季 托 周 穎 呂能超▲

（1.武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心 武漢430063；2.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢430056）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和運(yùn)輸需求不斷上升，原有高速公路因車道數(shù)較少逐漸不能與交通流量增長(zhǎng)相適應(yīng)，因此，各國(guó)陸續(xù)開(kāi)始實(shí)施高速公路改擴(kuò)建工程，以提升公路通行能力。然而，對(duì)于一些流量需求突出的交通運(yùn)輸動(dòng)脈，即使擴(kuò)建為8車道仍然不能為巨大的需求提供足夠的通行能力；因此，將原有4車道或6車道高速公路擴(kuò)建為10車道及以上的超多車道高速公路成為解決交通流量需求劇增及通行能力不足問(wèn)題的重要選擇方案。

多車道高速公路除了通行能力較大之外，其運(yùn)行方式具有較大靈活性，既可以實(shí)施不同類型車輛混合行駛，也可以實(shí)施分車道分車型行駛。這種靈活的交通組織運(yùn)行方式將導(dǎo)致交通流結(jié)構(gòu)的變化。一方面，車道內(nèi)部交通流的組成發(fā)生變化；另一方面，交通量和車型在車道上的分布發(fā)生變化。如果分車型分車道行駛，各車道內(nèi)部的車型將趨于一致，車輛運(yùn)動(dòng)性能差異減小，形成同質(zhì)交通流；而不同車型混合行駛時(shí)，車道內(nèi)車輛性能差別較大，其交通流為異質(zhì)流。在多車道高速公路出口交織區(qū)，由于車輛存在換道、分流等操作，其斷面設(shè)置形式及交通組織形式對(duì)通行能力和交通安全均有影響。

影響交織區(qū)通行能力的因素有很多，如交織區(qū)的長(zhǎng)度、車道數(shù)、車速等。其中，只有車道數(shù)是較容易改變的，其他因素都較難改變。陳利霖等[1]選擇A類交織區(qū)作為研究對(duì)象來(lái)確定分流車道數(shù)量對(duì)交織車道的通行能力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：直行車道數(shù)的增加可以有效緩解交通擁堵，提升通行能力；倪娜等[2]以最小交織區(qū)的長(zhǎng)度來(lái)評(píng)價(jià)互通式立交的通行能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：A，B型交織在相同的流率下均隨著車道數(shù)的增加最小長(zhǎng)度減小，相同的車道數(shù)下A型交織隨著車速的增加最小長(zhǎng)度增大，B型交織最小長(zhǎng)度減小。

在交通安全方面，在高速公路分流交織區(qū)由于大小車混合行駛而形成的異質(zhì)流對(duì)行車安全造成一定影響。針對(duì)不同車道組織形式下的交通流行為，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了廣泛研究。裴玉龍等[3]研究指出交織區(qū)車頭時(shí)距分布隨斷面流率動(dòng)態(tài)變化的結(jié)論，擬合分析結(jié)果表明：斷面流率小于250 veh/h時(shí)，車頭時(shí)距服從負(fù)指數(shù)分布；當(dāng)斷面流率位于250～750 veh/h時(shí)，車頭時(shí)距服從移位負(fù)指數(shù)分布；當(dāng)斷面流率位于750～1 500 veh/h時(shí)，車頭時(shí)距服從Cowan M3分布；趙曉翠等[4]通過(guò)道路數(shù)據(jù)的速度提取和視頻觀測(cè)分析，總結(jié)了駕駛員駛?cè)牖ネ⒔粶p速車道的3種駕駛過(guò)程，以及駕駛員在進(jìn)入分流區(qū)前已經(jīng)開(kāi)始減速和車輛到達(dá)減速車道終點(diǎn)（三角端位置）時(shí)駕駛員的期望車速大于匝道限速的特點(diǎn)；張?zhí)m芳等[5]通過(guò)自然駕駛數(shù)據(jù)分析了多車道高速公路出口匝道車輛的風(fēng)險(xiǎn)換道行為，結(jié)果表明：當(dāng)換道發(fā)生位置附近存在貨車時(shí)，由于大貨車行駛速度緩慢并遮擋后車視野，因而后車會(huì)選擇換道超車以獲得期望行駛條件，從而導(dǎo)致更高的換道風(fēng)險(xiǎn)水平。

在分流區(qū)，內(nèi)側(cè)車道的車輛駛出時(shí)會(huì)和外側(cè)車道上的車輛產(chǎn)生行駛空間的爭(zhēng)奪，同樣容易使行駛軌跡重合，進(jìn)而導(dǎo)致車輛發(fā)生碰撞事故。因此頻繁的發(fā)生換道行為可能會(huì)產(chǎn)生交通沖突，增加事故發(fā)生的可能性，甚至加重碰撞傷害的嚴(yán)重程度。大量學(xué)者針對(duì)高速公路分流區(qū)進(jìn)行了相關(guān)的研究，這些研究主要是分析造成高速公路出入口碰撞事故的主要原因，以此來(lái)評(píng)估其安全性。Wang等[6]發(fā)現(xiàn)造成高速公路出入口發(fā)生嚴(yán)重碰撞事故的因素包括ADT主線,減速/斜坡道的長(zhǎng)度和位置,光線和天氣條件下,酒精/藥物和重型車輛參與、匝道車道數(shù)量在主線上,表面狀況,土地類型和事故類型；Yang等[7]還發(fā)現(xiàn)交通設(shè)施設(shè)置，如限速、路緣安裝同樣會(huì)對(duì)高速公路分流和合流區(qū)的碰撞事故發(fā)生的概率產(chǎn)生影響。此外惡劣天氣以及駕駛員年齡、認(rèn)知需求等因素同樣是影響高速公路出入口的碰撞事故的因素[8-9]。

通過(guò)分析，多車道高速公路分流交織區(qū)在交通安全方面存在的問(wèn)題主要有以下3點(diǎn)：①在出口匝道連接部分，分流的車輛需變換多個(gè)車道，由于不能連續(xù)變道的規(guī)定，導(dǎo)致分流區(qū)長(zhǎng)度增加，交通運(yùn)行狀況復(fù)雜；②換道過(guò)程中車輛運(yùn)行速度較高，易發(fā)生追尾事故；而車輛換道速度較快，使減速車道的長(zhǎng)度不能滿足車輛減速的需求，易發(fā)生車輛刮擦路側(cè)的事故；③標(biāo)志、標(biāo)線設(shè)置不合理導(dǎo)致駕駛員換道距離過(guò)短，駕駛員視線被大車遮擋，最終使得駕駛員錯(cuò)認(rèn)出口、或在出口進(jìn)行強(qiáng)制換道、掉頭等導(dǎo)致交通事故。同時(shí)由于車輛的連續(xù)換道影響，交織區(qū)的運(yùn)行效率也大大降低，影響交織區(qū)的服務(wù)水平。

基于以上多車道高速公路存在的安全問(wèn)題及效率問(wèn)題，筆者廣泛調(diào)研多車道高速公路出入口的交通組織形式，并分析其交通流特性和交通安全特性，最終提出交通組織及管理方案，可實(shí)現(xiàn)多車道高速公路的安全駕駛，并提高其服務(wù)水平。

1 多車道高速公路斷面交通組織形式及其特點(diǎn)

1.1 多車道高速公路斷面組織形式

目前多車道高速公路斷面布置形式主要分為整體式和分離式這2種。目前，中國(guó)高速公路以整體式斷面形式為主；而美國(guó)等國(guó)家除了整體式斷面之外，部分多車道高速公路也采用分離式斷面形式。

1.1.1 整體式斷面交通組織形式

整體式斷面形式常用于車道數(shù)較少的高速公路，如6車道、8車道高速公路的斷面布置形式為整體式，當(dāng)車道數(shù)達(dá)到10～12車道時(shí)也有使用。一般情況下，當(dāng)車道數(shù)較多但路側(cè)用地受到限制時(shí)，常采用整體式斷面形式，其車道布設(shè)形式見(jiàn)圖1。

圖1 整體式高速公路路基斷面形式Fig.1 Section form of the integral highway subgrade

根據(jù)對(duì)客車與貨車所行駛車道的組織，整體式斷面又可分為2種：①客貨混行整體式，即客車與貨車可在主線上任意車道行駛，見(jiàn)圖2（a）；②客貨分離式，即根據(jù)車道限制規(guī)定，主線上客車貨車分開(kāi)行駛，僅在出入口交織區(qū)不受車道限制，見(jiàn)圖2（b）。對(duì)于客貨混行式整體斷面多車道高速公路，其管理形式較為方便；而對(duì)于客貨分離整體式斷面多車道高速公路，除了使用標(biāo)志對(duì)車道功能進(jìn)行區(qū)分外，大部分車道數(shù)大于10的高速公路采用雙黃線對(duì)車道功能進(jìn)行劃分，一般設(shè)置在第2車道和第3車道之間，以此來(lái)區(qū)分車道功能。

圖2 整體式的車道斷面圖Fig.2 Cross-section of the integral lane

目前國(guó)內(nèi)高速公路以8車道及以下車道數(shù)的高速公路為主，10車道及以上的多車道高速公路應(yīng)用較少，典型的有水官高速公路和合肥繞城高速隴西樞紐至路口樞紐段段，主要采用整體式斷面形式。水官高速公路采用內(nèi)側(cè)雙向6車道+外側(cè)雙向4車道輔道組織設(shè)置，交通組織形式采用“3+2客貨分離”的形式；內(nèi)側(cè)為3條客車車道，外側(cè)為2條貨車車道，全程采用雙向10車道標(biāo)準(zhǔn)，主輔車道之間設(shè)0.5 m寬分隔帶，標(biāo)劃雙黃色震蕩標(biāo)線和設(shè)置突起式路標(biāo)；配以分車道分車型限速指示標(biāo)志及全線監(jiān)控設(shè)施，嚴(yán)格分離小型車與大型車，見(jiàn)圖3（a）。合肥繞城高速隴西樞紐至路口樞紐段段采用整體10車道的組織形式，組織形式與普通高速公路類似，其斷面交通組織形式為客貨混行式，見(jiàn)圖3（b）。

圖3 整體式多車道高速公路實(shí)例Fig.3 Cases of integral multi-lane cross-section highways

1.1.2 主輔分離式斷面交通組織形式

高速公路車道數(shù)較多時(shí)常采用分離式斷面組織形式。從目前國(guó)外高速公路多車道使用情況來(lái)看，多車道高速公路主要采用的是“快速+集散”的分離式組織方式，內(nèi)側(cè)車道僅供客車通行，外側(cè)車道主要供貨車和短途車輛通行。內(nèi)外側(cè)采用同向分隔帶隔離，《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）規(guī)定分離式路基間的最小間距不應(yīng)小于規(guī)范要求的中央分隔帶最小寬度。因此，按照《規(guī)范》要求邊分帶的寬度建議不小于2.0 m。主輔分離式的12車道高速公路布設(shè)形式圖4～5。

圖4 分離式12車道路基斷面Fig.4 Section of the separated 12-lane subgrade

圖5 分離式12車道斷面示意圖Fig.5 Separated 12-lane Section

應(yīng)用方面，北美有較多高速公路采用主輔分離式斷面。美國(guó)新澤西收費(fèi)公路6號(hào)出口至9號(hào)出口為雙向12車道，采用的是完全客貨分離式組織形式；加拿大401號(hào)高速公路車道數(shù)很多，組織形式復(fù)雜，互通立交密集，其組織形式布置采用主線+輔線形式，見(jiàn)圖6（a）；美國(guó)I-496高速公路為雙向10車道高速公路，采取快速（6）+集散（4）的形式，見(jiàn)圖6（b）。在國(guó)內(nèi)，尚無(wú)10車道及以上高速公路采取主輔分離式斷面交通組織形式，但是在“4改8”高速公路改擴(kuò)建中，因?yàn)閱蝹?cè)拼寬緣故，原來(lái)4車道老路變?yōu)橥蛐旭偅诶下?車道半幅路面形成“2+2”的主輔分離式斷面。

1.2 多車道高速公路斷面組織形式優(yōu)缺點(diǎn)分析

圖6 410高速及I-496高速實(shí)例Fig.6 Case of expressways 410 and I-496

不同的斷面組織形式不僅在設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)成本、時(shí)間、難度各不相同，同時(shí)在營(yíng)運(yùn)期間也會(huì)產(chǎn)生不同的交通流，致使駕駛員在駕駛時(shí)產(chǎn)生不同的駕駛行為，導(dǎo)致不同的安全問(wèn)題。因此每個(gè)斷面組織形式都有其優(yōu)缺點(diǎn)，具體見(jiàn)表1。

表1 不同斷面組織形式的優(yōu)缺點(diǎn)分析Tab.1 Analysis of advantages and disadvantages of different cross-section organizational forms

1.3 多車道高速公路分流區(qū)組織形式

無(wú)論是整體式還是分離式交通組織形式，在高速公路出入口均需設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換路段供車輛出入。對(duì)于整體式斷面，需要在出入口相關(guān)區(qū)域設(shè)置交通標(biāo)志、標(biāo)線供車輛出入，常見(jiàn)的標(biāo)線有虛實(shí)線；而對(duì)于分離式交通組織形式，則需要設(shè)置相應(yīng)的連接車道供車輛出入，并配以相應(yīng)標(biāo)志與標(biāo)線。

目前，大部分大于10車道的整體式斷面高速公路均采用雙黃線對(duì)車道功能進(jìn)行劃分與隔離，僅在靠近高速公路出口設(shè)置虛實(shí)線，內(nèi)側(cè)車輛可在黃色虛實(shí)線區(qū)域換道駛出高速公路；其過(guò)程見(jiàn)圖7（a）。而分離式斷面交通組織情形下，由于內(nèi)外車道由同向分隔帶分離，內(nèi)側(cè)車輛若需駛出高速公路，需經(jīng)過(guò)同向分隔帶開(kāi)口駛出內(nèi)側(cè)快速車道，在外側(cè)集散車道交織區(qū)完成換道后駛?cè)霚p速車道，其過(guò)程見(jiàn)圖7（b）。這2種多車道高速公路出口交通組織方式均屬于平面交織形式其優(yōu)點(diǎn)在于占地少，由現(xiàn)有高速改擴(kuò)建時(shí)操作簡(jiǎn)單；其缺點(diǎn)在于在外側(cè)集散車道容易形成橫向交織與干擾，交通安全性差，通行能力較低。

圖7 不同斷面交通組織形式下車輛出高速示意圖Fig.7 Vehicles leaving the highway under different cross-section organizational forms

對(duì)于主輔分離式斷面交通組織形式，其出口可設(shè)置成立體交叉的組織形式，即內(nèi)側(cè)車道車輛通過(guò)專用的匝道上跨或下穿外側(cè)集散車道駛出高速公路快速車道。其優(yōu)點(diǎn)在于消除了駛出內(nèi)側(cè)集散車道車輛與外側(cè)集散車道車輛的橫向干擾，總體安全性高，通行能力高；而缺點(diǎn)則在于占地空間大，投資費(fèi)用高。見(jiàn)圖8。

圖8 主輔分離式斷面立體交叉出口形式Fig.8 Exit form of the separated cross-section of main and auxiliary roads

2 多車道高速公路出口交織區(qū)交通流特性

高速公路交織區(qū)交通流特性復(fù)雜，而多車道高速公路因?yàn)槠涑鋈肟谛旭偺匦?，橫向干擾更大，其通行能力與安全性一致是關(guān)注的重點(diǎn)。多車道高速公路因?yàn)檐嚨罃?shù)量較多，出入快速車道的車輛需要進(jìn)行更多次數(shù)的換道來(lái)完成行車需求。而這種多次換道行為對(duì)交織區(qū)的交通流造成了更加嚴(yán)重的干擾，使得交通沖突增多，交通流更加紊亂。正是由于這種多次換道行為，使得多車道高速公路出口交織區(qū)成為瓶頸路段，通行能力顯著下降，路段行車風(fēng)險(xiǎn)激增。

2.1 車輛運(yùn)行特征分析

2.1.1 運(yùn)行速度特性

車輛駛出高速公路需要對(duì)車速進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保證車輛整個(gè)過(guò)程中行駛的穩(wěn)定性。車輛速度的穩(wěn)定性也是行車安全的體現(xiàn)，不穩(wěn)定的車速或者較大的車速差與交通事故有一定關(guān)系[10-11]

通過(guò)微觀仿真實(shí)驗(yàn)研究不同輸入流量研究整體式、客貨分離式、“長(zhǎng)途+集散式”3種斷面形式的多車道高速公路的速度變化。結(jié)果表明：隨著交通量的增大，“長(zhǎng)途+集散”式斷面的車流速度下降非常明顯，顯著低于其他2種組織形式的車速；對(duì)于其他2種形式，交通量的增大造成了出口匝道上游的車速下降，但相比較而言客貨分離式的車速更高，說(shuō)明消除客車和貨車的干擾后確實(shí)可以提高匝道附近交通流的運(yùn)行狀況[12]。

侯佳[13]通過(guò)視頻采集的8車道高速公路出口交織區(qū)的車輛速度數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，將整個(gè)交織區(qū)分為出口匝道漸變段及主線車道2個(gè)部分，分別探索其速度特征。結(jié)果表明：匝道漸變段的速度較高；最外側(cè)車道交通組成主要為貨車，因內(nèi)側(cè)車輛向外側(cè)換道，有多種車輛混行，平均速度較低，車輛速度差異較大；中間1車道主要車型為中小型貨車及中大型客車，平均速度高于最外側(cè)車道，車速離散程度更高；內(nèi)側(cè)2車道車輛構(gòu)成多為小客車，內(nèi)側(cè)車道受到擾動(dòng)更小，平均速度更高。丁燦等[14]通過(guò)對(duì)某8車道高速公路的車速數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到類似結(jié)論。

總的來(lái)說(shuō)，與普通高速公路相比，多車道高速公路不同車道之間速度差異較大，最外側(cè)的幾條車道速度分布離散程度最高。

2.1.2 通行能力

路段的通行能力受道路狀況、車輛性能、交通條件、交通管理，環(huán)境氣候等因素的影響。多車道高速公路由于斷面數(shù)量增加，車道限制策略等措施導(dǎo)致其通行能力發(fā)生變化。

侯佳[13]以滬寧高速的互通樞紐和出口匝道分流區(qū)段作為數(shù)據(jù)采集來(lái)源對(duì)雙向8車道高速公路匝道相接處的交織區(qū)為例進(jìn)行仿真分析，設(shè)置匝道為單車道和匝道為雙車道這2種不同的交織區(qū)設(shè)置形式，通過(guò)改變輸入流量參數(shù)，得到不同交通需求量和不同分流比例情況下的服務(wù)交通量數(shù)值。

仿真實(shí)驗(yàn)表明：出口車輛的分流換道及出口匝道的交通流狀態(tài)都會(huì)顯著影響分流影響區(qū)的交通流狀態(tài)，當(dāng)車流密度大時(shí)，不僅外側(cè)的2條車道，密度增大、流速降低的狀態(tài)也會(huì)向內(nèi)側(cè)車道蔓延。因此，服務(wù)水平由主線上游流量和出口匝道流量共同決定。經(jīng)過(guò)分析，作者侯佳輸入不同分流比例、不同流量的交通需求進(jìn)行仿真測(cè)算，得到多車道高速公路的2種典型分流設(shè)施，不同服務(wù)水平下分流影響區(qū)和匝道的最大服務(wù)流量。

此外，國(guó)內(nèi)某學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)：相對(duì)于普通的高速公路，多車道高速公路在通行能力上存在折減情況，對(duì)于互通立交區(qū)段多車道高速公路外側(cè)2車道比4車道外側(cè)約折減17%～20%，其余內(nèi)側(cè)車道折減約5%[15]。

2.1.3 交通安全特性

車頭時(shí)距作為道路通行能力和服務(wù)水平的重要影響因素之一，對(duì)其研究十分必要。車頭時(shí)距不僅直接影響交通流的組成，還與駕駛員的駕駛行為互相影響和制約。因此，對(duì)車頭時(shí)距的精確擬合尤為重要，主要的擬合手段有負(fù)指數(shù)分布、移位負(fù)指數(shù)分布、愛(ài)爾朗分布、M3分布等[16]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)實(shí)測(cè)8車道高速公路出口發(fā)現(xiàn)：在混行和車道線制策略2種不同的車輛運(yùn)行方式情況下，各車道的車頭時(shí)距分布差別較大。在混行條件下，內(nèi)側(cè)3/4車道車頭時(shí)距服從M3分布，2車道服從移位負(fù)指數(shù)分布、愛(ài)爾朗分布，1車道服從負(fù)指數(shù)、移位負(fù)指數(shù)分布；分車道行駛條件下，通行貨車的外側(cè)1/2車道交通量較小，當(dāng)交通流為穩(wěn)定流時(shí)，車頭時(shí)距滿足移位負(fù)指數(shù)分布；通行客車的內(nèi)側(cè)3/4車道車頭時(shí)距服從移位3階愛(ài)爾朗分布。另1位學(xué)者對(duì)內(nèi)側(cè)2車道小客車行駛外側(cè)2車道客貨混行的限制策略下的8車道高速公路中車頭時(shí)距分布采用以上研究結(jié)果，1/2車道采用移位負(fù)指數(shù)分布，3/4車道采用移位3階愛(ài)爾朗分布[17-18]。

與普通高速公路相比，實(shí)施車道限制策略的多車道高速公路將因?yàn)槠溆休^大車頭時(shí)距而更加能保證駕駛?cè)说男旭偘踩?/p>

2.1.4 其他特性

換道行為常被分為強(qiáng)制性換道和選擇性換道。高速公路分流交織區(qū)同時(shí)存在2種換道行為，但是以分流駛出高速公路的車輛的強(qiáng)制性換道行為為主。多車道高速公路因?yàn)檐嚨罃?shù)的增加，內(nèi)側(cè)車輛想要駛出高速公路需要更長(zhǎng)的換道距離。

付存勇等[19]以車輛中心距離車道中心線的距離及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為指標(biāo)研究8車道車輛換道開(kāi)始位置，發(fā)現(xiàn)1車道的換道影響范圍是350～2 200 m；2車道的換道影響范圍是400～1 250 m；3車道的換道影響范圍是300～1 000 m。并對(duì)最后1次換道和非最后1次換道這2個(gè)樣本的換道持續(xù)時(shí)間、速度、橫向加速度以及縱向加速度進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2個(gè)樣本的換道持續(xù)時(shí)間、速度、縱向加速度沒(méi)有顯著差異，2個(gè)樣本的橫向加速度有顯著差異。

統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究可以發(fā)現(xiàn)：既有研究多以雙向6車道、8車道為研究對(duì)象，而8車道及以下的出口交織區(qū)的運(yùn)行狀態(tài)已相當(dāng)復(fù)雜，超多車道高速公路因?yàn)檐嚨罃?shù)的增加將會(huì)加大出口交織區(qū)運(yùn)行狀態(tài)的復(fù)雜程度。

2.2 沖突特性分析

出口交織區(qū)的沖突主要發(fā)生在分流區(qū)，分流是指1股交通流分成2股或多股交通的現(xiàn)象。一般情況下，分流區(qū)的交通沖突類型可分為：①?gòu)?qiáng)制性換道與直行車輛的沖突，為自左向右換道，因車速不同產(chǎn)生沖突；②自主性換道與直行車輛的沖突，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性；③跟馳沖突，多為換道車輛與原車道前后車輛的沖突。

常用于表征交通沖突的指標(biāo)為碰撞時(shí)間（time to collision,TTC）。TTC反映了被試車輛與被試車輛在被試車道上的相對(duì)速度和相對(duì)距離。TTC值越小，發(fā)生事故的可能性就越大。目前TTC在交通安全和基于碰撞的場(chǎng)景分析中得到了廣泛的應(yīng)用。TTC的使用需劃分閾值，Wakasugi等[20]在高速公路上進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)碰撞風(fēng)險(xiǎn)的大小來(lái)劃分TTC的閾值，TTC等于2 s為避免碰撞需要最短時(shí)間；6 s為執(zhí)行換道時(shí)間所需的最短時(shí)間、10 s為需要取消換道最大時(shí)間。當(dāng)TTC小于閾值時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生交通沖突。

經(jīng)過(guò)分析，多車道高速公路分流區(qū)處產(chǎn)生交通沖突的原因主要有以下幾點(diǎn)。由于交通沖突的產(chǎn)生直接導(dǎo)致道路通行能力的下降。因此，也可說(shuō)是導(dǎo)致道路通行能力下降的原因主要由以下幾點(diǎn)，見(jiàn)表2。

表2 交通沖突及通行能力影響因素Tab.2 Traffic conflict and influencing factors of the traffic capacity

針對(duì)這些原因，經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，相較于整體式斷面而言，車輛在分離式斷面中車輛處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的比例明顯更低且存在顯著影響，同時(shí)車輛處于無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的比例也明顯更大且存在顯著影響。在出口部分，分離式斷面發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)的可能性更低，這可能是由于在分離式斷面中，車輛第1次換道距出口匝道更遠(yuǎn)，駕駛員會(huì)選擇更加穩(wěn)健的行為。

3 多車道高速公路分流區(qū)交通管理及設(shè)施優(yōu)化

多車道高速公路的交通管理方案及設(shè)施設(shè)計(jì)也需遵循現(xiàn)有的高速公路相關(guān)規(guī)范。由于國(guó)內(nèi)10車道及以上高速公路較少，目前還沒(méi)有專門的多車道高速公路設(shè)施設(shè)計(jì)與管理規(guī)范，需要參照現(xiàn)有的交通設(shè)施設(shè)計(jì)原則進(jìn)行創(chuàng)新，優(yōu)化交通設(shè)施及管理方法，進(jìn)而提高多車道高速公路安全性、效率性。多車道高速公路分流區(qū)的交通管理主要涉及到車道管理及車速管理；設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)主要涉及到同向分隔帶開(kāi)口長(zhǎng)度優(yōu)化、標(biāo)志標(biāo)線優(yōu)化及配套機(jī)電設(shè)施。

3.1 多車道高速公路交通管理

現(xiàn)有研究探索了多車道高速公路分流交織區(qū)的交通管理方案，主要是分析在不同的交通流量條件下的車道、車速管理方案，以提高通行效率與交通安全性。

3.1.1 車道管理方案

除整體式客貨混行的車道管方案外，在主線上可根據(jù)高速公路上客車和貨車不同的比例適當(dāng)分配車道。當(dāng)客車比例大時(shí)，可采用“客貨分離”模式或者“客-混行-貨分離”模式（中間某1條車道客貨混行），如果主要考慮安全及效率，客貨分離的交通組織管理模式具有更大優(yōu)勢(shì)；當(dāng)客貨比例相似時(shí)，建議采用“客-貨分離”的模式，這種模式可以在保證安全性的同時(shí)達(dá)到最大的通行效率；當(dāng)貨車比例大時(shí)，可采用“客-混行”模式，即客車可在單獨(dú)的車道行駛，其余車道均可與貨車混行；在分流區(qū)時(shí)，整體式斷面的情況下，內(nèi)側(cè)車輛在靠近出口區(qū)時(shí)通過(guò)黃色虛實(shí)線不斷向外側(cè)變道到達(dá)減速車道從匝道駛出高速公路；分離式斷面的情況下，內(nèi)側(cè)車輛可通過(guò)同向分隔帶的開(kāi)口區(qū)域駛出高速公路也可通過(guò)上穿或下跨公路的匝道駛出高速公路。

3.1.2 車速管理方案

劉莉等[21]分析了國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了8車道高速公路4種限速方案。①分車道限速：左起第1條車道最高限速為120 km/h，最低限速為100 km/h；第2條車道最高限速為120 km/h、最低限速為80 km/h；第3條車道最高限速為100 km/h、最低限速為80 km/h；第4條車道最高限速為80 km/h、最低限速為60 km/h；②客貨分離行駛時(shí)分車型限速：小型車最高限速為120 km/h、最低限速為80 km/h；大型車最高限速為100 km/h、最低限速為60 km/h，大型車只準(zhǔn)在最右側(cè)行駛。③分車道并分車型限速：左起第1和第2車道為小型車行車道，第3和第4車道為大型車行車道。小型車最高限速120 km/h、最低限速為80 km/h；大型車最高限速為100 km/h、最低限速為60 km/h；④限制貨車：左起第1車道為小客車專用行車道，第2車道為客車行車道，貨車限制在第3和第4車道行駛，同時(shí)客車亦可在該行車道行駛。根據(jù)車型的劃分，可在不同的車道設(shè)置不同的最高和最低限速：第1車道最高限速為120 km/h、最低限速為100 km/h；第2車道最高限速為120 km/h、最低限速為80 km/h；第3、第4車道最高限速為100 km/h、最低限速為60 km/h.

依據(jù)JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合國(guó)內(nèi)外高速公路速度設(shè)置經(jīng)驗(yàn)，在主線上，根據(jù)分車道并分車型的設(shè)計(jì)方案可在不同的車道設(shè)計(jì)不同的限速標(biāo)準(zhǔn)。小型車的最高限速為120 km/h，最低限速為80 km/h；大型車的最高限速為100 km/h，最低限速為60 km/h；在靠近高速公路出口時(shí)，因?yàn)樾枰啻巫兊?，所以要比普通高速公路出口更遠(yuǎn)時(shí)開(kāi)始減速，出口匝道處的速度限制在40 km/h。

3.2 同向分隔帶優(yōu)化

對(duì)于同向分隔帶開(kāi)口長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，開(kāi)口路段長(zhǎng)度設(shè)置過(guò)短，則換道空間不足，車輛轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)小，可能會(huì)放慢速度；開(kāi)口路段長(zhǎng)度設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，則換道空間過(guò)大，車輛換道的隨意性也會(huì)增大。因此，同向分隔帶的開(kāi)口長(zhǎng)度對(duì)行車安全有著重要的影響。張可[22]基于互通立交出入口附近車輛的駛?cè)腭偝霭踩约斑\(yùn)行效率分析了該種形式對(duì)靈山互通立交交通安全的影響，計(jì)算結(jié)果表明：在一般高速公路上，同向分隔帶的開(kāi)口長(zhǎng)度應(yīng)為1 700 m左右；潘兵宏等[23]基于圓曲線換道模型提出了同向分隔帶開(kāi)口上車輛換道的三階段模型，并據(jù)此計(jì)算了不同設(shè)計(jì)速度下的同向分隔帶開(kāi)口長(zhǎng)度建議值，結(jié)果表明：當(dāng)設(shè)計(jì)速度為120 km/h、同分帶寬度為4.5 m、路段超高為-4%時(shí)，同向分隔帶開(kāi)口總長(zhǎng)度建議值為620 m；杜子君等[24]利用Vissim仿真模擬高速公路單側(cè)拼寬場(chǎng)景，結(jié)合SSAM進(jìn)行沖突評(píng)價(jià)，研究老路同向分隔帶開(kāi)口處行車風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果表明：開(kāi)口長(zhǎng)度對(duì)于車輛的最大縱向加速度均存在顯著影響，但只有在開(kāi)口長(zhǎng)度大于1 700 m時(shí)，開(kāi)口長(zhǎng)度對(duì)于最大減速度有顯著影響。開(kāi)口長(zhǎng)度對(duì)于最小THW和最大TTC均存在顯著影響，但是當(dāng)開(kāi)口長(zhǎng)度大于1 200 m時(shí)，開(kāi)口長(zhǎng)度的增加對(duì)于最大TTC影響會(huì)顯著下降，此外，車輛發(fā)生碰撞風(fēng)險(xiǎn)較高的位置集中在開(kāi)口段前半部分；Lyu等[25]通過(guò)模擬駕駛實(shí)驗(yàn)研究了高速改擴(kuò)建過(guò)程中中央分隔帶長(zhǎng)度及車流量對(duì)駕駛行為的影響，結(jié)果表明：當(dāng)車流為低流量或中等流量時(shí)，開(kāi)口長(zhǎng)度會(huì)顯著影響車輛的行駛行為和安全性。但是，當(dāng)交通量較大時(shí)，開(kāi)口長(zhǎng)度對(duì)它們的影響會(huì)相對(duì)減弱。

同分帶開(kāi)口與中分帶開(kāi)口有著相似之處，即圓形及彈頭形端部形式同樣適用于同分帶開(kāi)口，且同分帶開(kāi)口處一般不限速，車輛按設(shè)計(jì)速度勻速行駛，速度很高，采用半圓型端部形式行駛不利于開(kāi)口處車輛的行駛安全；而彈頭型端部型式能夠較好地與車輛的行駛軌跡相吻合，較好地誘導(dǎo)車輛，有利于車輛的行駛安全。見(jiàn)圖9～10。

圖9 同向分隔帶開(kāi)口端部設(shè)置形式Fig.9 Setting form of the opening end of the co-directional separator

圖10 同向分隔帶開(kāi)口示意Fig.10 Opening distance of the co-directional separator

同分帶開(kāi)口距互通立交或服務(wù)等設(shè)施的距離L為

式中：L1為駕駛?cè)苏{(diào)整階段行駛的距離，m；L2為標(biāo)志的識(shí)認(rèn)距離，m；L3為等待相鄰車道可插入間隙時(shí)行駛的距離，m；L4為判斷可插入間隙反應(yīng)時(shí)間內(nèi)行駛的距離,m；L5為換道前調(diào)整車速并使可插入間隙與之平行的時(shí)間內(nèi)行駛的距離，m；L6為車輛橫移1條車道行駛的距離，m；L7為橫移完成后車輛調(diào)整階段行駛的距離，m；L8為互通立交對(duì)直行車道的影響長(zhǎng)度，m。

目前同向分隔帶應(yīng)用偏少，相應(yīng)的研究較少，更多的是針對(duì)普通高速公路。車道數(shù)的增加將導(dǎo)致同向分隔帶開(kāi)口長(zhǎng)度的增加，但是對(duì)于多車道高速公路同向分隔帶長(zhǎng)度的具體設(shè)置長(zhǎng)度需要在后續(xù)研究中繼續(xù)進(jìn)行研究，提出最優(yōu)長(zhǎng)度。

3.3 多車道高速公路交通標(biāo)志標(biāo)線優(yōu)化

合理的設(shè)置交通誘導(dǎo)設(shè)施也可以有效的降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)：通過(guò)改變高速公路出入口的地面標(biāo)記可以顯著降低高速公路出口交織區(qū)域的交通沖突率，提高安全水平[26]。

多車道高速公路出口與普通高速公路相比，其車輛運(yùn)行方式、交通流特征、駕駛員行為特性均不相同，當(dāng)前標(biāo)志標(biāo)線設(shè)計(jì)規(guī)范多是基于普通高速公路的，因此，在對(duì)多車道高速公路安全設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮其科學(xué)性，交通設(shè)施的位置、數(shù)量支撐形式，以及其他安全設(shè)施的配套設(shè)計(jì)都要基于多車道高速公路的特性，最終達(dá)到對(duì)駕駛員的有效引導(dǎo)提高道路安全性能，從而降低出口事故率。

標(biāo)志的位置以及信息對(duì)于駕駛員的駕駛行為會(huì)產(chǎn)生很大的影響。根據(jù)JTGD82—2009《道路標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《設(shè)置規(guī)范》），在距互通式立體交叉的前基準(zhǔn)點(diǎn)2 km，1 km，0.5 km和0 km處，應(yīng)分別設(shè)置2 km，1 km，0.5 km出口預(yù)告（行動(dòng)點(diǎn)）標(biāo)志。崔洪軍等[27]根據(jù)標(biāo)志的安全識(shí)別距離和分流換道所需要的距離計(jì)算得到雙向6車道和雙向8車道的高速公路的出口前置指示標(biāo)志的安全距離分別為870 m和1 620 m；劉偉銘等［28］運(yùn)用TSIS仿真研究主線設(shè)計(jì)時(shí)速超過(guò)110 km/h的雙向6車道高速公路出口前置指路標(biāo)志的最優(yōu)安全距離為700 m。經(jīng)過(guò)調(diào)研，各種斷面的多車道高速公路因?yàn)閾Q道距離的增加需要提前預(yù)告出口位置，建議根據(jù)道路服務(wù)水平的變化、及設(shè)計(jì)車速的變化適當(dāng)改變位置的設(shè)置距離，本文提出整體式斷面及分離式斷面的標(biāo)線標(biāo)志的建議設(shè)置位置。

3.3.1 整體式斷面

多車道高速公路因?yàn)閿嗝鏀?shù)的增加，內(nèi)側(cè)車輛換道位置變長(zhǎng)且受外側(cè)車輛遮擋不易看到標(biāo)志，因此與《設(shè)置規(guī)范》相較增加3 km處的出口預(yù)告標(biāo)志。混行式組織形式地面標(biāo)線與普通高速公路無(wú)太大區(qū)別，均為黑色虛線引導(dǎo)車輛向外換道；客貨分離式組織形式內(nèi)側(cè)客車車道與外側(cè)貨車車道由黃色虛實(shí)線分隔開(kāi)來(lái)，在接近出口處，內(nèi)側(cè)為黃色虛線外側(cè)為黃色實(shí)線引導(dǎo)車輛換道。以水官高速為例，一般距出口1 km時(shí)雙黃實(shí)線內(nèi)側(cè)變?yōu)樘摼€，見(jiàn)圖11，圖上數(shù)值只起到示意作用，無(wú)實(shí)際比例關(guān)系。

圖11 整體式斷面組織形式標(biāo)志標(biāo)線示意Fig.11 Setting of signs and markings in the organizational form of integral cross-section

3.3.2 主輔分離式斷面

與《規(guī)范》相較增加3 km處的出口預(yù)告標(biāo)志。在距離同分帶開(kāi)口500 m處設(shè)置同分帶開(kāi)口預(yù)告標(biāo)志，在距離出口1 km處同分帶開(kāi)口結(jié)束，且在此處設(shè)置1 km高速出口預(yù)告標(biāo)志。在同分帶開(kāi)口處標(biāo)線設(shè)置為內(nèi)側(cè)為虛線，外側(cè)為實(shí)線，引導(dǎo)內(nèi)側(cè)車輛向外換道，防止外側(cè)車輛逆行向內(nèi)側(cè)換道，見(jiàn)圖12。圖上數(shù)值只起到示意作用，無(wú)實(shí)際比例關(guān)系。

標(biāo)志一般設(shè)置在道路上方和道路右側(cè)，但對(duì)于多車道高速公路外側(cè)車道經(jīng)常設(shè)置為大車車道，要考慮到右側(cè)的立柱標(biāo)志由于大車的遮擋不能滿足內(nèi)側(cè)小車視認(rèn)性的問(wèn)題。為了解決路側(cè)標(biāo)志遮擋，對(duì)于重要的路段應(yīng)采用懸臂、門架標(biāo)志代替路側(cè)標(biāo)志，也可以在道路左側(cè)設(shè)置同樣的標(biāo)志，以提高交通標(biāo)志的醒目性。

圖12 主輔分離式斷面組織形式標(biāo)志標(biāo)線示意Fig.12 Signs and markings of the sectional organizational form of separated main and auxiliary roads

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著交通流量的逐年增大，多車道高速公路將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)其進(jìn)行分析研究具有一定的理論及現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)廣泛調(diào)研，筆者總結(jié)了多車道高速公路分流交織區(qū)在安全及效率方面目前存在的問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，筆者總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外主要應(yīng)用的多車道高速公路的3種不同的斷面組織形式及其分流交織區(qū)的設(shè)置形式，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)。進(jìn)一步總結(jié)了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多車道高速公路出口交織區(qū)的速度特性、通行能力特性、安全特性及沖突特性的研究。提出對(duì)多車道高速公路不同斷面的分流區(qū)的車道、車速管理等管理方案及標(biāo)志標(biāo)線、同向分隔帶開(kāi)口長(zhǎng)度及監(jiān)控等設(shè)施的優(yōu)化方案。目前國(guó)內(nèi)8車道及以上的高速公路應(yīng)用實(shí)例相對(duì)較少，且《道路標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置規(guī)范》無(wú)特殊的針對(duì)多車道高速公路的設(shè)置方案，因此在進(jìn)行管理及設(shè)施優(yōu)化方案時(shí)可供借鑒的實(shí)例較少，缺乏實(shí)際及理論支持。