超大城市快速路交通运行管理问题与对策

超大城市快速路交通运行管理问题与对策

城市快速路在城市交通运行中分担大量车辆，具有快速、舒适及高效等特点，良好的城市快速路交通运营管理是保障路网效率及城市运行的关键，尤其对于超大城市至关重要。本文针对超大城市快速路交通运行所存在问题，提出系统的优化对策。文章系统分析了城市快速路交通系统特征与功能，总结梳理了以上海为典型代表的超大城市快速路交通特性分析与现状问题；提出了采用信息化、智慧化的管理手段，从城市快速路交通流监测和管理、匝道与车道的智慧协调管控、交通事件应急救援处置及城市快速路养护管理等5个方面，优化城市快速路交通运行管理系统。研究成果可为上海等超大城市高效的交通运行管理提供技术方法路线。

0 引言

随着我国社会经济及城市化进程的发展，城市人口及其空间规模不断增大，交通出行需求持续上升。同时，汽车工业发展使小汽车拥有量增大，小汽车出行时间和距离逐年递增，城市道路上服务车辆增多，其交通运行问题逐渐成为焦点。城市快速路是在快速城镇化、快速路机动化等背景下产生的，满足了大城市内部快速、中长距离、大运量的交通出行需求，并具备快速、舒适、高效等的交通特点，已经成为城市路网骨架系统的重要组成部分，其建设和运行管理对城市交通状况改善具有重要作用。然而，在实际复杂的城市交通环境中，由于交通量增加、车流密度大等因素的影响，城市快速路通行效率及安全会受到限制和影响，轻者会造成易拥堵、事故频发及环境污染等问题，重则会导致城市交通运行的瘫痪。良好的城市快速路交通运营管理对于保障交通畅通、提高路网效率至关重要，如何优化城市快速路的交通运行管理成为重要的议题。近年来，随着新一代信息技术及智慧城市发展，交通基础设施数字化建设与运营管理成为各方的共识，如上海市运用先进技术，快速精准定位城市快速路关键节点及拥堵区段，科学分析拥堵成因，优化管理和预防，实现城市路网的精细化管理。因此，本文以上海为例，对超大城市快速路交通运行现状及问题进行分析，基于目前信息技术的发展，提出了超大城市快速路交通运行管理优化对策。

1 城市快速路交通系统功能与特征分析

1.1 城市快速路交通系统功能分析

城市快速路是指具有4条及以上封闭式的城市道路，是城市路网的重要组成部分之一。类似于高速公路，其道路中央分隔，全部或者部分采用立体交叉的方式控制出入，出入口一般通过匝道与城市其他等级道路衔接，使得车辆快速、高效行驶。系统结构如图1所示。

作为城市交通的主要道路，其功能主要包括：紧密联系城市布局中的各功能分区，使得城市空间结构更加合理化，完善了城市内外交通的有序衔接，有效提高了城市可达性。尤其对于超大城市而言，能够满足长距离的城市不同功能分区交通出行需求，减少出行时空消耗，提高交通运行效率，增大城市吸引与辐射能力，提高其区位优势。

1.2 城市快速路交通系统特征

通过对城市快速路交通系统功能分析可知，不同于城市其他道路或高速公路，城市快速路具有“快速”和“连通”两个关键特点，主要解决城市中、长距离快速、高效的运输问题。其主要特征表现为：道路系统独立且封闭，相较于高速公路其出入口匝道多且两者间距较小，具有运行速度快（是普通城市道路的2倍）、通行能力及可靠性高、交通容量大等优点。

2 超大城市快速路交通运行特性与问题分析

城市快速路满足了城市内的交通服务功能，但同时受外界复杂交通环境因素影响大，具有易发生拥挤等缺点。近年来，我国城市化进程加快，城市人口与空间规模不断扩大，不同功能区域交通需求量逐年上升。尤其是对于超大城市，快速路是其道路交通的命脉，快速增长的交通出行量使得城市快速路易拥堵、事故频发等问题逐渐凸显。上海市从1992年开始建设内环高架快速路，到目前已有40多年，也是最早采用信息化技术手段实现城市路网的精细化管理，作为现代化城市交通运行管理的代表，其快速路的运营管理仍旧面临诸多问题。为此，本文以上海超大城市快速路为例，对其交通特性与问题进行梳理分析。

2.1 上海城市快速路交通运行特性分析

上海市快速路从建设到运营已有40多年，是城市道路的“生命线”。近年来，随着“长三角一体化”国家重点城市发展战略的推进，上海周边外围区土地用地性质改变，使得交通流量进一步增加。2019年上海市交通统计快速道路网（不含绕城高速）总里程超过500 km，约占6%市道路交通基础设施量，承担全市40%～50%的交通量；上海市道路网交通运行2023年5月的月报显示，中心城快速路日均流量为206万辆次，其中11个区段工作日高峰时段交通指数均在50以上，南北东侧达69.2，南北西侧日均拥堵长达13.3 h，几乎全天处于拥堵状态。上海市城市快速路逐渐从早、晚高峰时段拥堵，逐步转向“拥堵范围扩大化、拥堵时间持续化”方向发展，其交通流量特征如图2所示。

2.2 上海城市快速路交通运行现状问题及原因分析

通过城市快速路交通系统功能与特征分析可知，其通行能力和服务水平容易受匝道通行状况、交通事故、道路施工等制约和影响，拥堵问题还会造成出行延误，降低道路安全，加重环境问题，主要有以下3方面问题。

2.2.1 中心城区流量趋于饱和，外围区拥堵点增多，且路网衔接不畅

随着交通出行跨越式发展，最初规划设计对当前交通问题难以预测，一定程度上造成快速路与城市发展不匹配。通过相关研究可知，目前上海市双休日高架拥堵加重，周内工作日早、晚高峰延长，且出现午高峰，通行流量远超设计通行能力。目前上海市快速路的拥堵主要集中在内环线，受“瓶颈”路段限制已基本饱和，随着持续增加的交通量，外围拥堵区域逐步增加，尤其是射线进城方向拥挤情况较为凸显。

此外，上海市环线与城市其他道路射线的衔接处极易发生拥堵，衔接处通行能力较弱对路网流量的均衡产生较大的影响，较易发生碰擦事件，极易引起长时间、大面积的拥堵。相关研究也表明，快速路匝道的通行状况直接影响整个城市快速路的通行效率。同时，城市快速路车流反复、车速慢及拥堵等情况，排放尾气量大，严重威胁周围居民的健康。

2.2.2 交通事件频发，处置救援难度大，拥堵点恶性循环

上海市快速路交通事故频繁发生，如年发生29252起交通事件，日均80.1起，主要集中在流量大、运行较为拥挤的南北高架、内环线、延安高架和中环路等路段。道路运行拥挤的路段处于不稳定状态，车辆频繁变速换道，交通扰动大，极易造成碰擦和追尾等事故以及引发车辆抛锚。相关研究表明，快速路交通事件频发原因一般是由于道路狭窄、车速过快、车流密度大等因素所引起的，且多为追尾及超车等事故。

事故发生后，交通突发事件占用车道（如车辆抛锚、追尾及碰擦等）一方面极易引发二次事故；另一方面由于事件占道，导致近饱和的路段加剧拥堵；同时给应急救援处置带来了巨大的难度。因此，原本拥堵与事件瓶颈路段相叠加，使得排队车辆难以消散，加之救援难度的增大，极易引起长时间、大面积拥堵，形成恶性循环。

2.2.3 长期处于拥堵饱和状态，养护施工作业难，与交通运行矛盾突出

上海城市道路交通运行环境相对复杂，路网交织且交通流量大，城区快速路交通压力大，使得某些路段长期处于拥堵饱和状态。这给城市快速路的养护施工占道作业带来影响，同时也造成交通拥堵。根据相关调查可知，上海快速路白天交通流常年处于近饱和状态，白天施工极易引发拥堵等问题，夜间流量相对较少，夜间施工一方面容易安全生产事故；另一方面容易遭受市民投诉。城市快速路的养护施工与交通运行之间存在很明显的矛盾。

3 超大城市快速路交通运行管理优化措施

超大城市快速路目前面临日益严峻的交通压力，上海市在交通拥堵治理方面做了很多探索，很早提出采用信息化、智慧化的管理手段，积极推进智慧城市及其交通系统建设，加强快速路网系统的疏导调节，成为科学诱导、有效指挥的重要支撑，但是城市中心城区的快速路交通拥堵形势依然严峻。目前，交通运行信息化建设成为各方的共识，因此，针对超大城市快速道路交通运行特征及问题，结合上海市近年来在快速路方面的建设与运营管理经验，运用新一代信息技术与现代交通管理要求，对超大城市快速路交通监控与管理系统进行全面优化。

3.1 城市快速路交通运行监测和管理系统构建

基于5G、人工智能及物联网等新一代信息技术，以信息技术和数据挖掘助力道路交通拥堵治理。因此，通过建立城市快速路道路基础设施、信息感知及其发布设备等管理系统，实现对城市快速路主体运行状况和态势、车辆行驶特征、交通事件自动识别等信息的实时监控和仿真分析，再通过合理的交通管理与控制措施，开展主动式的交通管理，提高设施利用效率，调整优化交通需求，保障快速路主线畅通。系统总体架构如图3所示，通过快速路实时监控系统，感知快速车道的路况，对交通事故、突发事件、违章行为等做出快速反应。通过信息发布系统，及时调整路况，根据道路服务水平合理控制出入口匝道车道数量信号，限制交通流量；利用可变信息情报板实时显示快速主线车道路况，同时通过车载终端、导航软件、交通广播等方式扩大信息发布范围，及时告知和发布给公众出行者在大流量下的路况和交通诱导信息，实现对交通流由近到远的诱导，有效均衡交通分布，提高城市快速路交通运行平稳度，避免发生长时、大面积拥堵。同时通过安装电子警察及尾气监测等设施，实现对车辆的监视和监管，减少环境污染。

3.2 构建主动式的交通管理系统，实现匝道与车道的智慧协同管控

基于城市快速路交通监测系统，首先建立合理快速网交通流态势短时预测模型，实现对不同交通状况下交通运行状态的迅速预测；其次通过对应制定合理的优化城市快速路交通运行管控策略，及时引导车流选择减速避让；最后城市快速路主动式的交通管理协同控制诱导策略，基于快速路交通运行管控系统平台，实现匝道与主线的智慧协同管控，将交通量合理分化，做到统筹管理、全面畅通。总体实施框架如图4所示。

城市快速路的交通运行管控措施一般包括：一是匝道控制，控制快速路交通流入流出，通过控制进入内环快速路的交通流量来保证内环快速路的通行速度；二是主线控制，优化主线交通流运行及设施利用以保证有序；三是路径诱导，引导路径选择以平衡交通供需；四是拥堵收费管理，利用价格杠杆调节，通过信息发布平台进行阶段性调整，最终达到提高城市快速路高效运行的目的。

3.3 超大城市快速路交通事故预防与应急处置系统

当城市快速路上发生交通事件占道形成“瓶颈”时，为了避免不同因素造成交通拥堵叠加的恶性循环及增加救援难度，快速路运营管理者必须在最短的时间内完成应急处置。因此，如何快速识别突发交通事件、减少事件响应及救援处置时间是亟待解决的现实问题。

3.3.1 城市快速路突发交通事件应急救援与处置体系构建

快速、高效的城市快速路应急救援与处置体系的建立和实施是有效缓解交通拥堵、提高交通运行效率及安全水平的有效途径，如上海市2019年构建了城市运行综合管理和应急处置系统。城市快速路应急救援与处置在突发交通事件的发生、监控、响应、决策及实施救援活动的全过程发挥有效的作用，主要包括4部分，即交通运行信息感知系统、急救资源调配与决策系统、预警信息发布系统以及联动救援处置系统。体系框架如图5所示。

3.3.2 基于现有应急设施条件下的优化选址与资源优化配置

城市快速路应急救援处置体系的有效应用实施有赖于软硬件设施、应急救援管理模式及相关技术支撑等全方位的保障。随着城市及其快速路规模的持续扩大，以及信息化技术等新一代技术的应用，城市快速路应急救援处置的管理模式向区域与集中化的调配模式发展。因此，应考虑基于现有城市快速路的应急救援设施条件，从全局路网层面对现有设施与管理等进行优化（见图6），满足现实需求。

3.3.3 拥堵条件下的快速路应急资源优化调度

城市快速路应急资源配置与调度管理往往依赖以往的经验进行，未考虑实时的道路交通运行状况以及快速路网多点并发式发生的状况，这就可能导致救援的延误、交通长时间及大面积的拥堵。因此，城市快速路的应急资源调度应当从路网层面出发，并考虑在交通拥堵条件下的应急资源调度问题。一般主要从三方面考虑：一方面考虑当前交通事件的响应；另一方面还要考虑潜在交通事件的发生；此外还要考虑事件对未来交通状态的影响，即充分考虑救援路径拥堵状态，最大程度提高应急救援调度的可靠性（见图7）。

3.3.4 城市快速路应急预案演练评估优化体系

城市快速路应急决策与预案演练评估对优化完善其应急救援处置体系至关重要。通过从需求出发，以仿真、算法模型及应急知识库图谱为支撑，构建城市快速路应急决策与预案评估系统。图8所示主要包括数字化预案管理与数字化案例回溯与评估两大系统，全方位还原交通事件场景，复现处置过程，多维度评价，优化应急预案。

3.3.5 城市快速路运维管理体系

构建城市快速路运维管理体系，对养护资源及施工计划优化排序。一方面，采用累积当量车流等指标，分析路网各断面、上下行方向指标变化趋势、分布特征，合理安排路面性能监测频次，优化养护资源排序，对重点监测区间、时段，交通管制优先分流。另一方面，针对养护施工作业，分析城市快速路车流、时间及物料等数据信息，评估预测养护施工作业对快速路交通运行可能造成的影响，选择最优的时间段作业，同时辅助智能交通管理手段，制定有效的诱导及分流措施，避免大范围严重拥堵。

4 结语

本文系统分析了城市快速路交通系统特征与功能，深度剖析了以上海为代表的我国超大城市快速路交通运行特性，提出了超大城市快速路交通运行管理所面临的困难与问题，提出了采用信息化、智慧化的管理手段，优化城市快速路网系统，从构建城市快速路交通流监测和管理系统、实现匝道与车道的智慧协调管控、城市快速路交通事故预防与应急处置系统、城市快速路养护管理等五方面提出优化管理措施。未来还可以从超大城市快速路技术方面展开研究，为其数字化系统的建设实施奠定基础。