集裝箱港區(qū)排隊緩沖區(qū)交通設(shè)計研究

白子建，王曉華，段緒斌

（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300051)

0 引言

車輛進入港區(qū)、碼頭前，因為港口管理需要而設(shè)置閘口、卡子門一類設(shè)施對車輛做必要的登記檢查。為減少因停車檢查而引起的延誤，設(shè)置類似高速公路收費站的多通道，道路斷面因此也進行相應(yīng)的漸變加寬，用“空間”來換“時間”。港口排隊緩沖區(qū)指車輛在接受必要檢查前排隊等候的場所，屬于港口道路交通用地范疇，主要功能為滿足高峰期間港口車輛排隊等候檢查的臨時停車需求，或者在某些特定時刻作為港口車輛臨時停車場。不同集裝箱港口類型、船舶到離港規(guī)律以及集港方式所需要的排隊緩沖區(qū)形式也不盡相同，排隊緩沖區(qū)形式的選取以及設(shè)計方法不當(dāng)將會造成進出港車輛在卡子門、閘口等區(qū)域長時間擁堵，甚至?xí)灌徑M港道路無法通行。

本文在大量收集國內(nèi)外典型集裝箱港區(qū)排隊緩沖區(qū)形式的基礎(chǔ)上，對集裝箱港區(qū)排隊緩沖區(qū)分類、功能區(qū)組成結(jié)構(gòu)劃分、交通設(shè)計方法等內(nèi)容進行深入系統(tǒng)研究，為我國港區(qū)排隊緩沖區(qū)的具體設(shè)計實施提供參考價值。

1 緩沖區(qū)組成部分及形式分析

1.1 排隊緩沖區(qū)的組成部分劃分

通過分析車輛在緩沖區(qū)的駕駛行為、交通特性，港口排隊緩沖去可分為減速換道功能區(qū)、臨時等候功能區(qū)和排隊檢查功能區(qū)三部分組成，見圖1，圖1中：A為減速換道功能區(qū)，B為臨時等候功能區(qū)，C為排隊檢查功能區(qū)。

（1）減速換道功能區(qū)：指進港檢查車輛在該功能區(qū)實現(xiàn)減速換道功能，使得車輛到達(dá)B區(qū)和C區(qū)時按規(guī)定行駛速度或車道行駛。A功能區(qū)的設(shè)計應(yīng)能保證駛?cè)胲囕v有足夠空間完成減速和換道駕駛行為。

圖1 排隊緩沖區(qū)組成部分示意圖

（2）臨時等候功能區(qū)：指當(dāng)排隊檢查功能區(qū)不滿足進港車輛排隊等候空間需求時，這部分車輛首先在B區(qū)臨時等待，直至C區(qū)有富裕排隊檢查空間。臨時等候功能區(qū)在集疏港低峰期間可作為港口車輛臨時停車場。臨時等候功能區(qū)設(shè)計應(yīng)根據(jù)高峰期間達(dá)到檢測區(qū)接受檢查的最大排隊車輛確定空間設(shè)計尺寸。

（3）排隊檢查功能區(qū)：指車輛進入檢測區(qū)前實現(xiàn)分道行駛接受服務(wù)的排隊區(qū)域。排隊檢查功能區(qū)的設(shè)計應(yīng)根據(jù)檢測區(qū)通道數(shù)確定功能區(qū)寬度，功能區(qū)長度應(yīng)能滿足大型集卡駕駛員判斷、操作等駕駛行為反應(yīng)時間。

1.2 排隊緩沖區(qū)形式

根據(jù)港口緩沖區(qū)存車容量、車輛進入緩沖區(qū)行駛路徑等因素，排隊緩沖區(qū)形式可分為直線式、廣場式和螺旋式三種。排隊緩沖區(qū)形式的選擇應(yīng)結(jié)合港口、碼頭高峰期間最大排隊車輛、地形條件、用地大小、路網(wǎng)布局等綜合因素考慮，靈活設(shè)計，降低排隊車輛對周圍道路影響。可根據(jù)港區(qū)、碼頭不同發(fā)展時期采用適宜的排隊緩沖區(qū)形式。

（1）直接式

直接式排隊緩沖區(qū)指進港檢查車輛經(jīng)過減速換道功能區(qū)后，直接進入排隊檢查功能區(qū)。該類緩沖區(qū)臨時存車容量小，適用于進港車輛達(dá)到概率符合均勻函數(shù)。占地空間較小。

（2）廣場式

廣場式排隊緩沖區(qū)指進港檢查車輛經(jīng)過減速換道功能區(qū)，且不需要大于90°調(diào)頭行駛而直接駛?cè)肱R時等候功能區(qū)，然后達(dá)到排隊檢查功能區(qū)排隊接受檢測。此類緩沖區(qū)具有大容量臨時存放進港車輛的功能，一般將臨時等候功能區(qū)設(shè)計成停車廣場形式。占地空間較大。

（3）螺旋式

螺旋式排隊緩沖區(qū)指進港檢查車輛經(jīng)過減速換道功能區(qū)，需要大于90°調(diào)頭行駛才能駛?cè)肱R時等候功能區(qū)，然后達(dá)到排隊檢查功能區(qū)排隊接受檢測。此類緩沖區(qū)通過延長臨時等候功能區(qū)來增加臨時存車容量，一般將臨時等候功能區(qū)設(shè)計成迂回道路形式。占地空間根據(jù)最大臨時存車需求確定，一般較廣場式排隊緩沖區(qū)更加節(jié)省用地資源。

2 排隊緩沖區(qū)交通設(shè)計依據(jù)

2.1 設(shè)計對象

我國公路設(shè)計對象分為小客車、載重汽車和鞍式列車，其車輛設(shè)計外廓尺寸根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20-2006）規(guī)定，見表 1。

表1 機動車設(shè)計車輛外廓尺寸

集裝箱港區(qū)道路交通以大型集裝箱卡車構(gòu)成比例為主，因此緩沖區(qū)設(shè)計對象應(yīng)選擇大型裝箱卡車。結(jié)合我國港口道路交通構(gòu)成特征，考慮節(jié)約用地原則，結(jié)合我國港口道路交通構(gòu)成特征，考慮節(jié)約用地原則，緩沖區(qū)線形設(shè)計對象標(biāo)準(zhǔn)集裝箱車長度為16.5 m。

2.2 大型車輛轉(zhuǎn)彎半徑

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，車輛轉(zhuǎn)彎半徑與交叉口角度、轉(zhuǎn)角半徑、車輛軸距、前懸等因素有關(guān)，基于此本文對集裝箱卡車轉(zhuǎn)彎半徑進行分析，提出以下推薦數(shù)值見表2。

表2 大型車輛轉(zhuǎn)彎半徑（單位：m）

3 排隊緩沖區(qū)設(shè)計主要內(nèi)容

3.1 減速換道功能區(qū)設(shè)計

減速換道功能區(qū)主要實現(xiàn)集港車輛從港區(qū)集散道路減速換道進入排隊緩沖區(qū)，因此該功能區(qū)的設(shè)計要求應(yīng)能滿足大型集裝箱卡車減速換道等駕駛行為的道路空間需求。

3.1.1 排隊緩沖區(qū)目標(biāo)設(shè)計車速

進港檢測車輛從集港道路進入排隊緩沖區(qū)前應(yīng)將車速降低一定的范圍內(nèi)，確保車輛跟馳、換道的安全。結(jié)合不用緩沖區(qū)形式，進港檢測車輛經(jīng)減速換道功能區(qū)減速后的目標(biāo)車速推薦值見表3。

表3 緩沖區(qū)設(shè)計車速

3.1.2 減速車道長度計算

減速車道長，是以下三個要素為基礎(chǔ)確定的：汽車進入減速車道時的車速；汽車駛離減速車道時的車速；減速方法或減速度。減速的方法是先用發(fā)動機制動減速，然后再踏制動器減速，一直減到匝道的行駛速度。

以大型集裝箱卡車為對象，將按下述假設(shè)計算的結(jié)果作為確定減速車道長的基礎(chǔ)。

（1）將要駛出港區(qū)集散道路的車輛以該道路上的平均行駛速度通過減速車道的前端；

（2）進入減速車道后立即用發(fā)動機制動減速，并持續(xù)3 s；

（3）再以對駕駛員沒有不舒適感的減速度，用制動器減速。在減速車道的盡頭，達(dá)到匝道平均行駛速度。

減速車道長度示意見圖2。

圖2 減速車道長度

圖2中：v0－港區(qū)集散車道平均行駛速度；v1－用發(fā)動機制動減速后的行駛速度；v2－減速換道功能區(qū)終點的平均行駛速度。

式中：v0——初速度(m/s)；t——發(fā)動機制動器作用時間(s)取3 s。

式中:S2—減速車道長度；α2—減速度；v1－初速度，km/h；v2－排隊緩沖區(qū)目標(biāo)設(shè)計車速，km/h。

3.1.3 寬度緩和段長度

寬度緩和段長度的設(shè)計準(zhǔn)則有：按車輛橫移一個車道所需時間(3～4 s)的計算方法；將S形行駛軌跡作為反向曲線計算的方法；如能滿足方法a和b的條件，即認(rèn)為符合要求。

（1）橫移一個車道所需時間的計算方法

式中：T—寬度緩和段長（m）；Va—平均行駛速度(km/h)；t取值 3.0～4.0(s)。

（2）將S形行駛輪跡作為反向曲線的計算方法：

式中：T—寬度緩和段長（m）；Va—平均行駛速度(km/h)；i—超高；f—橫向滑動橫向力系數(shù)(0.16)；W—變速車道寬(m)；R—反向曲線半徑(m)。

寬度緩和段設(shè)計形式示意見圖3。

圖3 寬度緩和段設(shè)計形式示意圖

（4）環(huán)形車道加寬

在螺旋式排隊緩沖區(qū)設(shè)計過程中，集港車輛需要在減速換道功能區(qū)完成大于90°的調(diào)頭行駛過程，因此，應(yīng)根據(jù)大型集裝箱車輛在減速換道功能區(qū)的平均行駛車速設(shè)計合理的環(huán)島半徑及車道加寬值，見表4、表5。

表4 不同設(shè)計車速下的環(huán)島最小半徑

表5 不同環(huán)島半徑下大型車車道加寬值

3.2 臨時等候功能區(qū)設(shè)計

臨時等候功能區(qū)是為了停放排隊集卡，其最大停車位數(shù)應(yīng)能滿足高峰期間集卡排隊停放需求。臨時等候功能區(qū)的形式可分為廣場式和螺旋式。

（1）最大排隊集卡數(shù)計算

集卡排隊類似于排隊服務(wù)問題。當(dāng)集卡到達(dá)強度大于檢查區(qū)所有通道服務(wù)水平的總和，且每個通道排隊等候檢測的車輛數(shù)大于排隊檢查功能區(qū)的臨時存車容量，此時需要將剩余的車輛有序停放在臨時等候功能區(qū)。

式中：Q—臨時等候功能區(qū)需停放的最大車輛數(shù)；F—高峰期間達(dá)到排隊緩沖區(qū)最大車輛數(shù)；q—檢測區(qū)最大排隊等待車輛數(shù)。

a.高峰期間達(dá)到排隊緩沖區(qū)最大車輛數(shù)計算：高峰期間達(dá)到排隊緩沖區(qū)最大車輛數(shù)與港區(qū)集港模式、船舶到達(dá)規(guī)律有關(guān)。可根據(jù)長期統(tǒng)計數(shù)據(jù)求得。

b.檢測區(qū)最大排隊等待車輛數(shù)計算：檢測區(qū)最大排隊等待車輛數(shù)是一個排隊服務(wù)問題。

a:平均來車間隔（s）；b:平均服務(wù)時間（s）；S:服務(wù)通道數(shù)（閘口通道數(shù)）。

則來車間隔與服務(wù)時間的關(guān)系可以表達(dá)為：p=b/a(交通強度)；服務(wù)通道每1車道為：u=b/sa(1車道交通強度)。根據(jù)閘口來車時間和服務(wù)時間統(tǒng)計規(guī)律分析，來車時間按照泊松分布，服務(wù)時間符合指數(shù)分布。

每1車道平均等待車輛數(shù)（排隊長度）

一般排隊服務(wù)求解問題為u小于1，即到達(dá)的車輛以平均等待時間等待后就通過閘口通道，該系統(tǒng)才是相對穩(wěn)定的排隊系統(tǒng)。當(dāng)港口集港時間過于集中，服務(wù)時間大于每一車道來車時間間隔事，此時u大于1，因此會造成集港高峰時段內(nèi)大量集港車輛滯留在排隊緩沖區(qū)。

（2）廣場式

a.車位尺寸

集卡在廣場式臨時等候功能區(qū)停放方式可采用平行式、斜列式（有傾角 30°、45°、60°）和垂直式，或混合采用此三種停車方式，見圖4。

圖4中：Wu——停車帶寬度；Lg——汽車長度；We——垂直于通車道的停車位尺寸；Si——汽車間凈距；Wd——通車道寬度；Qt——汽車傾斜角度；Lt——平行于通車道的停車位尺寸。

廣場式臨時等候功能區(qū)停車位尺寸設(shè)計見表6。

b.通道設(shè)計

圖4 停車位布置形式

表6 廣場式臨時等候功能區(qū)停車位尺寸設(shè)計（單位：m）

汽車單向行駛最小寬度：

汽車單向行駛寬度為汽車寬度與汽車距兩側(cè)路緣的凈距之和，凈距可按照設(shè)計取速度在10 km/h時的取值，可得車單向單車道行駛通車道寬度，見表7。

表7 單向單車道通車道寬度

雙向雙車道行駛通車道寬度：

雙向行駛通車道寬度應(yīng)滿足雙向行駛的汽車寬度、汽車與車道邊緣間距、汽車與汽車之間的間距要求，見表8。

表8 雙向雙車道行駛通車道寬度

（3）螺旋式

螺旋式排隊緩沖區(qū)通過設(shè)置迂回型通道停發(fā)臨時等候車輛，車輛進入臨時等候功能區(qū)后跟馳前行。螺旋式臨時等候功能區(qū)設(shè)計應(yīng)根據(jù)臨時等候功能區(qū)需停放的最大車輛數(shù)，在滿足大型車輛跟馳行駛安全間距的情況下，設(shè)置充足的迂回型通道數(shù)。螺旋式排隊緩沖區(qū)設(shè)計應(yīng)具體結(jié)合用地條件，遠(yuǎn)期可與廣場式排隊緩沖區(qū)統(tǒng)籌考慮。

3.4 排隊檢查功能區(qū)設(shè)計

排隊檢查功能區(qū)是集卡進入檢測區(qū)之前實現(xiàn)分道行駛的區(qū)域，應(yīng)滿足駕駛員對前方情況辨別、判斷、操作等駕駛行為需要的時間要求。排隊檢查功能區(qū)設(shè)計范圍為檢測區(qū)中心線到臨時等候功能區(qū)邊界之間，結(jié)合大型車輛駕駛員駕駛行為特性，排隊檢查功能區(qū)應(yīng)至少能提供駕駛員3～5 s反應(yīng)時間，即排隊檢查功能區(qū)長度至少為75 m。

4 結(jié)語

由于進出港車輛需要接受必要的檢查服務(wù)，集裝箱港區(qū)卡子門、閘口排隊緩沖區(qū)極易發(fā)生擁堵，其形式設(shè)計的不當(dāng)將直接影響卡子門、閘口通過效率，且對進出港道路通行能力產(chǎn)生負(fù)面影響。排隊緩沖區(qū)形式設(shè)計與港口類型、船舶到離港規(guī)律、貨物集港模型等因素有關(guān)，本文首次對排隊緩沖區(qū)的具體交通設(shè)計內(nèi)容及方法展開研究。本文在集裝箱車輛駕駛特性、停車位尺寸、換道行為研究的基礎(chǔ)上，通過廣泛收集國內(nèi)外典型集裝箱港區(qū)卡子門、閘口附近排隊緩沖區(qū)相關(guān)設(shè)計參數(shù)，提出了緩沖區(qū)分類方法、功能區(qū)組成結(jié)構(gòu)劃分，以及各功能區(qū)交通設(shè)計方法，為我國集裝箱港區(qū)排隊緩沖區(qū)設(shè)計提供借鑒意義。

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