港区道路通行能力计算方法及分析

摘要：文章结合天津港北疆港区道路特点和集疏运方式特点，提出符合港区实际的道路通行能力计算方法，并进行分析，为港区道路规划和设计提供参考。

关键词：通行能力、计算、实测、车头时距

一、 港内道路特点

港内道路是指与城市道路和疏港道路相连接的港内通行道路。天津港北疆港区的道路总长度为32.4公里（不包括各码头公司内部的道路），道路密度为2.19公里/平方公里。其中，主干路全长21.3公里，支路全长11.1公里。

港内的道路交通需求主要产生于货物运输需要，因此不存在固定的高峰时段，一般来讲船舶装卸前后的交通流较大。然而不同货类的码头所产生道路交通流具有不同的规律。集港交通流在集港时间开始时大量到达，容易造成交通拥堵，疏港时间的限制较为宽松，因此疏港交通流相对平缓。当几个码头同时进行集疏港作业时，所诱发的交通流相互干扰影响，容易导致严重的交通阻塞。

二、港区道路通行能力计算方法

1. 基本概念

《美国通行能力手册》（HCM）中将道路的通行能力（capacity）规定为：在一定的时段和道路、交通、管制条件下，通过车道或道路上的一点或均匀断面的最大小时交通量。我国对通行能力的定义是指道路设施疏导交通流的能力，即在一定的时段（通常为15分钟或1小时）和正常的道路、交通、管制以及运行质量要求下，通过道路设施交通流质点的能力，也称为交通容量或简称容量。它是道路设施在一定条件下所能通过车辆数的极限值。通行能力按作用性质分为三种：基本通行能力、可能通行能力和设计（或实用）通行能力。

其中，设计（或实用）通行能力（C设）是指在预测的道路、交通、控制及环境条件下，一条设计中的公路的一组成部分的一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，在所选用的设计服务水平下，1小时所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大数量。

道路通行能力是交通规划、交通设施设计以及交通管理等有关道路工程各个方面涉及的一个重要指标，也是这些工作的评价指标。研究道路通行能力的目的是设计与通行能力相适应的道路交通设施；通过对实际道路通行能力的观测与比较，评价道路系统，找出影响通行能力的因素，提出改善车流行驶状况的建议和措施，以提高现有道路设施的通行能力。

2. 影响道路通行能力的主要因素

影响道路通行能力的主要因素有道路条件、车辆性能、交通条件、交通管理、环境、驾驶技术和气候、管制条件、规定运行条件等条件。

3. 港区道路通行能力计算方法

国内外研究公路通行能力的方法主要有三种：一是基于实地观测数据的统计分析模型；二是通过计算机仿真；三是理论分析或借鉴美国通行能力手册中的研究成果。

鉴于我国道路交通流特性与发达国家有明显的差异，因此理论分析或西方国家普遍采用的美国通行能力手册也不宜直接用于的我国的通行能力与交通运行分析，只可用于对其他研究方法的定性分析和定量方面的辅助研究。

为了获得可以指导实际应用的分析结果，本文采用以实地观测数据为基础来确定一般港区道路路段通行能力的统计分析模型。

三、天津港道路通行能力计算结果及分析

通行能力的计算是道路设计的一个重要依据，但是《厂矿道路设计规范（GBJ22-87）》、《海港总平面设计规范（JTJ211-99）》均没有做出明确的规定。《公路路线设计规范（JTG D20-2006）》与《城市道路设计规范（CJJ 37-90）》虽然给出了相关计算方法，但前者给出道路通行能力的各种修正系数的取值，而后者仅考虑了道路分类系数来计算设计通行能力。本文将分别根据《公路路线设计规范（JTG D20-2006）》及天津港实测数据进行通行能力的计算。

1、按《公路路线设计规范（JTG D20-2006）》计算

按照《公路路线设计规范（JTG D20-2006）》，通行能力分为设计通行能力及实际通行能力。实际通行能力在设计通行能力的基础上进行修正得到。

一级公路路段实际通行能力按下式计算：

其中：

――一级公路路段的实际通行能力[veh/(h・ln)];

――与实际行驶速度对应的一级公路路段设计通过能力[pcu/(h・ln)]，可查表得到；

――交通组成修正系数；

――车道数修正系数。取0.95~0.97；

――驾驶者总体特征修正系数，通过调查确定，通常在0.95~1.00之间；

――平面交叉修正系数；

――路侧干扰修正系数，取0.8～0.98。计算港区道路通行能力时主要考虑堆场出口对交通的影响

交通组成修正系数将按照下式进行计算：

――中型车、大型车、拖挂车（）交通量占总交通量的百分比；

――中型车、大型车、拖挂车（）车辆折算系数，按下表查询:

表3-1一级公路通行能力分析车辆折算系数

车型 交通量

[veh/(h・ln)] 实际行驶速度

120 100 80 60

拖挂车

（含集装箱车） ≤500 3 4 6 7

500~1000 5 6 8 10

1000~1500 6 7 10 12

1500 3 4 5 6

根据以上公式，并结合天津港调研数据，选取以下道路进行计算，如表3-2所示：

表3-2 天津港部分道路通行能力计算

路段名称 京门大道

（新港五号路） 临海路 新港四号路

道路等级 一级 一级 一级

实际行驶速度（km/h） 60 60 60

宽度（m） 24 30 24

车道数 6 8 6

交通组成修正系数 0.1754 0.1648 0.1589

车道数修正系数 0.96 0.97 0.96

驾驶者总体特征修正系数 0.95 0.95 0.95

路侧干扰系数 0.7 0.8 0.7

交通量（veh/(h・ln) 207.966 164.88 163.75

设计通行能力[pcu/(h・ln)] 650 650 650

实际通行能力[veh/(h・ln)] 72.78 78.96 65.92

通过以上计算，发现：

按照《公路路线设计规范（JTG D20-2006）》计算得到的实际通行能力远低于实测交通量及设计通行能力，与调研中观测结果明显不符。港区中道路实际速度低于规范中的同等级道路，因此依照规范计算时可能会有偏差；《公路工程技术标准（JTG B01-2003）》中没有将拖挂车进一步分类，按照该标准，在计算各车型折算系数时，港区中的各种货车都将归为同一类，但实际各种货车由于行驶特性的不同，导致对道路交通的影响也不尽相同，因此有必要对这些车型细化，分别计算其折算系数。

综上，与公路交通相比，港区交通的组成和车辆特性有一定区别，《公路工程技术标准（JTG B01-2003）》中规定的车辆折算系数已不能反映港区交通流的运行规律，二者的差异是必然的。因此，在实际使用中，有必要针对港区车辆的折算系数进行适当调整。

2、按天津港实测时距数据计算

为了使本研究符合天津港交通特性的实际情况，特针对天津港港区部分道路进行了车头时距调查，以获得不同调查地点不同交通情况下的各类车型的车头时距，以直接推算通行能力。结合天津港的道路条件，以天津港北疆港区的京门大道、新港二号路、新港四号路为例进行通行能力的计算。

（1）各种车型的平均车头时距

首先将同类车辆的车头时距整理在一起，按统计方法剔除异常数据――车头时距的最大和最小值。车头时距h将在下列范围取值：

其中：N为样本总数，S为样本标准差，t0.025为自由度为（N-1）、置信水平为95%时的t分布的统计量。本研究将取各车型平均车头时距来计算道路通行能力。

表3-3 各种车型平均车头时距

车型 有效样本总数 样本标准差 平均车头时距

小客车 83 0.807845 2.81

短集装箱车 65 2.11612 6.91

长集装箱车 242 2.758389 10.18

货车 88 1.741328 6.87

加长货车 126 2.82322 9.78

（2）各种车型的换算系数SVE

港区中的车流为混合车流，若以小汽车为标准车型，须将短集装箱车、加长集装箱车、货车、加长货车、油罐车及其他车换算为当量小汽车。利用车头时距计算SVE值，其计算表达式如式下，计算结果如表3-4所示。

式中： ――车型i的车型换算系数；

――车型i的车头时距，s；

――标准车的车头时距，s。

表3-4各种车型实测换算系数表

车型 平均车头时距 换算系数

小客车 2.81 1.0

短集装箱车 6.91 2.5

长集装箱车 10.18 3.6

货车 6.87 2.4

加长货车 9.78 3.5

（3）根据不同车型的折算系数，既可确定不同交通组成下实际通行能力，其计算表达式如下：

一条车道的基本（理论）通行能力是指在理想的道路与交通条件下，车辆以连续车流形式通过时的通行能力。其计算公式为：

式中： ――一条车道的理论通行能力(pcu/h);

――饱和连续车流的平均车头时距(s).：

在分析了以上各项因素对通行能力的影响后，既可确定出实际道路、交通条件下的通行能力数值，计算如表3-5所示。

表3-5天津港实测通行能力计算

路段名称 京门大道

（新港五号路） 临海路 新港四号路

道路等级 一级 一级 一级

实际行驶速度（km/h） 40 40 40

宽度 24 30 24

车道数 6 8 6

交通组成修正系数 0.3544 0.351 0.3423

车道数修正系数 0.96 0.97 0.96

驾驶者总体特征修正系数 0.95 0.95 0.95

路侧干扰系数 0.7 0.8 0.7

交通量（veh/(h・ln) 207.96 164.88 163.75

理论通行能力[pcu/(h・ln)] 1281 1281 1281

实际通行能力

veh/(h・ln)] 289.82 331.47 279.93

实际通行能力pcu/(h・ln)] 817.75 961.90 817.86

3、计算结果对比

按《公路路线设计规范（JTG D20-2006）》所计算得到的实际通行能力是对设计通行能力修正之后的结果。而设计通行能力又是在理论通行能力的基础上考虑了二级服务水平（V/C比为0.56）得到的。因此，将了进一步对比计算结果，将天津港区的实测通行能力换算为二级服务水平下的通行能力，然后进行比较，得到下表。

表3-6实测与按《规范》计算通行能力对比

路段名称 京门大道

（新港5号路） 临海路 新港4号路

实测二级服务水平下通行能力[veh/(h・ln)] 162.30 185.62 156.76

《公路路线设计规范（JTG D20-2006）》计算通行能力[veh/(h・ln)] 72.78 78.96 65.92

通过上表可以发现，根据天津港实测数据进行的通行能力计算更加接近道路的流量。因此，对天津港道路交通规划设计时，在参照相关规范及标准的基础上，针对天津港区特有道路交通特点来进行研究分析将是比较可行的方法。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。