城鎮(zhèn)化地區(qū)多車道高速公路設(shè)計(jì)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(shè)成績顯著，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)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(dá)到17.73 萬公里，路網(wǎng)規(guī)模穩(wěn)居世界第一位。面對(duì)新時(shí)代交通運(yùn)輸發(fā)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(yán)重飽和，制約了路網(wǎng)整體運(yùn)行效率，亟待優(yōu)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(kuò)建正處于起步探索階段，以往高速公路改擴(kuò)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(shù)量及里程并不多，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。根據(jù)國家發(fā)改委2022年印發(fā)的《國家公路網(wǎng)規(guī)劃》，“十四五”期間國家將推動(dòng)實(shí)施包括京滬、京港澳、長深、滬昆、連霍等在內(nèi)的國家高速公路主干線擁堵路段擴(kuò)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(zhèn)化地區(qū)多車道高速公路存在車道數(shù)量多、交通流量大、車型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、交通運(yùn)行特征有差異等方面的特殊性，使得適用于傳統(tǒng)雙向四車道、六車道高速公路的現(xiàn)有公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)范無法完全覆蓋此類高速公路設(shè)計(jì)通行能力的選取，尚未形成一套科學(xué)適用的研究方法。針對(duì)這類高速公路主線路段設(shè)計(jì)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(zhèn)化地區(qū)多車道高速公路主線路段設(shè)計(jì)通行能力選擇的方法和思路，以滿足城鎮(zhèn)化地區(qū)多車道高速公路設(shè)計(jì)通行能力選擇的需要，為多車道高速公路在城市化地區(qū)的改擴(kuò)建工程提供借鑒和技術(shù)支持。

一、通行能力的分類及定義

通行能力在高速公路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)營管理等階段是評(píng)價(jià)公路設(shè)施對(duì)交通流疏導(dǎo)能力的重要參數(shù)，反映了交通運(yùn)行質(zhì)量，因此，通行能力的分析和評(píng)價(jià)必須與服務(wù)水平的分析評(píng)價(jià)同步進(jìn)行。

1.基準(zhǔn)通行能力

均勻路段的一條車道在基準(zhǔn)道路、交通、控制和環(huán)境條件下，在特定時(shí)段內(nèi)所能通過的最大小時(shí)流率，即五級(jí)服務(wù)水平條件下對(duì)應(yīng)的最大小時(shí)交通量，是確定公路交通飽和度V/C 的重要指標(biāo)依據(jù)。

2.設(shè)計(jì)通行能力

均勻路段的一條車道在預(yù)期道路、交通、控制和環(huán)境條件下，在所選定的設(shè)計(jì)服務(wù)等級(jí)下，特定時(shí)段內(nèi)所能通過的最大小時(shí)流率即設(shè)計(jì)通行能力。設(shè)計(jì)通行能力與選取的服務(wù)水平等級(jí)有關(guān)?！豆饭こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）作為公路勘察設(shè)計(jì)行業(yè)的基礎(chǔ)性指導(dǎo)規(guī)范，將公路設(shè)計(jì)通行能力定義為相應(yīng)設(shè)計(jì)服務(wù)水平下，公路設(shè)施通過車輛的最大小時(shí)流率。其中第3.4.2 條指出，高速公路設(shè)計(jì)服務(wù)水平應(yīng)不低于三級(jí)，根據(jù)高速公路路段服務(wù)水平分級(jí)表，得出設(shè)計(jì)速度分別為120 公里/小時(shí)、100公里/小時(shí)、80 公里/小時(shí)情況下設(shè)計(jì)服務(wù)水平（三級(jí)服務(wù)水平）對(duì)應(yīng)的最大服務(wù)交通量分別為1 650[pcu/（h·In））]、1 600[pcu/（h·In）]、1 500[pcu/（h·In）]。為適應(yīng)城鎮(zhèn)化地區(qū)高速公路建設(shè)的需要，交通運(yùn)輸部于2021 年發(fā)布了《城鎮(zhèn)化地區(qū)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 2112—2021），并作為《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）的下位標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步落實(shí)了城鎮(zhèn)化地區(qū)公路設(shè)計(jì)中的具體技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)要求。《城鎮(zhèn)化地區(qū)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 2112—2021）第3.4.1 條指出，公路設(shè)計(jì)服務(wù)水平應(yīng)符合現(xiàn)行《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）的規(guī)定，城鎮(zhèn)化地區(qū)高速公路設(shè)置輔路的路段，主路設(shè)計(jì)服務(wù)水平應(yīng)不低于三級(jí)，高速公路未設(shè)置輔路的路段，其設(shè)計(jì)服務(wù)水平可降低一級(jí)；高速公路與快速路銜接的路段設(shè)計(jì)服務(wù)水平應(yīng)不低于四級(jí)。根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）中的高速公路路段服務(wù)水平分級(jí)表，得到設(shè)計(jì)速度分別為120 公里/小時(shí)、100 公里/小時(shí)、80 公里/小時(shí)情況下四級(jí)服務(wù)水平對(duì)應(yīng)的最大服務(wù)交通量分別為1 980[pcu/（h·In）33]、1 850[pcu/（h·In）]、1 800[pcu/（h·In）]。

3.實(shí)際通行能力

現(xiàn)有公路的某一條車道上，在實(shí)際道路、交通、管制和環(huán)境條件下，根據(jù)實(shí)際的公路幾何構(gòu)造、交通狀況和交通管理水平，對(duì)各服務(wù)水平等級(jí)下的最大服務(wù)交通量進(jìn)行相應(yīng)修正后的小時(shí)流率?！豆仿肪€設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20-2017）作為公路勘察設(shè)計(jì)階段的常用規(guī)范，其中第3.4.2 條指出，高速公路路段的實(shí)際設(shè)計(jì)通行能力為針對(duì)設(shè)計(jì)服務(wù)水平的最大服務(wù)交通量乘以相應(yīng)的交通組成修正系數(shù)（各車型占比及折算系數(shù)的影響）、駕駛?cè)丝傮w特征修正系數(shù)（通常在0.95 ～1.00 之間）及路側(cè)干擾修正系數(shù)（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(wǎng)中的功能定位決定了其設(shè)計(jì)服務(wù)水平等級(jí)的選取，從而影響到其設(shè)計(jì)服務(wù)等級(jí)（三級(jí)或四級(jí)）對(duì)應(yīng)的最大服務(wù)流量取值。城鎮(zhèn)化地區(qū)高速公路除具有暢通直達(dá)的傳統(tǒng)交通服務(wù)功能外，還需兼顧服務(wù)當(dāng)?shù)囟掏窘煌ā⒎菣C(jī)動(dòng)車及行人交通等出行功能，其承擔(dān)的交通功能具有多元性。因此，城鎮(zhèn)化地區(qū)高速公路主線路段對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)通行能力，應(yīng)考慮其是否設(shè)置有輔路及銜接的城市道路等級(jí)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(yùn)行效率、解決交通擁堵、縮短行程時(shí)間、減少交通事故、降低燃油消耗、最大限度地發(fā)揮交通走廊通行能力的交通管控策略。目前，國內(nèi)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?？拓浕煨惺侵冈谕ㄐ羞^程中不強(qiáng)制分流，客車或貨車可自由選擇行駛車道，是目前國內(nèi)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(dòng)力性能方面存在較大的差異，當(dāng)車輛發(fā)生變道行為時(shí)，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(fēng)險(xiǎn)，也降低了通行效率。

（2）客貨分離式?？拓浄周嚨佬旭?，通常是指內(nèi)側(cè)車道僅對(duì)車速較高的客車開放，外側(cè)車道主要對(duì)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(cè)車道，從而減少車道內(nèi)的速差沖突數(shù)，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(yùn)行速度?？拓浄值佬旭偤艽蟪潭壬辖鉀Q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(nèi)交通流速度也趨于平穩(wěn)，通行效率得到了提高，同時(shí)也降低了跟馳車輛由于速度差或強(qiáng)行變換車道造成的交通事故發(fā)生率。對(duì)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(nèi)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(nèi)外幅路之間每隔一定距離設(shè)置一段轉(zhuǎn)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(duì)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(duì)公路通行能力產(chǎn)生影響的交通特性主要包括交通出行特征（過境交通、對(duì)外交通、內(nèi)部交通出行量占比）、設(shè)計(jì)速度、車道數(shù)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(jié)合高速公路所處地理位置及周邊土地開發(fā)利用現(xiàn)狀及規(guī)劃，劃分交通出行小區(qū)，并采集交通OD出行數(shù)據(jù)樣本，分析公路承擔(dān)的過境交通、對(duì)外交通、內(nèi)部交通出行量占比情況，從而確定公路主要承擔(dān)的交通功能與作用，最后根據(jù)設(shè)計(jì)速度選取對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)服務(wù)水平及設(shè)計(jì)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(chǔ)上進(jìn)一步提出的管理方式。通過采集現(xiàn)狀公路車型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，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(jié)合公路的整體功能定位，合理劃分每條車道承擔(dān)的功能，并設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的交通組織模式。

3.交通仿真

采用VISSIM仿真軟件，根據(jù)現(xiàn)有高速公路實(shí)際的車流運(yùn)行特點(diǎn)，從車流量、交通構(gòu)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(biāo)定關(guān)鍵參數(shù)。針對(duì)設(shè)計(jì)的各種交通組織模式下的仿真運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比分析，以確定各交通組織模式的適用場景。

4.通行能力計(jì)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(duì)內(nèi)側(cè)車道通行能力的影響，需要引入大型車混行比例修正系數(shù)、內(nèi)側(cè)車道修正系數(shù)和外側(cè)車道修正系數(shù)等3 個(gè)指標(biāo)。

（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(nèi)外車道修正系數(shù)來計(jì)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(zhuǎn)換車道通過左側(cè)流出、從右側(cè)匯入的方式進(jìn)入內(nèi)幅車道。所以，轉(zhuǎn)換車道的存在，會(huì)對(duì)內(nèi)側(cè)車道和外側(cè)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(jì)算，除了需要考慮大型車混入比例修正系數(shù)、主輔路內(nèi)外側(cè)車道修正系數(shù)外，還需要引入轉(zhuǎn)換車道的修正系數(shù)。

在各種交通組織模式下，借助VISSIM仿真軟件進(jìn)行流量運(yùn)行模擬，最后得出對(duì)應(yīng)的通行能力修正值。

四、結(jié)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(yùn)行特點(diǎn)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(shí)際工程應(yīng)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(xiàng)因素，提出既能滿足交通出行需求，又能實(shí)現(xiàn)良好交通運(yùn)行的城鎮(zhèn)化地區(qū)多車道高速公路通行能力研究的思路與方法，可以為城鎮(zhèn)化地區(qū)多車道高速公路建設(shè)項(xiàng)目的車道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)論證提供參考。