国内外公路养护安全作业规程对比分析

摘 要：文章选取了中国行业规程JTG H30和美国规程MUTCD作为研究对象，比较他们在作业区长度和限速方面的区别，利用微观仿真软件VISSIM对两种规程方案进行仿真模拟，通过安全性和通畅性的量化对比，找到影响作业区行车安全和通畅的主要因素，对JTG H30进行相关因素的优化并比较优化效果，指出JTG H30的改进思路和优化方向，为进一步补充和完善JTG H30奠定基础。根据研究结果，通过不同影响因素的改变，解决养护维修作业区相应的安全性和通畅性问题，提高我国的公路养护管理水平。

关键词：养护维修作业区；交通组织；微观仿真

1 引言

国内外对公路施工作业控制区布置、交通事故成因、安全分析、控制措施以及交通仿真等方面已开展了较多的研究，为作业控制区的控制管理与优化设计提供了一定的基础。但是缺乏国内外相关规定在安全性及通畅性两方面的量化对比，也没有指出各影响因素对安全性及通畅性及对作业区不同区域的不同影响。

因此本文对国内外规程进行了对比分析，并通过vissim仿真模拟了两种规程的封道效果，对其安全性和通畅性进行了量化对比，指出JTG H30的改进空间和优化方向。

2 仿真模型的建立

本研究选取设计速度120km/h，坡度为0，单向交通量1400vph，大车率40%的路段进行仿真模拟。

如图1所示为仿真路段和监测点位置示意图，仿真路段中作业区长度500m，封闭外侧车道，封闭车道宽度3.75m，其他各区域长度及速度设置按两种方案分别设置。监测点位置设置按照每个区域均设监测点，区域内点间隔100m的原则进行设置，其中1-17点在警告区均匀分布，20-24点在工作区均匀分布，18、19、25、26点分别在上游过渡区、缓冲区、下游过渡区和终止区终点。

图1 仿真路段及监测点位置示意图

两种方案设置如下：

表1 两种方案作业区长度（单位：m）

中国规程方案限速措施采用一次限速，在进入警告区400m处限速60km/h，在终止区终点处解除限速。

美国规程方案限速措施采用NDOR合流控制策略，进行逐级限速，首先在进入警告区805m处进行第一次限速，限速104km/h，在距工作区152m处（进入警告区1415m处）进行第二次限速，限速64km/h，在终止区终点处解除限速。

3 方案对比分析

通过限速和封闭车道的方式来提高作业控制区的安全性，往往是以降低车道的通畅性为代价，因此，本研究从安全性和通畅性两个方面进行分析。

3.1 安全性对比

本研究选取了美国Sivanaga S. Yadlapati等人提出的最小安全距离MSDE（Minimum Safety Distance Equation）这个道路安全性指标。它综合考虑了前后车辆的距离和速度差2个因素对事故风险性的影响。它代表的含义为[1]：

（1）

式中：VL VF分别表示前后车速度，PRT、h、f、g、分别表示反应时间、车头时距、路面摩擦系数、道路纵坡。

得到的MSDE的值越大，表示路段的安全性越高，反之越低。

对两种方案得到的MSDE结果进行对比可得到如图2所示结果。

通过图2可以看到：a.警告区初期，由于两种方案交通组成及车辆的速度是一样的，因此两种方案的MSDE值相似；b.作业区，由于道路条件、长度、交通组成及车辆到达的速度一定，因此安全性相同，另外缓冲区与工作区连成一体，仿真软件中无法区分，反应在上图中即两种方案在缓冲区和作业区MSDE的值相近并且在整个作业区MSDE的值保持不变；c.车辆通过工作区之后，危险即解除，车辆重新进行变道和加速，由于两种方案下游过渡区的长度很相近，因此在工作区之后两种方案的安全性均逐渐提高并且曲线相近；d.美国规程方案由于在警告区进行了分级限速，避免了速度急剧下降，另外上游过渡区较长，车辆的变道平缓顺畅，因此在警告区和上游过渡区安全性明显高于中国规程方案；e.由于驾驶员看到减速标志后会产生减速行为，减小前后两车的车头时距，造成安全性降低，因此两种方案在设置减速标志的地方MSDE均有大幅度的下降，并且减速前后速差越大安全性下降越大，速度稳定后安全性变化不大。

可以看到警告区和上游过渡区是两种方案差异最大的区域，因此对两种方案警告区和上游过渡区的平均安全性进行对比如图3所示，美国规程方案的安全性明显高于中国规程方案，警告区高出38.9%，上游过渡区高出140.0%。

根据以上分析可以得出：a.美国规程方案在警告区长度较中国规程方案短2.1%，限速采用逐级限速，但是安全性却高出38.9%，虽然后续路段的长度可能对其产生影响，但初步可以断定限速对于安全性有较大影响。b.美国规程方案在上游过渡区封道方法相同，长度较中国规程方案长128.9%，安全性高出140.01%，虽然警告区安全性可能会对其产生影响，但初步可以断定上游过渡区长度对于其安全性有较大影响。

3.2 通畅性对比

作业区行程延误是指车辆在作业区单位长度内实际行驶的行程时间与以畅行速度通过作业区段的自由行驶时间之差[2]。延误时间的值越大，表明延误时间越长，道路的通畅性越低，反之越好。

根据VISSIM仿真输出的延误时间数据，对两种方案的结果进行对比可得到如图4所示结果。

图3两种方案平均MSDE对比 图4两种方案总延误时间

图4为两种方案中随机选取的200辆车的延误时间总和的对比图。由图可以看出，对于同一路段的施工作业，在同样交通量的情况下，两种方案的延误时间有很大的差别，中国规程方案的延误时间高出美国规程方案177.5%。两种方案仅在警告区限速和上游过渡区长度方面存在较大差异，因此可以初步断定两者对于作业控制区的通畅性存在较大影响。

4 结束语

本研究通过仿真对比分析可以得到以下结论：（1）JTG H30规定的交通组织方案在警告区、上游过渡区的安全性及作业控制区通畅性均低于上游过渡区长度较长、采用逐级限速的美国规程方案。（2）限速措施，包括限速值和限速措施对警告区安全性影响较大。警告区仅设置一块60km/h的限速标志牌，车辆减速梯度较大，不利于行车安全。增设标志牌，施行逐级限速可以使车辆限速在较长的距离内分阶段完成，较大幅度的降低车辆的减速梯度和制动减速度。（3）上游过渡区长度对上游过渡区安全性及道路通畅性影响较大。适当增大上游过渡区长度，由于驾驶员收到警告和提示信息的时间提前，处理信息和减速操作时间提前，车辆可提前采取减速措施，车辆换道距离也得以增加，使得车辆行驶的安全性增加。另外增加过渡区长度也可以防止大量车辆减速造成的局部堵塞，减小行程延误，提高通畅性。

因此，根据以上结论，在进行养护维修作业区养护管理时，要提高警告区安全性和上游过渡区安全性可分别通过改变限速措施和上游过渡区长度得以实现。当道路堵塞严重时，可适当增加上游过渡区长度减小延误时间，提高道路通畅性。根据不同的需要改变作业区的设置，提高公路的养护管理水平。

参考文献

[1]王强，王显璞.高速公路养护施工区限速控制研究[J].交通信息与安全，2010，28（153）：124-129.

[2]徐吉谦，陈学武.交通工程总论[M].北京：人民交通出版社，2008：54.