張于平

(廣深高速公路改擴建管理處，廣州 510699)

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，早期建設的高速公路通行能力已難以滿足日益增長的交通需求。特別是粵港澳大灣區(qū)等經濟活躍地區(qū)，越來越多高速公路提質擴容的需求被提上日程，且高速公路改擴建整體趨勢從車道數(shù)“四改八”逐漸往“六改十”方向發(fā)展。

根據(jù)《公路工程技術標準》(JTG B01-2014)條文4.0.5和《公路路線設計規(guī)范》(JTG D20-2017)條文6.4.2，高速公路車道數(shù)達八車道及以上時，宜設置寬度不小于2.5m的左側硬路肩，為內側車道故障車輛提供臨時?？康目臻g[1-2]。鑒于現(xiàn)行標準規(guī)范對十車道及以上高速公路是否設置左側硬路肩未進行強制規(guī)定，且國內也尚無已實施的工程案例，越來越多的“六改十”車道的高速公路對于左側硬路肩是否設置的論證結論也不一致。因此，科學合理地論證分析對于左側硬路肩的設置決策顯得尤為重要。

廣深高速公路全長122.8km，雙向六車道，設計速度120km/h。作為聯(lián)系廣州、東莞、深圳、香港的重要通道，一直以來被譽為國內交通最繁忙的高速公路之一，目前全線年平均交通量已達12.3萬pcu/d，部分路段如太平至五點梅段已高達18.7萬pcu/d。

廣深高速公路改擴建工程北起廣州黃村立交，南止于深圳市皇崗收費站，改造里程全長118.2km，采用整體拼接擴建成十車道，局部交通量較大的路段采用分離式擴建成十四車道的方案進行擴建，設計速度100～120km/h。在進行十車道改擴建方案論證過程中，因國內關于左側硬路肩設置相關的技術標準尚不完善，就左側硬路肩的設置問題產生了較大分歧。

本文采用模擬駕駛實驗對有無左側硬路肩情況下的駕駛行為特性進行分析，提出基于駕駛行為特性分析的超多車道高速公路左側硬路肩論證方法，結合廣深高速公路改擴建工程實例，為后續(xù)相似工程項目和研究提供參考。

1 左側硬路肩定義及功能

硬路肩是指與行車道相鄰并輔以具有一定強度路面結構的路肩部分，它可承受汽車荷載的作用力。我國高速公路將右側硬路肩稱為應急車道、緊急停車帶或救援通道等，主要作用是為行車提供有效停車視距，供故障車輛緊急停車、救援車輛通行等。

左側硬路肩是指位于行車道左側的硬路肩，當同向單幅車道數(shù)達到四車道及以上時，由于車道數(shù)的增加，行駛在內側車道上的車輛需要經過三次甚至以上的換道操作，才能到達最右側硬路肩?？?。多次換道不僅使得故障車道?？康倪^程變得困難，而且多次換道需要較長的行駛距離，也會對其他車道上正常行駛的車輛帶來不利影響[2]。因此，左側硬路肩的設置可提高八車道及以上高速公路行車的安全性和舒適性。

2 左側硬路肩設置對駕駛行為特性影響實驗

2.1 實驗目的

針對超多車道高速公路的不同路側形式，建立相關的實驗場景，通過駕駛模擬實驗，采集駕駛人生理心理特征數(shù)據(jù)，采用深度學習算法挖掘潛在規(guī)律，分析不同路側方案對駕駛人行車安全性及舒適性的影響，從而為超多車道高速公路左側硬路肩的設置提供理論支持。

2.2 實驗場景

設計有左側硬路肩、內側兩車道封閉和無左側硬路肩、內側兩車道封閉兩種實驗場景，根據(jù)國內外調研結果，初步設定左側硬路肩寬度為3m，如圖1和圖2所示。

圖1 左側3m硬路肩

圖2 左側無硬路肩

2.3 實驗儀器和設備

實驗采用日本FORUM8公司的UC-win/Road 13.0進行場景建模，使用基于真實汽車駕駛座艙開發(fā)的駕駛模擬器進行模擬駕駛實驗并采集數(shù)據(jù)(圖3)。

圖3 駕駛模擬平臺

2.4 實驗被試

為了確保實驗結果的準確性，盡量避免由于駕駛人的駕駛經驗、駕駛習慣差異等原因對實驗數(shù)據(jù)產生較大的影響，本次共招募24名被試進行模擬駕駛實驗，包括8名職業(yè)駕駛人(代駕及出租車司機)和16名非職業(yè)駕駛人。

2.5 實驗流程

根據(jù)實驗目的以及實驗場景設置，每位被試按照以下流程進行模擬駕駛實驗，如圖4所示。

圖4 實驗流程

實驗過程中要求駕駛人盡可能保持最高限速120km/h的速度穩(wěn)定行駛，實驗場景中每個過渡段放置120km/h的限速標志。實驗場景全程約為16km，駕駛時間需要10min/次/人。每個場景之間相隔2～3km，通過普通路段連接，車輛均在最左側行駛，遇到車道封閉時，駕駛人自主選擇避險繞行。通過每個場景后還需進行主觀問卷調查。

圖5 被試實驗過程

2.6 實驗數(shù)據(jù)采集

通過填寫的基本信息問卷獲得駕駛人姓名、性別、年齡、駕齡等基本信息；通過主觀感受問卷獲得駕駛人對不同路側布置形式的主觀評價。

本次模擬駕駛實驗采集到24人次的有效實驗數(shù)據(jù)，其中包括24份車輛運行數(shù)據(jù)以及對應的主觀問卷和基本信息問卷。

圖6 UC-win/Road采集的數(shù)據(jù)文件

3 左側硬路肩設置對駕駛行為特性影響分析

根據(jù)調研分析，不同路側設置方式會影響突發(fā)交通狀況下路段的通行能力、安全特性和舒適性。本次以交通安全性和舒適性為目標進行分析。首先，車輛操控參數(shù)直接反映駕駛人在緊急情況下的駕駛行為特征，體現(xiàn)行車安全性和舒適性；其次，安全替代指標也用于評價緊急避險過程中的安全性；此外，駕駛人的主觀感受也是重要的評價指標。

3.1 不同左側路側設置下的車速特性

車輛運行速度是反映道路安全性的重要指標，特別是縱向車速的穩(wěn)定性體現(xiàn)了道路環(huán)境的協(xié)調性。在模擬駕駛過程中，采集主線靜止車輛上游500m、下游100m范圍的車速。每50m設為一個斷面(斷面11為停車點)，一共分析了13個斷面的車速。利用SPSS軟件對不同標線段上行駛速度數(shù)據(jù)進行分析，斷面車速分布情況如圖7所示。

圖7 不同路側設置方式車輛通過障礙的車速

對比分析發(fā)現(xiàn)：在不設左側硬路肩的情形下，車速波動最大，多數(shù)在最內側行駛的小型車都有減小到接近0km/h的車速，在越過障礙物后逐漸加速；而設置了3m連續(xù)左側硬路肩情況時，車輛路過前方停駛車輛時車速稍高一些，越過障礙車的車速可達到84km/h。

出現(xiàn)這種結果的原因主要是：沒有設置左側硬路肩時，在遇到極端情形(左側2車道被占用)，車輛在短時間內無法進行較大的車道變換，只能采取減速或停車避讓措施，然后再繞過障礙車。而設置了左側硬路肩的情況下，左側硬路肩可為內側車道上高速行駛的車輛提供必要的避險空間。同時，在遇到極端情形(左側2車道被占用)，左側硬路肩可為在內側車道行駛的車輛提供臨時停車避險的地點。從進行的實驗來看，部分駕駛人采取了從左側繞行的避險行為，而沒有采用向右側合流，這在特殊情況下，可避免惡性交通事故的發(fā)生?？偟膩碚f，當事發(fā)路段正好有左側硬路肩時，駕駛績效都較好。

3.2 不同左側路側設置下的安全替代指標

為研究不同路側設置方式下車輛遇到緊急情況的避險特性，本文選取了典型的交通安全替代指標量化分析，如碰撞時間(Time to collision,TTC)體現(xiàn)了車輛與前方車輛距離碰撞所剩的時間，可以表達車輛的安全性能。

在主線左側車道有車輛停止而實驗車在左側行駛的情形下，本節(jié)將分析不同的左側路側設置對最小TTC的影響，評價其在交通安全方面的效果。最小TTC是指在一例緊急避險過程中，整個避險時間序列的TTC的最小值，TTC的最小值能夠體現(xiàn)安全裕度，最小TTC越小表明越危險。對不同左側路側形式的避險行駛數(shù)據(jù)進行提取分析，統(tǒng)計出各例駕駛最小TTC的位置，如圖8所示。

圖8 不同左側路側設置下最小TTC點分布

對比分析發(fā)現(xiàn)，在不設左側硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時，最小TTC均值為1.91s，最小TTC值為0.2s，情況較為危險；設置了3m左側硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時，最小TTC均值為3.20s，最小TTC值為1.3s，安全狀況有較大的改善。

3.3 不同左側路側設置下的駕駛負荷

為了分析不同左側路側設置對駕駛人舒適性的影響，采用主觀駕駛負荷測量方法進行分析。駕駛負荷代表了駕駛人對外部環(huán)境的實時感知，是其駕駛任務強度的直接體現(xiàn)，也反映了其駕駛過程中舒適程度的高低。

實驗使用NASA-TLX量表進行駕駛人駕駛負荷的評價。NASA-TLX主觀評定量表是多維的腦力負荷評價量表，共涉及到六個負荷維度，分別是腦力需求、體力需求、時間需求、績效水平、努力程度和受挫程度等。采用10分量表表示各維度的強弱，1分表示最低、10分表示最高，如圖9所示。

圖9 NASA-TLX駕駛負荷量表

模擬駕駛過程中每完成一例駕駛片段，均通過問卷采集駕駛人在典型區(qū)域的主觀駕駛負荷。針對是否設置左側硬路肩兩種場景，分別計算出腦力需求、體力需求、時間需求、績效水平、努力程度和受挫程度等，最后可得出綜合駕駛負荷。

假設遇到前方停車，統(tǒng)計不同左側路側設置情形下主觀駕駛負荷發(fā)現(xiàn)：不設任何路側形式下，綜合駕駛負荷為8.22，綜合駕駛負荷高；設置3m硬路肩情況下，綜合駕駛負荷為6.87，綜合駕駛負荷水平相對較低?？偟膩碚f，在遇到兩個車道被占用的情形下，駕駛人處理這種緊急情形的駕駛負荷都較高，而有左側路側空間時，駕駛負荷有較大程度的降低。

表1 不同左側路側設置下的主觀駕駛負荷結果

4 結語

本次研究共招募24名被試進行模擬駕駛實驗，研究左側硬路肩設置對駕駛行為特性的影響。結果表明，在不設左側硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時，最小TTC均值較小，綜合駕駛負荷值較高；設置了左側硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時，安全狀況得到較大改善，綜合駕駛負荷同樣有較大緩解。

為了提高行車安全性和舒適性，本文建議超多車道高速公路設置左側硬路肩。廣深高速公路改擴建工程可行性研究階段已采用該建議。