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(fù)荷不斷增強(qiáng)，在長時(shí)間的高負(fù)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(duì)許多年代久遠(yuǎn)的高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建，確保其安全性。高速公路改擴(kuò)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(kuò)建施工中，原有道路交通會(huì)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(huì)對(duì)導(dǎo)致車輛在形成時(shí)出現(xiàn)頻繁改道的情況。以上問題會(huì)使得施工項(xiàng)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(xiǎn)。交通組織仿真模型的應(yīng)用可以將影響交通有序進(jìn)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(kuò)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(kuò)建交通組織仿真建模結(jié)構(gòu)中中主要包含了6個(gè)環(huán)節(jié)：

①設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)仿真模型；

⑤標(biāo)定仿真系統(tǒng)模型；

⑥運(yùn)行系統(tǒng)和分析組織方案。

1.2 基本假定

對(duì)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(jìn)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?？v坡度導(dǎo)致的交通流影響一般集中在對(duì)大型車行車不便方面，在施工時(shí)通常會(huì)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(shí)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(duì)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(shí)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(kuò)建交通組織仿真模型需要結(jié)合具體的道路數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與調(diào)整，這些數(shù)據(jù)主要有4項(xiàng)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(xì)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(yùn)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(jìn)度和改擴(kuò)建設(shè)計(jì)資料等。

2 高速公路改擴(kuò)建交通組織仿真模型

本文選擇了某高速公路改擴(kuò)建路網(wǎng)進(jìn)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(jì)了半幅封閉半幅通車方案，在進(jìn)行交通仿真建模時(shí)選取了單施工段以及兩施工段合并與獨(dú)立模型進(jìn)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(diǎn)、下游緩沖段、下游漸變段、下游開口、下游合流點(diǎn)、終止段等。

2.1.2 仿真參數(shù)

對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)的選取，施工作業(yè)區(qū)結(jié)合《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體的交通控制區(qū)參數(shù)的設(shè)計(jì)如下所示：上游漸變段的長度設(shè)計(jì)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(jì)為20m，緩沖段長度為350m，終止段長度為200m。此外，在設(shè)計(jì)施工路段參數(shù)時(shí)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(jìn)行分析對(duì)車輛期望車速進(jìn)行了分析和修改，并對(duì)仿真車速的實(shí)際數(shù)據(jù)與實(shí)際車速進(jìn)行了對(duì)照和分析。在修正仿真車速期望車速分布曲線時(shí)提出了異常的數(shù)據(jù)信息。開展建模校核作業(yè)時(shí)，一般圍繞著施工路段斷面車速進(jìn)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(shí)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(jìn)行仿真處理。

3 高速公路改擴(kuò)建交通組織仿真結(jié)果

3.1 施工路段最小長度

在進(jìn)行高速公路改擴(kuò)建時(shí)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(jì)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(jìn)行合并，作為一個(gè)整體進(jìn)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(jì)出交織路段，同時(shí)選擇道路的兩側(cè)設(shè)計(jì)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(yùn)行距離相對(duì)過長。在獨(dú)立施工中，需要對(duì)兩施工路段進(jìn)行獨(dú)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(diǎn)在于利用空間相對(duì)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(jì)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(dú)立方案行程延誤的時(shí)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(shí)相對(duì)較高，采用獨(dú)立方案效果更為良好。如果站在排隊(duì)長度這一角度思考，路段間隔未超過6km排隊(duì)問題較好的方法是獨(dú)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(jìn)行施工時(shí)，車流會(huì)經(jīng)過中央分隔帶行駛到對(duì)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(duì)向車道的變換車道。在進(jìn)行仿真計(jì)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(jìn)而提高運(yùn)行效率。通常而言，在施工時(shí)會(huì)采用25m左右的漸變段長度設(shè)計(jì)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(jìn)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(jì)緩沖段時(shí)如果將該段的長度延長超過400m那么平均車速會(huì)出現(xiàn)降低的趨勢，而且車輛的行程延誤會(huì)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(jì)通常保持在長40m~60m之間，在開口段車輛能夠進(jìn)行變換車道，這種設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)為70m，車輛的平均速度范圍變化有所提升，能夠使得車流運(yùn)行速度得到一定的改善，進(jìn)而使得道路的通行能力得到提升。這種設(shè)計(jì)方法也能減少行程時(shí)間以及車輛的行程延誤時(shí)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(huì)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(shí)，選擇了300m~400m的漸變段設(shè)計(jì)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(huì)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(huì)持續(xù)出現(xiàn)增加的情況。所以根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)交通標(biāo)志設(shè)置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)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(diǎn)200m處進(jìn)行設(shè)置。按照限速標(biāo)志的設(shè)計(jì)方法和上游合流點(diǎn)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(fù)荷越來越大，在長時(shí)間行車后高速公路容易出現(xiàn)各類結(jié)構(gòu)問題，對(duì)高速公路進(jìn)行改建和修整是確保道路行車的基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在改擴(kuò)建和修整時(shí)進(jìn)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(kuò)建時(shí)交通組織的方案，希望對(duì)于高速公路工程發(fā)展有著積極意義，使得高速公路改擴(kuò)建過程變得更加順利，確保車輛行駛安全。