摘要 高速公路是現(xiàn)代社會(huì)交通的重要組成部分，而養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)則是保持其良好運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)時(shí)，為了不影響整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營(yíng)，常常采取邊施工邊運(yùn)營(yíng)的交通組織模式。在這種模式下施工作業(yè)區(qū)會(huì)占用部分道路空間，使得作業(yè)區(qū)內(nèi)的施工車(chē)輛與作業(yè)區(qū)外的社會(huì)車(chē)輛產(chǎn)生相互影響，形成了一種不易調(diào)和的矛盾。為解決這一問(wèn)題，該文著重研究了施工作業(yè)區(qū)的施工強(qiáng)度對(duì)作業(yè)區(qū)外社會(huì)車(chē)輛速度的影響。通過(guò)德?tīng)柗品ê蛯哟畏治龇ǖ膽?yīng)用，得出不同作業(yè)強(qiáng)度下的推薦限速值，并給出了動(dòng)態(tài)限速的實(shí)現(xiàn)方式，為作業(yè)區(qū)的動(dòng)態(tài)限速管控提供了有力支撐，為實(shí)現(xiàn)施工與運(yùn)營(yíng)的和諧共生提供了新思路。

關(guān)鍵詞 高速公路；養(yǎng)護(hù)作業(yè)；施工強(qiáng)度；限制速度

中圖分類號(hào) U418.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）15-0191-04

0 引言

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展和機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，高速公路路面受到不同程度的損害，進(jìn)而促使養(yǎng)護(hù)工程數(shù)量不斷攀升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，我國(guó)公路里程達(dá)到535.48萬(wàn)千米，公路養(yǎng)護(hù)里程達(dá)535.03萬(wàn)千米，占公路里程比重的99.9%[1]。在高速公路養(yǎng)護(hù)期間，由于車(chē)道數(shù)量的減少，占道養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)的通行能力受到顯著影響。此外，駕駛員在上游過(guò)渡區(qū)的頻繁減速和換道行為加劇了養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)的交通復(fù)雜性，使該區(qū)域成為交通擁堵和事故易發(fā)區(qū)。其中，速度差過(guò)大是引發(fā)交通事故的關(guān)鍵因素。因此，對(duì)養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)路段實(shí)施有效的速度管理策略，對(duì)于提升高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)路段的通行效率及保障行車(chē)安全至關(guān)重要。

《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第4部分：作業(yè)區(qū)》（GB5768.4—2017）[2]根據(jù)設(shè)計(jì)速度不同，規(guī)定了作業(yè)區(qū)限速值為80 km/h、70 km/h、60 km/h、40 km/h、30 km/h和20 km/h?！豆佛B(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）[3]中根據(jù)不同設(shè)計(jì)速度，規(guī)定了80 km/h、60 km/h、40 km/h和20 km/h的限速值。另外，作業(yè)區(qū)限速過(guò)渡為每200 m降低20 km/h。傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)限速方法主要采用靜態(tài)限速方式，缺乏靈活性和適應(yīng)性，難以應(yīng)對(duì)養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)交通環(huán)境的實(shí)時(shí)變化。

高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)限速管理是提高交通安全，優(yōu)化養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)交通組織的重要措施。可變限速技術(shù)主要根據(jù)高速公路實(shí)時(shí)變化的交通流參數(shù)以及其他影響因素，通過(guò)一定的可變限速算法實(shí)時(shí)計(jì)算可變限速值，并將限速值顯示在可變限速標(biāo)志上，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)速管理。目前可變限速的研究主要有可變限速閾值研究，限速值算法確定及效果評(píng)價(jià)，可變限速交通標(biāo)志布設(shè)等方面[4]。

養(yǎng)護(hù)作業(yè)期間對(duì)作業(yè)路段的交通流進(jìn)行速度控制可以很好地平滑交通流狀態(tài)的變化，對(duì)提升作業(yè)路段的交通安全及運(yùn)行效率有著重要的意義。而當(dāng)前大部分作業(yè)路段所采用的速度控制手段仍為全車(chē)型統(tǒng)一靜態(tài)限速控制，限速值的選取多根據(jù)規(guī)范建議值進(jìn)行選取，目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第4部分：作業(yè)區(qū)》（GB5768.4—2017）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）中針對(duì)作業(yè)區(qū)限速的相關(guān)規(guī)定只考慮了公路的設(shè)計(jì)速度，在設(shè)計(jì)速度的基礎(chǔ)上對(duì)作業(yè)區(qū)段限速進(jìn)行了折減，但沒(méi)有考慮施工作業(yè)強(qiáng)度、夜間施工和惡劣天氣等因素對(duì)于作業(yè)區(qū)段車(chē)輛速度的影響。該文重點(diǎn)針對(duì)養(yǎng)護(hù)作業(yè)施工強(qiáng)度對(duì)速度的影響進(jìn)行分析，以細(xì)化養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)區(qū)限速值，對(duì)提升道路行車(chē)安全和通行效率有重要意義。

1 作業(yè)區(qū)路段動(dòng)態(tài)限速的影響因素分析

可變限速的建模大部分用最優(yōu)控制法，控制目標(biāo)多數(shù)以車(chē)輛運(yùn)行效率、交通安全、燃油消耗等為主，約束條件大多考慮道路線形、交通環(huán)境、天氣及能見(jiàn)度等對(duì)車(chē)輛行駛速度影響。首先針對(duì)施工作業(yè)強(qiáng)度、夜間施工、天氣環(huán)境對(duì)速度的影響進(jìn)行定性分析。

1.1 施工作業(yè)強(qiáng)度

高速公路養(yǎng)護(hù)施工期間，養(yǎng)護(hù)施工人員、施工機(jī)械和作業(yè)區(qū)內(nèi)的通行車(chē)輛構(gòu)成了一個(gè)危險(xiǎn)的交通環(huán)境。施工作業(yè)強(qiáng)度主要是指在養(yǎng)護(hù)施工過(guò)程中，使用不同類型的施工機(jī)械進(jìn)行施工、配備施工人員及機(jī)械與人員作業(yè)情況對(duì)交通運(yùn)行環(huán)境的影響程度。一般來(lái)說(shuō)，施工機(jī)械設(shè)備越大型，設(shè)備所占的空間往往越大，駕駛員越謹(jǐn)慎，行駛至該路段時(shí)減速意愿越強(qiáng)烈；施工作業(yè)人員越多，施工環(huán)境便更復(fù)雜，相應(yīng)地會(huì)影響行車(chē)速度。

1.2 夜間施工

夜間由于高速公路交通量較小，施工對(duì)交通干擾相對(duì)較小，不易產(chǎn)生交通擁堵，施工設(shè)備和材料容易運(yùn)輸，同時(shí)可以降低能源消耗，減少環(huán)境污染，因此，許多項(xiàng)目選擇在夜間進(jìn)行施工。

在駕駛過(guò)程中，駕駛?cè)送ㄟ^(guò)自身感覺(jué)器官?gòu)耐饨绺兄礁鞣N形式的信息，其中80%以上的信息是由視覺(jué)器官所獲得的，是駕駛?cè)私邮苄畔⒌闹匾?，?duì)交通安全起著至關(guān)重要的作用。夜間行車(chē)，由于光照強(qiáng)度不足，物體能見(jiàn)度和辨識(shí)度較低，駕駛?cè)烁兄畔⒌碾y度較大，獲得相關(guān)信息會(huì)不足，加之受到車(chē)道寬度變窄、車(chē)道轉(zhuǎn)換等施工環(huán)境的影響，駕駛?cè)巳菀桩a(chǎn)生疲勞，極易造成嚴(yán)重的交通事故。

1.3 天氣環(huán)境

天氣狀況對(duì)公路網(wǎng)內(nèi)的每一條公路的運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生影響，并引起我國(guó)各級(jí)交通管理部門(mén)對(duì)其產(chǎn)生影響的長(zhǎng)期關(guān)注。有些惡劣天氣的出現(xiàn)甚至?xí)?dǎo)致高速公路入口封閉以及道路設(shè)施的損壞。即便是小范圍的天氣事件也會(huì)造成路面濕滑，降低車(chē)輛運(yùn)行速度，增大速度差，增大延誤，并造成潛在事故的發(fā)生。尤其是在惡劣氣象條件下若公路上存在施工作業(yè)區(qū)或有進(jìn)行中的施工作業(yè)，則易發(fā)生交通事故。

通常引起交通管理部門(mén)強(qiáng)烈關(guān)注的不利天氣有：強(qiáng)降雨/洪水、冰雪（路面結(jié)冰）、低能見(jiàn)度天氣（如濃霧、吹雪、沙暴等）、大風(fēng)等。這些不利天氣往往會(huì)降低道路能見(jiàn)度或道路狀況等級(jí)。

2 作業(yè)區(qū)施工強(qiáng)度對(duì)速度的影響分析

該文重點(diǎn)針對(duì)施工強(qiáng)度對(duì)速度的影響進(jìn)行定量分析。根據(jù)多年養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)及往年的交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)高速公路作業(yè)區(qū)同時(shí)存在大型機(jī)械設(shè)備和工作人員進(jìn)行施工養(yǎng)護(hù)作業(yè)時(shí)，對(duì)運(yùn)行車(chē)速影響最大；由于施工人員具有不確定性，因而僅施工人員進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)次之；再次是僅大型機(jī)械進(jìn)行施工，相比起前兩種施工環(huán)境，此時(shí)給駕駛員的心理壓力較小，因而駕駛員行駛至該路段時(shí)減速程度會(huì)相對(duì)變小。因此，對(duì)確定不同施工作業(yè)強(qiáng)度的作業(yè)區(qū)的推薦限速值需分開(kāi)討論，即把施工作業(yè)強(qiáng)度細(xì)分為無(wú)機(jī)械和人員、有人和無(wú)大型機(jī)械、有機(jī)械和無(wú)人以及有機(jī)械和人員這四種因素進(jìn)行考慮。

該文采用德?tīng)柗品ê蛯哟畏治龇▽⒍ㄐ耘c定量的決策相結(jié)合，將決策過(guò)程層次化、數(shù)量化的過(guò)程，將四種因素進(jìn)行對(duì)比與量化，確定不同施工作業(yè)強(qiáng)度下的限速值。

2.1 矩陣構(gòu)建

判別矩陣的元素是同一層次某兩因素相對(duì)重要性的比值。這種相對(duì)重要性是指互相比較的兩個(gè)因素，對(duì)于某個(gè)指標(biāo)（上一層次的某個(gè)因素）而言的相對(duì)重要性程度。

對(duì)于某一層次，n個(gè)元素之間相對(duì)重要性的比較得到一個(gè)兩兩比較判別矩陣：A=（aij）n×n。其中，判斷矩陣A滿足條件：aijgt;0， aji=aij-1， aji×aij=1。

根據(jù)對(duì)駕駛干擾的程度作為評(píng)判標(biāo)度，設(shè)置關(guān)于施工作業(yè)強(qiáng)度的判別矩陣A。例如，有機(jī)械和人員施工的影響必然大于有機(jī)械無(wú)人員施工，則兩者比值應(yīng)大于1。采用德?tīng)柗品ǖ玫骄唧w判別矩陣A，如表1所示。

2.2 矩陣歸一化計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

將A的所有行向量進(jìn)行幾何平均計(jì)算，歸一化處理后得到的行向量即為權(quán)重向量W=（ω1，ω2，…，ωn）T。其公式為：

（1）

在計(jì)算單準(zhǔn)則下權(quán)重向量時(shí)可能出現(xiàn)“A比B尤其重要，B比C尤其重要，而C又比A尤其重要”的判斷，因此需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，步驟如下：

（1）計(jì)算一致性指標(biāo)CI

CI=

式中，λmax——判別矩陣A的最大特征根，n——A的階數(shù)。

（2）查詢平均隨機(jī)一致性指標(biāo)Rl

1～12階矩陣計(jì)算1 000次得出的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值，如表2所示。

（3）計(jì)算一致性比例CR

CR= （3）

當(dāng)CR≥0.1時(shí)，需對(duì)判別矩陣作出修正；當(dāng)CR≤0.1時(shí)，判別矩陣的結(jié)果符合一致性檢驗(yàn)。

基于公式（2）與公式（3）對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，λmax矩陣A的最大特征值為3.999，一致性比例CR為-0.003 7，小于0.1符合一致性檢驗(yàn)。

基于表1對(duì)施工作業(yè)強(qiáng)度矩陣A進(jìn)行歸一化計(jì)算得到各影響因素權(quán)重，如表3所示。

作業(yè)區(qū)針對(duì)不同施工強(qiáng)度的速度折減模型為：

V=Vc×fi" " （4）

式中，V——施工作業(yè)區(qū)的運(yùn)行速度；Vc——當(dāng)作業(yè)區(qū)所在位置無(wú)其他限速時(shí)采用的設(shè)計(jì)速度，如果有其他限速，那么應(yīng)該在原限速的基礎(chǔ)上折減。例如，若由于路側(cè)存在高風(fēng)險(xiǎn)或者曲線半徑太小因素，在施工前已經(jīng)有限速時(shí)，就應(yīng)該在原限速值基礎(chǔ)上折減。

fi" =1-Ai （5）

一般來(lái)說(shuō)，高速公路限速值是整數(shù)，因此，出于實(shí)際情況及安全考慮，對(duì)模型（4）計(jì)算的運(yùn)行速度結(jié)果以10 km/h的變化幅度降速取整，例如當(dāng)計(jì)算的運(yùn)行車(chē)速值在80～89 km/h范圍之內(nèi)，推薦限速值取為80 km/h；運(yùn)行車(chē)速位于70～79 km/h時(shí)，推薦限速值取為70 km/h，以此類推。

2.3 限速值的確定

基于以上分析與計(jì)算，針對(duì)不同道路限速條件下不同施工作業(yè)強(qiáng)度下車(chē)輛限速值如表4所示。

3 作業(yè)區(qū)動(dòng)態(tài)限速策略的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第4部分：作業(yè)區(qū)》（GB5768.4—2017）與《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015），施工作業(yè)區(qū)的限速標(biāo)志一般為靜態(tài)的標(biāo)志牌，基于上述研究，作業(yè)區(qū)的限速值受施工強(qiáng)度、惡劣天氣等多因素的影響，因而建議施工作業(yè)區(qū)采用可變標(biāo)志進(jìn)行動(dòng)態(tài)限速。

公路施工作業(yè)區(qū)分為警告區(qū)、上游過(guò)渡區(qū)、緩沖區(qū)、工作區(qū)、下游過(guò)渡區(qū)、結(jié)束區(qū)，由于施工作業(yè)區(qū)區(qū)段較長(zhǎng)，駕駛員難以在看到限速標(biāo)志短時(shí)間內(nèi)安全達(dá)到限速，因而需要采用逐級(jí)限速的方式使駕駛員安全地達(dá)到限制速度，建議施工作業(yè)區(qū)各區(qū)段的限速標(biāo)志同樣采用可變標(biāo)志，互相聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)限速。

此外，施工作業(yè)區(qū)的限速標(biāo)志也需與公路斷面門(mén)架式的可變情報(bào)板進(jìn)行動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，施工作業(yè)區(qū)的位置與公路斷面可變情報(bào)板之間位置關(guān)系不同采取的聯(lián)動(dòng)方式也不同。

3.1 施工作業(yè)區(qū)位于兩個(gè)公路斷面可變情報(bào)板之間

若施工作業(yè)區(qū)全長(zhǎng)位于連續(xù)兩個(gè)公路斷面可變情報(bào)板之間，如圖1所示。施工作業(yè)區(qū)的起點(diǎn)與上游斷面可變情報(bào)板之間的距離為L(zhǎng)1，施工作業(yè)區(qū)的終點(diǎn)與下游斷面可變情報(bào)板之間的距離為L(zhǎng)2。

布局示意圖

公路斷面可變情報(bào)板與養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)區(qū)可變情報(bào)板聯(lián)動(dòng)發(fā)布策略為：

（1）若距離L1gt;2 km，公路斷面可變情報(bào)板不顯示

作業(yè)區(qū)相關(guān)信息；

（2）若距離L1≤警告區(qū)第一個(gè)標(biāo)志的距離，公路斷面可變情報(bào)板顯示內(nèi)容則參照《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第

四部分：作業(yè)區(qū)》（GB5768.4—2017）與《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）顯示相應(yīng)的內(nèi)容；

（3）若距離L2≤1 km，公路斷面可變情報(bào)板顯示內(nèi)容則根據(jù)作業(yè)區(qū)的限速值進(jìn)行逐級(jí)提速。

3.2 施工作業(yè)區(qū)橫跨多個(gè)公路斷面可變情報(bào)板

若施工作業(yè)區(qū)全長(zhǎng)橫跨多個(gè)公路斷面可變情報(bào)板，如圖2所示。公路斷面可變情報(bào)板顯示內(nèi)容則重復(fù)顯示施工區(qū)的限速要求。

4 結(jié)論

對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間占路養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)，靜態(tài)固定的限速值難以適應(yīng)施工路段復(fù)雜客觀環(huán)境的限速需求。該文根據(jù)不同施工強(qiáng)度對(duì)速度限制提出了建議，對(duì)于實(shí)施作業(yè)區(qū)動(dòng)態(tài)限速控制提供了技術(shù)支撐。動(dòng)態(tài)限速控制可以根據(jù)實(shí)時(shí)交通流狀態(tài)制定出合理限速方案，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流運(yùn)行進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)，可在預(yù)防事故的發(fā)生和提高道路通行效率方面發(fā)揮重要的作用。

該文只定量分析了不同施工強(qiáng)度對(duì)作業(yè)區(qū)速度的影響，定性分析了夜間施工、天氣環(huán)境對(duì)作業(yè)區(qū)速度的影響，路側(cè)風(fēng)險(xiǎn)、臨時(shí)交通安全設(shè)施可靠度等因素均會(huì)對(duì)作業(yè)區(qū)段車(chē)輛速度產(chǎn)生影響，后續(xù)的研究中將會(huì)進(jìn)一步綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

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[4]劉博蓉.基于交通沖突的高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)可變限速模型及標(biāo)志布設(shè)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2020.

收稿日期：2024-04-03

作者簡(jiǎn)介：王善偉（1982—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：交通工程。

通信作者：李佳輝（1989—），女，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：交通安全。