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交通设施|为什么治堵措施会造成拥堵

来源:澎湃新闻 作者:官阳 编辑:曾拥璇 2019-09-17 14:38:35
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近日,江西日报有这样一则报道《快速路为何快不起来?》,报道指出:洪都大道高架与九洲高架是南昌市一环线重要的组成部分,这条贯穿南昌新老城区的快速路,原本是为了使交通更通畅。没想到开通后,这两条高架连接处反而成了南昌最拥堵路段之一,让快速路遭遇了“肠梗阻”,严重影响了快速路的通行能力。记者调查发现,高架快速路最宽处是5车道,而行至九洲高架与洪都大道高架连接的匝道时变成了2车道,拥堵的车辆争相向前,秩序混乱。

事实上,这些年围绕新增快速路、拓宽主干道、加宽加大路口等工程方案展开的疏堵工程,不仅在南昌,在中国各个特大型和一线城市中,很多并不成功,斥巨资修建的快速路高架桥、大路口,给人的印象却是导致更严重的拥堵。这种治堵的尴尬,进而引起对机动车的限购限行,似乎这些疏堵工程方案无法预测机动车的增长数量,而那些因限购导致汽车数量增长缓慢的城市,虽然到处都是高架桥和快速路,拥堵却并没有消失。

为什么治堵反而导致拥堵?这与一个重要的技术概念被忽视有关。

在各种道路服务水平的评价方法里,有一个指标非常重要,就是流率。所谓流率,说的是道路上通过的车辆数量与道路设计容量的比率,英文是v/c(volume/capacity),并不是很多人误以为的flow rate,flow rate只是单位小时的车流量。

由于交通流和道路都是连续的,交通流通过一个路口后,会发生分合,进入下一段路的车辆数可能有变化,所以每个路段的流率会经常变动。特别是城市道路,流率变化更频繁。

有些车辆会因下游的瓶颈,比如车道减少,流动性被阻滞,不能按原来的流速进入下一段路。因此,车流量与道路容量之比的流率计算,并不能简单使用一段路上的现实流量来做分子,而是要以上游输送过来、需要进入下一段路的车辆数量来做分子,也就是需求与道路容量的比率(demand/volume)。

当需求大于道路容量时,这个比率是大于1的,在道路服务水平的分级评价中,这种现象为F级,意味着交通已被阻塞断流,是超级延误。

F级的概念来自道路服务水平(Leve of Service, LOS)的分级。LOS一般分A、B、C、D、E、F六级,而且针对不同的路(公路、快速路、城市道路)有不同的考虑因素和依据。最基本的公路LOS主要是不间断交通流的评价,其数据来源是依据车道数量、车辆密度、车辆类型、行驶速度、流量和流率、道路地形、接口数量等。总体的评价角度如下:

●A级是车速最高的,驾驶人可不受干扰地使用自由流速度行进;

●B级接近于自由驾驶,但会偶受干扰;

●C级一般是接近自由流车速的极限(快速路上是70英里时,约110公里时速;公路上一般会高于50英里时,约80公里时速),此时车辆密度已需要引起注意;

●D级的驾驶人操作已受到路上的车辆干扰,车速开始下降;

●E级是,车辆密度已很不稳定,接近道路饱和容量,这时明显达不到自由流车速,但车速仍处在可接受的相对高速度(快速路上不低于49英里时,约80公里时速;普通公路上,如果公路自由流车速是45-60英里时,这时会是在42-55英里时,也就是下降不到10%),流速干扰随时可能出现,这时的交通流密度明显变高;

●F级,会出现车流中断,比较典型的原因是事故和车道减少导致的交织流干扰。

上述这些围绕公路车速、密度、流率等的观察,还要结合一系列会对速度产生影响的路况、车况元素来梳理。而在城市道路里,要考虑的因素更多。一般情况下的道路设计容量,是围绕着C到D级之间的临界点展开的,一般说的道路最大设计能力,是指D级的交通流状态,也就是驾驶人的驾驶状态开始受到路上车辆的干扰,车速开始被迫下降。

对城市道路LOS的评价,还分机动车道、行人步道、非机动车道、公交车交通。其中机动车道,延续着以车辆流动速度为基础判断依据的主逻辑,但会增加很多其他综合考量因素。

城市机动车道的LOS,主要针对信号灯控路口、双向主动停车路口(仅用“停”标志控制车辆在路口停下后再通行的方式)、四向主动停车路口以及环岛型交叉口展开。灯控交叉口还可以被理解为,一个立交桥的匝道终端。

在这些点之间的路段,机动车的速度、密度、流率相互作用,构成了第一步的LOS,如果要评价的路程里有多个点,评价逻辑是一样的,只是多了一个节点位置的延误时间,即停顿和再启动的时间测算。

以下流程表是针对机动车的服务水平评价的基本工作方式。

机动车的服务水平评价流程表

下表是用实际速度与自由流的基数比,根据百分数,得出城市道路机动车服务水平的分级。

表:城市道路基于基础自由流车速的百分比进行LOS分级,左侧一栏是行驶速度与基础自由流车速的百分比,右侧是流率小于1时的分级,流率大于1的都是F级,即交通流中断。(来自美国的道路容量手册HCM)

通俗来说,上表反映的是,单位时间里,有多少要通过的车能到达下一个交叉口,即流率。当这里的交通流超过到达下游路口的车流数量了,就是流率大于1,这段路就是F级。

从上表可见,城市道路上,当车速小于或等于自由流车速基数的30%时,意味着交通流已经中断,即是F级。

比如一段路的自由流车速是70公里/时(中国城市主干道的标准限速值,道路基础技术条件都可以轻松达到这个速度),如果平均车速低于21公里/时,就是F级了。

同时,如果尽量减少一段路的各种延误,特别是信号灯延误,能让平均车速达到35公里/时,就是比较理想的C级和D级的临界点,也是道路设计容量的基准点。而道路的服务水平并非一成不变,比如夜间和白天、高峰和平峰,都是不同的LOS。

这个表揭示了一个很重要的问题:如果在交叉口,为缩短信号灯等候排队的延误,而增加直行车道数量,但在下游路段又减少车道数量,这其实是F级的人为设计,实际是添堵的治堵措施。

比如,在交叉口是3条直行车道,但过路口后变成2条车道,或很快从3条车道缩到2条车道,这就在流量饱和时,输送了超过下游道路容量的车流,从而人为制造了一个流率大于1的路段,而那条增加的车道,在车辆饱和时(大概率是高峰时段)就会带来反作用。

再比如,一条城市快速路一路都是90公里/时,下游突然降到70公里/时,然后立刻接一个信号灯控路口,就会形成人为的交通流中断,这也是添堵的治堵措施;还有双车道快速路承接了上游的2条快速车道和1条辅路上来的匝道交通流,也是添堵的措施。

这些F级的人为设计,车少时往往无法被发现(有经验的交通工程师会通过车道数直接发现问题),但当交通流量稍大,车辆的随车行驶比率一高,就会形成交通流中断,成为人为制造的拥堵点段。如果一条交通走廊上,很多地方都是这样的F级设计,交通流无法流畅、均匀、稳定,自然会越来越堵。

所以上游扩大道路资源或提速,下游再收小,服务的交通流量不变,从而让路段的流率轻易就大于1,这是完全错误的治堵措施。在没有具体车流量数据时,这种治堵措施出错的机率非常大。还有一个重要的问题是,纵向的拓宽,会增加横向的穿越交通流的延误,这种人造延误是否值得也是个问题。

除了人造F级的添堵问题外,还有衍生的人造F级问题,就是交叉口信号导致的延误总量增加。

下表是美国一般使用的交叉口机动车LOS的评价表。可以看到,大于80秒的延误是F级,属于超级延误。中国不少大城市的信号灯红灯等候时间,有不少会超过80秒(智能交通时代,甚至还有一线城市存在现场人工控制信号灯的现象),表面上是让主干道上的交通流能大流量集群通过,其实是无效通过。因为增加的直行车道是虚增,车多时,下面路段还是流率F级,车少时,这种增加根本起不到作用。而这种长时间延误,也是导致相交路口积压大量电动车和机动车,引发秩序型延误的主要原因。

美国的交叉口机动车LOS的评价表

评价一座城市的路网能力,是道路服务水平综合指标体系的点、线、面的运用和展现。只有将速度、密度、流率这些要素一一梳理出来,有针对性地进行验算,并在日常道路运行管理中,不断观察、采集和完善数据,才能最终建立一套实时跟踪路网服务状态的评价体系。当LOS里的指标出现负面趋势,比如车辆的交通流出现减速,密度加大,从D级到E级了,就要分析交通流增加和导致车速下降的原因,看看如何能恢复到D级。

从上面这两个LOS的评价思路可以明白,如果道路是按C-D级服务水平设计的,那么稳定、均匀、有周期性的延误的低速交通流是正常的,车速低不等于拥堵这个“城市病”。而夜间是A级道路,白天就是F级道路,也不一定正常,需要去分析F级的真正原因。

更重要的是,需要检验,一项治堵措施是让拥堵点搬了家(流率大于1的路段发生了转移),还是真的把道路从F级提升到了E级,甚至D级的状态。因此,在各种交通提升方案里,流量特征数据、车道容量的上下游匹配仍是非常重要的技术意识,绝对不能缺失。

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