基于司乘人员需求特征的服务设施间距和功能配置研究

崔洪军，邢小高，梁国凤，朱敏清

(1.河北工业大学 土木工程学院,天津 300401；2.河北省高速公路京秦管理处,河北 秦皇岛 066000)

合理的服务设施(服务区和停车区)间距和功能配置，有助于为司乘人员提供更为人性化的服务，提高道路服务水平和安全水平。目前，很多学者对服务设施的研究主要限于选址、规模问题和对基础设施配置的理论分析，对具体的服务设施应该设置哪些功能设施，基于什么样的考虑因素，没有进一步的研究。笔者在调查分析司乘人员需求和容忍弹性的基础上，提出了服务设施合理间距和功能配置的方法，为服务设施的建立和改建提供了参考依据，具有一定的指导意义。

1 司乘人员需求及容忍弹性分析

高速公路服务设施在进行间距设置和功能配置时，主要考虑司乘人员停车休息、入厕、就餐、购物、住宿、加油、车辆检修等方面的需求，其需求容忍弹性说明某种需求量对服务设施距离变化的反应程度。通过调查分析可知，在高速公路上连续行驶100～150 km就需要进入服务设施停车休息；通常情况下人平均行驶150～300 km需要入厕一次；一般人发生疲劳预感到入睡需要15～25 min；车辆在燃油耗尽前需要加油，通常车辆的油量警示灯亮后，剩下的燃油可保证车辆继续前行30～50 km。司乘人员需求及容忍弹性分析结果如表1[1]，根据服务需求的频率、对服务设施依赖程度和对行车影响严重程度，选取停车休息、入厕、加油、餐饮、购物、故障维修、住宿等需求作为服务设施间距设计及功能配置的主要指标。

表1 司乘人员需求及容忍弹性

2 服务设施间距和功能配置方法

2.1 服务设施间距设置问题

根据JTG D 80—2006《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》中规定，服务区的平均间距不宜大于 50 km，最大间距不宜大于 60 km，在两个服务区之间可设置1个停车区[2]。而我国高速公路服务设施间距差别大，缺乏整体考虑。如京哈高速公路沿线新安镇服务区和玉田服务区间距只有17 km，而盘锦服务区和高花服务区间距却长达105 km；京珠高速公路窦店服务区和涿州服务区间距仅有20 km，而望都服务区和西兆通服务区间距长达97 km。特别是我国高速公路建设中忽视了停车区的建设，如江苏省的京沪高速、京台高速等，河北省的京哈高速、京沪高速等，山东省内的沈海高速、青银高速等以及天津市境内几乎所有的高速公路都未建设停车区。停车区的匮乏导致服务设施间距过大，对安全行车极其不利，从一定程度上看，这也是导致我国高速公路路边停车现象严重、疲劳驾驶事故高发的重要原因[3]。

国外一些国家根据本国道路情况制定了相应的高速公路服务设施间距：日本高速公路的服务区设置间距为30～60 km之间，标准间距为50 km，停车区最大间距为25 km，标准间距为15 km；德国服务区间距不超过60 km，停车区间距在10 km左右。如德国A3高速公路沿线Elten服务区和Hvnxe服务区间距为52.4 km，Urbacherwald停车区和Sessennausen停车区间距仅有7.5 km。

欧美其他一些国家服务设施设置间距在25～50 km之间，各国关于服务设施间距设置如表2。

表2 国外服务设施间距设置情况统计

从表2可以看出，国外服务设施间距普遍较小，特别是停车区间距有的不足10 km。这主要是因为国外服务设施更加注重人性化设计，较小的服务设施间距，有利于满足司乘人员需求，特别是能为旅途疲劳的驾驶员及时提供安全休息空间，有效降低疲劳驾驶情况的发生，提高高速公路安全水平。根据调查，2010年我国京沪高速公路发生交通事故248起，其中与疲劳驾驶相关的交通事故达31%。我国疲劳驾驶引发交通事故的致死率也是世界最高的，为27.3%，而美国为1.3%，日本只有0.9%。由前述分析已知司机的疲劳容忍弹性很小，因而在我国应该重视停车区的设置，以减少交通事故的发生，保证安全驾驶[4]。

基于司乘人员需求弹性的考虑：车辆加油的需求弹性为40～50 km，人们入厕的需求弹性大约为15～40 min，而对于休息的需求弹性为15～25 min左右等等，而且高速公路通行特别规定：最高车速不得超过120 km/h，最低车速不得低于60 km/h。取最小容忍弹性(入厕或休息)15 min，最低行驶速度60 km/h，可得出服务设施最小间距为15 km。

综合考虑上述司乘人员的最低容忍弹性，以及安全行车要求以避免疲劳驾驶，笔者建议高速公路服务设施间距应控制在15 km左右。而且，此值与国外服务设施最小间距调查结果基本一致，具有合理性。

2.2 服务设施间距和功能配置方法

高速公路服务设施的功能配置主要包括停车场、餐厅、超市、厕所、加油站、旅馆、汽修厂、休息区等[5]，其中还应该为残疾人设置专用停车场和厕所以及残疾人专用通道等。

服务设施的功能设施配置与否关键在于司乘人员的需求量及设施成本，结合司乘人员需求及容忍弹性，笔者提出了服务设施间距和功能配置设计与优化方法，其流程如图1。该方法综合考虑了服务设施成本、司乘人员需求量及其容忍弹性、服务设施间距、车辆安全行驶要求等因素，因此设计结果更可靠、更具有普遍意义。服务设施功能配置步骤如下。

图1 服务设施功能配置设计流程Fig.1 Design flowchart of functional configuration of service facilities

2.2.1 沿线OD及交通量预测

高速公路沿线客、货车辆OD矩阵，可从高速公路可行性研究中获取。

2.2.2 服务设施初步选址

根据国内外状况和笔者研究结论，高速公路沿线每隔15 km设置一处停车区是最基本配置，服务区内其他设施配置应在此基础上设置。

2.2.3 停车区各种服务需求量的计算

按照文献[1]中的驶入率计算方法，根据OD情况可反映出车辆的运行状况，从而反映服务区需求的变化，其需求量计算包括：计算服务区驶入量、计算各种服务需求量、计算累积需求量。

1)关于服务区驶入量的计算。

(1)

φ(tN)

(2)

(3)

2)各种服务需求量可根据各种需求量比例调查结果和驶入量来确定：

Pik=Qi×αk

(4)

式中：Pik为第i个停车区产生的第k种需求量；Qi为第i个停车区驶入量；αk为调查确定的第k种需求量所占比例。

3)累积需求量即从上一设置某种服务设施的服务区开始，累积计算该种服务需求量，按式(5)计算：

(5)

式中：pμk为第μ个停车区产生的第k种累计需求量；t为第t个停车区编号，第t-1个停车区已设置第k种需求的服务设施。

2.2.4 某种需求服务设施的设置必要性判断

某种需求的服务设施是否有设置必要，既要考虑维持车辆正常运行要求，也要考虑设施设置的经济性，因此是否设置从两方面判断。

1)根据某需求弹性极限要求判断。当从上一设置某种服务设施的停车区开始，累积间距大于该种需求弹性极限时，则应在该停车区设置该种服务设施，否则转入下一步，改变间距等相关参数重新计算。

2)根据需求量大小确定是否设置该功能设施。各种服务设施利用率越高则其运营效益越高，相反设施利用率过低，则可能造成服务设施入不敷出，出现亏本，因此设施的设置还应考虑经济要求，具体各类服务设施最低赢利需求量，应根据服务区所在区域经济情况调查获得。

3 案例分析

3.1 情况介绍

假设在某段高速公路上需要建立服务区，结合高速公路的实际路况及沿线城镇分布情况，初步设定8个服务区，各服务区之间的距离均为15 km，其示意图如图2。在服务区1所在高速公路断面有一车流，其中小客车3 241辆，大中客车143辆，货车2 602辆。

图2 服务区布局示意Fig.2 Layout diagram of service area

参考相关资料中各种车型的车速，假定小汽车的平均车速为110 km/h，大中客车的平均时速为90 km/h，货车的平均时速为70 km/h。

3.2 解 析

通过分析，车辆驶入服务区均符合正态分布，3种车型的均值和方差分别为：小客车μ=147.99，σ=100.17；大中客车μ=148.93，σ=69.54；货车μ=210.10，σ=94.10。

对服务区1的车辆及司乘人员各主要需求比例调查结果如图3(其他服务区调查结果略)。

图3 车辆服务需求比例Fig.3 Truck service demand proportion

根据式(1)～式(3)计算出各个服务区的驶入量，调查服务区的各种需求比例，计算各服务需求量和累积需求量，结合各个服务区的运营成本，最终分析结果如表3。

表3案例分析结果

Table3Casestudyresults

3.3 结果分析

1)在调查中可知，司乘人员对于停车场、卫生间及桌椅等休息设施的需求量很大而容忍弹性很低，因此每个服务区都要配置此种功能设施。通过调查分析服务区建设运营成本，将入厕需求量超过250人/次的服务区配置A类卫生间，否则配置B类卫生间，这样既满足了司乘人员的需求，又不超出运营成本；

2)经调查，从服务区运营成本和司乘人员消费水平考虑，当服务区内就餐需求累计量超过250人时可以考虑设置餐厅，否则累计到下一服务区，因此在服务区2、服务区5和服务区8这3个累积需求量大的服务区配置餐厅功能设施；

3)司乘人员购物需求弹性很大，结合建设成本，当购物需求量超过70人时，设置A类超市；需求量在50～70人时，设置B类超市；需求量在20～50人时，设置C类超市，否则不设置；

4)司乘人员对于加油站的需求总量很大，而且前面已知车辆加油的需求弹性约为50 km，因而每隔40 km应该设置一处加油设施，再参考其建设成本，当累积加油需求量大于150辆车时，应该配置加油站，因此在服务区2、服务区5和服务区8这3个服务区配置加油站功能设施；

5)车辆维修对于服务区的依赖程度很高，在累积需求量超过50辆车时需要设置此功能设施；

6)根据调查，大货车司机尤其是长途货车司机对住宿的需求量很高，但其容忍弹性大，可在服务区2和服务区8这两个住宿累积需求量超过40人的服务区配置此项功能设施。

合理设置服务设施间距和功能设施是现代高速公路体系成熟的重要标志，它的间距设置和功能配置要处处体现以人为本的原则和满足需求的理念[7]。高速公路服务设施的建设要充分重视停车区的设置，服务设施的合理间距应该控制在15 km，这不仅能满足司乘人员的最低需求，还能保证行车安全，避免交通事故的发生[8]。

以上各个服务区的功能配置既能满足司乘人员的需求，也在服务区的运营成本范围内，还符合高速公路服务区设置规范，因而此功能配置是合理的，故笔者提出的方法具有一定可靠性。

4 结 语

笔者提出的服务设施合理间距和功能配置方法，既考虑了司乘人员的需求量和累积服务需求量，又结合其容忍弹性，还兼顾服务区建设成本和运营成本，该方法具有一定参考意义。总之，在对服务设施进行间距和功能配置时，应以满足司乘人员需求为前提，提高服务设施的利用率，合理配置服务区功能设施。

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[2] JTG D 80—2006 高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范[S].北京:人民交通出版社,2006.

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