張 旭

(清華大學(xué) 土木工程系交通研究所， 北京 100084)

公路占道作業(yè)區(qū)交通組織研究綜述

張 旭

(清華大學(xué) 土木工程系交通研究所， 北京 100084)

公路占道作業(yè)區(qū)的交通組織和交通安全設(shè)計，可以有效提高公路占道作業(yè)區(qū)的通行效率和安全水平，減少交通事故。對公路占道作業(yè)區(qū)的通行能力測算、占道作業(yè)區(qū)交通組織等方面進行了綜述，通過國內(nèi)外研究對比，分析了目前國內(nèi)占道作業(yè)區(qū)交通組織和安全技術(shù)研究的主要問題，闡述了當(dāng)前的研究重點，并展望了今后的研究發(fā)展趨勢。

占道作業(yè)； 交通組織； 通行能力

0 引言

近年來隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展，道路交通基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，公路總里程逐年增加。隨著部分公路使用年限增長，改擴建和養(yǎng)護作業(yè)成為公路發(fā)展的重要內(nèi)容，因此占道作業(yè)總量不斷增加。占道作業(yè)會占用有限道路資源，導(dǎo)致路網(wǎng)運行效率下降，并造成道路交通安全隱患。故占道作業(yè)交通組織和安全保障技術(shù)對于提高路網(wǎng)運行效率，保障道路交通安全具有重要意義，需要予以重視。

我國對占道作業(yè)區(qū)安全的研究起步較晚，尚未形成完整體系。本文從占道作業(yè)區(qū)的通行能力、交通組織、安全技術(shù)三個維度對目前國內(nèi)外占道作業(yè)交通組織和安全保障研究的發(fā)展情況進行梳理，通過對比國內(nèi)外的研究分析國內(nèi)占道作業(yè)區(qū)安全研究的主要問題，在此基礎(chǔ)上對未來的發(fā)展趨勢進行展望。

1 占道作業(yè)區(qū)通行能力研究

占道作業(yè)會占用有限的道路資源，復(fù)雜化交通環(huán)境，當(dāng)交通量較大時在作業(yè)區(qū)前方容易形成交通擁擠和延誤，影響作業(yè)區(qū)通行效率并降低安全性。研究占道作業(yè)區(qū)通行能力可為作業(yè)區(qū)車速控制、交通組織提供依據(jù)。目前關(guān)于占道作業(yè)區(qū)通行能力的研究主要通過實測數(shù)據(jù)確定通行能力值和建立通行能力模型兩類。

1.1 占道作業(yè)區(qū)通行能力取值測算

對于占道作業(yè)區(qū)通行能力的測算方法，主要依靠對占道作業(yè)區(qū)的實測數(shù)據(jù)，通過判定指標(biāo)來確定通行能力取值，在研究過程中主要出現(xiàn)過4類方法。

在研究的初期，主要將擁擠狀態(tài)下小時交通流量作為占道作業(yè)區(qū)通行能力的取值，只簡單考慮了關(guān)閉車道數(shù)對于通行能力的影響，美國《道路通行能力手冊》(HCM)以此為基礎(chǔ)給出作業(yè)區(qū)通行能力建議值[1]。在此基礎(chǔ)上，Maze等通過觀測愛荷華州的占道作業(yè)區(qū)的交通流特性，選取上游過渡段排隊狀態(tài)前后交通流量最大10個值的均值作為通行能力，并得出該區(qū)域占道作業(yè)區(qū)通行能力推薦值范圍1 400～1 600 pcu/h[2]。

部分研究提出由擁堵突變的臨界時刻交通流率來確定通行能力。1998年，Dixon等通過對北卡羅來納州24個占道作業(yè)區(qū)的觀測，采集了占道作業(yè)區(qū)內(nèi)5 min間隔的交通流量排序，并將第95分位的交通量作為占道作業(yè)區(qū)通行能力推薦值[3]。

Al-Kaisy等通過對多倫多周邊高速公路占道作業(yè)區(qū)的觀測，選擇用排隊消散率的均值作為標(biāo)準(zhǔn)衡量占道作業(yè)區(qū)的通行能力[4]。

國內(nèi)對于占道作業(yè)區(qū)通行能力的測算研究較少，較有代表性的是孟祥海等對哈阿高速占道作業(yè)區(qū)的交通流特性進行觀測，以5 min為統(tǒng)計間隔獲取數(shù)據(jù)。以實測車速的85%位車速為設(shè)計車速通過速度流量模型計算通行能力，得到建議值為1 338 pcu/h[5]。

1.2 占道作業(yè)通行能力模型

占道作業(yè)區(qū)通行能力模型在研究初期主要針對影響占道作業(yè)區(qū)通行能力的因素進行歸納和分析。在此基礎(chǔ)上提出的通行能力模型主要分為折減模型和回歸模型。

1.2.1 折減模型

Sarasua等人通過對作業(yè)區(qū)的調(diào)查，提出了占道作業(yè)區(qū)通行能力模型，并基于對占道作業(yè)區(qū)通行能力影響因素的研究，將作業(yè)區(qū)位置、長度及作業(yè)形式作為修正系數(shù)納入模型，如式(1)所示[6]。

CWZ=(1 460+I)×fHV×N

(1)

式中：I為作業(yè)區(qū)位置、長度及作業(yè)形式等因素的調(diào)整值；fHV為重車修正系數(shù)，N為車道數(shù)。

與Sarasua等人的方向類似，隨后提出的一系列模型均與式(1)類似，基于HCM中模型的基本形式構(gòu)建，并引入多個影響因素進行修正。

Al-Kaisy等人對高速公路占道作業(yè)區(qū)進行研究，以基本通行能力為基準(zhǔn)構(gòu)建模型，引入多個影響因素進行修正。研究考慮的影響因素較多，如式(2)所示[7]。

C=Cb×fHV×fd×fw×fs×fr×fl×fi

(2)

式中：Cb為基本通行能力，fHV為重車折減系數(shù)，fd為駕駛員修正系數(shù)，fw為施工作業(yè)區(qū)修正系數(shù)，fs為關(guān)閉車道位置修正系數(shù)，fr為降雨修正系數(shù)，fl為車道關(guān)閉修正系數(shù)，fi為光照修正系數(shù)。

1.2.2 回歸模型

除了基于HCM中傳統(tǒng)的折減模型形式外，部分研究利用作業(yè)區(qū)交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果，提出回歸模型。Ping利用計算機仿真技術(shù)，建立不同形式的占道作業(yè)區(qū)仿真模型。將車道數(shù)、作業(yè)區(qū)自由流速度、坡度、重車率、警示標(biāo)志位置等作為影響因素。研究得出在眾多因素影響下占道作業(yè)區(qū)通行能力處于1 320～1 920 pcu/h，并建立回歸模型，如式(3)與式(4)所示[8]。

Capacity=1 617+lane+value(ffs)×wffs-

11.43×grade-13.41×truck+0.008×

warning，R2=0.762

(3)

Capacity=1 619+lane+value(ffs)×wffs-

10.2×grade-12.0×truck+truck×lane+

grade×lane-1.97×truck×grade

R2=0.944

(4)

式中：lane為車道開放數(shù)；value(ffs)為正常路段自由流速度對應(yīng)函數(shù)值；grade為坡度值；wffs施工區(qū)自由流速度；truck大車率；warning警告標(biāo)志位置。

我國在占道作業(yè)區(qū)通行能力研究主要集中為利用計算機仿真技術(shù)，結(jié)合我國占道作業(yè)區(qū)交通特點，梳理分析通行能力影響因素，并建立占道作業(yè)區(qū)通行能力模型。

2 占道作業(yè)區(qū)交通組織研究

占道作業(yè)區(qū)交通組織包括占道作業(yè)區(qū)各功能區(qū)布局、車速管理和交通組織設(shè)計3部分。占道作業(yè)區(qū)交通組織的研究成果體現(xiàn)在各國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中。

2.1 占道作業(yè)區(qū)功能布局

占道作業(yè)區(qū)的長度和持續(xù)時間越短對交通影響越小，但作業(yè)區(qū)長度過短，又會導(dǎo)致施工設(shè)備頻繁移動，增加施工作業(yè)的成本與安全隱患。占道作業(yè)區(qū)各功能區(qū)長度的確定主要根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。美國聯(lián)邦公路管理局(FHWA)編制的《交通控制設(shè)施手冊》(MUTCD)[9]是美國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在MUTCD中規(guī)定，大部分占道作業(yè)區(qū)可以劃分為4個功能區(qū)域：上游警告區(qū)，過渡區(qū)，活動區(qū)和終止區(qū)。在MUTCD中，對占道作業(yè)區(qū)的各功能區(qū)的長度取值，警示標(biāo)志設(shè)置位置等均作了具體規(guī)定(見圖1)。

圖1 典型占道作業(yè)區(qū)布局(外側(cè)車道封閉)Figure 1 Typical work zone(the outside lane closure)

在我國2004年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》(JTG H30-2004)(以下簡稱規(guī)程)[10]，將公路作業(yè)區(qū)分為警告區(qū)(S)、上游過渡區(qū)(LS)、緩沖區(qū)(H)、工作區(qū)(G)、下游過渡區(qū)(LX)和終止區(qū)(Z)共計六個功能區(qū)域，同時對各功能區(qū)域長度取值進行了規(guī)定(見圖2)。

圖2 我國占道作業(yè)區(qū)典型布局Figure 2 Typical work zone in china

2.2 占道作業(yè)區(qū)車速管理

占道作業(yè)區(qū)車速管理是降低占道作業(yè)區(qū)事故率的重要措施。占道作業(yè)區(qū)會導(dǎo)致車速出現(xiàn)顯著變化，車速離散程度是事故的重要影響因素，對占道作業(yè)區(qū)車速進行有效管理控制十分必要，其車速管理研究主要分3類：通過規(guī)范規(guī)定占道作業(yè)區(qū)車速管理規(guī)程，并確定限速值；對限速措施進行歸納，分析不同措施限速效果；利用交通仿真軟件對占道作業(yè)區(qū)仿真分析，建立車速控制和交通安全關(guān)系模型。

MUTCD詳細(xì)規(guī)定了占道作業(yè)區(qū)的速度管理規(guī)程，指出大幅降低限速值會增加交通流運行的波動性，增加事故風(fēng)險。小幅度降低限速值引發(fā)事故的可能性較小，規(guī)定一般情況下占道作業(yè)區(qū)和正常限速值之差應(yīng)小于16 km/h。

1987年美國聯(lián)邦公路局對占道作業(yè)區(qū)的常用的4種速度控制方法進行了評價，并頒布了相應(yīng)的實施指南對MUTCD進行補充。4種速度控制方法包括旗語指揮，減速標(biāo)志，停在占道作業(yè)區(qū)的警車以及警察指揮交通。

Nemeth等人利用交通仿真軟件構(gòu)建高速公路網(wǎng)絡(luò)模型，分析發(fā)現(xiàn)限速可使經(jīng)過占道作業(yè)區(qū)段的交通流速趨離散程度減少，有利于施工區(qū)段內(nèi)的交通安全[11]。

我國對占道作業(yè)區(qū)車速管理研究起步較晚，《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》對于占道作業(yè)區(qū)車速限速取值規(guī)定為60、40、20 km/h[10]，但并未對取值進行解釋說明。陳瑜等提出將駕駛員在高速公路占道作業(yè)區(qū)行駛過程中接觸到的交通信息進行分類和量化處理，建立基于駕駛員信息處理能力的占道作業(yè)區(qū)車速控制模型，如式(5)[12]。

(5)

式中：L為駕駛員瞬息視野，m；ηmax為駕駛員信息處理速率表示，bit/s；Hi為第i類道路交通信息源包含的信息量，bit；α為駕駛員信息處理響應(yīng)時間系數(shù)，一般取2.5。

2.3 占道作業(yè)區(qū)交通組織

占道作業(yè)區(qū)交通組織是保證占道作業(yè)區(qū)交通運行效率和作業(yè)安全、交通安全的重要工程手段，主要包括交通分流和交通行為管制，具體通過占道作業(yè)區(qū)標(biāo)志標(biāo)線和安全設(shè)施發(fā)揮作用。

國外對于占道作業(yè)區(qū)交通組織主要依據(jù)規(guī)范手冊。MUTCD給出了道路工作區(qū)統(tǒng)一的設(shè)計和設(shè)置方法[9]。2004年美國聯(lián)邦公路局出臺相關(guān)規(guī)定，把交通組織和管理分為政策方針層面、地方管理層面和具體項目層面，內(nèi)容涉及規(guī)范執(zhí)行、作業(yè)區(qū)影響評價、交通管理計劃和作業(yè)區(qū)信息發(fā)布等方面。

我國對占道作業(yè)區(qū)交通組織的研究有一定積累，主要研究包括通過整理分析實際占道作業(yè)交通組織案例，梳理交通組織類型和不同類型下的適用方法[13-15]；通過交通仿真模型等手段對占道作業(yè)區(qū)交通組織進行評價[16]；基于系統(tǒng)最優(yōu)遠(yuǎn)離，建立路網(wǎng)總行駛時間最小、以通道內(nèi)流量為約束的優(yōu)化模型等研究[17]。

2.3.1 占道作業(yè)區(qū)標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置

國外對交通標(biāo)志標(biāo)線的設(shè)計模式進行了系統(tǒng)研究，并取了許多成果，體現(xiàn)在規(guī)范手冊中，如美國的MUTCD等，道路施工區(qū)警告標(biāo)志的底襯為橙色，文字和圖案信息為黑色，如圖3所示。

圖3 占道作業(yè)區(qū)警示標(biāo)志Figure 3 Traffic warning signs in work zone

MUTCD中對中長時間的交通控制的標(biāo)線設(shè)置進行規(guī)定，包括標(biāo)線的設(shè)置要求，清除要求，功能要求等。同時MUTCD中給出各種條件下不同等級公路標(biāo)志的設(shè)置位置、支撐方式、設(shè)置頻率等內(nèi)容。此外，MUTCD中對設(shè)置旗手的程序及手勢明確規(guī)定。除國家層面的標(biāo)準(zhǔn)，美國各地方交通管理部門也對占道作業(yè)區(qū)標(biāo)志標(biāo)線進行研究與規(guī)定。

我國對于占道作業(yè)區(qū)標(biāo)志標(biāo)線研究及應(yīng)用一定積累，從行業(yè)層面的《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)范》，到地方層面的規(guī)章制度對占道作業(yè)標(biāo)志標(biāo)線的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用進行規(guī)定?！兜缆方煌?biāo)志和標(biāo)線》中規(guī)定我國占道作業(yè)區(qū)標(biāo)志形式及設(shè)置位置。并介紹了15種典型作業(yè)區(qū)的標(biāo)志標(biāo)線的設(shè)置示例[18](見圖4)。

圖4 《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)范》標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置示意圖Figure 4 Signs and markings in safety work rules for highway maintenance

針對占道作業(yè)區(qū)標(biāo)志標(biāo)線的研究較少，李碩等通過對高速公路交通標(biāo)志特性的研究，結(jié)合占道作業(yè)的施工和交通組織特點，提出了占道作業(yè)中交通標(biāo)志標(biāo)線的設(shè)計方法[19]。陳瑜等構(gòu)建了高速公路交通標(biāo)志視認(rèn)模型，對作業(yè)區(qū)交通標(biāo)志設(shè)置參數(shù)計算進行了研究，并分類討論了作業(yè)區(qū)各種交通標(biāo)志的設(shè)置位置。

2.3.2 占道作業(yè)區(qū)安全防護技術(shù)

除標(biāo)志標(biāo)線外，占道作業(yè)區(qū)中使用的主要安全設(shè)施還有錐桶、防撞桶、施工警告燈、移動式標(biāo)志車、可變信息板、警示車、夜間照明設(shè)施等安全防護措施。除此之外，目前國外在車載式防撞墊和移動式安全護欄等方面有比較成熟的研究和應(yīng)用。

車載式防撞墊是安裝在作業(yè)區(qū)內(nèi)卡車等大型施工車輛后部、可防止車輛撞入被撞卡車底部、預(yù)防事故的新型道路交通安全設(shè)施，已在美國、澳大利亞、英國等多個國家使用，不同程度降低了事故損失。移動式護欄是一種可移動和固定安裝的護欄，適于作為臨時性安全屏障，放置于道路施工區(qū)域旁為工人和設(shè)備提供可靠的防撞擊保護，吸收沖擊能量，防止車輛穿入工作區(qū)域，降低撞擊對駕駛?cè)藛T的傷害。

國內(nèi)對于占道作業(yè)區(qū)安全防護設(shè)施研究較少，主要通過《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》中規(guī)定的路欄、錐形交通路標(biāo)、施工警告燈等傳統(tǒng)安全防護設(shè)施及設(shè)置參數(shù)。其中錐形交通路標(biāo)是我國占道作業(yè)區(qū)最為常用的安全防護設(shè)施。

3 研究現(xiàn)狀問題和發(fā)展趨勢展望

3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀問題

通過對國內(nèi)外比較分析可以看出：國外在作業(yè)區(qū)通行能力、交通組織和安全技術(shù)等方面的研究和應(yīng)用做了大量工作；而我國對占道作業(yè)區(qū)研究缺乏整體性與系統(tǒng)性，目前在研究和應(yīng)用中還存在許多問題，集中歸納為以下幾個方面。

① 占道作業(yè)區(qū)通行能力研究處于起步階段。我國研究集中于對通行能力影響因素的分析和利用交通仿真軟件對進行仿真分析。缺乏基于占道作業(yè)區(qū)實測數(shù)據(jù)的研究，對構(gòu)建占道作業(yè)區(qū)通行能力模型的研究尚未深入開展。

② 占道作業(yè)區(qū)車速限制選取不當(dāng)。我國《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》中規(guī)定的最大限制速度值為60 km/h，和高速公路的普通路段的限速值120 km/h有很大差距，增加了車速離散程度。限速取值缺乏對多種影響因素素的考慮，一定程度上會影響作業(yè)區(qū)路段通行效率和交通安全。

③ 占道作業(yè)區(qū)參數(shù)設(shè)置不合理。在《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定的占道作業(yè)各功能區(qū)的最小長度均小于國外規(guī)范，對于占道作業(yè)控制區(qū)的最大長度、相鄰作業(yè)區(qū)最小間隔等參數(shù)并未涉及。

④ 占道作業(yè)區(qū)安全防護設(shè)施落后。目前國內(nèi)還沒有移動式安全護欄和車載式安全防撞墊等產(chǎn)品的自主研發(fā)，在作業(yè)區(qū)的安全防護設(shè)施主要應(yīng)用錐桶和防撞桶。信號燈和ITS等先進設(shè)備很少應(yīng)用，就連便攜式可變信息板也幾乎難見，甚至有相當(dāng)數(shù)量的占道作業(yè)區(qū)不能按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所規(guī)定的基本要求配備防護設(shè)施。

3.2 趨勢展望

由于公路占道作業(yè)區(qū)結(jié)構(gòu)特殊，形式多樣，數(shù)據(jù)難于觀測等原因，對其進行系統(tǒng)深入研究具有一定挑戰(zhàn)。目前我國在公路占道作業(yè)區(qū)研究方面主要有以下發(fā)展趨勢：

① 建立占道作業(yè)區(qū)通行能力模型。目前公路占道作業(yè)區(qū)通行能力的研究至今沒有統(tǒng)一的模型或標(biāo)準(zhǔn)。影響公路占道作業(yè)區(qū)通行能力的諸多因素，國外的研究并沒有完全涉及或沒有深入，因此國外的研究結(jié)論不能簡單套用，應(yīng)在深入分析道路交通特性的基礎(chǔ)上，提出符合我國國情的占道作業(yè)區(qū)通行能力模型。

② 完善占道作業(yè)區(qū)交通組織方法。占道作業(yè)區(qū)交通組織是保障占道作業(yè)區(qū)通行效率和交通安全的重要措施。我國占作業(yè)區(qū)交通組織方面的研究較為缺乏，對施工作業(yè)區(qū)合理限速值的確定和限速措施效果的評價等研究內(nèi)容目前還是空白，必須針對我國公路和交通特點，研究和建立適合我國的公路占道作業(yè)區(qū)交通組織體系。

③ 完善占道作業(yè)安全防護措施。我國公路占道作業(yè)區(qū)的具體安全措施和安全設(shè)施不夠完善，和國外先進水平差距較大，需要采用新技術(shù)、新產(chǎn)品和新方法；養(yǎng)護作業(yè)施工沒有規(guī)范可尋，針對不同等級公路的、可操作性較強的具體的安全保護措施缺乏。

④ 完善特殊情況下占道作業(yè)的安全保障技術(shù)。目前國內(nèi)就夜間施工區(qū)工作照明并沒有特殊的規(guī)定，對作業(yè)中眩光對駕駛員的影響、照明的亮度和均勻性等指標(biāo)均無明確要求，夜間作業(yè)區(qū)的照明一般是由施工單位自行決定?？紤]到目前夜間作業(yè)數(shù)量逐年增多，繼續(xù)進行相應(yīng)研究。

⑤ 加強ITS等高新技術(shù)在占道作業(yè)區(qū)的研究和應(yīng)用。目前國外應(yīng)用ITS技術(shù)開發(fā)占道作業(yè)區(qū)交通管理系統(tǒng)，為管理者提供實時監(jiān)控管理、為出行者提供實時信息服務(wù)，加強ITS技術(shù)在占道作業(yè)區(qū)中的應(yīng)用是提高占道作業(yè)區(qū)安全水平的發(fā)展趨勢。

4 總結(jié)

公路占道作業(yè)區(qū)交通組織技術(shù)對于提升占道作業(yè)區(qū)通行效率和安全水平起到了重要作用。國外對于占道作業(yè)區(qū)的研究已經(jīng)有了一定的歷史和經(jīng)驗，并形成了成熟的規(guī)范手冊用于指導(dǎo)工程實踐。國內(nèi)在研究和工程實際應(yīng)用尚處于起步階段，隨著近年來公路占道作業(yè)數(shù)量不斷增加，各地因占道作業(yè)區(qū)造成的交通擁堵和交通事故屢屢發(fā)生，其研究意義越發(fā)重要。本文系統(tǒng)的梳理了國外對于占道作業(yè)區(qū)交通組織技術(shù)的主要研究，并與國內(nèi)外研究對比，為國內(nèi)的相關(guān)研究提出一些研究方向。拋磚引玉，期待該領(lǐng)域有更多研究。

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Overview of Traffic Organization of Work Zone in Highway

Zhang Xu

(Institute of Transportation Engineering， Civil Engineering， Tsinghua University BeiJing 100084， China)

Traffic organization and safety guarantee techniques can effectively improve the safety level and the traffic efficiency of work zone，and reduce accidents.The paper summarizes the development of work zone traffic capacity measurement models，traffic organization and safety techniques.We indicates the major problems existing in the domestic researches at present，expounds the current research focus and puts forward the prospect for development of work zone safety in highway.

work zone； traffic organization； capacity

2015 — 04 — 27

中國博士后科學(xué)基金資助項目(2013M530639)

張 旭(1989 — )，男，陜西西安人，在讀碩士，研究方向：交通規(guī)劃與交通安全。

U 415.2

A

1674 — 0610(2016)06 — 0020 — 05