公路施工區通行效益仿真分析*

吳偉，林琴

（長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004）

公路施工區通行效益仿真分析*

吳偉，林琴

（長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004）

為了分析公路施工區對交通通行效益的影響，為施工區交通管理與控制措施制定提供定量依據，使用交通仿真軟件VISSIM，分別針對50、100、150、200、250、300 m施工區，采用60、90、120、150、180s控制周期，在交通流飽和度0.1～0.9范圍內建立交通仿真模型，以車均延誤、平均停車次數、通過車輛數及最大排隊長度為評價指標，分析了公路施工區通行效益的變化趨勢。

公路交通；施工區；通行能力；交通仿真

隨著經濟的快速發展，道路交通需求飛速增長，公路的擴建或維護越來越多。在占道施工期間需盡可能維持正常交通，盡量避免加重施工期間交通供需矛盾。因此，制訂科學、合理的施工交通組織方案，保證施工區交通暢通運行具有重要應用價值。公路的占道施工主要包括：施工占道范圍，主要分為橫向施工和縱向施工，橫向施工表現為所占道路寬度，縱向施工表現為所占道路長度；施工占道時間，施工時間越長對交通影響越大；施工占道位置，分為在道路的左側、右側、接近交叉口或遠離交叉口。

1 道路占道施工研究現狀

現階段對道路占道施工的研究成果如下：鄭松竺等以對數關系的流量-速度模型為基礎，結合交通工程學理論和通行能力修正系數，導出了道路實際通行能力計算模型，研究施工區通行能力；王子浜等通過采用TSIS仿真軟件模擬車道施工交通組織方案，根據不同交通組織方案分別計算了車輛途經施工區產生的附加延誤及最優分流比例；白玉鳳通過分析高速公路作業區的交通流特性，得到車速是影響交通安全的主要因素，繼而在交通流理論三參數關系的基礎上研究作業區車速與通行能力的關系；劉偉等根據占道施工影響區邊界節點OD分布，采用虛擬路徑簡化交叉口流向，構建節點間路徑行程時間動態可靠度函數，并引入多元Logit概率分布模型，結合剩余通行能力敏感度建立車流均衡誘導模型，計算了占道施工影響區路網中各路徑的誘導交通量，以實現占道施工影響區路網車流的均衡誘導，重新均衡施工影響區的交通流；程爽通過分析交通組織方案，提出交通組織的方案差異性，探究高速公路擴建工程施工分段長度影響因素；范利強通過對施工區現狀交通的分析，給出了道路施工對道路交通能力的影響模型，提出了改善道路通行能力的措施；金起波等對公路改擴建施工區內三類速度控制策略的效果進行了現場試驗分析評價；馬東方通過對瓶頸路段信號控制進行研究，通過建立模型確定最優控制方案，利用VISSIM軟件評價了瓶頸控制方法的效果；石慧鈺選取道路施工引起的瓶頸路段作為研究對象，研究瓶頸路段駕駛員駕駛特性對交通流的影響，利用VISSIM仿真軟件對瓶頸路段的交通流進行模擬，對交通擁堵的形成、傳播和消散規律進行研究，并將模擬結果與調查結果進行對比分析；李磊等選擇車道縮減區緩沖區上游段和終止段下游區的平均車頭時距、平均車速為指標，研究了發生擁堵時車道縮減對道路通行能力的影響。

上述關于施工區通行效益的研究大都集中于施工區通行能力、交通流特性、周期信號優化等方面，缺少對施工區長度、車輛延誤、停車次數、排隊長度等指標的研究。為此，該文使用VISSIM軟件建立公路施工區交通仿真模型，分析雙向兩車道公路施工區通行效益。

2 基于VISSIM仿真的公路施工區建模

在VISSIM軟件中分別建立施工區長度50、100、150、200、250、300m，分別在信號周期60、90、120、150、180s內的仿真模型。信號控制方案中，綠燈時間分配采用等飽和度分配原則。

取仿真步長為0.1s，每次仿真連續運行4600s，統計后3600s的數據。每組仿真使用10個不同隨機數種子仿真，取結果的平均值。統計數據分別為延誤、平均停車次數、通過車輛數、最大排隊長度。

3 仿真結果分析

建立施工區仿真模型，獲得不同長度施工區在不同飽和度下的通過車輛數、延誤、平均停車次數及排隊長度變化趨勢，分析施工道路的通行效益。下面以周期60和90s為例，闡述公路施工區交通效益的變化趨勢。

3.1公路施工區車輛延誤分析

不同施工區長度、不同信號周期下施工區車輛延誤仿真分析結果見圖1、圖2。

圖1　不同施工區長度下周期60s時的車輛延誤

圖2　不同施工區長度下周期90s時的車輛延誤

由圖1和圖2可知：在不同方案中，延誤在飽和度為0.1～0.5時都保持較低的水平，而在飽和度大于0.5后，延誤急劇增加。對比不同周期時長，在飽和度較大時，隨著周期時長的增大，延誤反而減小，這是因為隨著周期的增大，可利用綠燈時長增長。對比不同施工區長度，100 m施工區長度時車均延誤最小，施工區長度為300 m時延誤最大。

3.2施工區內的平均停車次數分析

不同施工區長度、不同信號周期下施工區平均停車次數仿真分析結果見圖3、圖4。

圖3　不同施工區長度下周期60s時的平均停車次數

圖4　不同施工區長度下周期90s時的平均停車次數

由圖3和圖4可知：平均停車次數變化趨勢與延誤基本相同。飽和度小于0.5時，平均停車次數趨于零；飽和度大于0.5時，平均停車次數急劇增加。周期增大時，平均停車次數反而減小。對比不同施工區長度，300 m施工區長度下停車次數最大。

3.3施工區內通過車輛數分析

不同施工區長度、不同信號周期下施工區通過車輛數仿真分析結果見圖5、圖6。

圖5　不同施工區長度下周期60s時通過車輛數

圖6　不同施工區長度下周期90s時通過車輛數

由圖5和圖6可知：在周期為60s、施工區長度為100 m時，通過的車輛數最大；周期為90s時，通過車輛數最大對應的施工區長度為200 m。隨著周期的增大，通過的車輛數也增大。當施工區長度為300 m時，通過的車輛數最少。

3.4施工區內最大排隊長度分析

不同施工區長度、不同信號周期下施工區最大排隊長度仿真分析結果見圖7、圖8。

圖7　不同施工區長度下周期60s時的最大排隊長度

圖8　不同施工區長度下周期90s時的最大排隊長度

由圖7和圖8可知：當飽和度小于0.5時，最大排隊長度隨飽和度的增大緩慢增大；當飽和度大于0.5時，最大排隊長度急劇增大。最大排隊長度在較大飽和度時趨于穩定，這是因為仿真路網設置為2 000 m，影響了數據的采集。周期為90s時，不同施工區長度下最大排隊長度隨飽和度變化的趨勢基本相同。

4 結論

該文針對在不同施工區長度，在不同周期條件下運用VISSIM仿真軟件模擬公路施工區的運行，獲取了延誤、平均停車次數、通過車輛數、最大排隊長度等評價指標，通過分析，得到如下主要結論：

（1）施工區交通流飽和度不宜大于0.5，飽和度小于0.5時，施工區交通流運行較暢通；飽和度大于0.5后，延誤、停車次數等主要評價指標急劇增大。

（2）施工區雙向放行時，采用較大的周期對于提高施工區通行能力效果較好。

（3）公路施工區不宜設置過長，推薦設置為100～150m。

［1］ 鄭松竺，徐雅琳，李夢思.基于交通流理論的道路實際通行能力模型［J］.中國傳媒大學學報：自然科學版，2014，21（4）.

［2］ 王子浜，李嘉，蔡曉萌，等.道路施工區車輛延誤分析與交通仿真研究［J］.公路，2009（7）.

［3］ 白玉鳳.基于通行能力的高速公路作業區限速研究［J］.北方交通，2015（4）.

［4］ 劉偉，高顯鵬，肖文彬.占道施工影響區車流均衡誘導模型的建立與應用［J］.中國科技論文，2015，10（1）.

［5］ 程爽.基于交通特性的高速公路改擴建工程合理分段方法研究［D］.武漢：武漢理工大學，2013.

［6］ 范利強.道路施工對通行能力的影響分析［J］.廊坊師范學院學報：自然科學版，2013，13（6）.

［7］ 金起波，趙源.改擴建公路施工區速度控制策略有效性評價研究［J］.公路與汽運，2013（6）.

［8］ 馬東方.面向瓶頸路段的城市交通信號控制動態優化方法［D］.長春：吉林大學，2012.

［9］ 石慧鈺.瓶頸路段交通流特性模擬分析［J］.科技信息，2012（18）.

［10］ 李磊，肖向良，梁睿.城市道路車道縮減區通行能力研究［J］.公路與汽運，2013（2）.

［11］ 劉偉，王立亮，林穎，等.城市道路施工影響區交通逐層分流疏導研究［J］.重慶交通大學學報：自然科學版，2014，33（6）.

U491.2

A

1671-2668（2016）05-0025-03

國家自然科學基金資助項目（51408065）；湖南省教育廳科學研究項目（14B003）

2016-06-13