城鎮化地區多車道高速公路設計通行能力研究

□ 陳芬菲 聶小虎

自1988 年滬嘉高速——中國第一條高速公路建成通車以來，我國高速公路建設成績顯著，為經濟社會發展發揮了重要的支撐作用。到2022 年底，全國高速公路通車總里程達到17.73 萬公里，路網規模穩居世界第一位。面對新時代交通運輸發展要求，我國部分早期建成的雙向四車道高速公路交通量已嚴重飽和，制約了路網整體運行效率，亟待優化和提升部分高速公路的通道能力。

目前，我國多車道高速公路改擴建正處于起步探索階段，以往高速公路改擴建以“四改八”和“六改十”為主，十車道及以上多車道高速公路的數量及里程并不多，可借鑒的經驗較少。根據國家發改委2022年印發的《國家公路網規劃》，“十四五”期間國家將推動實施包括京滬、京港澳、長深、滬昆、連霍等在內的國家高速公路主干線擁堵路段擴容改造，以提高主要國家高速通道的通行能力。然而，由于城鎮化地區多車道高速公路存在車道數量多、交通流量大、車型結構復雜、交通運行特征有差異等方面的特殊性，使得適用于傳統雙向四車道、六車道高速公路的現有公路行業標準體系規范無法完全覆蓋此類高速公路設計通行能力的選取，尚未形成一套科學適用的研究方法。針對這類高速公路主線路段設計通行能力選取問題，筆者綜合考慮高速公路的功能定位、交通組織方式、綜合交通特性等因素，提出城鎮化地區多車道高速公路主線路段設計通行能力選擇的方法和思路，以滿足城鎮化地區多車道高速公路設計通行能力選擇的需要，為多車道高速公路在城市化地區的改擴建工程提供借鑒和技術支持。

一、通行能力的分類及定義

通行能力在高速公路的規劃、設計、運營管理等階段是評價公路設施對交通流疏導能力的重要參數，反映了交通運行質量，因此，通行能力的分析和評價必須與服務水平的分析評價同步進行。

1.基準通行能力

均勻路段的一條車道在基準道路、交通、控制和環境條件下，在特定時段內所能通過的最大小時流率，即五級服務水平條件下對應的最大小時交通量，是確定公路交通飽和度V/C 的重要指標依據。

2.設計通行能力

均勻路段的一條車道在預期道路、交通、控制和環境條件下，在所選定的設計服務等級下，特定時段內所能通過的最大小時流率即設計通行能力。設計通行能力與選取的服務水平等級有關。《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）作為公路勘察設計行業的基礎性指導規范，將公路設計通行能力定義為相應設計服務水平下，公路設施通過車輛的最大小時流率。其中第3.4.2 條指出，高速公路設計服務水平應不低于三級，根據高速公路路段服務水平分級表，得出設計速度分別為120 公里/小時、100公里/小時、80 公里/小時情況下設計服務水平（三級服務水平）對應的最大服務交通量分別為1 650[pcu/（h·In））]、1 600[pcu/（h·In）]、1 500[pcu/（h·In）]。為適應城鎮化地區高速公路建設的需要，交通運輸部于2021 年發布了《城鎮化地區公路工程技術標準》（JTG 2112—2021），并作為《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）的下位標準，進一步落實了城鎮化地區公路設計中的具體技術指標及技術要求。《城鎮化地區公路工程技術標準》（JTG 2112—2021）第3.4.1 條指出，公路設計服務水平應符合現行《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）的規定，城鎮化地區高速公路設置輔路的路段，主路設計服務水平應不低于三級，高速公路未設置輔路的路段，其設計服務水平可降低一級；高速公路與快速路銜接的路段設計服務水平應不低于四級。根據《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）中的高速公路路段服務水平分級表，得到設計速度分別為120 公里/小時、100 公里/小時、80 公里/小時情況下四級服務水平對應的最大服務交通量分別為1 980[pcu/（h·In）33]、1 850[pcu/（h·In）]、1 800[pcu/（h·In）]。

3.實際通行能力

現有公路的某一條車道上，在實際道路、交通、管制和環境條件下，根據實際的公路幾何構造、交通狀況和交通管理水平，對各服務水平等級下的最大服務交通量進行相應修正后的小時流率。《公路路線設計規范》（JTG D20-2017）作為公路勘察設計階段的常用規范，其中第3.4.2 條指出，高速公路路段的實際設計通行能力為針對設計服務水平的最大服務交通量乘以相應的交通組成修正系數（各車型占比及折算系數的影響）、駕駛人總體特征修正系數（通常在0.95 ～1.00 之間）及路側干擾修正系數（高速公路取1.0）。

二、通行能力的影響因素

1.功能定位

一條公路在路網中的功能定位決定了其設計服務水平等級的選取，從而影響到其設計服務等級（三級或四級）對應的最大服務流量取值。城鎮化地區高速公路除具有暢通直達的傳統交通服務功能外，還需兼顧服務當地短途交通、非機動車及行人交通等出行功能，其承擔的交通功能具有多元性。因此，城鎮化地區高速公路主線路段對應的設計通行能力，應考慮其是否設置有輔路及銜接的城市道路等級綜合確定。

2.交通組織模式

交通組織模式是指為了提高交通運行效率、解決交通擁堵、縮短行程時間、減少交通事故、降低燃油消耗、最大限度地發揮交通走廊通行能力的交通管控策略。目前，國內外高速公路采用的交通組織管理模式主要有客貨混行式、客貨分離式、主輔分離式等。

（1）客貨混行式。客貨混行是指在通行過程中不強制分流，客車或貨車可自由選擇行駛車道，是目前國內雙向六車道及以下的高速公路采用的最廣泛的車道管理方式。然而，在這種車道管理模式下，由于客車和貨車在車型的外觀尺寸與車輛動力性能方面存在較大的差異，當車輛發生變道行為時，增加了車輛間的干擾，從而影響到鄰近車輛的行駛速度和行駛軌跡，增加了交通事故風險，也降低了通行效率。

（2）客貨分離式。客貨分車道行駛，通常是指內側車道僅對車速較高的客車開放，外側車道主要對貨車開放。其主要目的是將行駛速度較低的貨車限制在外側車道，從而減少車道內的速差沖突數，降低車輛加減速操作頻率，保證車輛行駛的暢通，提高了不同車型的運行速度。客貨分道行駛很大程度上解決了重車占道、客車超車難的問題，使交通流在空間上得到了渠化，車道內交通流速度也趨于平穩，通行效率得到了提高，同時也降低了跟馳車輛由于速度差或強行變換車道造成的交通事故發生率。對于車流量大、客車和貨車互相干擾大、車輛不用頻繁變道的路段，這種車道管理方法是適用的。

（3）主輔分離式。主輔分離式斷面又稱“長途+集散”式斷面，含義為內幅車道主要供長途過境車輛快速行駛，外幅車道主要供中短途及集散交通出行使用，內外幅路之間每隔一定距離設置一段轉換車道，并且互通立交的匝道只與外幅車道相連。該種車道管理方式有利于提高主線路段的通行效率，尤其是對大交通量、長距離出行占比較大的路段效果較好。

3.綜合交通特性

對公路通行能力產生影響的交通特性主要包括交通出行特征（過境交通、對外交通、內部交通出行量占比）、設計速度、車道數量及車型比例（小型車、中型車、大型車、汽車列車占比）。

三、通行能力選取方法與思路

1.交通功能定位

結合高速公路所處地理位置及周邊土地開發利用現狀及規劃，劃分交通出行小區，并采集交通OD出行數據樣本，分析公路承擔的過境交通、對外交通、內部交通出行量占比情況，從而確定公路主要承擔的交通功能與作用，最后根據設計速度選取對應的設計服務水平及設計通行能力。

2.車道功能劃分

交通組織模式是在車道功能劃分的基礎上進一步提出的管理方式。通過采集現狀公路車型結構數據，分析研究小型車、中型車、大型車、汽車列車等各車型的比例，結合公路的整體功能定位，合理劃分每條車道承擔的功能，并設計出對應的交通組織模式。

3.交通仿真

采用VISSIM仿真軟件，根據現有高速公路實際的車流運行特點，從車流量、交通構成、代表車型、期望速度、換道行為、長短途比例分配、跟馳模型等角度標定關鍵參數。針對設計的各種交通組織模式下的仿真運行情況進行對比分析，以確定各交通組織模式的適用場景。

4.通行能力計算

（1）客貨混行式。整體式客貨混行車道主要考慮大型車的混行對內側車道通行能力的影響，需要引入大型車混行比例修正系數、內側車道修正系數和外側車道修正系數等3 個指標。

（2）客貨分離式。在客貨分離模式下，在這種交通組織模式下，客車幅面與貨車幅面的通行能力需要分別考慮內外車道修正系數來計算，兩者相加就是多車道的通行能力。

（3）主輔分離式。由于在主輔分離模式下，互通立交的匝道僅與外幅集散車道相連，需要借助轉換車道通過左側流出、從右側匯入的方式進入內幅車道。所以，轉換車道的存在，會對內側車道和外側車道的通行能力造成影響，因而主輔分離模式下的通行能力計算，除了需要考慮大型車混入比例修正系數、主輔路內外側車道修正系數外，還需要引入轉換車道的修正系數。

在各種交通組織模式下，借助VISSIM仿真軟件進行流量運行模擬，最后得出對應的通行能力修正值。

四、結語

由于多車道高速公路在道路橫斷面布置形式、交通管制條件、交通運行特點等方面與普通雙向四車道、六車道高速公路存在較大差異，實際工程應用中已有的普通高速公路通行能力取值已不適用。通過分析不同交通組織模式下影響通行能力的各項因素，提出既能滿足交通出行需求，又能實現良好交通運行的城鎮化地區多車道高速公路通行能力研究的思路與方法，可以為城鎮化地區多車道高速公路建設項目的車道技術標準論證提供參考。