摘要 高速公路是現(xiàn)代社會交通的重要組成部分，而養(yǎng)護施工作業(yè)則是保持其良好運行狀態(tài)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在進行養(yǎng)護施工作業(yè)時，為了不影響整個交通網(wǎng)絡(luò)的正常運營，常常采取邊施工邊運營的交通組織模式。在這種模式下施工作業(yè)區(qū)會占用部分道路空間，使得作業(yè)區(qū)內(nèi)的施工車輛與作業(yè)區(qū)外的社會車輛產(chǎn)生相互影響，形成了一種不易調(diào)和的矛盾。為解決這一問題，該文著重研究了施工作業(yè)區(qū)的施工強度對作業(yè)區(qū)外社會車輛速度的影響。通過德爾菲法和層次分析法的應(yīng)用，得出不同作業(yè)強度下的推薦限速值，并給出了動態(tài)限速的實現(xiàn)方式，為作業(yè)區(qū)的動態(tài)限速管控提供了有力支撐，為實現(xiàn)施工與運營的和諧共生提供了新思路。

關(guān)鍵詞 高速公路；養(yǎng)護作業(yè)；施工強度；限制速度

中圖分類號 U418.2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0191-04

0 引言

隨著我國交通運輸業(yè)的迅猛發(fā)展和機動車保有量的持續(xù)增長，高速公路路面受到不同程度的損害，進而促使養(yǎng)護工程數(shù)量不斷攀升。據(jù)統(tǒng)計，截至2022年底，我國公路里程達到535.48萬千米，公路養(yǎng)護里程達535.03萬千米，占公路里程比重的99.9%[1]。在高速公路養(yǎng)護期間，由于車道數(shù)量的減少，占道養(yǎng)護作業(yè)區(qū)的通行能力受到顯著影響。此外，駕駛員在上游過渡區(qū)的頻繁減速和換道行為加劇了養(yǎng)護作業(yè)區(qū)的交通復(fù)雜性，使該區(qū)域成為交通擁堵和事故易發(fā)區(qū)。其中，速度差過大是引發(fā)交通事故的關(guān)鍵因素。因此，對養(yǎng)護作業(yè)區(qū)路段實施有效的速度管理策略，對于提升高速公路養(yǎng)護作業(yè)路段的通行效率及保障行車安全至關(guān)重要。

《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第4部分：作業(yè)區(qū)》（GB5768.4—2017）[2]根據(jù)設(shè)計速度不同，規(guī)定了作業(yè)區(qū)限速值為80 km/h、70 km/h、60 km/h、40 km/h、30 km/h和20 km/h?！豆佛B(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）[3]中根據(jù)不同設(shè)計速度，規(guī)定了80 km/h、60 km/h、40 km/h和20 km/h的限速值。另外，作業(yè)區(qū)限速過渡為每200 m降低20 km/h。傳統(tǒng)的養(yǎng)護作業(yè)區(qū)限速方法主要采用靜態(tài)限速方式，缺乏靈活性和適應(yīng)性，難以應(yīng)對養(yǎng)護作業(yè)區(qū)交通環(huán)境的實時變化。

高速公路養(yǎng)護作業(yè)區(qū)限速管理是提高交通安全，優(yōu)化養(yǎng)護作業(yè)區(qū)交通組織的重要措施。可變限速技術(shù)主要根據(jù)高速公路實時變化的交通流參數(shù)以及其他影響因素，通過一定的可變限速算法實時計算可變限速值，并將限速值顯示在可變限速標(biāo)志上，以此來實現(xiàn)車速管理。目前可變限速的研究主要有可變限速閾值研究，限速值算法確定及效果評價，可變限速交通標(biāo)志布設(shè)等方面[4]。

養(yǎng)護作業(yè)期間對作業(yè)路段的交通流進行速度控制可以很好地平滑交通流狀態(tài)的變化，對提升作業(yè)路段的交通安全及運行效率有著重要的意義。而當(dāng)前大部分作業(yè)路段所采用的速度控制手段仍為全車型統(tǒng)一靜態(tài)限速控制，限速值的選取多根據(jù)規(guī)范建議值進行選取，目前國家標(biāo)準(zhǔn)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第4部分：作業(yè)區(qū)》（GB5768.4—2017）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）中針對作業(yè)區(qū)限速的相關(guān)規(guī)定只考慮了公路的設(shè)計速度，在設(shè)計速度的基礎(chǔ)上對作業(yè)區(qū)段限速進行了折減，但沒有考慮施工作業(yè)強度、夜間施工和惡劣天氣等因素對于作業(yè)區(qū)段車輛速度的影響。該文重點針對養(yǎng)護作業(yè)施工強度對速度的影響進行分析，以細化養(yǎng)護施工作業(yè)區(qū)限速值，對提升道路行車安全和通行效率有重要意義。

1 作業(yè)區(qū)路段動態(tài)限速的影響因素分析

可變限速的建模大部分用最優(yōu)控制法，控制目標(biāo)多數(shù)以車輛運行效率、交通安全、燃油消耗等為主，約束條件大多考慮道路線形、交通環(huán)境、天氣及能見度等對車輛行駛速度影響。首先針對施工作業(yè)強度、夜間施工、天氣環(huán)境對速度的影響進行定性分析。

1.1 施工作業(yè)強度

高速公路養(yǎng)護施工期間，養(yǎng)護施工人員、施工機械和作業(yè)區(qū)內(nèi)的通行車輛構(gòu)成了一個危險的交通環(huán)境。施工作業(yè)強度主要是指在養(yǎng)護施工過程中，使用不同類型的施工機械進行施工、配備施工人員及機械與人員作業(yè)情況對交通運行環(huán)境的影響程度。一般來說，施工機械設(shè)備越大型，設(shè)備所占的空間往往越大，駕駛員越謹慎，行駛至該路段時減速意愿越強烈；施工作業(yè)人員越多，施工環(huán)境便更復(fù)雜，相應(yīng)地會影響行車速度。

1.2 夜間施工

夜間由于高速公路交通量較小，施工對交通干擾相對較小，不易產(chǎn)生交通擁堵，施工設(shè)備和材料容易運輸，同時可以降低能源消耗，減少環(huán)境污染，因此，許多項目選擇在夜間進行施工。

在駕駛過程中，駕駛?cè)送ㄟ^自身感覺器官從外界感知到各種形式的信息，其中80%以上的信息是由視覺器官所獲得的，是駕駛?cè)私邮苄畔⒌闹匾?，對交通安全起著至關(guān)重要的作用。夜間行車，由于光照強度不足，物體能見度和辨識度較低，駕駛?cè)烁兄畔⒌碾y度較大，獲得相關(guān)信息會不足，加之受到車道寬度變窄、車道轉(zhuǎn)換等施工環(huán)境的影響，駕駛?cè)巳菀桩a(chǎn)生疲勞，極易造成嚴(yán)重的交通事故。

1.3 天氣環(huán)境

天氣狀況對公路網(wǎng)內(nèi)的每一條公路的運行都會產(chǎn)生影響，并引起我國各級交通管理部門對其產(chǎn)生影響的長期關(guān)注。有些惡劣天氣的出現(xiàn)甚至?xí)?dǎo)致高速公路入口封閉以及道路設(shè)施的損壞。即便是小范圍的天氣事件也會造成路面濕滑，降低車輛運行速度，增大速度差，增大延誤，并造成潛在事故的發(fā)生。尤其是在惡劣氣象條件下若公路上存在施工作業(yè)區(qū)或有進行中的施工作業(yè)，則易發(fā)生交通事故。

通常引起交通管理部門強烈關(guān)注的不利天氣有：強降雨/洪水、冰雪（路面結(jié)冰）、低能見度天氣（如濃霧、吹雪、沙暴等）、大風(fēng)等。這些不利天氣往往會降低道路能見度或道路狀況等級。

2 作業(yè)區(qū)施工強度對速度的影響分析

該文重點針對施工強度對速度的影響進行定量分析。根據(jù)多年養(yǎng)護經(jīng)驗及往年的交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，當(dāng)高速公路作業(yè)區(qū)同時存在大型機械設(shè)備和工作人員進行施工養(yǎng)護作業(yè)時，對運行車速影響最大；由于施工人員具有不確定性，因而僅施工人員進行養(yǎng)護施工作業(yè)次之；再次是僅大型機械進行施工，相比起前兩種施工環(huán)境，此時給駕駛員的心理壓力較小，因而駕駛員行駛至該路段時減速程度會相對變小。因此，對確定不同施工作業(yè)強度的作業(yè)區(qū)的推薦限速值需分開討論，即把施工作業(yè)強度細分為無機械和人員、有人和無大型機械、有機械和無人以及有機械和人員這四種因素進行考慮。

該文采用德爾菲法和層次分析法將定性與定量的決策相結(jié)合，將決策過程層次化、數(shù)量化的過程，將四種因素進行對比與量化，確定不同施工作業(yè)強度下的限速值。

2.1 矩陣構(gòu)建

判別矩陣的元素是同一層次某兩因素相對重要性的比值。這種相對重要性是指互相比較的兩個因素，對于某個指標(biāo)（上一層次的某個因素）而言的相對重要性程度。

對于某一層次，n個元素之間相對重要性的比較得到一個兩兩比較判別矩陣：A=（aij）n×n。其中，判斷矩陣A滿足條件：aijgt;0， aji=aij-1， aji×aij=1。

根據(jù)對駕駛干擾的程度作為評判標(biāo)度，設(shè)置關(guān)于施工作業(yè)強度的判別矩陣A。例如，有機械和人員施工的影響必然大于有機械無人員施工，則兩者比值應(yīng)大于1。采用德爾菲法得到具體判別矩陣A，如表1所示。

2.2 矩陣歸一化計算及一致性檢驗

將A的所有行向量進行幾何平均計算，歸一化處理后得到的行向量即為權(quán)重向量W=（ω1，ω2，…，ωn）T。其公式為：

（1）

在計算單準(zhǔn)則下權(quán)重向量時可能出現(xiàn)“A比B尤其重要，B比C尤其重要，而C又比A尤其重要”的判斷，因此需對判斷矩陣進行一致性檢驗，步驟如下：

（1）計算一致性指標(biāo)CI

CI=

式中，λmax——判別矩陣A的最大特征根，n——A的階數(shù)。

（2）查詢平均隨機一致性指標(biāo)Rl

1～12階矩陣計算1 000次得出的平均隨機一致性指標(biāo)值，如表2所示。

（3）計算一致性比例CR

CR= （3）

當(dāng)CR≥0.1時，需對判別矩陣作出修正；當(dāng)CR≤0.1時，判別矩陣的結(jié)果符合一致性檢驗。

基于公式（2）與公式（3）對矩陣進行一致性檢驗，λmax矩陣A的最大特征值為3.999，一致性比例CR為-0.003 7，小于0.1符合一致性檢驗。

基于表1對施工作業(yè)強度矩陣A進行歸一化計算得到各影響因素權(quán)重，如表3所示。

作業(yè)區(qū)針對不同施工強度的速度折減模型為：

V=Vc×fi" " （4）

式中，V——施工作業(yè)區(qū)的運行速度；Vc——當(dāng)作業(yè)區(qū)所在位置無其他限速時采用的設(shè)計速度，如果有其他限速，那么應(yīng)該在原限速的基礎(chǔ)上折減。例如，若由于路側(cè)存在高風(fēng)險或者曲線半徑太小因素，在施工前已經(jīng)有限速時，就應(yīng)該在原限速值基礎(chǔ)上折減。

fi" =1-Ai （5）

一般來說，高速公路限速值是整數(shù)，因此，出于實際情況及安全考慮，對模型（4）計算的運行速度結(jié)果以10 km/h的變化幅度降速取整，例如當(dāng)計算的運行車速值在80～89 km/h范圍之內(nèi)，推薦限速值取為80 km/h；運行車速位于70～79 km/h時，推薦限速值取為70 km/h，以此類推。

2.3 限速值的確定

基于以上分析與計算，針對不同道路限速條件下不同施工作業(yè)強度下車輛限速值如表4所示。

3 作業(yè)區(qū)動態(tài)限速策略的實現(xiàn)

根據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第4部分：作業(yè)區(qū)》（GB5768.4—2017）與《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015），施工作業(yè)區(qū)的限速標(biāo)志一般為靜態(tài)的標(biāo)志牌，基于上述研究，作業(yè)區(qū)的限速值受施工強度、惡劣天氣等多因素的影響，因而建議施工作業(yè)區(qū)采用可變標(biāo)志進行動態(tài)限速。

公路施工作業(yè)區(qū)分為警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、工作區(qū)、下游過渡區(qū)、結(jié)束區(qū)，由于施工作業(yè)區(qū)區(qū)段較長，駕駛員難以在看到限速標(biāo)志短時間內(nèi)安全達到限速，因而需要采用逐級限速的方式使駕駛員安全地達到限制速度，建議施工作業(yè)區(qū)各區(qū)段的限速標(biāo)志同樣采用可變標(biāo)志，互相聯(lián)動，實現(xiàn)動態(tài)限速。

此外，施工作業(yè)區(qū)的限速標(biāo)志也需與公路斷面門架式的可變情報板進行動態(tài)聯(lián)動，施工作業(yè)區(qū)的位置與公路斷面可變情報板之間位置關(guān)系不同采取的聯(lián)動方式也不同。

3.1 施工作業(yè)區(qū)位于兩個公路斷面可變情報板之間

若施工作業(yè)區(qū)全長位于連續(xù)兩個公路斷面可變情報板之間，如圖1所示。施工作業(yè)區(qū)的起點與上游斷面可變情報板之間的距離為L1，施工作業(yè)區(qū)的終點與下游斷面可變情報板之間的距離為L2。

布局示意圖

公路斷面可變情報板與養(yǎng)護施工作業(yè)區(qū)可變情報板聯(lián)動發(fā)布策略為：

（1）若距離L1gt;2 km，公路斷面可變情報板不顯示

作業(yè)區(qū)相關(guān)信息；

（2）若距離L1≤警告區(qū)第一個標(biāo)志的距離，公路斷面可變情報板顯示內(nèi)容則參照《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第

四部分：作業(yè)區(qū)》（GB5768.4—2017）與《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）顯示相應(yīng)的內(nèi)容；

（3）若距離L2≤1 km，公路斷面可變情報板顯示內(nèi)容則根據(jù)作業(yè)區(qū)的限速值進行逐級提速。

3.2 施工作業(yè)區(qū)橫跨多個公路斷面可變情報板

若施工作業(yè)區(qū)全長橫跨多個公路斷面可變情報板，如圖2所示。公路斷面可變情報板顯示內(nèi)容則重復(fù)顯示施工區(qū)的限速要求。

4 結(jié)論

對于長時間占路養(yǎng)護施工作業(yè)，靜態(tài)固定的限速值難以適應(yīng)施工路段復(fù)雜客觀環(huán)境的限速需求。該文根據(jù)不同施工強度對速度限制提出了建議，對于實施作業(yè)區(qū)動態(tài)限速控制提供了技術(shù)支撐。動態(tài)限速控制可以根據(jù)實時交通流狀態(tài)制定出合理限速方案，從而實現(xiàn)對交通流運行進行主動調(diào)節(jié)，可在預(yù)防事故的發(fā)生和提高道路通行效率方面發(fā)揮重要的作用。

該文只定量分析了不同施工強度對作業(yè)區(qū)速度的影響，定性分析了夜間施工、天氣環(huán)境對作業(yè)區(qū)速度的影響，路側(cè)風(fēng)險、臨時交通安全設(shè)施可靠度等因素均會對作業(yè)區(qū)段車輛速度產(chǎn)生影響，后續(xù)的研究中將會進一步綜合考慮。

參考文獻

[1]中華人民共和國交通運輸部.2022年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報[N].中國交通報，2023-06-16（2）.

[2]《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線 第4部分：作業(yè)區(qū)》（GB5768.4—2017）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[3]《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4]劉博蓉.基于交通沖突的高速公路養(yǎng)護作業(yè)區(qū)可變限速模型及標(biāo)志布設(shè)研究[D].西安：長安大學(xué)，2020.

收稿日期：2024-04-03

作者簡介：王善偉（1982—），男，本科，高級工程師，研究方向：交通工程。

通信作者：李佳輝（1989—），女，碩士，高級工程師，研究方向：交通安全。