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中国高速公路宏观布局和通行能力分析  

2012-02-08 17:12:46|  分类: 公路 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 [2010.11.福州。第十二届中国科协年会论文集】

中国高速公路宏观布局和通行能力分析

摘要:本文分析了中国高速公路布局规划的现状、特征和利用率,提出了高速公路建设时序的建议;分析了当前高速公路规划与高速铁路规划的布局,提出了宏观交通规划协调发展的策略;分析了高速公路车型发展趋势与高速公路车道的关系,提出高速公路车道设定的原则。

关键词:高速公路;宏观布局;通行能力

China Freeway macro layout and capacity analysis

LIU Xiao Yao
(Anhui Highway Institute, Hefei, Anhui 240061)

Abstract: This paper analyzes the freeway layout plan status, characteristics and usage, the timing of the proposed highway construction; analysis of the current freeway planning and layout of high-speed rail plan put forward the coordinated development of macroscopic transportation planning strategies; analysis of the freeway vehicle trends and the relationship between the freeway lanes, freeway lanes proposed set of principles.
Keywords: freeway; macro layout; capacity

1.胡焕庸线与中国高速公路分布线

[1]的会议PPT中归纳中国高速公路分布密度时指出,在齐齐哈尔、呼和浩特、银川、兰州、成都、昆明之间连一条曲线就是“中国高速公路分布线”,该曲线以东为高速公路密集区,在曲线以西主要高速公路廊带只有进疆的“丝绸高速”和进藏的“文成高速”。

实际上高速公路是人类活动的产物,人类文化的一部分,必然符合人口分布规律。“中国高速公路分布线”可以用更简洁的“中国人口分布胡焕庸线” [2]来表述,也就是在瑷珲腾冲之间连一条直线,中国东西侧人口比例是964。至2000年,不含缺少资料的外蒙古和台湾,东西侧的人口比例是946,这条人口线依然有效。这条线是中国社会生态的特征线。“中国高速公路分布线”与“中国人口分布胡焕庸线”如此重合是出乎预料的,但也是必然的。“中国高速公路分布线”是“中国人口分布胡焕庸线”在高速公路分布上的映射。

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                              1   中国高速公路布局方案图

2.中国需要多少高速公路

中国需要多少高速公路,和中国面积具有可比性的发达国家只有美国,分析一下中国和美国高速公路布局特征可知一二。

2.1.中美高速公路比较

中国规划国家高速公路约85000公里,各省(市)规划地方高速公路总量大约与国家高速公路相当。

据统计,美国州际公路77条(含离岛10条)主线69261公里,247条辅助线8741公里,合计78002公里。另据统计至2007年美国全部州际道路系统约89270公里,其余高速和快速公路50845公里。还有统计资料美国高速公路约88700公里。

  1)中国规划的国家高速公路主要集中在齐齐哈尔、呼和浩特、银川、兰州、成都、昆明以东的东部、中部地区,分布面积不到中国大陆面积的1/2

  2)大陆西部1/2地区规划的国家高速公路走廊带只有进疆的丝绸高速带和进藏的文成高速带,其余地区地理条件复杂,规划的高速公路极少。                   

  3)中国规划的国家高速公路8万多公里,与美国现有州际公路相当。但是,美国州际公路东部、西部分布密度大致相同,东部稍稍密一些(见图3)。如此说来,中国东部国家高速公路的密度是美国州际公路的2倍。

  4)除了国家高速公路以外,几乎各省都有省内规划的高速公路,其里程估计与国家高速公路相当。也就是说,中国东部国家和地方高速公路的密度是美国州际公路的4倍,而里程总量将是美国的2倍。台湾的面积密度和人口密度稍低,见表1和图4,台湾规划高速公路统计见表2

  5)美国还有1/2的土地是尚未耕种过的处女地,而有着5000年农业文明史的中国,东部每一块赖以生存的土地平均至少耕种过5000次,现在还养活着13亿人。              

                                                  

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                                2  中国高速公路建设趋势图          

 

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                   图3 美国州际公路分布图        4 台湾高速公路布局     5 安徽高速公路布局   

 

 6)美国2007年汽车保有量是2.9亿辆,中国2007年汽车保有量是5697万辆,按照高速公路总量的比例中国将会有汽车5.8亿辆,将是2007年保有量的10倍。

 7)中国2007年高速公路通车里程5.39万公里,平均汽车密度是1056/公里;美国高速公路按8.87万公里计算,是3269/公里。中国高速公路的利用率是美国的1/3

2.2.结论

 1)中国当前高速公路利用率太低,只有美国的1/3,还有长足的发展空间。

 2)中国东部高速公路的建设步伐可以适当放缓,着手中国西部高速公路的长远规划。

         1                   规划高速公路比较

国家或地区

美国

中国

台湾

安徽

安徽/美国

面积     (km2)

937

960

3.58

13.94

 

人口        ()

27160

130000

2228

6369

 

高速      (km)

8.87

  8.2/17.5

0.1016

0.55

 

密度1 (km/km2)

0.947

0.854/1.823

2.838

3.945

~4

密度2  (km/)

3.266

0.638/1.346

0.456

0.863

~1/4

       :中国高速公路里程,分子/分母分别为:2020/2050年。

        2           台湾高速公路规划(km)       

三甲

合计

总计

372.7

431.5

5.6

54.3

27.1

891.2

 

1015.66

西

合计

20.4

17.16

37.6

15.5

33.8

124.46

3.中美铁路与高速公路布局分析 

3.1.铁路里程

   全世界铁路通车里程111.52万公里;

   美国:22.77万公里,欧洲:22.23万公里,俄国:8.72万公里;

   中国: 20087.5万公里,2020年达到10.0万公里(或20年后达15万公里)。

3.2.发展时序

    中国是先发展高速公路,后发展铁路;美国是先发展铁路,后发展高速公路。

3.3.总体布局

    美国铁路东密西疏,与中国高速公路布局相同,都是因为崛起时期工业集中于东部的原因;

    后发展的美国高速公路东西相当,而后发展的中国铁路没有脱开工业布局的限制,依然是东密西疏

    美国后发展的高速公路跳出了先发展的铁路布局模式;中国后发展的铁路无法跳出先发展的高速公路布局模式,二者基本在同一交通走廊带中,甚至基本平行。特别是在沟谷冲溪地形条件中互相穿插,跨越构造物众多,互抬建筑标高。

    以扬(州)绩(溪)高速公路宁(国)绩(溪)段76km为例,可通行的走廊带狭窄,建设皖赣铁路时已与G205线交叉达5处,建设高速公路时又与皖赣铁路交叉达5处,如果铁路提速或高速化又要与高速公路交叉。布线空间狭小,相互之间交角最大只能达到30°~45°,一处跨越单线铁路路堤,竟设计了90m跨径的上跨桥,公铁双方管理部门都觉得不妥。既做大了高速公路的工程造价,施工期又对铁路运行安全构成威胁。安徽省交通厅与上海铁路局共同协商推荐,跨越皖赣铁路的高速公路桥以简支安装结构为主,缩短现场施工期;跨径不宜超过30m,既节约了投资又保证了施工操作的可靠程度。

3.4.网格分布

美国铁路以工业中心为枢纽,呈放射状分布;而高速公路改变成方格分布;中国高速公路采用美国高速公路的准方格分布;铁路也随之采用准方格分布。

3.5.结论

 1)中国高铁应与高速公路统一规划,在同一个走廊带中合理布局,使公共交通工具和个人交通工具互补,解决中国交通里程人口平均密度过低的状况。

 2)中国陆地交通方式不会只走高速公路这一条路,必须要开发大运量的现代交通方式,建立稠密人口出行新模式,这是一个不能回避的、没有先例的课题。

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                   6  美国铁路分布图                    7  中国高铁规划图

4.高速公路车型与车道分析

    中国高速公路从修建开始一直以四车道为主,很少修建6~8车道高速公路。近年来开始有四改六、四改八之风。确实是交通量饱和导致了服务水平降低吗,考察如下。

4.1.服务水平

    JTG B01 2003条文说明,表1-1规定,高速公路服务水平量化分析为如下,

L=1000/D=1000V/CD

式中各参数见表3

      3                 服务水平分析表(设计速度120km/h 

交通量参数

 

状态和感觉

车距

密度

速度

最大服务

交通量

服务

水平

L

D

V

CD

m-ln/pch

pch/km/ln

km/h

pcu/h/ln

自由流

基本不超车

142.9

7

109

750

较好

稍有拥挤感

 

 

 

 

中等

超车受限制

55.5

18

90

1600

临界

事故较多

40.0

25

78

1950

不稳定流

行车不自由事故多

22.2

45

48

<2200

1

强制流

拥挤阻塞

0

 >45

 <48

0~2200

2

 4.2.设计通行能力

    JTG B01 2003条文说明,表 1-4规定,设计车道通行能力,基本车道通行能力2200pcu/h/ln)(四级服务水平),设计车道通信能力1600pcu/h/ln)(二级服务水平)。JTG B01 2003条文说明,式1-2规定,计算4车道适应的交通量可达4.5~5.5pcu/d),

AADT=CD×N/(K×D)

式中顾委参数见表4。按设计车道通行能力计算预测年均日交通量如表4

4                                 交通量计算表    

交通量

参数

预测年均

日交通量

设计车道

通行能力

车道数

 

设计小时

交通量系数

公路方向

分布系数

代码

AADT

CD

N

K

D

单位

pcu/d

(pcu/h/ln

ln

(1/h)

 

K下限

53333

~5.5

1600

4

0.12

50/50max40/60

K上限

42666

~4.5

1600

4

0.15

50/50max40/60

4.3.服务水平和车道数分析

4.3.1.设计速度

    高速公路设计以二级服务水平为通行能力的依据,(最大安全)设计(行驶)速度120km/h,实际行驶速度 ≥90km/h

    汽车开到120km/h是安全的,120km/h就是安全标准——设计最高限速;当然,一部分路段几何条件可能允许车速高于120km/h

    但是最低车速必须大于90km/h,否则服务水平就要下降,90km/h——设计最低限速。

4.3.2.汽车实际行驶速度

    小客车设计行驶车速度能达到120km/h以上。

    大货车设计行驶车速差距较大,高的可达120km/h以上,超载货车最低实际只达到40km/h;在互相超车时,该路段高速公路只达到四级服务水平。

4.3.3.心理承受能力

    国内早期高速公路交通量大都小于1万辆/天,只有二级服务水平交通量的1/4,车速可以达到设计车速120km/h,属于自由流动状态。

    一旦受货车超车阻塞,突然进入不稳定流动状态,公路使用者的心理不能承受。但是到公路使用末期,公路使用者还是不得不接受不稳定流动状态。

4.3.4.当前对策

    等到货车车型升级完成,超载率下降,是一个远期解决方案。

    为了解决货车行驶速度差距较大,互相超车,阻塞超车道,影响服务水平的问题,近期的解决方案只有增加现有4车道高速公路车道数。新建高速公路至少有6车道,这是一个近期解决方案。妥善处理近期和远期二者的切合点是至关重要的。

4.3.5.经验流量

    根据在国内的调查,

    小客车行驶在高速公路上不见来往车辆,估计交通量<5000/天;

    小客车行驶在高速公路上可见来往车辆,估计交通量约10000/天;

    小客车行驶在高速公路上因货车阻塞超车困难,估计交通量约2—2.5万辆/天;

    当前车辆结构情况下,交通量达到2—2.5万辆/天,需要扩建成6~8车道。

4.4.结论

    因为4车道高速公路的设计交通量是2.5万辆——5.5万辆/天,根据以上经验,在当前车辆结构下2.5万辆/天就需要6车道高速公路。因此,近年来流行468),并且开始修建6~8车道高速公路;

    建议,大部分地区暂时容忍4车道高速公路由于车辆参差不齐导致的的低服务水平,等待很快就要来到的车辆升级换代。即使是二级服务水平,车速也只控制为90km/h,超车也有一定困难。随着对高速公路的适应,暴富焦躁心态逐渐理性化,社会容忍度也会趋于常态。

 

                             参考资料

[1] 刘效尧 刘荥.北京——台北高速公路与安徽文化.都市区及区域交通现代化[A].安徽科技出版社.2005.8.(p21-26

[2]单之强.中国的突变线——胡焕庸线.“中国国家地理”[J]2009.10总第588.p288-301

[3]公路工程技术标准(JTG B01 2003[M].中华人民共和国交通部.2004.p3

[4]中国公路学会《交通工程手册》编委会.交通工程手册[M].人民交通出版社.1998.p437

 

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