城镇化地区多车道高速公路设计通行能力研究

□ 陈芬菲 聂小虎

自1988 年沪嘉高速——中国第一条高速公路建成通车以来，我国高速公路建设成绩显著，为经济社会发展发挥了重要的支撑作用。到2022 年底，全国高速公路通车总里程达到17.73 万公里，路网规模稳居世界第一位。面对新时代交通运输发展要求，我国部分早期建成的双向四车道高速公路交通量已严重饱和，制约了路网整体运行效率，亟待优化和提升部分高速公路的通道能力。

目前，我国多车道高速公路改扩建正处于起步探索阶段，以往高速公路改扩建以“四改八”和“六改十”为主，十车道及以上多车道高速公路的数量及里程并不多，可借鉴的经验较少。根据国家发改委2022年印发的《国家公路网规划》，“十四五”期间国家将推动实施包括京沪、京港澳、长深、沪昆、连霍等在内的国家高速公路主干线拥堵路段扩容改造，以提高主要国家高速通道的通行能力。然而，由于城镇化地区多车道高速公路存在车道数量多、交通流量大、车型结构复杂、交通运行特征有差异等方面的特殊性，使得适用于传统双向四车道、六车道高速公路的现有公路行业标准体系规范无法完全覆盖此类高速公路设计通行能力的选取，尚未形成一套科学适用的研究方法。针对这类高速公路主线路段设计通行能力选取问题，笔者综合考虑高速公路的功能定位、交通组织方式、综合交通特性等因素，提出城镇化地区多车道高速公路主线路段设计通行能力选择的方法和思路，以满足城镇化地区多车道高速公路设计通行能力选择的需要，为多车道高速公路在城市化地区的改扩建工程提供借鉴和技术支持。

一、通行能力的分类及定义

通行能力在高速公路的规划、设计、运营管理等阶段是评价公路设施对交通流疏导能力的重要参数，反映了交通运行质量，因此，通行能力的分析和评价必须与服务水平的分析评价同步进行。

1.基准通行能力

均匀路段的一条车道在基准道路、交通、控制和环境条件下，在特定时段内所能通过的最大小时流率，即五级服务水平条件下对应的最大小时交通量，是确定公路交通饱和度V/C 的重要指标依据。

2.设计通行能力

均匀路段的一条车道在预期道路、交通、控制和环境条件下，在所选定的设计服务等级下，特定时段内所能通过的最大小时流率即设计通行能力。设计通行能力与选取的服务水平等级有关。《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）作为公路勘察设计行业的基础性指导规范，将公路设计通行能力定义为相应设计服务水平下，公路设施通过车辆的最大小时流率。其中第3.4.2 条指出，高速公路设计服务水平应不低于三级，根据高速公路路段服务水平分级表，得出设计速度分别为120 公里/小时、100公里/小时、80 公里/小时情况下设计服务水平（三级服务水平）对应的最大服务交通量分别为1 650[pcu/（h·In））]、1 600[pcu/（h·In）]、1 500[pcu/（h·In）]。为适应城镇化地区高速公路建设的需要，交通运输部于2021 年发布了《城镇化地区公路工程技术标准》（JTG 2112—2021），并作为《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）的下位标准，进一步落实了城镇化地区公路设计中的具体技术指标及技术要求。《城镇化地区公路工程技术标准》（JTG 2112—2021）第3.4.1 条指出，公路设计服务水平应符合现行《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）的规定，城镇化地区高速公路设置辅路的路段，主路设计服务水平应不低于三级，高速公路未设置辅路的路段，其设计服务水平可降低一级；高速公路与快速路衔接的路段设计服务水平应不低于四级。根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）中的高速公路路段服务水平分级表，得到设计速度分别为120 公里/小时、100 公里/小时、80 公里/小时情况下四级服务水平对应的最大服务交通量分别为1 980[pcu/（h·In）33]、1 850[pcu/（h·In）]、1 800[pcu/（h·In）]。

3.实际通行能力

现有公路的某一条车道上，在实际道路、交通、管制和环境条件下，根据实际的公路几何构造、交通状况和交通管理水平，对各服务水平等级下的最大服务交通量进行相应修正后的小时流率。《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）作为公路勘察设计阶段的常用规范，其中第3.4.2 条指出，高速公路路段的实际设计通行能力为针对设计服务水平的最大服务交通量乘以相应的交通组成修正系数（各车型占比及折算系数的影响）、驾驶人总体特征修正系数（通常在0.95 ～1.00 之间）及路侧干扰修正系数（高速公路取1.0）。

二、通行能力的影响因素

1.功能定位

一条公路在路网中的功能定位决定了其设计服务水平等级的选取，从而影响到其设计服务等级（三级或四级）对应的最大服务流量取值。城镇化地区高速公路除具有畅通直达的传统交通服务功能外，还需兼顾服务当地短途交通、非机动车及行人交通等出行功能，其承担的交通功能具有多元性。因此，城镇化地区高速公路主线路段对应的设计通行能力，应考虑其是否设置有辅路及衔接的城市道路等级综合确定。

2.交通组织模式

交通组织模式是指为了提高交通运行效率、解决交通拥堵、缩短行程时间、减少交通事故、降低燃油消耗、最大限度地发挥交通走廊通行能力的交通管控策略。目前，国内外高速公路采用的交通组织管理模式主要有客货混行式、客货分离式、主辅分离式等。

（1）客货混行式。客货混行是指在通行过程中不强制分流，客车或货车可自由选择行驶车道，是目前国内双向六车道及以下的高速公路采用的最广泛的车道管理方式。然而，在这种车道管理模式下，由于客车和货车在车型的外观尺寸与车辆动力性能方面存在较大的差异，当车辆发生变道行为时，增加了车辆间的干扰，从而影响到邻近车辆的行驶速度和行驶轨迹，增加了交通事故风险，也降低了通行效率。

（2）客货分离式。客货分车道行驶，通常是指内侧车道仅对车速较高的客车开放，外侧车道主要对货车开放。其主要目的是将行驶速度较低的货车限制在外侧车道，从而减少车道内的速差冲突数，降低车辆加减速操作频率，保证车辆行驶的畅通，提高了不同车型的运行速度。客货分道行驶很大程度上解决了重车占道、客车超车难的问题，使交通流在空间上得到了渠化，车道内交通流速度也趋于平稳，通行效率得到了提高，同时也降低了跟驰车辆由于速度差或强行变换车道造成的交通事故发生率。对于车流量大、客车和货车互相干扰大、车辆不用频繁变道的路段，这种车道管理方法是适用的。

（3）主辅分离式。主辅分离式断面又称“长途+集散”式断面，含义为内幅车道主要供长途过境车辆快速行驶，外幅车道主要供中短途及集散交通出行使用，内外幅路之间每隔一定距离设置一段转换车道，并且互通立交的匝道只与外幅车道相连。该种车道管理方式有利于提高主线路段的通行效率，尤其是对大交通量、长距离出行占比较大的路段效果较好。

3.综合交通特性

对公路通行能力产生影响的交通特性主要包括交通出行特征（过境交通、对外交通、内部交通出行量占比）、设计速度、车道数量及车型比例（小型车、中型车、大型车、汽车列车占比）。

三、通行能力选取方法与思路

1.交通功能定位

结合高速公路所处地理位置及周边土地开发利用现状及规划，划分交通出行小区，并采集交通OD出行数据样本，分析公路承担的过境交通、对外交通、内部交通出行量占比情况，从而确定公路主要承担的交通功能与作用，最后根据设计速度选取对应的设计服务水平及设计通行能力。

2.车道功能划分

交通组织模式是在车道功能划分的基础上进一步提出的管理方式。通过采集现状公路车型结构数据，分析研究小型车、中型车、大型车、汽车列车等各车型的比例，结合公路的整体功能定位，合理划分每条车道承担的功能，并设计出对应的交通组织模式。

3.交通仿真

采用VISSIM仿真软件，根据现有高速公路实际的车流运行特点，从车流量、交通构成、代表车型、期望速度、换道行为、长短途比例分配、跟驰模型等角度标定关键参数。针对设计的各种交通组织模式下的仿真运行情况进行对比分析，以确定各交通组织模式的适用场景。

4.通行能力计算

（1）客货混行式。整体式客货混行车道主要考虑大型车的混行对内侧车道通行能力的影响，需要引入大型车混行比例修正系数、内侧车道修正系数和外侧车道修正系数等3 个指标。

（2）客货分离式。在客货分离模式下，在这种交通组织模式下，客车幅面与货车幅面的通行能力需要分别考虑内外车道修正系数来计算，两者相加就是多车道的通行能力。

（3）主辅分离式。由于在主辅分离模式下，互通立交的匝道仅与外幅集散车道相连，需要借助转换车道通过左侧流出、从右侧汇入的方式进入内幅车道。所以，转换车道的存在，会对内侧车道和外侧车道的通行能力造成影响，因而主辅分离模式下的通行能力计算，除了需要考虑大型车混入比例修正系数、主辅路内外侧车道修正系数外，还需要引入转换车道的修正系数。

在各种交通组织模式下，借助VISSIM仿真软件进行流量运行模拟，最后得出对应的通行能力修正值。

四、结语

由于多车道高速公路在道路横断面布置形式、交通管制条件、交通运行特点等方面与普通双向四车道、六车道高速公路存在较大差异，实际工程应用中已有的普通高速公路通行能力取值已不适用。通过分析不同交通组织模式下影响通行能力的各项因素，提出既能满足交通出行需求，又能实现良好交通运行的城镇化地区多车道高速公路通行能力研究的思路与方法，可以为城镇化地区多车道高速公路建设项目的车道技术标准论证提供参考。