劉思華 （中南大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410075）

LIU Sihua (School of Traffic Engineering,Central South University,Changsha 410075,China)

1 工序設(shè)計優(yōu)化基礎(chǔ)

1.1 施工路段基本通行能力

參考高速路段基本路段通行能力的計算方法，高速公路施工路段的通行能力可以采用影響因素修正模型來進行計算，即在施工區(qū)實際環(huán)境或預(yù)計的道路和交通條件下，不考慮服務(wù)水平，在單位時間內(nèi)通過一條車道或一條車道上某一斷面的最大標準車輛數(shù)。它在基本通行能力的基礎(chǔ)上考慮了車道封閉形式、車道寬度、側(cè)向凈空、大型車比例、交通安全設(shè)施等影響因素修正后的施工區(qū)實際通行能力。

一般而言，該方法首先將分別研究單個因素對目標變量的影響，然后相乘，各種因素影響的施工區(qū)通行能力的數(shù)學模型為：

式中：C是施工期間高速路段的通行能力；Cb為施工前路段的通行能力；N為車道數(shù)；fp代表車道封閉形式對通行能力的修正系數(shù)；fw代表車道寬度和側(cè)向凈寬修正系數(shù)；fh代表大型車對通行能力的修正系數(shù)。

1.2 施工區(qū)對周邊路網(wǎng)的影響

施工位置、地點、周邊情況會影響施工工序的設(shè)計。確定施工區(qū)對路網(wǎng)的影響，本質(zhì)上是為了得到一個判定施工區(qū)對周邊路網(wǎng)影響程度的排序，得到排序的方法有以下幾種，最簡單的是直接計算施工區(qū)周邊路網(wǎng)復(fù)雜度。

另一種是利用綜合評價方法，對多個指標、多個施工區(qū)同時進行評價，根據(jù)綜合之后得到的影響程度的大小，對施工區(qū)影響程度進行排序比較分析，該方法相比單個指標的評價來說相對比較客觀和科學。綜合評價方法主要有：綜合評分法、綜合指數(shù)法、秩和比評價方法、功效系數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)度法、模糊綜合評價、層次分析法、因子分析以及其他降維方法，比較各種方法的優(yōu)缺點、適用性以及運用效果，根據(jù)實際情況選擇合適的方法進行施工影響重要度確定。多指標的施工區(qū)影響程度確定步驟如下所示：

第一步：指標選擇。施工區(qū)對路網(wǎng)的影響主要取決于周邊路網(wǎng)復(fù)雜度、與路網(wǎng)的連通度、周邊路網(wǎng)的交通流量以及通行能力。選擇的指標必須能夠全面反映路網(wǎng)效率，但指標不宜過多，應(yīng)該選取精簡且具有代表性的指標。評價指標分為兩類：分別是路網(wǎng)運行評價指標以及繞行費用評價指標。綜合以上要求，選擇飽和度來評價路網(wǎng)運行效率，飽和度是交通量與通行能力的比值，能夠比較直觀體現(xiàn)道路運行狀態(tài)，反映路段擁擠或暢通程度；選擇繞行距離來評價繞行費用。

第二步：施工分流路網(wǎng)構(gòu)造。施工對路網(wǎng)的影響主要體現(xiàn)在施工路段通行能力降低，需分流部分車流到周邊路網(wǎng)，最直接的影響就是與之相連通的其他高速路段、省道以及城市主要干道。確定施工期間對路網(wǎng)產(chǎn)生的影響，首先要明確分流路段的狀態(tài)。本文主要研究對象為過境交通流，城市內(nèi)部出行產(chǎn)生的交通量不影響需要分流的車流量，因此，將施工前各個路段上的流量當做路段上的固有屬性，只考慮其路段剩余通行能力作為進行分配的基礎(chǔ)。分流路段交通量、過境交通流出行OD等可以根據(jù)路段歷史過境交通流數(shù)據(jù)推算得到。

第三步：施工期間交通分配。施工前路段a的交通量為qa，通行能力為Ca，利用BPR函數(shù)可以得到城市道路各路段上的在進行交通分配時的初始阻抗。

第四步：進行綜合評價。利用交通分配得到的數(shù)據(jù)各路段飽和度及繞行路徑，通過綜合評價得到各施工區(qū)施工對周邊路網(wǎng)影響程度的一個排序。施工區(qū)影響程度綜合評價如圖1所示：

圖1 施工區(qū)影響程度綜合評價

其算法步驟如下所示：

Step1：根據(jù)需要分流車輛數(shù)確定繞行路線，構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)圖G N,（A） ，點集N（包括外部端點，交叉口和匝道，其中外部端點數(shù)量為u0、平面交叉口數(shù)量為u1、立體交叉口數(shù)量為u2、入口匝道數(shù)量為u3），路段集A（已知路段信息，車道數(shù)、流量、通行能力等），分流路徑集（分流路徑及其路徑上的流量可以通過交通分配得到），路徑上的流量集合為q繞行路徑上時間

施工期間車輛繞行示意圖如圖2所示：

圖2 施工期間車輛繞行示意圖

Step2：進行施工期間過境交通流交通分配，輸出路段飽和度等參數(shù)。

Step3：建立路網(wǎng)效率和駕駛員繞行費用綜合評價機制，計算施工期間影響程度，重復(fù)n次以上步驟，最后得到施工區(qū)影響程度集合為從大到小依次排序。

2 施工工序確定

2.1 施工區(qū)數(shù)量確定

首先利用貪婪思想在區(qū)域路網(wǎng)能夠承載的情況下盡可能地增大同時進行施工的施工區(qū)數(shù)量，該方法是在施工路段周邊尋找分流線路，利用TransCAD軟件進行交通流重新分配和滾動優(yōu)化，評估多個施工區(qū)進行施工時，該區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)的飽和情況，以此作為確定多個施工區(qū)同時存在的評判標準，尋找確定合理工序。其求解的流程如圖3所示。

圖3 同一階段施工區(qū)確定

這樣基于貪婪思想可以得到求解最大施工區(qū)數(shù)量的方法，該算法步驟如下：

Step0：初始化。l為同一階段施工的集合，令l=｛｝，路網(wǎng)中存在n個施工區(qū)，編號為｛l1, l2,…,ln｝，其總集合為L。

Step1：判斷不在施工集合l中的施工區(qū)單獨進行施工時對路網(wǎng)產(chǎn)生的影響，影響最小的施工區(qū)為li，當前階段施工集合為l=｛l,li｝。

Step2：利用TransCAD軟件進行施工期間路網(wǎng)流量加載，其本質(zhì)是將高速公路因為施工不能滿足的交通量分流到周邊道路，最大施工區(qū)數(shù)量取決于周邊路網(wǎng)的剩余通行能力。因為每個施工區(qū)所在位置不同，當?shù)氐娜丝凇⒔?jīng)濟、發(fā)展情況以及路網(wǎng)情況有所不同，周邊道路的通行能力剩余不同。統(tǒng)計當前路網(wǎng)狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)，包括路段通行能力車流量｝以及計算得到飽和度｝等。

2.2 施工階段確定

將最大施工區(qū)數(shù)量確定都當做一個施工階段，直到施工結(jié)束為止，所有施工階段的工期求和最小。將找到施工區(qū)數(shù)量的過程作為一個階段，找到能夠同時存在的最大施工區(qū)數(shù)量之后，由于每個施工區(qū)的工期存在差異，下面討論兩種情況；施工區(qū)工期相等的情況以及施工區(qū)工期不相等的情況。所有施工區(qū)工期的集合為

（1）施工區(qū)工期相等。令d1=d2=…=dh=d，第一階段結(jié)束后，已經(jīng)進行施工的施工區(qū)全部施工完成，不存在個別施工區(qū)還未施工完的情況，將在第一階段已經(jīng)完成的施工區(qū)的通行能力進行更新，在更新路網(wǎng)狀態(tài)的情況下，再次進行下一次搜索，以此類推知道所有施工區(qū)都施工完成。直到所有施工區(qū)施工完成，一共進行了m次最小施工區(qū)數(shù)量確定，將施工總的工期劃分為s個階段，則總的工期為T：

（2）施工區(qū)工期不相等。上文提到的工期相等是比較理想化的情況，而在生產(chǎn)實踐中會因為當?shù)氐缆窏l件、甚至是社會經(jīng)濟條件，不同施工區(qū)之間的工期會存在差異。當不同施工區(qū)的工期都不相同的時候，其中最短工期的施工期結(jié)束的時候，有的施工區(qū)可能只完成了施工工期的一半，所有施工區(qū)結(jié)束的時間都不一樣。選擇在哪一個施工區(qū)結(jié)束時結(jié)束階段是一個難點，假設(shè)階段結(jié)束后一半的施工區(qū)都施工完成，那么未完成的施工區(qū)下一階段還必須進行施工，更新其施工工期，將已經(jīng)完成的施工區(qū)看做能夠順暢通行的路段，更新路網(wǎng)，再次增加施工區(qū)的數(shù)量直到路網(wǎng)不能承載，施工區(qū)的數(shù)量也不能再增加。

算法思路為：第k階段施工的施工區(qū)為Lk包含p個施工區(qū)，給它們的工期從大到小排序Dk其對應(yīng)施工區(qū)集合｝將最早施工完成的施工區(qū)結(jié)束的時間點作為第一階段結(jié)束的時間點，更新對應(yīng)施工區(qū)將施工區(qū)lb從集合L刪除，更新施工集合，直到L中所有元素都被刪除。其流程如圖4所示：

圖4 施工階段確認

該算法步驟為：

Step1：輸入施工區(qū)總集合L和對應(yīng)工期集合D，利用上節(jié)提到的算法確認現(xiàn)階段最大施工區(qū)，其集合按照施工工期從大到小依次排序，對應(yīng)工期為其對應(yīng)工期為

Step3：階段檢驗，若施工區(qū)集合L是否為空集，若是則算法結(jié)束，輸出階段及其具體施工安排；否則令k=k+1，轉(zhuǎn)入Step1。

3 實例分析

本文依托實際項目對一條高速施工期間的施工工序運用文章提出的算法進行了實例分析，該條需要進行施工的高速公路長度為36.46km，周邊路網(wǎng)中一共有15條主要線路，6條高速路（其中59至66為需要施工改造的高速公路路段），2條快速路，5條城市主干路，2條城市次干路，共 67個路段。10個起訖點，22個立體交叉口，12個平面交叉口，共32個交叉口（其中與高速路相連接的匝道入口為22個）。本文的研究對象為過境交通，原始數(shù)據(jù)為高峰小時交通量，單位為pcu/h。

進行施工工序設(shè)計優(yōu)化需要的路網(wǎng)信息及出行信息，由建設(shè)單位提供。資料來源：既有OD調(diào)查資料、收費站資料以及建設(shè)單位于2014年5月自行組織人員對該高速公路進行斷面及匝道24h交通量調(diào)查的相關(guān)資料，以上數(shù)據(jù)主要是高速以及部分快速路的數(shù)據(jù)，城市路網(wǎng)數(shù)據(jù)來源于歷史數(shù)據(jù)以及第三方數(shù)據(jù)平臺（高德地圖、百度地圖等）。以上資料比較準確，針對性較強，距今時間跨度較短，基本能反映項目影響區(qū)域路網(wǎng)交通出行特點及流量流向，可以作為該高速公路施工工序設(shè)計優(yōu)化的基礎(chǔ)。

最后通過該方法得到的施工工序安排應(yīng)用于實際的高速公路施工過程中，達到了提高建設(shè)效率、縮短工期、節(jié)約資源的效果。

4 總 結(jié)

當前施工沒有較好、較科學的工序確認方法，通過貪婪思想在區(qū)域路網(wǎng)能夠承載的情況下盡可能地增大同時進行施工的施工區(qū)數(shù)量，該方法通過在施工路段周邊尋找分流線路，利用TransCAD軟件進行交通流重新分配和滾動優(yōu)化，評估多個施工區(qū)進行施工時，該區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)的飽和情況，以此作為確定多個施工區(qū)同時存在的評判標準，尋找確定合理工序的方法，同時考慮施工工期相等和施工工期各不相同兩種情況。該方法簡單、有效，可以為實際生產(chǎn)實踐提供指導(dǎo)，提高施工效率，減少資源上的浪費。