基于八車道的高速公路通行能力影響研究

楊 陽

（江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司，江蘇南京 211008）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國高速公路的規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)營管理已經(jīng)取得了非常大的突破。我國高速公路的流量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長的趨勢(shì)，交通壓力頗大。因此，已建成或者在建、規(guī)劃的高速公路的通行能力成為學(xué)者們研究的對(duì)象。魏雪延等[1]分析了不同斷面形式下多車道高速公路通行能力的影響因素，通過VISSIM對(duì)研究的斷面形式進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果對(duì)高速公路的斷面設(shè)計(jì)與交通組織具有一定的參考意義。饒秋麗[2]認(rèn)為交織區(qū)是道路系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)交織區(qū)內(nèi)交通流運(yùn)行的重要影響因素進(jìn)行了論述，分析了對(duì)交織區(qū)內(nèi)交通流運(yùn)行和通行能力的影響。劉偉銘等[3]定量分析了交通事故對(duì)高速公路通行能力造成的影響。吳德華[4]揭示了瓶頸路段運(yùn)營通行能力變化規(guī)律。Fabio Sasahara[5]建立了用于估計(jì)各種高速公路設(shè)計(jì)和需求下的逐車道速度和流量模型，并收集了美國多個(gè)地點(diǎn)的環(huán)形探測(cè)器檢測(cè)得到的速度和流量數(shù)據(jù)應(yīng)用到此模型中，結(jié)果表明只要能提供該路段每條車道的通行能力和自由流速度，就能準(zhǔn)確地估計(jì)出每條車道的速度。Abdulmajeed Alsharari[6]分析了封閉道路和不利天氣條件（中到強(qiáng)降雨強(qiáng)度）事件對(duì)高速公路路段通行能力和自由流速度的影響。以上學(xué)者的研究對(duì)象多為六車道及以下的高速公路，本文分析了不同因素對(duì)八車道高速公路的通行能力，并結(jié)合擴(kuò)建后的滬寧高速公路進(jìn)行分析。

1 道路養(yǎng)護(hù)施工對(duì)八車道高速公路通行能力的影響

以滬寧高速公路的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來標(biāo)定模型參數(shù)，分別對(duì)八車道高速公路在不同施工情形下的通行能力進(jìn)行仿真研究。

由于道路條數(shù)較多，施工封閉行駛多樣化，致使八車道高速公路施工區(qū)的交通組織形式多樣化，主要按照封閉車道的形式研究各封閉情形下八車道高速公路的通行能力。無錫段4條車道全部封閉施工的次數(shù)較少，故不考慮4條車道封閉的情況；路側(cè)施工基本對(duì)通行能力沒有影響，也不考慮。

在不考慮利用應(yīng)急車道行車的情況下，主要考慮封閉外側(cè)兩條車道的情況。情形1：對(duì)封閉車道上的車流采用逐級(jí)合流的形式。對(duì)于上游過渡區(qū)，先讓最外側(cè)車流換道進(jìn)入鄰近車道，行駛一段時(shí)間后再次換道進(jìn)入未封閉車道，下游同理進(jìn)行分流。情形2：上游將封閉車道的車流直接合流到未封閉的車道上，未采取逐級(jí)過渡的形式。下游采用直接分流式。分別對(duì)2種情形下單向道路的通行能力進(jìn)行仿真，比較選擇最合適的交通組織方式，封閉邊上兩車道的情形下，路段仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 封閉邊上車道仿真路段長度參數(shù) 單位：m

仿真結(jié)果如圖1所示。

圖1 封閉兩條車道的斷面通行能力

由圖可知，封閉方式對(duì)通行能力的影響差異不大。在給定了如上表所示的施工區(qū)路段長度參數(shù)時(shí)，由于警告區(qū)的長度充足，故車流在到達(dá)施工區(qū)域之前，有足夠的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。且在情形1中，上游過渡區(qū)長度與上游調(diào)整段長度之和與情形2中上游過渡區(qū)段長度相當(dāng)，故兩者未呈現(xiàn)明顯差異。

總體而言，仿真結(jié)果與統(tǒng)計(jì)分析模型所得結(jié)果相比偏大，但兩者呈現(xiàn)的基本規(guī)律仍是相適應(yīng)的。若當(dāng)前車道的最大流率超過了封閉車道后流率區(qū)間的最高值，應(yīng)考慮在平峰時(shí)段或夜間對(duì)道路進(jìn)行封閉，完成相關(guān)作業(yè)任務(wù)。

2 交通事故對(duì)八車道高速公路通行能力的影響

2.1 高速公路交通事故下通行能力影響因素

高速公路交通事故在多個(gè)方面都會(huì)對(duì)高速公路通行能力產(chǎn)生不同的影響，如高速公路的處理方式、處理時(shí)間等。

（1）封閉行車道數(shù)。

發(fā)生交通事故時(shí)考慮路段安全，需要封閉至少一個(gè)車道，這樣對(duì)高速公路產(chǎn)生重大影響，在節(jié)假日等大流量期間會(huì)導(dǎo)致路段擁堵的情形。

（2）封閉車道長度。

處理高速公路交通事故除封閉行車道的方式外，還可以封閉一定車道長度。如果封閉車道長度過長，則對(duì)該路段的交通流的影響較大，進(jìn)而影響了該路段的通行能力。

（3）事故路段限速。

當(dāng)對(duì)事故路段進(jìn)行限速處理時(shí)，此時(shí)單位時(shí)間通過該路段的車輛數(shù)下降，說明限速處理時(shí)該路段的通行能力降低。

（4）事故作業(yè)活動(dòng)。

事故作業(yè)活動(dòng)及作業(yè)強(qiáng)度將影響事故段通行能力。

（5）交通事故延遲時(shí)間。

事故延遲時(shí)間是指事故發(fā)生時(shí)刻至事故處理結(jié)束時(shí)刻之間的時(shí)間段，事故延遲時(shí)間越長，對(duì)高速公路通行能力的影響越大。

2.2 交通事故下八車道高速公路通行能力模型

通過VISSIM仿真軟件，建立八車道高速公路基本路段上的交通事故模型，與施工封閉車道相似，分析交通事故阻塞不同車道的條件下，八車道高速公路在事故中的有效通行能力。

當(dāng)封閉一條車道時(shí)，就總體而言，封閉車道的位置對(duì)車道通行能力的下降影響并不顯著，但仍可以發(fā)現(xiàn)，封閉最內(nèi)側(cè)小客車道會(huì)使通行能力下降得更多。主要原因：在封閉車道的上游，最內(nèi)側(cè)車道僅允許小客車通行，不會(huì)出現(xiàn)車輛混行現(xiàn)象，到達(dá)封閉車道路段，封閉最內(nèi)側(cè)車道使得該路段的小客車換道行駛，增大了交通沖突，降低通行效率，減少了通行能力。仿真結(jié)果如表2所示。

表2 交通事故條件下路段仿真通行能力值表

3 車道管理對(duì)八車道高速公路通行能力的影響

3.1 八車道高速公路車道管理方案

車道管理策略能夠分離性能差異大的車輛，在同一車道內(nèi)盡量形成同質(zhì)的交通流，減少交通沖突，提高交通運(yùn)行的安全；減少低速車輛對(duì)后車的阻擋，充分發(fā)揮八車道高速公路車道數(shù)優(yōu)勢(shì)，合理利用道路空間，提高交通運(yùn)行的效率。

綜合考慮高速公路流量、貨車比例、車道數(shù)、坡度等影響因素，對(duì)于雙向八車道高速公路，按照客貨車結(jié)合車型大小進(jìn)行車道管理，制定6種具有代表性的車道管理策略。

車道通行權(quán)分配方案一：第1、2車道為客車，第3、4車道為客貨車；車道通行權(quán)分配方案二：第1車道為小客車，第2車道為客車，第3、4車道為客貨車；車道通行權(quán)分配方案三：第1車道為小客車，第2車道為客車，第3車道為客貨車，第4車道為貨車；車道通行權(quán)分配方案四：第1車道為小客車，第2車道為客車，第3車道為客車+中小車，第4車道為貨車；車道通行權(quán)分配方案五：第1、2車道為小客車，第3、4車道為客貨車；車道通行權(quán)分配方案六：4條車道都為客貨車。

前五種方案均不同程度地考慮了車輛的性能差異，并且考慮客車專用道及貨車專用道的設(shè)置；方案六不采取車道管理措施，允許所有車道客貨混行，作為對(duì)照組與其余方案進(jìn)行對(duì)比。本研究將貨車的比例分別設(shè)置為10%、20%、30%、40%、50%。對(duì)于每種車道管理方案，在每種貨車比例下，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，分別對(duì)應(yīng)5種情形。根據(jù)交通調(diào)查，設(shè)置小客車與大中客車的比例為8∶1，設(shè)置中小貨車與大貨車的比例為1∶1，不同貨車比例下的交通組成如圖2所示。

圖2 不同貨車比例下的交通組成

仿真場(chǎng)景的設(shè)置內(nèi)容如下：小客車占比87.9%，大中客車占比3.7%，中小貨車占比4.5%，大貨車占比3.8%。每種交通條件下進(jìn)行5次仿真，取試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為指標(biāo)值。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

最大流率隨貨車比例的變化如圖3所示。

圖3 最大流率與貨車比例關(guān)系圖

除方案六之外，在其余的車道管理方案下，以標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，最大流率隨著貨車比例的增加，先增加后下降。方案三與方案四為設(shè)置了貨車專用道的方案，在貨車比例較低時(shí)，最大流率顯著低于其他幾個(gè)方案，這是因?yàn)樨涇囆旭偹俣容^低，且車身尺寸較大，此時(shí)設(shè)置貨車專用道是對(duì)道路資源的浪費(fèi)。當(dāng)貨車比例超過30%時(shí)，以標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量進(jìn)行計(jì)算，方案三的所能承載的最大流率顯著高于其他幾個(gè)方案，方案四優(yōu)勢(shì)不明顯，其主要原因在于第三條車道允許客車與中小貨車混行，在實(shí)際實(shí)施過程中，此種擾動(dòng)對(duì)車流的行駛不利。綜合上述方案，貨車比例超過30%后應(yīng)當(dāng)尋求將最外側(cè)車道設(shè)置為貨車專用道，有利于最大流率的提高。

在各種貨車比例下，方案六的最大流率均最大，說明車輛混行可以最大限度利用道路空間。方案一與方案二的最大流率相當(dāng)接近，設(shè)置小客車專用道可以略微增大最大流率。方案五由于設(shè)置了兩條小客車專用道，最大流率在貨車比例大于等于30%時(shí)偏低。然而在貨車比例小于30%時(shí)仍然偏低，與其他幾種方案相比均無優(yōu)勢(shì)，其主要原因在于設(shè)置了兩條客貨混行的道路之后，雖然一定程度提高了道路的使用效率，但客貨混行仍不能完全滿足大比例貨車條件下貨車的通行任務(wù)。客貨分離是有效提高多車道高速公路通行效率的核心。

4 通行能力提升策略

在研究道路養(yǎng)護(hù)施工、交通事故、車道管理對(duì)八車道高速公路通行能力的影響的基礎(chǔ)上，提出相關(guān)的高速公路通行能力提升策略。

首先，制定精細(xì)化施工養(yǎng)護(hù)方案。通過精細(xì)化的施工組織方案，及時(shí)處置路面損壞和車轍破壞等問題，避免因大型施工造成的滬寧路段通行能力下降、車輛行駛速度降低、延誤增加等問題。

其次，重點(diǎn)事故成因整治。利用交警、道路公司的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)高速公路的違章超速行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)超速違規(guī)發(fā)生較多的路段采取車輛測(cè)速抓拍，加強(qiáng)違法打擊力度；在超速行為多發(fā)的基本路段和匝道路段，可以連續(xù)設(shè)置限速標(biāo)識(shí)，警示和提醒司機(jī)降低車速，在必要路段安裝車速反饋標(biāo)識(shí)。

最后，優(yōu)化交通組織。通過采用車道管控策略、主線控制策略、匝道控制策略相耦合的交通組織方法，通過開放應(yīng)急車道、高速公路控制指令細(xì)化的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)車道駕駛員的精準(zhǔn)控制和管控；貨車錯(cuò)峰出行采用貨車錯(cuò)峰出行的方式，有效利用與高速公路相聯(lián)系的普通國省干道和高速公路進(jìn)行分流，合理制定貨車限行的時(shí)間，試行分時(shí)段、分區(qū)間的差異化收費(fèi)方式，有效降低貨車對(duì)高速公路通行能力的影響。

5 結(jié)語

本文從分別從道路養(yǎng)護(hù)施工、交通事故、車道管理三個(gè)方面結(jié)合滬寧高速公路的數(shù)據(jù)，分析了八車道高速公路通行能力受到的影響，并提出針對(duì)性的通行能力提升策略。在道路養(yǎng)護(hù)施工方面研究了封閉車道數(shù)量以及車道位置對(duì)通行能力的影響，研究結(jié)果表明封閉方式對(duì)通行能力的影響差異不大。當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，分析了封閉行車道數(shù)、封閉車道長度、事故路段限速、事故作業(yè)活動(dòng)、事故延遲時(shí)間等事故處理方式對(duì)通行能力的影響。最后綜合考慮雙向八車道高速公路的流量、貨車比例、車道數(shù)、坡度等影響因素，按照客貨車結(jié)合車型大小進(jìn)行車道管理，制定6種有代表性的車道管理策略，并進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明客貨混行雖然一定限度上能夠提升道路的使用效率，卻不能完全滿足大比例貨車條件下貨車的通行任務(wù)，客貨分離才是提高多車道高速公路通行效率的核心。