申 威 覃 薇 陳科宇

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 南寧 530029)

隨著城市空間快速發(fā)展,欽江兩岸交通聯(lián)系日益密切。根據(jù)現(xiàn)狀交通流量調(diào)查顯示,城區(qū)東西方向交通出行主要表現(xiàn)為跨江交通,高峰時(shí)段橋梁飽和度較高,已趨近其通行能力瓶頸,難以滿足日益增長的跨江交通需求。另一方面,由于運(yùn)河項(xiàng)目建設(shè)時(shí)對(duì)城市路網(wǎng)造成割裂,形成斷頭路,影響兩岸交通,制約城市發(fā)展。這導(dǎo)致保通工程建設(shè)難度比橋梁改建工程自身更高,保通方案的優(yōu)劣成為橋梁改建能否順利實(shí)施,區(qū)域路網(wǎng)能否正常運(yùn)營的關(guān)鍵。

針對(duì)交通仿真模型快速建立,熊子瑜等[1]以京滬高速改擴(kuò)建項(xiàng)目為背景,研究算法以解決應(yīng)用流程中的快速建模及方案展示,結(jié)果表明,采用BIM技術(shù)可有效提高交通組織方案驗(yàn)證的工作效率;針對(duì)城市路網(wǎng)施工期間的交通組織問題,韓超[2]提出基于時(shí)間-服務(wù)水平的交通影響范圍的確定辦法,并以實(shí)際工程進(jìn)行分析,驗(yàn)證了方法的可行性。

目前運(yùn)河建設(shè)存在沿線城區(qū)跨線橋梁群受工期限制,需同批次拆建所帶來的影響范圍廣、交通組織難且國內(nèi)外尚無先例參考的現(xiàn)實(shí)問題,國內(nèi)外相關(guān)研究甚少,且主要側(cè)重于公路改擴(kuò)建交通組織仿真。本文以平陸運(yùn)河欽州城區(qū)段跨線橋梁工程為例,對(duì)跨線橋梁群集中改建保通方案仿真技術(shù)開展研究。

1 工程概況

平陸運(yùn)河欽州城區(qū)段現(xiàn)有橋梁包括3類:城市橋梁、公路橋梁、鐵路橋梁,共9座。其中除欽江雙線特大橋滿足平陸運(yùn)河通航凈空要求,采用橋墩防護(hù)外,其余橋梁均不滿足平陸運(yùn)河通航凈空要求,需拆除重建。針對(duì)運(yùn)河河道寬、通航防洪要求高等問題和保障施工期間市區(qū)內(nèi)跨江交通的需求,并考慮運(yùn)河總工期控制,需對(duì)城區(qū)段重建跨江橋梁開展專項(xiàng)保通方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。現(xiàn)狀橋梁分布見圖1。

圖1 平陸運(yùn)河欽州城區(qū)段跨江橋梁及周邊路網(wǎng)現(xiàn)狀

2 施工期臨時(shí)保通設(shè)計(jì)原則

1) 根據(jù)橋梁方案進(jìn)行施工保通工程設(shè)計(jì)。保通方案主要采用設(shè)置臨時(shí)保通橋梁形式。如橋梁采用半幅改建方案,交通組織充分利用半幅通行;對(duì)于無法利用現(xiàn)狀橋梁通行方案,采用鋼便橋臨時(shí)保通。

2) 通過充分交通調(diào)查開展保通方案設(shè)計(jì)。 充分利用保通橋梁交通疏導(dǎo)能力,施工期間交通組織盡量減小車輛繞行對(duì)周邊路網(wǎng)的影響,尤其是保障組團(tuán)間溝通順暢,確保交通干道基本暢通,保證過往行人、車輛的通行安全。

3) 交通保通方案通過精細(xì)化設(shè)計(jì),有效引導(dǎo)兩岸交通出行,通過設(shè)置交通設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)端和近端交通引導(dǎo)。注重交通安全設(shè)計(jì),充分考慮非機(jī)動(dòng)車和行人通行權(quán),以及出行安全。

3 保通方案仿真方法與步驟

本項(xiàng)目需要對(duì)跨線橋梁施工期間欽州城區(qū)的路網(wǎng)交通組織方案進(jìn)行仿真評(píng)價(jià),其既具有一定的區(qū)域特征,又涉及到路段、交叉口的交通組織等微觀層面,無法應(yīng)用單一的仿真模型進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。針對(duì)城區(qū)范圍和交通特性,采用將TransCAD 宏觀仿真分析軟件、Vissim微觀仿真軟件與BIM軟件相結(jié)合的仿真分析方法[3-6],對(duì)施工期間保通設(shè)計(jì)方案的合理性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),保通組織方案仿真流程見圖2。

圖2 保通組織方案仿真流程

具體操作步驟為:

1) 現(xiàn)狀交通量調(diào)查與分析。采集跨江橋梁所在道路及交叉口各車輛類型流量調(diào)查數(shù)據(jù),作為路網(wǎng)仿真建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時(shí)分析得到各道路斷面和交叉口的早高峰時(shí)段及晚高峰時(shí)段,以及施工期間城區(qū)內(nèi)跨江通道車道需求數(shù)量。

2) 獲取現(xiàn)狀OD矩陣。結(jié)合城區(qū)道路等級(jí)、行政界限、自然地理分隔等因素將欽州城區(qū)進(jìn)行交通小區(qū)劃分,在TransCAD軟件中快速建立城區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)模型,輸入前期交通調(diào)查數(shù)據(jù),得到現(xiàn)狀交通分布OD矩陣。

3) 交通分配。利用現(xiàn)狀OD反推矩陣,結(jié)合施工保通設(shè)計(jì)方案,對(duì)施工期間最不利情況下路網(wǎng)方案進(jìn)行交通流量分配,得到跨線橋梁群施工期間區(qū)域路網(wǎng)交通流數(shù)據(jù)。

4) 微觀仿真模擬與評(píng)價(jià)。依據(jù)保通設(shè)計(jì)方案,使用BIM軟件快速建立仿真區(qū)域路網(wǎng)模型,直接導(dǎo)入Vissim軟件中,輸入施工期間相應(yīng)區(qū)域路網(wǎng)交通流數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化仿真模擬,最終輸出相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)開展評(píng)價(jià)工作。

5) 保通設(shè)計(jì)方案表達(dá)與決策。選取各節(jié)點(diǎn)保通設(shè)計(jì)方案“最優(yōu)解”,從Vissim中輸出車輛軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM模擬軟件中進(jìn)行方案可視化漫游,便于參建各方對(duì)方案的了解及決策。

4 宏觀交通分析

本次仿真分析采用2007年綜合交通調(diào)查成果資料作為交通分析與預(yù)測(cè)的依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。考慮施工期間不可避免地存在城區(qū)所有跨江橋梁均處于施工狀態(tài)的時(shí)間段,以此期間為區(qū)域路網(wǎng)及跨江橋梁道路交通條件最差,交通壓力最大,出行狀況最不利的情況。對(duì)該狀況下的區(qū)域路網(wǎng)及跨江橋梁進(jìn)行交通仿真評(píng)價(jià),可以較好地驗(yàn)證保通方案的合理性。

4.1 現(xiàn)狀OD反推

結(jié)合城區(qū)道路等級(jí)、行政界限、自然地理分隔等因素,確定項(xiàng)目影響區(qū)域并劃分交通小區(qū),根據(jù)居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)、路段及交叉口流量調(diào)查數(shù)據(jù)開展交通分析,得到核查線斷面車流量、重要交叉口車流量并作為調(diào)查樣本,將基于抽樣的居民出行調(diào)查OD分布情況作為先驗(yàn)OD矩陣輸入到仿真模型中。運(yùn)用TransCAD內(nèi)置的OD反推模塊進(jìn)行OD矩陣的推算,經(jīng)過反復(fù)循環(huán)迭代后輸出最終的OD矩陣反推結(jié)果,見圖3。

圖3 OD反推路段流量分配結(jié)果

4.2 交通分配

利用OD反推矩陣,結(jié)合施工交通組織方案,對(duì)最不利情況下路網(wǎng)方案進(jìn)行交通流量分配,得到本項(xiàng)目交通流量,見圖4。

圖4 施工期間區(qū)域路網(wǎng)交通流量分配結(jié)果

由圖4可見,施工期間區(qū)域路網(wǎng)交通壓力主要集中在保通橋梁及與其相交的鄰近干路交叉口處,橋梁周邊路網(wǎng)總體情況基本良好。

4.3 影響范圍確定

確定原則為:若節(jié)點(diǎn)周圍為次干路或支路,以最近的主干路或次干路合圍區(qū)域?yàn)橛绊懛秶?若節(jié)點(diǎn)周圍為主干路,則以最近的次干路或交通功能較強(qiáng)的支路合圍區(qū)為影響范圍。影響區(qū)域內(nèi)施工期間道路斷面情況見表1。

表1 影響區(qū)域施工期間路網(wǎng)一覽表

4.4 跨江橋梁飽和度和高峰小時(shí)交通量分析

通過基于TransCAD的宏觀交通仿真分析,施工期間跨線橋梁高峰小時(shí)交通量和飽和度計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 跨線橋梁高峰小時(shí)交通量、飽和度

5 微觀交通仿真分析

從宏觀交通分析仿真結(jié)果可以看出,在最不利情況,即跨江通道都采用保通方案通行時(shí),保通壓力大幅增加,早高峰橋梁均為飽和狀態(tài)運(yùn)行,跨江橋梁交通量已基本接近通行能力瓶頸。為驗(yàn)證各節(jié)點(diǎn)橋梁保通方案交通疏導(dǎo)能力,利用宏觀交通仿真分析所得到的交通流量數(shù)據(jù),采用Bentley系列、PTV Vissim等專業(yè)軟件開展各節(jié)點(diǎn)保通方案BIM+交通仿真分析工作,工作流程見圖5。

圖5 BIM+交通仿真分析工作流程圖

5.1 BIM模型創(chuàng)建

依據(jù)各節(jié)點(diǎn)橋梁保通方案設(shè)計(jì)資料,利用Bentley系列、Global Mapper等軟件分別建立橋梁拆建施工影響區(qū)域環(huán)境模型與路網(wǎng)三維模型,還原周邊真實(shí)環(huán)境,形成交通流+實(shí)景+設(shè)計(jì)方案集成的三維仿真模型,為BIM+交通仿真分析應(yīng)用工作奠定可視化基礎(chǔ)。

5.1.1環(huán)境模型

通過機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影技術(shù),創(chuàng)建各節(jié)點(diǎn)保通區(qū)域點(diǎn)云地形模型(見圖6)、高清正射影像(見圖7)、三維實(shí)景模型(見圖8),共同形成仿真路網(wǎng)周邊環(huán)境模型,以便更好地展示保通設(shè)計(jì)方案和與現(xiàn)狀交通路網(wǎng)融合的關(guān)系,同時(shí)考慮環(huán)境因素對(duì)橋梁施工保通方案的影響,以便進(jìn)一步優(yōu)化保通設(shè)計(jì)方案或修正交通仿真模型。環(huán)境模型見圖6。

圖6 子材大橋節(jié)點(diǎn)影響范圍點(diǎn)云地形模型

圖7 子材大橋節(jié)點(diǎn)影響范圍高清正射影像

圖8 子材大橋節(jié)點(diǎn)影響范圍三維實(shí)景模型

5.1.2路網(wǎng)模型

利用Bentley OpenRoads ConceptStation軟件基于保通區(qū)域環(huán)境模型快速建立保通區(qū)域路網(wǎng)(見圖9)及保通橋梁BIM模型,包括交叉口(見圖10)、路面、邊坡、標(biāo)志標(biāo)線、鋼便橋(見圖11),以及交通島等工程模型與相應(yīng)附屬設(shè)施模型,相比較其他傳統(tǒng)交通建模方式,該軟件具備大面積復(fù)原現(xiàn)狀路網(wǎng)且可直接利用于交通仿真路網(wǎng)建立的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì),大大減少仿真模型的建立時(shí)間。

圖9 子材大橋節(jié)點(diǎn)影響范圍路網(wǎng)模型

圖10 子材大橋節(jié)點(diǎn)影響范圍交叉口模型

圖11 子材大橋節(jié)點(diǎn)影響范圍便橋模型

5.2 BIM+Vissim交通仿真分析

根據(jù)交通仿真需求在Bentley OpenRoads ConceptStation軟件中快速復(fù)原橋梁保通區(qū)域路網(wǎng)及交叉口,并直接導(dǎo)入PTV Vissim軟件中開展各節(jié)點(diǎn)保通方案的微觀交通仿真模擬,見圖12,將前期宏觀交通仿真模擬所得到的跨江橋梁施工期間的路網(wǎng)交通流數(shù)據(jù)作為微觀仿真的數(shù)據(jù)輸入,依據(jù)相應(yīng)的交通組織方案對(duì)施工期間路段及交叉口的交通運(yùn)行情況進(jìn)行仿真模擬并輸出路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)及路段的平均排隊(duì)長度、最大排隊(duì)長度、服務(wù)水平、停車延誤等相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)。

圖12 永福大橋節(jié)點(diǎn)交通仿真分析

道路的飽和度(V/C)是指道路的實(shí)際交通量與通行能力的比值,V/C越大,則道路越擁擠,車輛延誤越大,服務(wù)水平越低。道路服務(wù)水平劃分見表3。

表3 路段服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

各級(jí)服務(wù)水平的交通狀況為:

A-暢行車流,基本無延誤;B-穩(wěn)定車流,有少量延誤;C-穩(wěn)定車流,有少量延誤,但司機(jī)可以忍受;D-接近不穩(wěn)定車流,有較大延誤,但司機(jī)還能忍受;E-不穩(wěn)定車流,延誤大,司機(jī)無法忍受;F-強(qiáng)制車流,交通嚴(yán)重阻塞,車輛時(shí)開時(shí)停。

根據(jù)各節(jié)點(diǎn)微觀交通仿真分析數(shù)據(jù)可得,各節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果見表4。

表4 各跨線橋梁節(jié)點(diǎn)微觀交通仿真分析結(jié)果

5.3 仿真分析結(jié)果可視化

將Vissim仿真分析結(jié)果導(dǎo)出,在Lumen RT軟件中與實(shí)景模型和BIM模型進(jìn)行融合,將區(qū)域保通設(shè)計(jì)方案及交通仿真分析結(jié)果以三維可視化的方式進(jìn)行展示,為進(jìn)一步修正仿真模型或優(yōu)化保通設(shè)計(jì)方案提供有力參考,可視化效果圖見圖13。

圖13 子材大橋、永福大橋節(jié)點(diǎn)交通仿真分析可視化

為確保施工期間節(jié)點(diǎn)的交通“緩而不塞”,各節(jié)點(diǎn)擬按照確定的保通方案在施工路段設(shè)置限速標(biāo)志及慢行標(biāo)志提醒交通參與者。以盡可能地提前將大范圍的交通流進(jìn)行分流疏導(dǎo),從交通流量方面減輕施工路段的壓力。

6 結(jié)語

本文提出了一整套針對(duì)橋梁改建施工保通方案仿真分析的技術(shù)流程,并通過實(shí)際工程案例開展實(shí)踐應(yīng)用,結(jié)果表明基于BIM技術(shù)與專業(yè)交通仿真軟件相結(jié)合的分析方法,可快速驗(yàn)證保通方案交通疏導(dǎo)能力,同時(shí)可視化模擬保通方案運(yùn)行狀況,在提高方案設(shè)計(jì)意圖表達(dá)效率的同時(shí),也可為交通管理部門提供決策依據(jù),提前規(guī)劃施工期間的交通流組織和引導(dǎo)策略,最大限度地減小因橋梁重建施工對(duì)交通流的影響,保障施工期間的行車暢通安全。這將有助于實(shí)現(xiàn)交通組織的精細(xì)化、高效化,減少交通擁堵和事故風(fēng)險(xiǎn),提升施工期間道路交通的安全性和可靠性。