基于八车道的高速公路通行能力影响研究

杨 阳

（江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏南京 211008）

随着经济的快速发展，我国高速公路的规划建设、运营管理已经取得了非常大的突破。我国高速公路的流量呈现出爆发式增长的趋势，交通压力颇大。因此，已建成或者在建、规划的高速公路的通行能力成为学者们研究的对象。魏雪延等[1]分析了不同断面形式下多车道高速公路通行能力的影响因素，通过VISSIM对研究的断面形式进行仿真，仿真结果对高速公路的断面设计与交通组织具有一定的参考意义。饶秋丽[2]认为交织区是道路系统的重要组成部分，对交织区内交通流运行的重要影响因素进行了论述，分析了对交织区内交通流运行和通行能力的影响。刘伟铭等[3]定量分析了交通事故对高速公路通行能力造成的影响。吴德华[4]揭示了瓶颈路段运营通行能力变化规律。Fabio Sasahara[5]建立了用于估计各种高速公路设计和需求下的逐车道速度和流量模型，并收集了美国多个地点的环形探测器检测得到的速度和流量数据应用到此模型中，结果表明只要能提供该路段每条车道的通行能力和自由流速度，就能准确地估计出每条车道的速度。Abdulmajeed Alsharari[6]分析了封闭道路和不利天气条件（中到强降雨强度）事件对高速公路路段通行能力和自由流速度的影响。以上学者的研究对象多为六车道及以下的高速公路，本文分析了不同因素对八车道高速公路的通行能力，并结合扩建后的沪宁高速公路进行分析。

1 道路养护施工对八车道高速公路通行能力的影响

以沪宁高速公路的实测数据来标定模型参数，分别对八车道高速公路在不同施工情形下的通行能力进行仿真研究。

由于道路条数较多，施工封闭行驶多样化，致使八车道高速公路施工区的交通组织形式多样化，主要按照封闭车道的形式研究各封闭情形下八车道高速公路的通行能力。无锡段4条车道全部封闭施工的次数较少，故不考虑4条车道封闭的情况；路侧施工基本对通行能力没有影响，也不考虑。

在不考虑利用应急车道行车的情况下，主要考虑封闭外侧两条车道的情况。情形1：对封闭车道上的车流采用逐级合流的形式。对于上游过渡区，先让最外侧车流换道进入邻近车道，行驶一段时间后再次换道进入未封闭车道，下游同理进行分流。情形2：上游将封闭车道的车流直接合流到未封闭的车道上，未采取逐级过渡的形式。下游采用直接分流式。分别对2种情形下单向道路的通行能力进行仿真，比较选择最合适的交通组织方式，封闭边上两车道的情形下，路段仿真参数设置如表1所示。

表1 封闭边上车道仿真路段长度参数 单位：m

仿真结果如图1所示。

图1 封闭两条车道的断面通行能力

由图可知，封闭方式对通行能力的影响差异不大。在给定了如上表所示的施工区路段长度参数时，由于警告区的长度充足，故车流在到达施工区域之前，有足够的时间进行调整。且在情形1中，上游过渡区长度与上游调整段长度之和与情形2中上游过渡区段长度相当，故两者未呈现明显差异。

总体而言，仿真结果与统计分析模型所得结果相比偏大，但两者呈现的基本规律仍是相适应的。若当前车道的最大流率超过了封闭车道后流率区间的最高值，应考虑在平峰时段或夜间对道路进行封闭，完成相关作业任务。

2 交通事故对八车道高速公路通行能力的影响

2.1 高速公路交通事故下通行能力影响因素

高速公路交通事故在多个方面都会对高速公路通行能力产生不同的影响，如高速公路的处理方式、处理时间等。

（1）封闭行车道数。

发生交通事故时考虑路段安全，需要封闭至少一个车道，这样对高速公路产生重大影响，在节假日等大流量期间会导致路段拥堵的情形。

（2）封闭车道长度。

处理高速公路交通事故除封闭行车道的方式外，还可以封闭一定车道长度。如果封闭车道长度过长，则对该路段的交通流的影响较大，进而影响了该路段的通行能力。

（3）事故路段限速。

当对事故路段进行限速处理时，此时单位时间通过该路段的车辆数下降，说明限速处理时该路段的通行能力降低。

（4）事故作业活动。

事故作业活动及作业强度将影响事故段通行能力。

（5）交通事故延迟时间。

事故延迟时间是指事故发生时刻至事故处理结束时刻之间的时间段，事故延迟时间越长，对高速公路通行能力的影响越大。

2.2 交通事故下八车道高速公路通行能力模型

通过VISSIM仿真软件，建立八车道高速公路基本路段上的交通事故模型，与施工封闭车道相似，分析交通事故阻塞不同车道的条件下，八车道高速公路在事故中的有效通行能力。

当封闭一条车道时，就总体而言，封闭车道的位置对车道通行能力的下降影响并不显著，但仍可以发现，封闭最内侧小客车道会使通行能力下降得更多。主要原因：在封闭车道的上游，最内侧车道仅允许小客车通行，不会出现车辆混行现象，到达封闭车道路段，封闭最内侧车道使得该路段的小客车换道行驶，增大了交通冲突，降低通行效率，减少了通行能力。仿真结果如表2所示。

表2 交通事故条件下路段仿真通行能力值表

3 车道管理对八车道高速公路通行能力的影响

3.1 八车道高速公路车道管理方案

车道管理策略能够分离性能差异大的车辆，在同一车道内尽量形成同质的交通流，减少交通冲突，提高交通运行的安全；减少低速车辆对后车的阻挡，充分发挥八车道高速公路车道数优势，合理利用道路空间，提高交通运行的效率。

综合考虑高速公路流量、货车比例、车道数、坡度等影响因素，对于双向八车道高速公路，按照客货车结合车型大小进行车道管理，制定6种具有代表性的车道管理策略。

车道通行权分配方案一：第1、2车道为客车，第3、4车道为客货车；车道通行权分配方案二：第1车道为小客车，第2车道为客车，第3、4车道为客货车；车道通行权分配方案三：第1车道为小客车，第2车道为客车，第3车道为客货车，第4车道为货车；车道通行权分配方案四：第1车道为小客车，第2车道为客车，第3车道为客车+中小车，第4车道为货车；车道通行权分配方案五：第1、2车道为小客车，第3、4车道为客货车；车道通行权分配方案六：4条车道都为客货车。

前五种方案均不同程度地考虑了车辆的性能差异，并且考虑客车专用道及货车专用道的设置；方案六不采取车道管理措施，允许所有车道客货混行，作为对照组与其余方案进行对比。本研究将货车的比例分别设置为10%、20%、30%、40%、50%。对于每种车道管理方案，在每种货车比例下，对相关参数进行设置，分别对应5种情形。根据交通调查，设置小客车与大中客车的比例为8∶1，设置中小货车与大货车的比例为1∶1，不同货车比例下的交通组成如图2所示。

图2 不同货车比例下的交通组成

仿真场景的设置内容如下：小客车占比87.9%，大中客车占比3.7%，中小货车占比4.5%，大货车占比3.8%。每种交通条件下进行5次仿真，取试验结果的平均值作为指标值。

3.2 试验结果分析

最大流率随货车比例的变化如图3所示。

图3 最大流率与货车比例关系图

除方案六之外，在其余的车道管理方案下，以标准当量进行计算时，最大流率随着货车比例的增加，先增加后下降。方案三与方案四为设置了货车专用道的方案，在货车比例较低时，最大流率显著低于其他几个方案，这是因为货车行驶速度较低，且车身尺寸较大，此时设置货车专用道是对道路资源的浪费。当货车比例超过30%时，以标准当量进行计算，方案三的所能承载的最大流率显著高于其他几个方案，方案四优势不明显，其主要原因在于第三条车道允许客车与中小货车混行，在实际实施过程中，此种扰动对车流的行驶不利。综合上述方案，货车比例超过30%后应当寻求将最外侧车道设置为货车专用道，有利于最大流率的提高。

在各种货车比例下，方案六的最大流率均最大，说明车辆混行可以最大限度利用道路空间。方案一与方案二的最大流率相当接近，设置小客车专用道可以略微增大最大流率。方案五由于设置了两条小客车专用道，最大流率在货车比例大于等于30%时偏低。然而在货车比例小于30%时仍然偏低，与其他几种方案相比均无优势，其主要原因在于设置了两条客货混行的道路之后，虽然一定程度提高了道路的使用效率，但客货混行仍不能完全满足大比例货车条件下货车的通行任务。客货分离是有效提高多车道高速公路通行效率的核心。

4 通行能力提升策略

在研究道路养护施工、交通事故、车道管理对八车道高速公路通行能力的影响的基础上，提出相关的高速公路通行能力提升策略。

首先，制定精细化施工养护方案。通过精细化的施工组织方案，及时处置路面损坏和车辙破坏等问题，避免因大型施工造成的沪宁路段通行能力下降、车辆行驶速度降低、延误增加等问题。

其次，重点事故成因整治。利用交警、道路公司的监控系统，对高速公路的违章超速行为进行实时监控，并对超速违规发生较多的路段采取车辆测速抓拍，加强违法打击力度；在超速行为多发的基本路段和匝道路段，可以连续设置限速标识，警示和提醒司机降低车速，在必要路段安装车速反馈标识。

最后，优化交通组织。通过采用车道管控策略、主线控制策略、匝道控制策略相耦合的交通组织方法，通过开放应急车道、高速公路控制指令细化的方式，实现对每个车道驾驶员的精准控制和管控；货车错峰出行采用货车错峰出行的方式，有效利用与高速公路相联系的普通国省干道和高速公路进行分流，合理制定货车限行的时间，试行分时段、分区间的差异化收费方式，有效降低货车对高速公路通行能力的影响。

5 结语

本文从分别从道路养护施工、交通事故、车道管理三个方面结合沪宁高速公路的数据，分析了八车道高速公路通行能力受到的影响，并提出针对性的通行能力提升策略。在道路养护施工方面研究了封闭车道数量以及车道位置对通行能力的影响，研究结果表明封闭方式对通行能力的影响差异不大。当发生交通事故时，分析了封闭行车道数、封闭车道长度、事故路段限速、事故作业活动、事故延迟时间等事故处理方式对通行能力的影响。最后综合考虑双向八车道高速公路的流量、货车比例、车道数、坡度等影响因素，按照客货车结合车型大小进行车道管理，制定6种有代表性的车道管理策略，并进行仿真。仿真结果表明客货混行虽然一定限度上能够提升道路的使用效率，却不能完全满足大比例货车条件下货车的通行任务，客货分离才是提高多车道高速公路通行效率的核心。