高速公路車道管理方式研究

鐘小明， 解建華， 徐 婷

(1.華杰工程咨詢有限公司， 北京 100029; 2.宇恒可持續(xù)交通研究中心， 北京 100004; 3.長安大學， 西安 710064)

高速公路車道管理方式研究

鐘小明1， 解建華2， 徐 婷3

(1.華杰工程咨詢有限公司， 北京 100029; 2.宇恒可持續(xù)交通研究中心， 北京 100004; 3.長安大學， 西安 710064)

針對高速公路管理車道方式，采用客貨混行車道管理出現(xiàn)的問題，在大量調研的基礎上，分析各種車道管理方式的利弊，采用仿真技術比較運行指標評估實際效果，在此基礎上提出各種車道管理方式使用建議.

車道管理方式； 客貨混行； 單車道通行； 客貨分道； 錯時通行

Abstract: This paper intended to examine the issues of operation safety problem caused by the lane management type that lanes are opened to passenger and cargo mixed traffic synchronously on two-way four-lane freeway. The paper discussed the characteristics of five types of lane management. Based on the field investigation and survey, this paper analyzed the pros and cons of the five types of highway lane management, and evaluated operating parameters by traffic simulation, and proposed some recommendations to improve the highway lane management.

Keywords: highway lane management; general purpose lane; truck-only lane; passenger car only; lane use by time of day

國內四車道高速公路普遍采用的車道管理方式是客車和貨車在多個車道混行車道管理方式(以下簡稱客貨混行). 但是由于客車與貨車之間相互干擾以及前后車輛的速度差帶來了較為嚴重的交通安全隱患，為此國內部分專業(yè)人士在實踐中摸索了單車道通行、限時客車和貨車分道行駛(以下簡稱客貨分道)、節(jié)假日客車和貨車錯時通行(以下簡稱錯時通行)等車道管理方式，這些措施在很大程度上緩解了交通安全問題. 但是，國內文獻對這些車道管理方式方面的深入分析很少[1-4]. 為此，本文深入分析了各種車道管理方式的特點和適用條件，并采用仿真技術比較了各種車道管理方式實際效果，以期為高速公路項目運營管理提供參考和借鑒.

1 車道管理方式

目前高速公路車道管理方式主要包括客貨混行、單車道通行、客貨分道、錯時通行，下文將分別闡述這4種方式的特點.

1.1 客貨混行

客貨混行車道管理方式主要指客車和貨車可以自由選擇行駛車道，在通行過程中不采取交通管理措施對客車或貨車進行分流. 客貨混行是高速公路設計階段考慮的車道管理方式，也是我國高速公路應用最廣泛的車道管理方式. 這種方式充分利用了空間資源，發(fā)揮了設計通行能力，有利于提高通行效率，駕駛自由度大，服務水平較高.

但是，這種管理方式安全缺陷比較明顯，如由于客車或貨車隨時可能變更車道，行車干擾隨交通量增長而明顯增大[5-6]；客車與貨車的運行速度差值大，客車易超速，重載貨車在長下坡路段車速不易控制，容易誘發(fā)交通事故，嚴重時會導致多車連環(huán)相撞；事故后救援困難等[7-8].

因此，這種車道管理方式適用于交通流處于自由流狀態(tài)、行車之間無干擾、交通組成中重載貨車比例小的交通條件，其優(yōu)缺點和適用條件見表1.

表1 客貨混行車道管理方式分析表

1.2 單車道通行

在連續(xù)縱坡、橋隧相連、長隧道路段較多的山區(qū)高速公路，為緩解交通安全問題，除了采取完善安全設施和加強監(jiān)控等安全措施外，采取了單車道通行的車道管理方式. 實踐證明，單車道通行車道管理方式在湖北省部分山區(qū)高速公路安全管理中起到了良好的作用.

單車道通行主要指單向僅開放1條車道并限速，另一條車道處于臨時封閉狀態(tài). 管理部門在長下坡路段臨時封閉1條車道，并限速40～60 km/h，這項措施實施后交通安全效果明顯，重載貨車剎車失靈的事故減少. 但是，這項管理措施是以犧牲通行能力為代價的，隨著交通量的逐年增長，將會在高峰小時時段造成通行能力大幅降低，車輛排隊長度和延誤持續(xù)增加. 同時，由于路面長期承受不均衡荷載，可能造成路基路面病害.

因此，這種車道管理方式適用于交通量較小、車道飽和度低、車輛運行速度差異較小的路段，且封閉路段距離不宜太長，其優(yōu)缺點和適用條件見表2.

表2 單車道通行車道管理方式分析表

1.3 客貨分道

客貨分道車道管理方式是在一定的時段內，內側車道僅對客車開放，外側車道對貨車開放. 其主要目的是為減輕部分路段(特別是長下坡路段)客車與貨車之間相互干擾，減少前后車輛的運行速度差造成的安全隱患. 實踐證明，客貨分道車道管理方式在浙江省甬臺溫高速公路(圖1)、上三高速公路等安全管理中起到了良好的作用.

客貨分道行駛在很大程度上解決了重車占道、客車超車難的問題，在空間上渠化了交通流，使車道內交通流速度趨于平穩(wěn)，提高了通行效率，降低了由于速度差造成的事故率或強行變換車道造成刮擦事故率. 此外，由于貨車按次序通行，有利于控制車速，降低長下坡剎車失靈的風險. 因此，這種車道管理方式適用于交通量較大、客車與貨車之間相互干擾大、車輛不需要頻繁變道的路段，其優(yōu)缺點和適用條件見表3.

表3 客貨分道車道管理方式分析表

值得注意的是，客貨分道管理實施后應重視嚴格管理，一方面加強對超載超限車輛的整治，均衡貨車車速，避免低速重載貨車長時間壓道，造成外側車道通行能力大幅降低；另一方面，要求嚴格管理，設置違章抓拍執(zhí)法系統(tǒng). 若單純依靠駕駛員自覺遵守，少數(shù)重載駕駛員很可能不自覺地變換車道，難以達到預期效果.

圖1 浙江上三高速客貨分道

圖2 單車道通行仿真效果圖

1.4 錯時通行

錯時通行是在節(jié)假日高峰時段采取的交通安全策略，將客車或貨車進行分批管制并在規(guī)定時間內放行，其主要目的是為緩解部分路段(特別是長下坡路段)高峰時段客車與貨車之間相互干擾，減少速度差較大造成的安全隱患. 實踐證明，錯時通行車道管理方式在貴州省部分山區(qū)高速公路安全管理中起到了良好的作用.

錯時通行實際上在時間和空間上進行了交通渠化，一般在長下坡的坡頂或源頭處設置大型停車場，強制分離客車和貨車. 分時段通過警車帶隊形式分別放行客車或貨車，使車道內交通流速度趨于平穩(wěn)，這在很大程度上解決了重車占道、客車隨意變換車道和頻繁超車帶來的安全隱患，同時又充分利用了道路資源，提高了通行效率. 因此，這種車道管理方式適用于車道接近飽和、客車與貨車行駛之間相互干擾大、客車和貨車進入長大下坡前有臨時滯留場地的路段，其優(yōu)缺點和適用條件見表4.

2 車道管理方式指標評價

以上4種不同的車道管理方式從安全原理上來看，是通過減少客車與貨車之間的相互干擾、減少前后車輛的速度差來提高交通安全性. 總體來看單車道通行、客貨分道相比客貨混行車道管理方式具有一定的安全技術優(yōu)勢. 另一方面，從通行效率量化指標考慮，計算以上控制方式在一定長度路段中維持運營期最低三級服務水平單向最大交通量(我國通行能力手冊規(guī)定原則上運營階段高速公路服務水平不低于三級)和在相同交通量情況下的速度、平均延誤、平均行程時間等重要運行指標的差異.

表4 錯時通行車道管理方式分析表

交通仿真是獲取交通運行指標的重要途徑，目前在國內應用較多的是Vissim交通仿真系統(tǒng). Vissim是一種微觀的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，可以分析各種交通條件下交通運行狀況. 本文仿真試驗的道路條件為雙向四車道全封閉高速公路，路基寬度24.5 m，其中中央分隔帶寬2 m，行車道寬2×2×3.75 m，硬路肩寬2×3.0 m，土路肩寬2×0.75 m；平面為直線路段，縱坡i≤2%. 仿真交通條件交通量300～2 000輛/h，每次遞減100輛/h，單向服務車流量客車和貨交通組成比6∶4. Vissim既可以在線生成可視化的交通運行狀況(如單車道通行仿真效果圖2)，也可以離線輸出各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如：交通流量、速度、密度、行程時間、排隊長度等.

2.1 單向最大服務交通量

仿真按照路段維持最低三級服務水平(飽和度V/C為0.75)，單向最大服務交通量結果如表5.

表5 最大服務交通量表

注：1. 錯時通行時間占用比按照客車：貨車:空閑時間為4∶4∶2比例劃分計算；2. 交通組成按照客車與貨車比6∶4(自然車流量)計算.

1)單向最大服務的交通量數(shù)值從大到小依次為客貨分道、錯時通行、客貨混行、單車道通行；2)單車道通行限速60 km/h適合單向交通量小于590輛/h,限速40 km/h適合單向交通量小于375輛/h，同時，每小時車輛行程時間將會比設計預期超出740～1 400 min延誤. 3)客貨分道和錯時通行單向交通量較接近，但是錯時通行，由于貨車通行后客車需等待一段時間才能通行，這不可避免會導致車輛較大延誤，從經濟性和通行效率來看客貨分道更具有優(yōu)勢.

2.2 運行指標評價

隨著仿真流量的增加，仿真結果表明車流密度增大，速度逐漸降低，平均延誤增大，行程時間增長，具體分析運行指標評價由表6可知.

1)當流量小于300輛/h時，客貨混行、客貨分道、單車道通行的自由度大，車流密度小，密度均達到一級服務水平(每車道密度約7輛/km)；當流量為800輛/h時，單車道通行路段密度均降到二級服務水平(每車道密度約18輛/km)，并且在正常兩條車道路段過渡到單車道通行的瓶頸路段開始出現(xiàn)停車讓行現(xiàn)象；當流量為1000輛/h時，單車道通行路段密度接近三級服務水平(每車道密度約25輛/km). 當流量達到1 400輛/h時，單車道通行路段流量已經達到飽和狀態(tài).

2)在相同的仿真流量時，圖3表明客貨分道路段客車的速度v21>客貨混行路段客車的速度v11>單車道通行路段客車的速度v31，并且當流量小于1 000輛/h時，v21比v11高8 km/h，比v31高20 km/h以上；當流量大于1 000輛/h時，v21比v11高5 km/h左右，比v31高10～20 km/h. 由此可見客貨分道有利于客車提高速度，避免低速貨車的行車干擾.

表6 運行指標評價表

圖3 小客車流量與速度關系圖

3)在相同的仿真流量時，圖4表明客貨分道路段貨車的速度v22<單車道通行路段客車的速度v32<客貨混行路段客車的速度v12,v22與v32數(shù)值很接近(多數(shù)相差不到1 km/h)，但是比v12高3～5 km/h，這說明受到慢速貨車駕駛員的期望速度的制約和快速貨車不能超車，客貨分道有利于貨車控制速度，保障行車安全.

圖4 貨車流量與速度關系圖

4)設車輛的客貨混行平均延誤、客貨分道平均延誤、單車道通行平均延誤分別表示為t1、t2、t3，圖5表明平均延誤隨仿真流量的增加而增加；在相同的仿真流量下，客貨混行平均延誤t1<客貨分道平均延誤t2<單車道通行平均延誤t3，并且，前兩者t1、t2差別較小為2 s左右，t2、t3數(shù)值差異較大，通常t3是t2的2倍左右.

圖5 流量與平均延誤關系圖

3 結論與建議

本文對客貨混行、單車道通行、客貨分道、錯時通行等4種車道管理方式進行了較為深入的分析，對比了他們的優(yōu)缺點和適用條件，采用仿真技術對各種車道管理方式下比較運行指標，建議：在客車和貨車速度差較大、客車與貨車相互干擾嚴重的路段，當交通量小于800輛/h時可采用單車道通行的車道管理方式；當交通量大于800輛/h可優(yōu)先采用客貨分道或車道錯時通行的車道管理方式，并完善相關管理設施.

由于仿真實驗條件與真實道路交通環(huán)境存在一定的距離，希望在本文基金項目的支持下，在交通管理實踐中更加深入探討理論研究結果，并繼續(xù)進行仿真結果與實際效果的標定工作.

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ResearchonFreewayLaneManagement

ZHONG Xiao-ming1, XIE Jian-hua2, XU Ting3

(1.Chelbi Engineering Consultants, Inc., Beijing 100029, China; 2.China Sustainable Transportation Center, Beijing 100004, China; 3.Chang’an University, Xi’an 710064, China)

2014- 05- 05.

國家自然科學基金項目: 公路限速區(qū)協(xié)調性機理及限速過渡區(qū)設置研究(51308058),中國博士后基金面上基金(2013M532007)

鐘小明(1971—)，男，博士，教授級高級工程師，研究方向為交通安全、交通規(guī)劃. E-mail：zhong_xiaoming@126.com.

U 491

A

1008-2522(2014)03-41-06