[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
在[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’和‘腾冲’之间连一条直线，中国东西侧人口比例是96：4。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94：6，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。
图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。
图2 中国高速公路建设趋势图
图3 美国州际公路分布图 图4 台湾高速公路布局 图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辆/公里；美国高速公路按8.87万公里计算，是3269辆/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。
表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 (万km2) | 937 | 960 | 3.58 | 13.94 |
|
| 人口 (万) | 27160 | 130000 | 2228 | 6369 |
|
| 高速 (万km) | 8.87 | 8.2/17.5 | 0.1016 | 0.55 |
|
| 密度1 (km/百km2) | 0.947 | 0.854/1.823 | 2.838 | 3.945 | ~4 |
| 密度2 (km/万人) | 3.266 | 0.638/1.346 | 0.456 | 0.863 | ~1/4 |
注:中国高速公路里程，分子/分母分别为:2020年/2050年。
表2 台湾高速公路规划(km)
| 南 北 | 一 | 三 | 三甲 | 五 | 七 | 合计 | 总计 |
| 372.7 | 431.5 | 5.6 | 54.3 | 27.1 | 891.2 |
1015.66 | |
| 东 西 | 二 | 四 | 六 | 八 | 十 | 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: 2008年7.5万公里，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。
图6 美国铁路分布图 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。
表3 服务水平分析表（设计速度120km/h）
|
| 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 | 一 | ||||
| 稳 定 流 | 较好 | 稍有拥挤感 |
|
|
|
| 一 | |||
| 中等 | 超车受限制 | 55.5 | ≤18 | ≥90 | 1600 | 二 | ||||
| 临界 | 事故较多 | 40.0 | ≤25 | ≥78 | 1950 | 三 | ||||
| 不稳定流 | 行车不自由事故多 | 22.2 | ≤45 | ≥48 | <2200 | 四1 | ||||
| 强制流 | 拥挤阻塞 | 0 | >45 | <48 | 0~2200 | 四2 | ||||
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2200（pcu/h/ln）（四级服务水平），设计车道通信能力1600（pcu/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4.5~5.5万（pcu/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。
表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 （~5.5万） | 1600 | 4 | 0.12 | 50/50（max40/60） |
| K上限 | 42666 （~4.5万） | 1600 | 4 | 0.15 | 50/50（max40/60） |
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辆/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辆/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2万—2.5万辆/天；
当前车辆结构情况下，交通量达到2万—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4改6（8），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期.（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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