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        集裝箱港區(qū)排隊(duì)緩沖區(qū)交通設(shè)計(jì)研究

        2011-08-08 08:23:22白子建王曉華段緒斌
        城市道橋與防洪 2011年12期
        關(guān)鍵詞:等候緩沖區(qū)功能區(qū)

        白子建,王曉華,段緒斌

        (天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院,天津市 300051)

        0 引言

        車輛進(jìn)入港區(qū)、碼頭前,因?yàn)楦劭诠芾硇枰O(shè)置閘口、卡子門一類設(shè)施對車輛做必要的登記檢查。為減少因停車檢查而引起的延誤,設(shè)置類似高速公路收費(fèi)站的多通道,道路斷面因此也進(jìn)行相應(yīng)的漸變加寬,用“空間”來換“時(shí)間”。港口排隊(duì)緩沖區(qū)指車輛在接受必要檢查前排隊(duì)等候的場所,屬于港口道路交通用地范疇,主要功能為滿足高峰期間港口車輛排隊(duì)等候檢查的臨時(shí)停車需求,或者在某些特定時(shí)刻作為港口車輛臨時(shí)停車場。不同集裝箱港口類型、船舶到離港規(guī)律以及集港方式所需要的排隊(duì)緩沖區(qū)形式也不盡相同,排隊(duì)緩沖區(qū)形式的選取以及設(shè)計(jì)方法不當(dāng)將會造成進(jìn)出港車輛在卡子門、閘口等區(qū)域長時(shí)間擁堵,甚至?xí)灌徑M(jìn)港道路無法通行。

        本文在大量收集國內(nèi)外典型集裝箱港區(qū)排隊(duì)緩沖區(qū)形式的基礎(chǔ)上,對集裝箱港區(qū)排隊(duì)緩沖區(qū)分類、功能區(qū)組成結(jié)構(gòu)劃分、交通設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容進(jìn)行深入系統(tǒng)研究,為我國港區(qū)排隊(duì)緩沖區(qū)的具體設(shè)計(jì)實(shí)施提供參考價(jià)值。

        1 緩沖區(qū)組成部分及形式分析

        1.1 排隊(duì)緩沖區(qū)的組成部分劃分

        通過分析車輛在緩沖區(qū)的駕駛行為、交通特性,港口排隊(duì)緩沖去可分為減速換道功能區(qū)、臨時(shí)等候功能區(qū)和排隊(duì)檢查功能區(qū)三部分組成,見圖1,圖1中:A為減速換道功能區(qū),B為臨時(shí)等候功能區(qū),C為排隊(duì)檢查功能區(qū)。

        (1)減速換道功能區(qū):指進(jìn)港檢查車輛在該功能區(qū)實(shí)現(xiàn)減速換道功能,使得車輛到達(dá)B區(qū)和C區(qū)時(shí)按規(guī)定行駛速度或車道行駛。A功能區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)能保證駛?cè)胲囕v有足夠空間完成減速和換道駕駛行為。

        圖1 排隊(duì)緩沖區(qū)組成部分示意圖

        (2)臨時(shí)等候功能區(qū):指當(dāng)排隊(duì)檢查功能區(qū)不滿足進(jìn)港車輛排隊(duì)等候空間需求時(shí),這部分車輛首先在B區(qū)臨時(shí)等待,直至C區(qū)有富裕排隊(duì)檢查空間。臨時(shí)等候功能區(qū)在集疏港低峰期間可作為港口車輛臨時(shí)停車場。臨時(shí)等候功能區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)高峰期間達(dá)到檢測區(qū)接受檢查的最大排隊(duì)車輛確定空間設(shè)計(jì)尺寸。

        (3)排隊(duì)檢查功能區(qū):指車輛進(jìn)入檢測區(qū)前實(shí)現(xiàn)分道行駛接受服務(wù)的排隊(duì)區(qū)域。排隊(duì)檢查功能區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)檢測區(qū)通道數(shù)確定功能區(qū)寬度,功能區(qū)長度應(yīng)能滿足大型集卡駕駛員判斷、操作等駕駛行為反應(yīng)時(shí)間。

        1.2 排隊(duì)緩沖區(qū)形式

        根據(jù)港口緩沖區(qū)存車容量、車輛進(jìn)入緩沖區(qū)行駛路徑等因素,排隊(duì)緩沖區(qū)形式可分為直線式、廣場式和螺旋式三種。排隊(duì)緩沖區(qū)形式的選擇應(yīng)結(jié)合港口、碼頭高峰期間最大排隊(duì)車輛、地形條件、用地大小、路網(wǎng)布局等綜合因素考慮,靈活設(shè)計(jì),降低排隊(duì)車輛對周圍道路影響。可根據(jù)港區(qū)、碼頭不同發(fā)展時(shí)期采用適宜的排隊(duì)緩沖區(qū)形式。

        (1)直接式

        直接式排隊(duì)緩沖區(qū)指進(jìn)港檢查車輛經(jīng)過減速換道功能區(qū)后,直接進(jìn)入排隊(duì)檢查功能區(qū)。該類緩沖區(qū)臨時(shí)存車容量小,適用于進(jìn)港車輛達(dá)到概率符合均勻函數(shù)。占地空間較小。

        (2)廣場式

        廣場式排隊(duì)緩沖區(qū)指進(jìn)港檢查車輛經(jīng)過減速換道功能區(qū),且不需要大于90°調(diào)頭行駛而直接駛?cè)肱R時(shí)等候功能區(qū),然后達(dá)到排隊(duì)檢查功能區(qū)排隊(duì)接受檢測。此類緩沖區(qū)具有大容量臨時(shí)存放進(jìn)港車輛的功能,一般將臨時(shí)等候功能區(qū)設(shè)計(jì)成停車廣場形式。占地空間較大。

        (3)螺旋式

        螺旋式排隊(duì)緩沖區(qū)指進(jìn)港檢查車輛經(jīng)過減速換道功能區(qū),需要大于90°調(diào)頭行駛才能駛?cè)肱R時(shí)等候功能區(qū),然后達(dá)到排隊(duì)檢查功能區(qū)排隊(duì)接受檢測。此類緩沖區(qū)通過延長臨時(shí)等候功能區(qū)來增加臨時(shí)存車容量,一般將臨時(shí)等候功能區(qū)設(shè)計(jì)成迂回道路形式。占地空間根據(jù)最大臨時(shí)存車需求確定,一般較廣場式排隊(duì)緩沖區(qū)更加節(jié)省用地資源。

        2 排隊(duì)緩沖區(qū)交通設(shè)計(jì)依據(jù)

        2.1 設(shè)計(jì)對象

        我國公路設(shè)計(jì)對象分為小客車、載重汽車和鞍式列車,其車輛設(shè)計(jì)外廓尺寸根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20-2006)規(guī)定,見表 1。

        表1 機(jī)動(dòng)車設(shè)計(jì)車輛外廓尺寸

        集裝箱港區(qū)道路交通以大型集裝箱卡車構(gòu)成比例為主,因此緩沖區(qū)設(shè)計(jì)對象應(yīng)選擇大型裝箱卡車。結(jié)合我國港口道路交通構(gòu)成特征,考慮節(jié)約用地原則,結(jié)合我國港口道路交通構(gòu)成特征,考慮節(jié)約用地原則,緩沖區(qū)線形設(shè)計(jì)對象標(biāo)準(zhǔn)集裝箱車長度為16.5 m。

        2.2 大型車輛轉(zhuǎn)彎半徑

        根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料,車輛轉(zhuǎn)彎半徑與交叉口角度、轉(zhuǎn)角半徑、車輛軸距、前懸等因素有關(guān),基于此本文對集裝箱卡車轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行分析,提出以下推薦數(shù)值見表2。

        表2 大型車輛轉(zhuǎn)彎半徑(單位:m)

        3 排隊(duì)緩沖區(qū)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

        3.1 減速換道功能區(qū)設(shè)計(jì)

        減速換道功能區(qū)主要實(shí)現(xiàn)集港車輛從港區(qū)集散道路減速換道進(jìn)入排隊(duì)緩沖區(qū),因此該功能區(qū)的設(shè)計(jì)要求應(yīng)能滿足大型集裝箱卡車減速換道等駕駛行為的道路空間需求。

        3.1.1 排隊(duì)緩沖區(qū)目標(biāo)設(shè)計(jì)車速

        進(jìn)港檢測車輛從集港道路進(jìn)入排隊(duì)緩沖區(qū)前應(yīng)將車速降低一定的范圍內(nèi),確保車輛跟馳、換道的安全。結(jié)合不用緩沖區(qū)形式,進(jìn)港檢測車輛經(jīng)減速換道功能區(qū)減速后的目標(biāo)車速推薦值見表3。

        表3 緩沖區(qū)設(shè)計(jì)車速

        3.1.2 減速車道長度計(jì)算

        減速車道長,是以下三個(gè)要素為基礎(chǔ)確定的:汽車進(jìn)入減速車道時(shí)的車速;汽車駛離減速車道時(shí)的車速;減速方法或減速度。減速的方法是先用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)減速,然后再踏制動(dòng)器減速,一直減到匝道的行駛速度。

        以大型集裝箱卡車為對象,將按下述假設(shè)計(jì)算的結(jié)果作為確定減速車道長的基礎(chǔ)。

        (1)將要駛出港區(qū)集散道路的車輛以該道路上的平均行駛速度通過減速車道的前端;

        (2)進(jìn)入減速車道后立即用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)減速,并持續(xù)3 s;

        (3)再以對駕駛員沒有不舒適感的減速度,用制動(dòng)器減速。在減速車道的盡頭,達(dá)到匝道平均行駛速度。

        減速車道長度示意見圖2。

        圖2 減速車道長度

        圖2中:v0-港區(qū)集散車道平均行駛速度;v1-用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)減速后的行駛速度;v2-減速換道功能區(qū)終點(diǎn)的平均行駛速度。

        式中:v0——初速度(m/s);t——發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器作用時(shí)間(s)取3 s。

        式中:S2—減速車道長度;α2—減速度;v1-初速度,km/h;v2-排隊(duì)緩沖區(qū)目標(biāo)設(shè)計(jì)車速,km/h。

        3.1.3 寬度緩和段長度

        寬度緩和段長度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有:按車輛橫移一個(gè)車道所需時(shí)間(3~4 s)的計(jì)算方法;將S形行駛軌跡作為反向曲線計(jì)算的方法;如能滿足方法a和b的條件,即認(rèn)為符合要求。

        (1)橫移一個(gè)車道所需時(shí)間的計(jì)算方法

        式中:T—寬度緩和段長(m);Va—平均行駛速度(km/h);t取值 3.0~4.0(s)。

        (2)將S形行駛輪跡作為反向曲線的計(jì)算方法:

        式中:T—寬度緩和段長(m);Va—平均行駛速度(km/h);i—超高;f—橫向滑動(dòng)橫向力系數(shù)(0.16);W—變速車道寬(m);R—反向曲線半徑(m)。

        寬度緩和段設(shè)計(jì)形式示意見圖3。

        圖3 寬度緩和段設(shè)計(jì)形式示意圖

        (4)環(huán)形車道加寬

        在螺旋式排隊(duì)緩沖區(qū)設(shè)計(jì)過程中,集港車輛需要在減速換道功能區(qū)完成大于90°的調(diào)頭行駛過程,因此,應(yīng)根據(jù)大型集裝箱車輛在減速換道功能區(qū)的平均行駛車速設(shè)計(jì)合理的環(huán)島半徑及車道加寬值,見表4、表5。

        表4 不同設(shè)計(jì)車速下的環(huán)島最小半徑

        表5 不同環(huán)島半徑下大型車車道加寬值

        3.2 臨時(shí)等候功能區(qū)設(shè)計(jì)

        臨時(shí)等候功能區(qū)是為了停放排隊(duì)集卡,其最大停車位數(shù)應(yīng)能滿足高峰期間集卡排隊(duì)停放需求。臨時(shí)等候功能區(qū)的形式可分為廣場式和螺旋式。

        (1)最大排隊(duì)集卡數(shù)計(jì)算

        集卡排隊(duì)類似于排隊(duì)服務(wù)問題。當(dāng)集卡到達(dá)強(qiáng)度大于檢查區(qū)所有通道服務(wù)水平的總和,且每個(gè)通道排隊(duì)等候檢測的車輛數(shù)大于排隊(duì)檢查功能區(qū)的臨時(shí)存車容量,此時(shí)需要將剩余的車輛有序停放在臨時(shí)等候功能區(qū)。

        式中:Q—臨時(shí)等候功能區(qū)需停放的最大車輛數(shù);F—高峰期間達(dá)到排隊(duì)緩沖區(qū)最大車輛數(shù);q—檢測區(qū)最大排隊(duì)等待車輛數(shù)。

        a.高峰期間達(dá)到排隊(duì)緩沖區(qū)最大車輛數(shù)計(jì)算:高峰期間達(dá)到排隊(duì)緩沖區(qū)最大車輛數(shù)與港區(qū)集港模式、船舶到達(dá)規(guī)律有關(guān)。可根據(jù)長期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)求得。

        b.檢測區(qū)最大排隊(duì)等待車輛數(shù)計(jì)算:檢測區(qū)最大排隊(duì)等待車輛數(shù)是一個(gè)排隊(duì)服務(wù)問題。

        a:平均來車間隔(s);b:平均服務(wù)時(shí)間(s);S:服務(wù)通道數(shù)(閘口通道數(shù))。

        則來車間隔與服務(wù)時(shí)間的關(guān)系可以表達(dá)為:p=b/a(交通強(qiáng)度);服務(wù)通道每1車道為:u=b/sa(1車道交通強(qiáng)度)。根據(jù)閘口來車時(shí)間和服務(wù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析,來車時(shí)間按照泊松分布,服務(wù)時(shí)間符合指數(shù)分布。

        每1車道平均等待車輛數(shù)(排隊(duì)長度)

        一般排隊(duì)服務(wù)求解問題為u小于1,即到達(dá)的車輛以平均等待時(shí)間等待后就通過閘口通道,該系統(tǒng)才是相對穩(wěn)定的排隊(duì)系統(tǒng)。當(dāng)港口集港時(shí)間過于集中,服務(wù)時(shí)間大于每一車道來車時(shí)間間隔事,此時(shí)u大于1,因此會造成集港高峰時(shí)段內(nèi)大量集港車輛滯留在排隊(duì)緩沖區(qū)。

        (2)廣場式

        a.車位尺寸

        集卡在廣場式臨時(shí)等候功能區(qū)停放方式可采用平行式、斜列式(有傾角 30°、45°、60°)和垂直式,或混合采用此三種停車方式,見圖4。

        圖4中:Wu——停車帶寬度;Lg——汽車長度;We——垂直于通車道的停車位尺寸;Si——汽車間凈距;Wd——通車道寬度;Qt——汽車傾斜角度;Lt——平行于通車道的停車位尺寸。

        廣場式臨時(shí)等候功能區(qū)停車位尺寸設(shè)計(jì)見表6。

        b.通道設(shè)計(jì)

        圖4 停車位布置形式

        表6 廣場式臨時(shí)等候功能區(qū)停車位尺寸設(shè)計(jì)(單位:m)

        汽車單向行駛最小寬度:

        汽車單向行駛寬度為汽車寬度與汽車距兩側(cè)路緣的凈距之和,凈距可按照設(shè)計(jì)取速度在10 km/h時(shí)的取值,可得車單向單車道行駛通車道寬度,見表7。

        表7 單向單車道通車道寬度

        雙向雙車道行駛通車道寬度:

        雙向行駛通車道寬度應(yīng)滿足雙向行駛的汽車寬度、汽車與車道邊緣間距、汽車與汽車之間的間距要求,見表8。

        表8 雙向雙車道行駛通車道寬度

        (3)螺旋式

        螺旋式排隊(duì)緩沖區(qū)通過設(shè)置迂回型通道停發(fā)臨時(shí)等候車輛,車輛進(jìn)入臨時(shí)等候功能區(qū)后跟馳前行。螺旋式臨時(shí)等候功能區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)臨時(shí)等候功能區(qū)需停放的最大車輛數(shù),在滿足大型車輛跟馳行駛安全間距的情況下,設(shè)置充足的迂回型通道數(shù)。螺旋式排隊(duì)緩沖區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)具體結(jié)合用地條件,遠(yuǎn)期可與廣場式排隊(duì)緩沖區(qū)統(tǒng)籌考慮。

        3.4 排隊(duì)檢查功能區(qū)設(shè)計(jì)

        排隊(duì)檢查功能區(qū)是集卡進(jìn)入檢測區(qū)之前實(shí)現(xiàn)分道行駛的區(qū)域,應(yīng)滿足駕駛員對前方情況辨別、判斷、操作等駕駛行為需要的時(shí)間要求。排隊(duì)檢查功能區(qū)設(shè)計(jì)范圍為檢測區(qū)中心線到臨時(shí)等候功能區(qū)邊界之間,結(jié)合大型車輛駕駛員駕駛行為特性,排隊(duì)檢查功能區(qū)應(yīng)至少能提供駕駛員3~5 s反應(yīng)時(shí)間,即排隊(duì)檢查功能區(qū)長度至少為75 m。

        4 結(jié)語

        由于進(jìn)出港車輛需要接受必要的檢查服務(wù),集裝箱港區(qū)卡子門、閘口排隊(duì)緩沖區(qū)極易發(fā)生擁堵,其形式設(shè)計(jì)的不當(dāng)將直接影響卡子門、閘口通過效率,且對進(jìn)出港道路通行能力產(chǎn)生負(fù)面影響。排隊(duì)緩沖區(qū)形式設(shè)計(jì)與港口類型、船舶到離港規(guī)律、貨物集港模型等因素有關(guān),本文首次對排隊(duì)緩沖區(qū)的具體交通設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法展開研究。本文在集裝箱車輛駕駛特性、停車位尺寸、換道行為研究的基礎(chǔ)上,通過廣泛收集國內(nèi)外典型集裝箱港區(qū)卡子門、閘口附近排隊(duì)緩沖區(qū)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù),提出了緩沖區(qū)分類方法、功能區(qū)組成結(jié)構(gòu)劃分,以及各功能區(qū)交通設(shè)計(jì)方法,為我國集裝箱港區(qū)排隊(duì)緩沖區(qū)設(shè)計(jì)提供借鑒意義。

        [1]CJJ37-90,城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1991.

        [2]日本道路公團(tuán).日本高速公路設(shè)計(jì)要領(lǐng)[M].1987.

        [3]陳軍.公路線形連續(xù)性設(shè)計(jì)的研究[D].西安:長安大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003.

        [4]中國公路學(xué)會.交通工程手冊[M].北京:人民交通出版社,1998,121-160.

        [5]JTJ211-99,海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

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