高速公路收費站收費車道數優化方案研究

段飛飛

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

1 研究背景

隨著安裝ETC通行卡的機動車數量穩步提升，車輛上下高速公路更加方便快捷，極大減輕了收費站的通行壓力，提高了通行效率。為進一步深化收費公路制度改革，控制收費服務設施建設規模、綜合利用資源、統一建設標準，結合山西省高速公路運營管理的實際情況，對后續新建收費站收費車道數進行優化調整是十分必要的。

2 現階段核定新建收費站車道數存在的問題

目前，盡管ETC使用率日益增加，但ETC的使用率達到100%尚需時日，人工收費方式近期依然存在。截至2020年10月26日，全國高速公路ETC使用率超過65.98%，其中，客車ETC使用率超過70%，貨車ETC使用率超過53%.截至2021年3月，山西交控集團所轄收費車道入口客車ETC使用率60.49%，貨車ETC使用率72.58%，ETC綜合使用率64.76%；出口收費車道客車ETC使用率59.65%，貨車ETC使用率73.29%，ETC綜合使用率64.36%.現階段ETC/MTC收費模式共存增加了問題的復雜性。

2.1 現行標準不適應新情況

目前用于確定收費站車道數的標準是交通運輸部《收費公路聯網收費技術要求》（2007年第35號公告），該標準只有針對人工收費車道數的計算方法。在取消高速公路省界收費站前，ETC使用率較低的情況下，該標準的計算方法是合理的。在目前ETC使用率已大幅提高的情況下，依然采用現行規范的計算方法是不合理的，會導致計算車道數偏多，相應的收費服務設施規模偏大，造成不必要的資源浪費。

經對多所交通設計院進行咨詢（如北京交科、中交一院、中交二院、河南省交通設計院、內蒙設計院等），各院均認為現有車道數計算標準不能完全適應新情況，但應該如何計算又缺乏規范依據和理論支撐。

2.2 收費車道需求由單一因素控制變為二元因素控制

MTC時期的收費車道數由遠期交通量這一個因素決定。而現階段ETC使用率處于動態上升時期，新建收費站運營初期ETC使用率較低但對應交通量也較低，遠期ETC使用率100%但對應交通量也達到最大，兩者中哪種情況對收費車道數的需求更大，需要作出科學、合理的判斷。

3 優化收費站收費車道數的總體思路

現階段新建收費站全生命周期內ETC使用率、交通量均是動態上升的過程，對收費車道數的需求也是波動的。收費站作為交通運輸行業服務人民群眾的重要陣地，應確保收費站通行效率是持續提升的，應避免收費站通行效率在一定時期出現下降的情況。因此，收費車道計算宜采用“雙校核”模式，即按近期的ETC使用率、交通量計算一次，同時按遠期ETC使用率100%、最大交通量再計算一次，兩次計算取大值確定收費車道數。

4 建議的收費車道數計算方法

4.1 測算年限的分期

a）近期 ETC使用率按客車ETC使用率達到67%、貨車ETC使用率達到75%考慮，交通量取開通后第5年預測值。

b）遠期 ETC使用率100%，交通量取開通后第20年預測值。

注1：2021年3月交控集團數據顯示收費站入口ETC使用率客車占60.49%，貨車占72.58%；出口ETC使用率客車占59.65%，貨車占73.58%.綜合來看，山西省客車ETC使用率在60%左右，貨車ETC使用率在73%左右。山西省貨車ETC使用率高于客車，且顯著高于全國貨車ETC平均53%的使用率，這也是山西省ETC使用率的一大特點。建議近2年內新建項目ETC使用率暫按交控集團目標設定，也可參考項目所在地就近收費站當期ETC使用率。

注2：為了避免收費站短期內出現通行效率下降，建議交通量取第20年預測值。

4.2 計算基本假定

以ETC方式通行收費站的車輛也可能使用混合車道，計算模型較復雜，為簡化計算，假定所有以ETC方式通行收費站的車輛全使用ETC專用車道，MTC方式通行收費站的車輛只能使用混合車道。

4.3 ETC專用車道數計算

《收費公路聯網收費技術要求》中僅規定了ETC車的服務時間，但未給出ETC車道數計算方法。山西省交通運輸廳科技項目《高速公路收費車道數計算方法研究》研究成果中給出了根據ETC交通量和服務時間直接查表計算法，見表1。

表1 ETC車道數量與服務時間關系表 pcu/h

4.4 混合車道數（即MTC車道）計算

在做近期校核時，根據ETC使用率反算出MTC交通量，按照《收費公路聯網收費技術要求》計算方法計算即可。

4.5 計算步驟

a）近期校核 按照近期ETC使用率、通車第5年預測交通量分別計算ETC專用車道數和混合車道數。

b）遠期校核 按照ETC使用率100%、通車第20年預測交通量計算ETC車道數。

c）車道數理論計算值=MAX{近期計算專用車道數和混合車道數之和，遠期計算ETC車道數}。

d）考慮設備故障、跟車逃逸、黑名單、繳費故障、強行換道、爭議、超載、特種車、綠通、免費車等特情，在理論計算值的基礎上收費站進出口各增加1條備用車道。

4.6 算例

以汾陽至石樓高速公路孝義西收費站為例，該項目設計時即采用本文計算方法，共設3進4出收費車道。

在撤銷主線收費站專項行動之前，完全按照《收費公路聯網收費技術要求》中的算法，該站點計算出的收費車道數為4進6出，兩者相差3條車道。具體計算過程附后。

5 建議近期車道功能劃分

理論上遠期收費車道全部為ETC車道，而近期ETC/MTC收費模式共存，建議近期車道功能劃分：近期各收費站計算出DHVETC的值后根據查表得到ETC專道配置數量，其余車道按ETC/MTC混合車道配置。

6 收費車道數計算示例

6.1 算法1 本文介紹的收費車道數計算方法（汾陽

至石樓高速公路孝義收費站）

6.1.1 交通量轉換

a）依據汾陽至石樓高速公路工程可行性研究報告，可知孝義西收費站近期年（通車5年）預測的年平均日交通量AADT近為11 520 pcu/d，遠期年（通車20年）預測的年平均日交通量AADT遠為 18 325 pcu/d，設計小時交通量系數K為0.11，方向分布系數D為0.55。

依據公式標準設計小時交通量DHV=AADT×K×D[1]，可求得：

b）工可中自然數車型比例預測比例、車型分類及折算系數如表2所示。

表2 車型比例、車型分類及折算系數

因近期年車道數計算時，按ETC客車使用率達67%，貨車ETC使用率75%計算，而工可中給出的交通量均為標準小客車交通量，因此需對DHV近進行拆分為DHV近的ETC和DHV近的MTC兩部分。

第二步，換算成分車型的自然數小時交通量n近=N近×P.

表3 分車型的自然數小時交通量 輛/時

第三步，按ETC客車使用率達67%，貨車ETC使用率75%，得出分車型的自然數小時交通量n-近ETC，n-近ETC=n近×ETC使用率。

表4 分車型的自然數小時交通量 n-近ETC 輛/時

表5 ETC標準設計小時交通量 pcu/h

6.1.2 近期校核

a）近期ETC車道服務時間取4 s，采用查表法查詢ETC車道數與服務時間關系表（表1）可知，需設1進1出ETC車道。

b）近期MTC車道出口服務時間取20 s[1]，入口服務時間取8 s[1]，采用查表法查詢《收費公路聯網收費技術要求》附錄F收費土建附屬設施表F-2車道數計算表可知，需設1進2出MTC車道。

c）將ETC車道數和MTC車道數相加，可知共需2進3出收費車道。

6.1.3 遠期校核

遠期年ETC使用率達到100%，因此可直接引用遠期年DHV交通量。ETC車道遠期服務時間取3 s，采用查表法查詢上文中ETC車道數與服務時間關系表（表1）可知，需采用2進2出ETC車道。

6.1.4 對近遠期車道數進行“雙校核”

近期年車道數為2進3出，遠期年車道數為2進2出，該收費站為近期年控制車道總數，即需設置2進3出收費車道。

6.1.5 備用車道

在理論計算值的基礎上收費站進出口各增加1條備用車道后，即該收費站共需設置3進4出收費車道。

6.2 算法2 撤銷主線收費站專項行動之前按照收費規范的算法

6.2.1 基礎交通量轉換

依據《公路工程技術標準》第10.4.3.3條，收費車道數計算測算至通車20年[2]。

根據汾陽至石樓高速公路工程可行性研究報告，可知孝義西收費站通車20年的年平均日交通量AADT遠為18 325 pcu/d，設計小時交通量系數K為0.11，方向分布系數D為0.55。

依據公式標準設計小時交通量DHV=AADT×K×D[1]，可求得：

6.2.2 車道數選取

MTC車道出口服務時間取16 s[1]，入口服務時間取8 s[1]，采用查表法查詢《收費公路聯網收費技術要求》附錄F收費土建附屬設施表F-2車道數計算表可知，共需設4進6出收費車道。