城市道路安装分隔栏杆对通行能力影响的研究

何烈云， 包聪辉

(浙江警察学院交通管理工程系, 浙江杭州 310053)

0 引言

近年来，随着城市机动车保有量增加，交通拥堵问题早已成为“城市交通病”，且这种“城市交通病”有愈演愈烈的发展态势。一些地方公安交警部门提出了“治堵先治乱、治乱先治违”的治堵理念，在这理念的指导下，许多城市道路通过增设分隔栏杆实现规范通行秩序的目的。分隔栏起到明确和固定各方的路权作用，减少机动车、非机动车和行人间的相互干扰，并且阻断行人、非机动车的侧向穿越。但通过对比城市道路安装分隔栏前后的通行能力发现，有些道路增设分隔栏以后，道路交通拥堵指数不减反升，没有起到治堵的目的。出现这一现象从交通心理学角度解释，是由于路面狭窄效应造成的，这是由于道路安装了分隔护栏后，驾驶员在驾驶时担心汽车碰撞到分隔栏，会尽量与分隔护栏保持一段距离行驶，导致原有的道路宽度不能被充分利用，从而使道路的实际侧向净空变小。国内学者孙志伟等[1]从驾驶行为和驾驶心理方面研究道路侧向净空与车速之间的定性关系，潘细宏[2]通过试验观测不同类型的车辆组合，经过回归得到了相邻车道横向间距与速度差数学模型，但该模型仅限于同向行驶的相邻两车情形计算。而国外一些学者研究表明，道路侧向净空值与车辆行驶速度是满足存在特定的数学关系模型，比较具有代表性的模型有两个：一是日本专家[3]得出侧向安全距离与车速之间的关系模型；二是苏联学者A.A.波良可夫[4]得出了单个车道的侧向安全距离与车速之间的关系模型。国外专家模型适用的情形更加广泛，即可以计算同向或对向行驶相邻两车横向间距计算，还可以计算车辆与路侧设施横向间距。

1 侧向安全距离理论关系模型

车辆在城市道路上行驶时，会与相邻车道车辆或人行道行人交汇，为了确保交汇时的行车安全，车辆要满足一定侧向安全距离，侧向安全距离大小除与车身宽度有关外，同时取决于车辆的行驶速度大小。关于侧向安全距离与车速关系的研究，日本和苏联专家研究较早，并取得了一些研究成果，在进行大量跟踪观测，经过数理统计得到了不同侧向安全距离与车速之间的关系模型。

1.1 车道两侧设置有硬隔离的关系模型

日本专家[3]的得出侧向安全距离与车速之间的关系模型：

S=1.03V1+56 cm

(1)

(2)

M=1.03V2+46 cm

(3)

图1 有中间分隔带侧向安全距离示意图

式中字母参数含义如图1所示：

S——车身右侧与右侧路缘带距离，单位为cm；

C——超车与被超车车身间隔距离，单位为cm；

M——车身左侧与右侧路缘带距离，单位为cm；

T1、T2——车身的宽度，计算时大型车辆取230 cm、小客车取160 cm；

V1、V2——车辆行驶速度，单位为km/h；

以单个方向两车道城市道路为例，根据式(1)、(2)和(3)，可以得到车道侧向净空与车速关系模型：

W=S+T1+C+T2+M

(4)

式中W表示同一方向两车道的机动车道侧向净空宽度，单位为cm。

1.2 车道两侧设置无硬隔离的关系模型

苏联学者A.A.波良可夫[4]得出了单个车道的侧向安全距离与车速之间的关系模型：

S=0.4+0.02v3/4

(5)

C=0.7+0.02v3/4

(6)

X=0.7+0.02(v1+v2)3/4

(7)

图2 无中间分隔带侧向安全距离示意图

式中字母参数X表示当道路中心无中间分隔带时，与对向行驶车辆间侧向安全间距，其他字母含义与前面一致，如图2所示。式(5)、(6)、(7)在计算时长度单位为m、速度单位为km/h。同样以单个方向两车道城市道路为例，根据式(5)、(6)和(7)，可以得到车道侧向净空与车速关系模型：

(8)

式(4)和式(8)两种模型所适用的道路条件有所不同，式(4)模型主要适用于中间有分隔带的即道路横断面为2幅路和4幅路情形，式(4)模型适用于中间未设置分隔带即道路横断面为单幅路和3幅路的情形。日本及前苏联专家的研究模型在不同路段大量实地观测基础上，通过利用数理统计中回归分析而得出的，由于所采用的回归方法不同，两种模型计算结果存在一定的差异，以道路限速值60 km/h以下双向4条机动车道的公路为例，根据式(4)模型和式(8)模型，并忽略超车时速度差的影响，不同行车速度下车道侧向净空计算结果如表1所示。

表1 道路侧向净空与车速关系表

由表1数据可知，式(4)模型计算出两车道侧向净空值略比式(8)模型略大些。式(4)模型适合用于4幅路或未设置非机动车道的道路侧向净空的计算结果，此时的侧向净空指机动车道的宽度加上两侧分车带宽度。式(8)模型更适合单幅道路侧向净空计算，此时的侧向净空除机动车道自身宽度以外，驾驶员驾驶时将对向机动车道及同向非机动车道视为道路侧向净空的组成部分。因此车辆以相同的速度行驶时，式(4)模型比式(8)模型对车道侧向净空值偏大。

2 城市道路分隔栏对车速的影响

式(4)和式(8)关系模型主要是通过跟踪观测公路交通流而得到的数理统计模型，模型推导时与道路本身的性质和功能等属性没有关系，因此这两个关系模型同样也适用于城市道路。根据我国现行的公路技术工程标准规定[5]，二级以上公路右侧硬路肩一般大于0.75 m，左侧路缘带宽度大于0.5 m，公路车道宽度为3.5 m或3.75 m标准，因此同方向2条机动车道以上公路侧向净空都在8.25 m以上，基本上能符合表1中的道路侧向净空要求。 根据我国现行的城市道路工程规范规定[6]，城市道路设计时速在60 km/h以下，横断面宽度符合表2的要求：

表2 城市道路横断面标准尺寸

由表2可知，横断面为四幅路、同方向2条机动车道的城市道路，大型车/混行车道侧向净空为7.5 m、小客车专用车道侧向净空7 m。对照表1的车速与道路侧向净空关系，要同时符合式(4)模型和式(8)模型，车辆同向交汇时安全行驶速度如表3所示：

表3 车辆在不同类型车道同向交汇时安全行驶速度

由于城市道路大型车混入率相对较低，发生两辆大型车交汇概率不高，根据我国《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》规定：同方向有2条机动车道的城市道路最高限速值为60 km/h，因此由表3数据可得，横断面按4幅路设计建造的城市道路基本能够满足行驶速度要求。当横断面是3幅及以下的城市道路安装分隔栏后，将对向机动车道及右侧非机动实行物理硬隔离后，原来的道路成了“4幅路”。新安装的分隔栏成了道路的分车带，道路的侧向净空实际上只有机动车道自身宽度，根据式(4)模型，不同类型车辆同向交汇时安全行驶速度值如表4所示：

表4 车辆在增设分隔栏的城市道路同向交汇时安全行驶速度

由表4可知，假如在增设分隔栏的“4幅路”上发生两车同向交汇时，只要有一辆车是大型车辆，安全行驶速度就低于10 km/h，道路通行能力明显下降。交通拥堵指数是道路通行情况的科学评价指标，国内外关于交通拥堵评价计算方法各有差异，但是路段车辆行驶速度都是一个重要的计算参数[7]，以北京道路交通拥堵指数评价指标为例，不同等级道路的严重拥堵划分标准如表5所示。

表5 不同等级道路的严重拥堵划分标准

在我国城市道路工程设计规范中指出，当道路平均速度在30 km/h以下，道路上的交通流处于强制流状态，此时道路已处于拥堵状态，道路服务等级最差的级别四级。由表4数据可知，横断面是3幅及以下当城市道路安装分隔栏，将对向机动车道及右侧非机动进行硬隔离后，原来的道路成了“4幅路”，机动车道如果有大型车辆行驶，当与其他车辆发生同向交汇时，道路行驶平均速度在30 km/h以下，道路就处于较拥堵或拥堵状态。

3 道路分隔护栏对车速影响实证研究

为了验证模型的可行性，选取了位于杭州市滨江区境内的浦沿路和新浦路两条平行相邻路段测量车速。两条道路具有较好的可比性，均为双向4车道、机动车道宽度均为3.5 m、限速值都是40 km/h，不同的是浦沿路在中间及机动车道和非机动车道之间设有分隔栏的4幅路，而新浦路横断面为单幅路，如图3所示。两条道路上通行的车型主要以小型汽车为主，大型车辆混入率均在10%左右。为了尽量确保测速的车辆的行驶速度更接近路段自由车速，选择的调查时间段为下午2点至4点，这样可以避开高峰期。测速过程当中，在每条路上分别选取5个测速点，每个测速点间距10 m，在每个测速点随机测出10辆车的速度值并记录下来，最后求出每个测速点的车速平均值，结果如表6所示。

图3 实证研究道路实景图

表6 各测速点的平均车速

进一步对两条道路上的车速在不同分布区间内的车辆数进行统计，采用直方图的形式进行对比，结果如图4所示。

图4 不同车速区间车辆数分布直方图

对两个路段等间距的5个测速点的车辆速度调查结果显示，没有安装分隔栏的新浦路段车辆平均行驶速度、速度分布区间都比安装了分隔栏的新浦路段车辆的行驶速度明显要快。

4 城市道路安装道路护栏的可行性分析

在我国城市道路交通设施设计规范中规定[8]：双向6车道及以上的道路，如果道路中间没有分隔带且没有设防撞护栏的，应当在中间带设高度符合要求的分隔栏；双向4车道及以上的道路，如果机动车道与非机动车道在同一幅路，则应机动车道和非机动车道之间设置分隔栏。这一规定主要是出于道路有序和安全角度考虑，而且规定里没有对双向4车道的道路提出中间设置分隔栏的硬性的要求。

从前面分析得出，双向4车道的城市道路，安装分隔栏后如果道路宽度不够，在车辆发生同向交汇时车速会严重下降，妨碍了道路的道路畅通。近几年，有许多地方交警部门意图通过安装分隔栏缓解道路拥堵的举措，最终结果是适得其反。因此，在城市交通拥堵治理过程中，特别是双向4车道的道路中间是否设分隔栏，应综合考虑道路机动车道宽度、道路的限速值及道路上大型车辆的混入率三方面因素。当一条机动车道宽度为3.5 m及以下的单幅城市道路，如果道路日常大型车辆数量较多时，就不宜通过在道路中间和两侧同时设置分隔栏，把道路改造成“4幅”路；而当城市道路是由原来国省道变更而来，道路机动车道宽度为3.75 m，则视情可以在道路中间及非隔离带同时设分隔栏。

图5 小型车辆调头占道示意图

在实践中还发现，在道路中间设分隔栏后，由于车辆无法直接左转弯，将增加路口的调头车辆数量。车辆在路口调头时需要占用一定的道路空间，即使是小型车辆的调头直径也在12 m以上，如图5所示。如果双向4车道的城市道路，车辆只能在路口进退几次才能完成调头过程，这个过程可能引发交通拥堵或交通事故。

除此之外，我国目前对道路护栏有相应标准规范，但对一般的分隔栏的标准体系和内容相对欠缺，在交通事故中分隔栏引发驾乘人员意外伤亡事故屡屡发生，因此在设置分隔栏时还要考虑分隔栏的安全性能。

5 结语

本文从道路侧身净空与车辆行驶速度的关系出发，研究城市道路安装分隔栏的可行性。研究表明，在城市交通拥堵治理过程中，虽然通过设置道路分隔栏规范道路通行秩序的方法，但会造成道路的侧向净空减小，进一步降低了车辆的通行速度。当前在国内有些地方交警部门也发现了这一问题，以杭州交警支队景区大队为例，从2018年下半年开始，对辖区的部分原有道路上的分隔栏拆除了，通过对比拆除前后交通流数据，发现道路交通拥堵指数和车流平均速度均有改善。因此，理论研究及实践同时表明，城市道路是否具备安装分隔栏的条件和必要性，需要运用道路侧向净空与车速数学关系模型，根据道路的通行条件，综合考虑道路通行安全、有序和畅通三者之间的关系，不能一味强调有序和畅通，盲目给道路设置分隔栏。由于本文在研究过程中，所用到的理论依据主要来自上个世纪国外专家的研究结论，因此研究结果与我国当前城市道路交通特性有所不同，在实践还需对本文模型结论进行适当微调。