固檢驗時間，T3取5min。則總計耗時為：T=T1+T2+ T3=30min+5min+5min=40min。

3.2裝置通行能力估算

根據(jù)道路類型及事故路段車道數(shù)對通行能力的影響，見表4［4］。

表4 道路類型及事故路段車道數(shù)對通行能力的影響

如表4所示，當高速路面出現(xiàn)全車道擁堵，通行能力減少100%時，該裝置可有效緩解擁堵，提高通行能力。

用VISSIM軟件模擬發(fā)生緊急情況后使用該裝置的車流運行情況。圖8、9分別為應急疏導裝置展開的俯視圖和中央分隔帶開口俯視圖。路段1表示工程車展開后長度45.5m，路段2表示在中央分隔帶開口處車輛變道長度26.1m。

圖8 應急疏導裝置展開俯視圖

圖9 中央分隔帶開口俯視圖

通過VISSIM軟件分別模擬車輛通過路段1、路段2的平均行駛時間和通過的車輛數(shù)。測定車輛通過工程車裝置的平均車速約為20km/h，用時約8s。從表5中VIS?SIM仿真輸出的數(shù)據(jù)可以看出，每5min通行數(shù)據(jù)最終穩(wěn)定在50輛左右。對此計算得出，正常情況下每小時可通行約600中小型車輛。

表5VISSIM仿真數(shù)據(jù)

4　結論

裝置利用現(xiàn)有工程車輛改建，廂體展板組成結構簡單，生產(chǎn)制造、維護保養(yǎng)方便，可廣泛應用于國內(nèi)外絕大多數(shù)高速事故路段的應急疏導。

裝置造價比現(xiàn)有工程車略高約20%左右，且可供長期反復使用，有利于降低成本開支和資源集約利用，滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需要。

裝置主體依托工程車輛，可以迅速開赴事故現(xiàn)場；其特制折疊展板通過機械臂可在較短時間內(nèi)快速搭建應急疏散通道。

經(jīng)測算，在路況及光照理想狀態(tài)下，每小時可疏導約1 500中小型車輛；在路況及光照欠理想狀態(tài)下，每小時可疏導約600中小型車輛。這能有效緩解事故上游路段的擁堵情況，減輕社會經(jīng)濟損失，并能有效減緩擁堵車輛尾氣排放而導致的空氣污染。

參考文獻：

［1］康省楨，徐勇，王宜偉，等.我國高速公路突發(fā)事件應急處置現(xiàn)狀研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2008（1）：41-42.

［2］陳金玉.高速公路清障救援服務管理解析［J］.才智，2014（5）：35-39.

［3］GB1589-2004.道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值［S］.

［4］閆書明，白書鋒，于海霞.中央分隔帶護欄開口處事故分析與解決方案［J］.公路，2010（1）：196-201.

［5］吳雪.高速公路大流量擁堵及疏導的仿真分析與研究［D］.杭州：杭州電子科技大學，2012.

中圖分類號：U491

文獻標識碼：A

文章編號：1003-5168（2016）02-0113-04

收稿日期：2016-02-01

基金項目：2015年國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201511117025）。

作者簡介：丁小龍（1965-），男，副教授，研究方向：物流管理、高等教育管理；徐網(wǎng)超，男，本科在讀，研究方向：土木工程；朱治文，女，本科在讀，研究方向：交通工程；曹陽，男，本科在讀，研究方向：交通工程；曹子皓，男，本科在讀，研究方向：交通工程。

Research on Emergency Dredging Device for Highway Vehicle

Ding XiaolongXu WangchaoZhu ZhiwenCao YangCao Zihao
（Yangzhou University，Building Science and Engineering College，Yangzhou Jiangsu 225127）

Abstract:Highway traffic congestion brings to people's travel and freight delays,directly influence the so?cial and economic development of various undertakings;At the same time,the serious traffic jam also in?crease energy costs and further aggravate environmental pollution.In view of this prominent question,this paper studied a kind of when freeway serious traffic congestion that can quickly ease the rear of the vehi?cle emergency guidance device.This device on the basis of the existing engineering alteration,will pass through mechanical arm board device,building leads to the lane to the convenience of channel,thus guid?ing by plugging the vehicle from the front of the lane to road central activity space with open again to re?turn to the original lane.The utility model has the advantages of economy and practicality,simple construc?tion process,convenient assembly and disassembly,flexible handling process and flexible processing.

Keywords:highway；traffic congestion；emergency channel；device research