高速公路改擴建施工期交通組織方案仿真分析

周建勛 郝新同 周明軍

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070）

在高速公路投入使用后，交通負荷不斷增強，在長時間的高負荷作用下，公路設(shè)施發(fā)生損害和老化的情況，因此需要對許多年代久遠的高速公路進行改擴建，確保其安全性。高速公路改擴建帶來的主要問題是交通擁擠問題，影響到正常行車。在改擴建施工中，原有道路交通會受到路側(cè)施工干擾，由施工導(dǎo)致的路側(cè)凈空間出現(xiàn)遮擋，導(dǎo)致駕駛員的視距不足，因而容易帶來行車事故，施工組織也會對導(dǎo)致車輛在形成時出現(xiàn)頻繁改道的情況。以上問題會使得施工項目路段受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致道路通行能力降低，道路的服務(wù)水平變差，而且也增加了交通事故風(fēng)險。交通組織仿真模型的應(yīng)用可以將影響交通有序進行的因素找出，結(jié)合其他交通分析技術(shù)獲得完整的交通組織數(shù)據(jù)，解決交通不暢問題。

1 高速公路改擴建交通組織建模方法

1.1 建模流程

現(xiàn)階段交通仿真系統(tǒng)較為完善，在高速公路改擴建交通組織仿真建模結(jié)構(gòu)中中主要包含了6個環(huán)節(jié)：

①設(shè)計仿真方案和仿真目標(biāo)；

②采集與分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

③建立靜態(tài)路網(wǎng)仿真模型；

④建立動態(tài)仿真模型；

⑤標(biāo)定仿真系統(tǒng)模型；

⑥運行系統(tǒng)和分析組織方案。

1.2 基本假定

對交通流組織產(chǎn)生影響的因素繁多且復(fù)雜，不同的影響因素所帶來的影響效果也存在差異。在進行建模工作前應(yīng)該將影響到模型的全部因素找出，將其中影響程度較小或者微弱的因素去除，最終借助于VISSIM模型模擬交通流具體情況，通過仿真模型假定各類基本影響因素帶來的影響。縱坡度導(dǎo)致的交通流影響一般集中在對大型車行車不便方面，在施工時通常會將大型車分配到周邊路網(wǎng)中緩解交通壓力，所以VISSIM模型的建立無需將時縱坡影響考慮在內(nèi)。此外，道路互通段所面臨的交通壓力相對較小，所以可以將分流交通量影響排除。通過分析得出建立仿真模型時主要考慮的條件為車道寬度、封閉車道數(shù)、限速條件和施工區(qū)長度等因素。

1.3 收集數(shù)據(jù)

建立高速公路改擴建交通組織仿真模型需要結(jié)合具體的道路數(shù)據(jù)進行分析與調(diào)整，這些數(shù)據(jù)主要有4項內(nèi)容。第一，公路網(wǎng)資料。仿真建模前需要收集施工高速公路路網(wǎng)數(shù)據(jù)，詳細掌握各中道路的信息。第二，公路幾何數(shù)據(jù)。需要掌握施工路段平面線形、橫斷面組成和縱斷面線形等信息。第三，交通流數(shù)據(jù)。掌握施工段交通量具體情況，了解交通增長率、交通組成、路段運行速度、交通分布系數(shù)、路段限速情況等情況。第四，施工組織資料。掌握施工段施工進度和改擴建設(shè)計資料等。

2 高速公路改擴建交通組織仿真模型

本文選擇了某高速公路改擴建路網(wǎng)進行了分析，主要以單向封閉交通組織模型為主探究了路網(wǎng)交通分流。

2.1 單向封閉交通組織

2.1.1 仿真模型

在該種模型中，主要設(shè)計了半幅封閉半幅通車方案，在進行交通仿真建模時選取了單施工段以及兩施工段合并與獨立模型進行了分析。半幅封閉模型中包含了警告段、作業(yè)區(qū)、上游漸變段、上游開口、上游緩沖段、上游合流點、下游緩沖段、下游漸變段、下游開口、下游合流點、終止段等。

2.1.2 仿真參數(shù)

對于設(shè)計參數(shù)的選取，施工作業(yè)區(qū)結(jié)合《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，具體的交通控制區(qū)參數(shù)的設(shè)計如下所示：上游漸變段的長度設(shè)計為20m，作業(yè)區(qū)長度為3km，警告段長度為1km，緩沖段長度為350m；下游漸變段長度設(shè)計為20m，緩沖段長度為350m，終止段長度為200m。此外，在設(shè)計施工路段參數(shù)時將行車速度確定為85km/h，車道寬3.75m，路基寬21.5m，分隔帶寬1.5m，硬路肩寬2.0m，左側(cè)路緣帶寬0.5m，土路肩寬0.5m。

2.2 仿真模型測試

按照現(xiàn)有的交通量資料進行分析對車輛期望車速進行了分析和修改，并對仿真車速的實際數(shù)據(jù)與實際車速進行了對照和分析。在修正仿真車速期望車速分布曲線時提出了異常的數(shù)據(jù)信息。開展建模校核作業(yè)時，一般圍繞著施工路段斷面車速進行比較，確定仿真結(jié)果的可靠性，如果仿真平均車速的平均數(shù)值未超過實際調(diào)查平均車速則表明仿真結(jié)果合理，這一偏差范圍為10km/h以下，如果超出這一數(shù)值則仿真模型缺乏合理性，因此要求仿真合格率至少控制在80%這一數(shù)值，如果低于這一數(shù)值，需要繼續(xù)進行仿真處理。

3 高速公路改擴建交通組織仿真結(jié)果

3.1 施工路段最小長度

在進行高速公路改擴建時通常采取分標(biāo)段施工的方法，不同施工段有著不同的施工間距，合理的設(shè)計施工路段間距有利于高速公路行車質(zhì)量和行車安全。首先，在施工段合并中，需要將兩施工路段進行合并，作為一個整體進行施工，這種方法需要確保中間兩車道能夠通行，這種方案需要設(shè)計出交織路段，同時選擇道路的兩側(cè)設(shè)計成為車輛行駛的區(qū)域，如果出現(xiàn)局部交通擁擠的問題，需要通過道路兩側(cè)空間緩解這一問題，在管理上較為容易，缺陷在于單向運行距離相對過長。在獨立施工中，需要對兩施工路段進行獨立的處理，建立起以中間路段為主的通行方法，這種方案的優(yōu)點在于利用空間相對較大，但是交織路段較多，如果發(fā)生交通阻塞問題，交通通行效果降低。在這些方案中，所設(shè)計的路段間隔為超過6km，最終的結(jié)果是合并方案行程延誤超過了10%這一數(shù)值，這種方法低于獨立方案行程延誤的時間，所以采取合并方案效果更好。如果路段間隔超過6km，結(jié)果顯示合并方案行程延誤未超過10%這一指標(biāo)，這種方法的行程延誤耗時相對較高，采用獨立方案效果更為良好。如果站在排隊長度這一角度思考，路段間隔未超過6km排隊問題較好的方法是獨立方案，反之則是合并方案。

3.2 控制區(qū)長度

3.2.1 上游漸變段和緩沖段

進行施工時，車流會經(jīng)過中央分隔帶行駛到對向車道中，這種情況是交織路段行車的主要因素。在該中方案中，交織匯流方式與變換車道形成了混合，因此為了防止出現(xiàn)交通流紊亂的現(xiàn)象，需要分割變換車道和交織匯流，具體操作為將2條車道整合為一條車流，之后在中央分隔帶開口出設(shè)置對向車道的變換車道。在進行仿真計算后得出設(shè)置單車道合流路段能夠有效地防止開口段出現(xiàn)車流交織情況，進而提高運行效率。通常而言，在施工時會采用25m左右的漸變段長度設(shè)計方案，而從仿真結(jié)果也可以看出其長度大于30m的效果更好。在單幅封閉模式下進行通車的仿真結(jié)果證明了緩沖段長度決定了車輛的平均車速，其長度增加車速在增加，400m為平均車速最高值。在設(shè)計緩沖段時如果將該段的長度延長超過400m那么平均車速會出現(xiàn)降低的趨勢，而且車輛的行程延誤會增減。

3.2.2 中央分隔帶開口

現(xiàn)階段中央分隔帶開口的設(shè)計通常保持在長40m~60m之間，在開口段車輛能夠進行變換車道，這種設(shè)計方式不利于被分流方向交通流向?qū)嚨佬旭偅铱赡艹霈F(xiàn)嚴(yán)重的交通阻塞問題。如果中央分隔帶開口長度的數(shù)值設(shè)計為40m，所測得的具體車速最低為20km/h，最高車速為35km/h。如果其開口長度設(shè)計為70m，車輛的平均速度范圍變化有所提升，能夠使得車流運行速度得到一定的改善，進而使得道路的通行能力得到提升。這種設(shè)計方法也能減少行程時間以及車輛的行程延誤時間。如果開口長度超過了100m，結(jié)果是相應(yīng)的車速也在增加，但是這種增加的幅會出現(xiàn)減小的趨勢。由于需要將施工現(xiàn)狀考慮在內(nèi)，所以開口長度并不是越長越好。

3.2.3 下游漸變段和緩沖段

在仿真單幅封閉模式時，選擇了300m~400m的漸變段設(shè)計方式，通過仿真結(jié)果可以了解到下游緩沖段長度決定了車輛的車速，其長度增加車速也會逐漸出現(xiàn)減少的趨勢。如果緩沖段長度超過了預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)后，那么車輛的行程延誤要超過10%，這種趨勢會持續(xù)出現(xiàn)增加的情況。所以根據(jù)仿真結(jié)果對交通標(biāo)志設(shè)置進行合理設(shè)計能夠使得下游緩沖段具體得到合理的控制。

3.3 限速位置與通行能力

正常而言，限速標(biāo)志的位置應(yīng)該設(shè)計在接近作業(yè)區(qū)路段，形成良好的警示組作用。在作業(yè)區(qū)前需要放置50km/h的限速標(biāo)志，而車輛在進入作業(yè)區(qū)還有需要降低行駛速度，而解除限速標(biāo)志需要在距離分流點200m處進行設(shè)置。按照限速標(biāo)志的設(shè)計方法和上游合流點距離差異性開展仿真分析，最終的結(jié)果表明，增加二者的距離，車輛的行程車速出現(xiàn)先增后減的趨勢。

4 結(jié)語

隨著交通業(yè)的發(fā)展，高速公路的負荷越來越大，在長時間行車后高速公路容易出現(xiàn)各類結(jié)構(gòu)問題，對高速公路進行改建和修整是確保道路行車的基礎(chǔ)，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，在改擴建和修整時進行交通流量仿真處理十分必要，本文分析了仿真模擬的具體方法，提出了改擴建時交通組織的方案，希望對于高速公路工程發(fā)展有著積極意義，使得高速公路改擴建過程變得更加順利，確保車輛行駛安全。