养护作业区的通行能力和效率的研讨

　　【摘要】许多养护作业期间会占用到有限的道路资源,使本来就难于负重的城市交通雪上加霜。影响城市道路养护作业区通行能力的因素很多,本文对这些因素进行了分析,并提出了交通效率问题,对工程实践有一定的指导意义。
　　关键词:养护作业区;通行能力;影响分析;交通效率
　　1引言
　　在道路上设置养护作业区，其主要影响之一就是由于封闭部分车道而引起的道路通行能力降低问题。由于道路通行能力降低，容易导致交通拥挤和延误，而拥挤的产生又增加了交通事故隐患，特别是容易引起车辆追尾事件的发生。因而研究作业区的道路通行能力和效率对于合理的进行道路养护工作十分重要。
　　2养护作业区的通行能力
　　在道路上设置养护作业区往往要封闭部分车道,减小了道路通行空间,导致车辆速度降低,容易引起拥挤和延误,这将降低道路通行能力。影响养护作业区通行能力的因素包括:①封闭和开放的车道数目②封闭车道的位置;③大车率;④离封闭车道的侧向距离;⑤作业区长度;⑥坡度;⑦作业强度;⑧工作持续时间;⑨天气情况等。对养护作业区通行能力进行研究将是提高作业区交通效率和安全的基础。
　　2.1施工区车辆运行特性分析
　　（1）汇入车辆造成施工区交通流的重分布
　　由于施工车道车辆的汇入,非施工车道上交通量明显增多,车速降低,车流出现紊乱现象。当道路通行车辆数小于养护作业区通行能力时,在路肩锥形区上游会形成一段车流真空;反之,则可能从路肩锥形区上游开始行车排队。
　　（2）非施工车道上车辆优先行
　　车道合流车辆在汇入非施工车道的过程中,要与原来在非施工车道上行驶的车辆争夺行驶空间。据观测,二者在争夺时机会不均等,非施工车道车辆将享受优先权。因此,只有非施工车道出现足够大的空隙时,施工车道上的车辆才能汇入;否则,施工车道上的车辆只有等待下一个空隙。
　　（3）施工车道合流的强制性
　　与匝道车辆必须在加速车道长度范围内完成合流过程类似,当前方进行养护作业时,在施工车道上行驶的车辆必须在施工区第一个提示标志与路肩锥形区顶端之间的这段长度内换车道至非施工车道,完成合流行为;否则,车辆就会出现排队现象。
　　2.2养护作业对路段通行能力的影响分析
　　江(Jiang)于1999年、奥喀斯(一Kaisy)等人于2000年和2002年、金(Kim)等人于2001年均对作业区的通行能力计算方法进行了研究。考虑到影响作业区的因素太多，不大可能通过建立一个简单的数学公式来表达复杂条件下的作业区通行能力，江(Jiang)等人在2003年提出了一种基于模糊神经网络模型来估计高速公路作业区通行能力的方法，这一方法与传统经验方法相比，综合考虑了众多影响因素，因而能够更精确地估计高速公路的作业区通行能力。
　　（1）大型车比例对通行能力的影响
　　大型车在道路上要占用更多的空间，其加减速比小汽车要慢，因而交通流中大型车的比例不可避免的将对道路通行能力产生影响。
　　试验研究发现，当到达流量没有达到作业区通行能力时，大型车比例对作业区的通行能力基本没有影响，当到达流量达到作业区基本通行能力时，车流中大型车比例越大对通行能力的折减越大，具体如图1所示。
　　                                       
　　
　　　                                              　图1作业区通行能力随大车率的变化曲线图
　　可见,大车率对作业区的通行能力影响较大,车流中每增加1%的大型车,作业区的通行能力要下降约1%,而且其下降的规律不是线性下降,而是先急后缓。
　　（2）作业区长度对通行能力的影响
　　据统计,车辆通过作业区时行驶速度通常会降低,在没有限速的作业区平均车速一般降低6.9km/h。试验研究可知，作业区长度确实对作业区通行能力有一定的影响,随着作业区长度的增大,通行能力逐渐变小。单位长度对通行能力的折减百分比约为1.2%。即当作业区长度≤0.2km时取1,每增加单位长度通行能力折减1.2%。
　　（3）作业区限速对通行能力的影响
　　为提高安全性,在作业区进行限速是必要的,就限速20km/h、30km/h、40km/h和50km/h进行分析。在作业区进行限速对通行能力有一定的影响。在城市道路设计车速为60km/h的情况下,限速太低(如20km/h、30km/h)将大大降低作业区的通行能力,而40km/h至50km/h的限速就比较合适,此时限速不会对作业区通行能力产生大的影响。
　　3养护作业区交通效率
　　在道路上设置作业区，经常要封闭部分车道或路肩，减小了道路通行空间，导致车辆速度降低，容易引起拥挤和延误，这将大大增加道路使用者的各项费用，降低交通效率。
　　3.1作业区速度控制
　　早在1981年，培恩(Pain)、麦吉(McGee)和耐波(Knapp)在他进行的有关高速公路作业区交通控制策略评价的报告中就提出，通过作业区的车流平均速度车道封闭形式(左侧车道封闭、右侧车道封闭还是中间车道封闭)、使用的交通控制设施以及作业区在道路上所处的位置的不同而变化很大。饶菲尔(Rauphail)等人于1985年在研究了高速公路作业区附近车流速度特性的基础上，确认影响通过作业区的车流速度的因素主要包括：①几何因素，例如车道封闭的形式、道路的平纵横曲线特性、有效车道宽度和横向净空大小以及视距等；②交通流因素，例如交通流量大小和车流中的大车混入率；③交通控制因素，例如用的交通安全设施的类型以及有无交通指挥旗手辅助控制交通等；④作业区因素，例如作业区所在的位置、施工规模、施工设备类型、噪音以及作业区长度等。同年，内梅斯(Nemeth)和瑞斯(Rathi)利用Freesim软件虚构了一个高速公路网络来进行模拟研究，结果发现，通过限速可以使得通过作业区的交通流的速度趋向一致，有利于作业区内的交通安全。而杜德克(Dudek)和理查兹(Richards)也于1986年指出，为提高安全性在作业区进行限速是必要的，就可变信号标志、车道变窄等几种限速方法进行了研究，为实施限速提供了指导。
　　3.2作业区交通延误分析
　　道路养护作业区的交通延误的大小与施工期间交通流的时空分布特性及交通组成、相应的作业区通行能力有关。1999年，江(Jiang)在一份关于延误的研究报告中提出，作业区的交通延误可以分成4个部分：①进入作业区范围时车辆的减速延误；②车辆以比较慢的速度通过作业区造成的运行延误；③车辆通过作业区后回复到正常速度时的加速延误；④作业区范围内的排队延误。由于前3项延误可以由通过作业区的速度与正常路段时的速度相比而得到，而第4项延误相对比较复杂，影响因素很多，美国的研究者们对这一项的研究较多。由于作业区的排队延误与一般高速公路拥挤时的排队延误有相似的地方，故这方面的研究又主要从高速公路排队延误分析展开。
　　4结语
　　作业区通行能力的影响因素很多也很复杂,由于条件的限制,在实际中往往很难就某一具体因素展开研究。本文利用对影响城市道路作业区通行能力的几个主要因素进行了分析,给出了各种封闭形式下各车道的基本通行能力,这些结论可以为作业区通行能力的研究提供有益的参考。
　　参考文献
　　[1]周茂松,吴兵．美国道路作业区交通管理研究与启示[J]．中外公路,2005(1):116-119.
　　[2]陈宽民,严宝杰．道路通行能力分析[M]．北京:人民交通出版社,2003.
　　[4]裴玉龙,张亚平．道路交通系统仿真[M]．北京:人民交通出版社,2004.