吳明亮 賈圓飛 馬生濤

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽(yáng) 550000)

2020年1月1日起，我國(guó)全面實(shí)施高速公路收費(fèi)站按車(chē)(軸)型收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，不停車(chē)稱重檢測(cè)工作也同步進(jìn)行[1]。完善高速公路入口稱重檢測(cè)系統(tǒng)，規(guī)范稱重檢測(cè)流程，提高稱重?cái)?shù)據(jù)和收費(fèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保稱重和車(chē)型辨別準(zhǔn)確，對(duì)于進(jìn)一步提高入口稱重車(chē)道通行能力，鞏固深化收費(fèi)公路制度改革，夯實(shí)取消高速公路省界收費(fèi)站工作成果具有重要意義。

隨著物流貨運(yùn)的快速發(fā)展，城市工業(yè)集群的道路運(yùn)輸大量匯集，各收費(fèi)站入口的貨車(chē)通行壓力不斷增大。高峰出行時(shí)段容易出現(xiàn)擁堵、排隊(duì)回溯、瓶頸效應(yīng)等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響道路通行效率。本文通過(guò)分析入口稱重車(chē)道的通行能力，提出針對(duì)性的冗余建設(shè)方案，并以杭瑞高速遵義段深溪收費(fèi)站為例，進(jìn)行高速公路入口稱重車(chē)道通行能力分析及冗余建設(shè)方案研究。

研究表明，超限、超載運(yùn)輸對(duì)公路的損壞，與車(chē)輛軸載質(zhì)量呈幾何級(jí)數(shù)增加，極易對(duì)路面、橋涵造成災(zāi)難性破壞[2]。超限、超載運(yùn)輸對(duì)公路的損壞，縮短了公路使用壽命，增加了公路養(yǎng)護(hù)成本。因此，本文對(duì)高速公路入口稱重車(chē)道通行能力及冗余建設(shè)方案進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)高速公路全域內(nèi)入口各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)針對(duì)?；奋?chē)、大件運(yùn)輸車(chē)、超限車(chē)輛的發(fā)現(xiàn)和跟蹤，可有效保護(hù)公路使用壽命，提升交通安全水平，保障人民生命安全。

1 稱重系統(tǒng)組成

稱重系統(tǒng)有站前治超車(chē)道用于入口稱重、出口混合車(chē)道的計(jì)重設(shè)備用于出口抽查，同時(shí)稱重計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)互聯(lián)互通，稱重系統(tǒng)構(gòu)成圖見(jiàn)圖1。

圖1 稱重系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

入口治超檢測(cè)系統(tǒng)[3]主要包括稱重秤臺(tái)、車(chē)輛分離器、稱重儀表、車(chē)牌識(shí)別、工控機(jī)、LED顯示屏、欄桿機(jī)、通行信號(hào)燈等相關(guān)機(jī)電設(shè)施，實(shí)現(xiàn)貨車(chē)信息、重量、軸數(shù)識(shí)別等功能，實(shí)現(xiàn)識(shí)別結(jié)果的傳輸、處理及發(fā)布功能，并配置相關(guān)存儲(chǔ)設(shè)備，為入口治超勸返提供依據(jù)[4]。

我國(guó)高速公路收費(fèi)站一般僅設(shè)置1條入口稱重車(chē)道，故在貨車(chē)流量較大的站容易造成貨車(chē)排隊(duì)通過(guò)稱重車(chē)道，擁堵交通。通過(guò)分析收費(fèi)站稱重車(chē)道的通行能力，合理布設(shè)收費(fèi)站稱重冗余車(chē)道，可提高收費(fèi)站貨車(chē)通行能力。

2 稱重車(chē)道通行能力分析

收費(fèi)站入口稱重車(chē)道建設(shè)方案主要分為2種，一種為分體式模式，即將稱重車(chē)道建設(shè)在收費(fèi)站外，在內(nèi)廣場(chǎng)或設(shè)立專用車(chē)道掉頭；另一種為一體式模式，即將稱重設(shè)備在入口收費(fèi)車(chē)道內(nèi)統(tǒng)一建設(shè)。本節(jié)就2種不同建設(shè)模式，分析其貨車(chē)通行能力。

2.1 通行特點(diǎn)分析

分體式車(chē)道服務(wù)于稱重貨車(chē)車(chē)輛快速通行，在理想條件下，車(chē)道不擁堵、無(wú)其他車(chē)輛誤入等干擾因素的情況下，采用動(dòng)態(tài)稱重的方式，可以為稱重車(chē)輛提供無(wú)需停車(chē)、自由通行的快捷服務(wù)。

一體式車(chē)道由于稱重設(shè)備設(shè)置于車(chē)道內(nèi)，受制于欄桿機(jī)、顯示屏等設(shè)施，進(jìn)入車(chē)道內(nèi)需停車(chē)等待，采用靜態(tài)稱重方式，待稱重結(jié)果輸出后，可發(fā)卡駛離車(chē)道。

稱重車(chē)輛進(jìn)入收費(fèi)廣場(chǎng)進(jìn)行減速，并根據(jù)收費(fèi)廣場(chǎng)相關(guān)信息提示進(jìn)入稱重車(chē)道，并按照相應(yīng)的限制速度通過(guò)稱重車(chē)道，稱重后駛離稱重車(chē)道。因此，分體式車(chē)道為具有約束條件的不通車(chē)稱重車(chē)道，一體式車(chē)道則為經(jīng)典排隊(duì)理論分析的停車(chē)稱重車(chē)道，本文將從這兩方面進(jìn)行通行能力分析。

2.2 分體式車(chē)道通行能力

稱重車(chē)道設(shè)置于收費(fèi)廣場(chǎng)，不受車(chē)道顯示屏，欄桿機(jī)等設(shè)備制約，采用動(dòng)態(tài)稱重方式，貨車(chē)駛?cè)胧召M(fèi)站速度控制在20 km/h，稱重車(chē)道常規(guī)限速5 km/h，分布式稱重車(chē)道結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 分布式稱重車(chē)道結(jié)構(gòu)

分體式稱重車(chē)道通行能力主要受駕駛員的反應(yīng)時(shí)間、制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間、制動(dòng)安全距離等因素的影響，單車(chē)道通行能力由式(1)、式(2)計(jì)算得出。

(1)

L0=L1+Lmin

(2)

式中：v為行車(chē)速度，收費(fèi)廣場(chǎng)速度按20 km/h，稱重車(chē)道速度按5 km/h；L0為最小車(chē)頭間距；L1為車(chē)輛平均長(zhǎng)度，貨車(chē)按18 m取值，其中，Lmin為貨車(chē)安全行車(chē)間距，可由式(3)計(jì)算。

(3)

式中：v為貨車(chē)在收費(fèi)廣場(chǎng)的行駛速度；t2為貨車(chē)制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間；t1為駕駛員反應(yīng)時(shí)間。

綜合以往的研究，駕駛員的反應(yīng)時(shí)間t1多集中在1.4～2 s，考慮貨車(chē)載重大，駕駛員視線高，取反應(yīng)時(shí)間t1為2 s，氣壓式制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)時(shí)間為0.3～0.9 s[5]，貨車(chē)自重與載重較大，制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間t2取 0.9 s[6]。車(chē)輛采取緊急制動(dòng)后，安全距離一般為2～5 m，考慮該收費(fèi)區(qū)域車(chē)型多為大型貨車(chē)、拖掛車(chē)，制動(dòng)安全距離取5 m。在不考慮前車(chē)突然減速的理想狀況下，貨車(chē)的保證安全的基本行車(chē)間距為L(zhǎng)min。

2.3 一體式車(chē)道通行能力

一體式稱重車(chē)道，稱重設(shè)備設(shè)置于入口ETC/MTC混合車(chē)道內(nèi)，車(chē)道限速5 km/h。一體式稱重車(chē)道結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 一體式稱重車(chē)道結(jié)構(gòu)

如圖3所示，貨車(chē)通行受制于欄桿機(jī)、顯示屏等影響，通行方式同于在MTC狀態(tài)下通行方式，由車(chē)輛排隊(duì)理論可知，單車(chē)道通行能力與車(chē)道的服務(wù)時(shí)間成反比，一般可由標(biāo)準(zhǔn)車(chē)的服務(wù)時(shí)間與離開(kāi)時(shí)間計(jì)算而得，見(jiàn)式(4)。

(4)

式中：C一體式車(chē)道為一體式車(chē)道的通行能力；TS為標(biāo)準(zhǔn)車(chē)服務(wù)時(shí)間；TC為標(biāo)準(zhǔn)車(chē)離開(kāi)時(shí)間。

考慮入口稱重檢測(cè)存在復(fù)稱、勸返等方面的影響，入口的服務(wù)時(shí)間和離開(kāi)時(shí)間可適當(dāng)增加，原有出口收費(fèi)車(chē)道在實(shí)施計(jì)重收費(fèi)時(shí)，收費(fèi)車(chē)道數(shù)計(jì)算時(shí)，考慮計(jì)重收費(fèi)對(duì)通行的影響，對(duì)交通量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。目前由計(jì)重收費(fèi)調(diào)整為車(chē)(軸)型收費(fèi)，可不再對(duì)年平均日交通量進(jìn)行調(diào)整，服務(wù)水平按照平均等待車(chē)輛數(shù)1輛考慮。

3 冗余建設(shè)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)各省路網(wǎng)目前運(yùn)行情況，結(jié)合本文冗余方案設(shè)計(jì)，依托現(xiàn)有的收費(fèi)站地形條件建設(shè)入口稱重系統(tǒng)冗余，旨在減少車(chē)輛高速公路收費(fèi)站過(guò)站通行時(shí)間，提升貨車(chē)入口稱重系統(tǒng)效率，減緩擁堵。通過(guò)合理布設(shè)稱重車(chē)道冗余，滿足大流量貨運(yùn)通行的條件，同時(shí)減少因原有車(chē)道數(shù)量少造成收費(fèi)站擁堵和部分入口稱重系統(tǒng)維修期間收費(fèi)站貨車(chē)無(wú)法通行的情況。

3.1 橫向冗余布設(shè)方案

在收費(fèi)廣場(chǎng)橫向布設(shè)主、備2條分體式稱重冗余車(chē)道，布設(shè)方案見(jiàn)圖4。

圖4 橫向冗余車(chē)道布設(shè)方案

貨車(chē)可同時(shí)通過(guò)2條車(chē)道進(jìn)行過(guò)秤稱重，提高收費(fèi)廣場(chǎng)的貨車(chē)稱重通行效率，緩解擁堵，橫向布置貨車(chē)通行交通流交織影響較小，其通行能力計(jì)算方法如式(5)所示。

(5)

3.2 縱向冗余布設(shè)方案

在收費(fèi)廣場(chǎng)布設(shè)1條分體式稱重設(shè)備，在入口混合車(chē)道布設(shè)1條一體式稱重設(shè)備，主、備冗余車(chē)道呈縱向布置，布設(shè)方案見(jiàn)圖5。

圖5 縱向冗余車(chē)道布設(shè)方案

縱向布置貨車(chē)通行時(shí)存在交通流交織的情況，考慮交織影響，取交織修正系數(shù)θ為0.8，其通行能力計(jì)算如式(6)所示。

C=(C分體式車(chē)道+C一體式車(chē)道)×θ=

(6)

4 具體案例

本文以貴州省杭瑞高速公路(遵義段)深溪收費(fèi)站為例對(duì)提出的高速公路入口稱重車(chē)道通行能力分析及冗余建設(shè)方案進(jìn)行研究。深溪收費(fèi)站規(guī)模為4入7出，原場(chǎng)區(qū)設(shè)置1條場(chǎng)區(qū)分體式入口稱重車(chē)道。隨著該區(qū)域物流規(guī)劃發(fā)展，深溪收費(fèi)站成為了遵義市城區(qū)的主要貨流通道，貨車(chē)通行量激增，同時(shí)存在貨車(chē)不文明駕駛行為，影響高速公路正常通行，導(dǎo)致深溪鎮(zhèn)周邊城市道路經(jīng)常擁堵異常。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該站點(diǎn)的單日流量達(dá)到300 veh/h，單條入口稱重車(chē)道已不滿足貨車(chē)通行要求，于是提出增加稱重車(chē)道冗余的要求。

由式(3)可得

由式(1)可得

根據(jù)收費(fèi)廣場(chǎng)冗余稱重車(chē)道設(shè)置方案及實(shí)際交通量，計(jì)算冗余車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)小時(shí)交通量(DHV)。結(jié)合上文冗余稱重車(chē)道通行能力，計(jì)算得出車(chē)道數(shù)量，計(jì)算方法如式(7)。

n稱重車(chē)道=DHV貨車(chē)/C稱重車(chē)道

(7)

式中：n稱重車(chē)道為稱重車(chē)道數(shù)；DHV貨車(chē)為貨車(chē)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)小時(shí)交通量；C稱重車(chē)道為稱重車(chē)道通行能力。

由式(7)可得

n稱重車(chē)道=300/185≈2條

計(jì)算得出n=2，即布設(shè)2條稱重車(chē)道滿足該站通行需求，冗余布設(shè)方案采用廣場(chǎng)橫向布設(shè)2條稱重車(chē)道冗余，具體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖6。

圖6 深溪收費(fèi)站冗余布設(shè)方案(單位：m)

經(jīng)運(yùn)行實(shí)施驗(yàn)證，該冗余布設(shè)及方案緩解了收費(fèi)站貨車(chē)過(guò)秤的擁堵情況，提高了收費(fèi)站通行效率。

5 結(jié)語(yǔ)

大流量貨車(chē)通行需求的收費(fèi)站點(diǎn)，高峰密集時(shí)段擁堵、通行效率低已成為亟需解決的問(wèn)題。本文通過(guò)構(gòu)建通行能力分析模型，分析高速公路入口稱重系統(tǒng)的通行能力，根據(jù)不同貨車(chē)流量提出冗余車(chē)道建設(shè)方案設(shè)計(jì)，可有效解決收費(fèi)站貨車(chē)過(guò)秤擁堵問(wèn)題，提高通行效率，為后續(xù)同類型工程項(xiàng)目提供參考。