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        高速公路改擴(kuò)建施工期交通組織方案仿真分析

        2021-10-28 05:33:20劉艷強(qiáng)
        山西交通科技 2021年4期
        關(guān)鍵詞:晉城交通量分流

        劉艷強(qiáng)

        (山西省交通科技研發(fā)有限公司,山西 太原 030032)

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,早期修建的高速公路交通量增長(zhǎng)較快,年平均增長(zhǎng)率多在10%以上,甚至達(dá)到20%以上。交通量增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)項(xiàng)目規(guī)劃立項(xiàng)時(shí)的預(yù)測(cè)值,部分高速服務(wù)水平明顯降低,已經(jīng)不能適應(yīng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,迫切需要對(duì)原路進(jìn)行改擴(kuò)建,高速公路改擴(kuò)建工程不可避免地成為未來(lái)交通發(fā)展的重要方向[1-2]。高速公路改擴(kuò)建過(guò)程中將面臨的問題是:通行能力大幅折減、交通流處于不穩(wěn)定狀態(tài)、車輛間沖突增加等[3],由此需要對(duì)改擴(kuò)建施工期交通組織方案開展分析驗(yàn)證。

        依據(jù)山西省晉陽(yáng)高速改擴(kuò)建施工期的交通組織方案,利用VISSIM軟件進(jìn)行交通仿真分析,從斷面通過(guò)流量、車輛平均延誤的情況分析改擴(kuò)建方案的合理性,可為改擴(kuò)建施工期交通組織方案的設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供思路和參考。

        1 仿真模型建立

        1.1 建模思路

        改擴(kuò)建交通組織仿真建模包括如下流程:a)確定交通組織仿真分析目標(biāo)、設(shè)計(jì)交通組織仿真分析方案、界定交通仿真分析區(qū)域、選擇交通仿真分析精度;b)采集和分析高速公路仿真模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù),包括幾何數(shù)據(jù)、道路網(wǎng)絡(luò)、車流密度、車頭時(shí)距、車速和其他數(shù)據(jù)等;c)根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料,建立靜態(tài)路網(wǎng)模型、交通樞紐模型和路段特征模型;d)建立各路段交通流量模型、車輛速度仿真模型、駕駛員仿真模型、交通控制與管理模型等動(dòng)態(tài)仿真模型;e)調(diào)整和校準(zhǔn)交通仿真系統(tǒng)模型;f)分析交通組織方案。

        依據(jù)可研報(bào)告中的實(shí)施方案和交通量分析及預(yù)測(cè)部分,對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析,發(fā)掘施工類型對(duì)施工路段交通特性的影響是否顯著,確定VISSIM仿真場(chǎng)景;檢驗(yàn)速度、速度變化趨勢(shì)以及車頭時(shí)距在不同施工布置下是否存在差異,并采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)場(chǎng)景參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,使VISSIM仿真結(jié)果更加貼近實(shí)際情況。

        1.2 交通參數(shù)

        晉陽(yáng)高速原為雙向四車道通行(4×3.75 m),設(shè)計(jì)速度60 km/h;擬采取的改擴(kuò)建方案為雙向四車道改為雙向八車道(8×3.75 m),設(shè)計(jì)速度80 km/h。根據(jù)交通調(diào)查結(jié)果,晉陽(yáng)高速客車比重72.6%,貨車比重27.4%。在改擴(kuò)建期間,考慮到改擴(kuò)建施工的復(fù)雜性及部分路段平縱指標(biāo)偏低,擬對(duì)長(zhǎng)途貨運(yùn)車輛采取分流措施,降低安全風(fēng)險(xiǎn),提高通行能力。故改擴(kuò)建期間取晉城至陽(yáng)城方向高峰小時(shí)交通量約為2390×72.6%=1735 veh/h,陽(yáng)城至?xí)x城方向高峰小時(shí)交通量約為2491×72.6%=1808 veh/h;周村互通立交出口高峰小時(shí)交通量為462×72.6%=335 veh/h,入口高峰小時(shí)交通量約為490×72.6%=356 veh/h。

        1.3 仿真場(chǎng)景

        針對(duì)改擴(kuò)建前、改擴(kuò)建施工中、改擴(kuò)建后分別設(shè)計(jì)6種仿真試驗(yàn)場(chǎng)景如圖1所示。在仿真軟件中,統(tǒng)計(jì)仿真時(shí)長(zhǎng)1 000~3 600 s的情況下通過(guò)道路斷面的交通量和通過(guò)整個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)景車輛的平均延誤結(jié)果。

        圖1 仿真試驗(yàn)場(chǎng)景

        2 仿真模型分析

        2.1 改擴(kuò)建方案有效性分析

        將6種場(chǎng)景下的仿真試驗(yàn)結(jié)果取平均后,繪制于柱狀圖2、圖3中。分析可知,交通量增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致通過(guò)道路橫斷面的車輛數(shù)及車輛延誤增大,交通量的增長(zhǎng)會(huì)給道路通行能力和服務(wù)水平提出新的要求;采取的道路改擴(kuò)建方案能有效降低車輛延誤,保障道路通行能力和服務(wù)水平。

        圖2 平均流量試驗(yàn)結(jié)果

        圖3 平均延誤/路段長(zhǎng)度試驗(yàn)結(jié)果

        改擴(kuò)建施工中不同路段的平均流量明顯小于改擴(kuò)建施工前后路段平均流量,改擴(kuò)建施工中不同路段的平均延誤/路段長(zhǎng)度同樣小于改擴(kuò)建施工前后路段平均延誤/路段長(zhǎng)度,這主要與保通方案在施工期間對(duì)長(zhǎng)途貨運(yùn)車輛采取分流措施有關(guān),該措施可以保證高速公路在改擴(kuò)建期間仍能提供較高的服務(wù)水平。

        綜上,將晉陽(yáng)高速由四車道改建為八車道有利于提高道路通行能力和服務(wù)水平;改擴(kuò)建期間路段不同斷面平均流量相差不大,車輛延誤較低,說(shuō)明改擴(kuò)建施工中采取的保通方案具有一定的合理性。

        2.2 突發(fā)情況與對(duì)策分析

        為探究改擴(kuò)建施工中交通事故、交通量激增、惡劣天氣等突發(fā)情況及相關(guān)對(duì)策條件下改擴(kuò)建方案的有效性,對(duì)上述仿真場(chǎng)景2~場(chǎng)景4,改變其參數(shù)設(shè)定后,進(jìn)行仿真試驗(yàn)與分析,鑒于篇幅原因,文中未列出詳細(xì)仿真結(jié)果數(shù)據(jù),僅給出仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn)結(jié)果分析。

        2.2.1 事故與對(duì)策

        采取在交通事故點(diǎn)設(shè)置紅綠燈、限制車輛通行的方法減小下游離去率,從而模擬交通事故對(duì)交通擁堵產(chǎn)生的實(shí)際影響。事故未發(fā)生時(shí),將該節(jié)點(diǎn)信號(hào)燈設(shè)置為綠色模擬無(wú)事故;當(dāng)事故發(fā)生后,將該節(jié)點(diǎn)信號(hào)燈設(shè)置為紅色模擬交通擁堵,設(shè)置紅色信號(hào)燈時(shí)長(zhǎng)為1 800 s。此外,在信號(hào)燈前方設(shè)置200 m長(zhǎng)度的減速區(qū),期望速度為20 km/h。高速公路實(shí)際情況中并未設(shè)置紅綠燈,以上設(shè)置方式僅是為了在VISSIM交通仿真中模擬交通事故對(duì)事故點(diǎn)及下游交通的影響。在交通事故對(duì)策方面主要考慮交通誘導(dǎo),仿真方案利用路段連接器將交通流提前誘導(dǎo)至未發(fā)生交通事故的車道。利用交通事故前后斷面平均流量之比對(duì)交通事故的影響進(jìn)行評(píng)價(jià),定義評(píng)價(jià)指標(biāo)如式(1)所示。

        式中:C1為交通事故發(fā)生后斷面平均流量;C2為交通事故發(fā)生前斷面平均流量。

        經(jīng)仿真試驗(yàn),在雙側(cè)拼寬和單側(cè)拓寬的改擴(kuò)建施工方案中,若交通事故發(fā)生后封閉內(nèi)側(cè)車道或外側(cè)車道,k值約為0.85~0.86。在雙側(cè)拼寬改擴(kuò)建方案中,交通誘導(dǎo)前后,k值提升7%~8%達(dá)到0.93左右;在單側(cè)拓寬改擴(kuò)建方案中,交通誘導(dǎo)前后,k值提升3%~4%達(dá)到0.88~0.89。這表明雙側(cè)拼寬和單側(cè)拓寬的改擴(kuò)建施工方案中,若出現(xiàn)交通事故占用一條車道的情況,斷面通行能力會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降;在雙側(cè)拼寬改擴(kuò)建施工方案中采用交通誘導(dǎo)措施作用比單側(cè)拓寬改擴(kuò)建施工方案中更加顯著。

        2.2.2 交通量激增與對(duì)策

        仿真方案為將交通量擴(kuò)大至原來(lái)的3倍。仿真統(tǒng)計(jì)仿真時(shí)長(zhǎng)1 000~3 600 s。在交通量激增對(duì)策方面主要考慮分流,參考類似高速公路改擴(kuò)建工程及該項(xiàng)目依托工程晉陽(yáng)高速的特點(diǎn),在仿真方案中主要考慮15%、30%兩種分流比例。利用輸入交通量與斷面平均流量的關(guān)系對(duì)交通量激增造成的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。定義評(píng)價(jià)指標(biāo)如式(2)所示。

        式中:C1為交通量激增后(或交通流激增狀況下采取分流措施后)斷面平均流量;V1為交通量激增后(或交通流激增狀況下采取分流措施后)輸入交通量;C2為交通量激增前斷面平均流量;V2為交通量激增前輸入交通量。

        經(jīng)仿真試驗(yàn),雙側(cè)拼寬和單側(cè)拓寬的改擴(kuò)建施工方案中,若出現(xiàn)交通量激增的情況,斷面通行能力下降;在雙側(cè)拼寬改擴(kuò)建施工方案的第一、二階段,晉城至陽(yáng)城方向需分流15%,陽(yáng)城至?xí)x城方向需分流30%;在單側(cè)拓寬改擴(kuò)建施工方案的第一階段,需雙向分流30%,在單側(cè)拓寬改擴(kuò)建施工方案的第二階段,晉城至陽(yáng)城方向和陽(yáng)城至?xí)x城方向需分別分流15%和30%。

        2.2.3 惡劣天氣與對(duì)策

        考慮因惡劣天氣(如冰、雪、雨、霧等)引起的車輛運(yùn)行速度下降,以及其導(dǎo)致的道路擁擠程度的改變。仿真方案將期望車速修改為30 km/h。仿真統(tǒng)計(jì)仿真時(shí)長(zhǎng)1 000~3 600 s。在惡劣天氣對(duì)策方面主要考慮分流,仿真方案中主要考慮15%、30%兩種分流比例。利用車道占有率的改變對(duì)惡劣天氣造成的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。定義評(píng)價(jià)指標(biāo)如式(3)所示。

        式中:R1為惡劣天氣條件下(或惡劣天氣條件下采取分流措施后)道路占有率;R2為正常天氣條件下道路占有率。

        經(jīng)仿真試驗(yàn),雙側(cè)拼寬和單側(cè)拓寬的改擴(kuò)建施工方案中,惡劣天氣對(duì)道路占有率的影響主要體現(xiàn)在晉城至陽(yáng)城方向,陽(yáng)城至?xí)x城方向影響不大。在對(duì)策方面,建議對(duì)晉城至陽(yáng)城方向交通流分流30%左右。

        3 結(jié)語(yǔ)

        采用VISSIM交通仿真分析方法,探討了晉陽(yáng)高速改擴(kuò)建方案的合理性以及施工期交通組織方案及其應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的有效性。得出以下主要結(jié)論:

        a)將晉陽(yáng)高速由四車道改建為八車道的改擴(kuò)建方案有利于提高道路通行能力和服務(wù)水平。

        b)在改擴(kuò)建施工期間,路段不同斷面的平均流量相差不大,車輛延誤較低,說(shuō)明改擴(kuò)建施工中采取的保通方案是合理可行的。

        c)交通誘導(dǎo)措施對(duì)通行能力提升作用顯著,交通流激增或惡劣天氣時(shí)需要調(diào)整交通分流措施。

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