高速公路改扩建施工期交通组织方案仿真分析

周建勋 郝新同 周明军

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100070）

在高速公路投入使用后，交通负荷不断增强，在长时间的高负荷作用下，公路设施发生损害和老化的情况，因此需要对许多年代久远的高速公路进行改扩建，确保其安全性。高速公路改扩建带来的主要问题是交通拥挤问题，影响到正常行车。在改扩建施工中，原有道路交通会受到路侧施工干扰，由施工导致的路侧净空间出现遮挡，导致驾驶员的视距不足，因而容易带来行车事故，施工组织也会对导致车辆在形成时出现频繁改道的情况。以上问题会使得施工项目路段受到严重影响，导致道路通行能力降低，道路的服务水平变差，而且也增加了交通事故风险。交通组织仿真模型的应用可以将影响交通有序进行的因素找出，结合其他交通分析技术获得完整的交通组织数据，解决交通不畅问题。

1 高速公路改扩建交通组织建模方法

1.1 建模流程

现阶段交通仿真系统较为完善，在高速公路改扩建交通组织仿真建模结构中中主要包含了6个环节：

①设计仿真方案和仿真目标；

②采集与分析基础数据；

③建立静态路网仿真模型；

④建立动态仿真模型；

⑤标定仿真系统模型；

⑥运行系统和分析组织方案。

1.2 基本假定

对交通流组织产生影响的因素繁多且复杂，不同的影响因素所带来的影响效果也存在差异。在进行建模工作前应该将影响到模型的全部因素找出，将其中影响程度较小或者微弱的因素去除，最终借助于VISSIM模型模拟交通流具体情况，通过仿真模型假定各类基本影响因素带来的影响。纵坡度导致的交通流影响一般集中在对大型车行车不便方面，在施工时通常会将大型车分配到周边路网中缓解交通压力，所以VISSIM模型的建立无需将时纵坡影响考虑在内。此外，道路互通段所面临的交通压力相对较小，所以可以将分流交通量影响排除。通过分析得出建立仿真模型时主要考虑的条件为车道宽度、封闭车道数、限速条件和施工区长度等因素。

1.3 收集数据

建立高速公路改扩建交通组织仿真模型需要结合具体的道路数据进行分析与调整，这些数据主要有4项内容。第一，公路网资料。仿真建模前需要收集施工高速公路路网数据，详细掌握各中道路的信息。第二，公路几何数据。需要掌握施工路段平面线形、横断面组成和纵断面线形等信息。第三，交通流数据。掌握施工段交通量具体情况，了解交通增长率、交通组成、路段运行速度、交通分布系数、路段限速情况等情况。第四，施工组织资料。掌握施工段施工进度和改扩建设计资料等。

2 高速公路改扩建交通组织仿真模型

本文选择了某高速公路改扩建路网进行了分析，主要以单向封闭交通组织模型为主探究了路网交通分流。

2.1 单向封闭交通组织

2.1.1 仿真模型

在该种模型中，主要设计了半幅封闭半幅通车方案，在进行交通仿真建模时选取了单施工段以及两施工段合并与独立模型进行了分析。半幅封闭模型中包含了警告段、作业区、上游渐变段、上游开口、上游缓冲段、上游合流点、下游缓冲段、下游渐变段、下游开口、下游合流点、终止段等。

2.1.2 仿真参数

对于设计参数的选取，施工作业区结合《公路养护安全作业规程》标准进行设计，具体的交通控制区参数的设计如下所示：上游渐变段的长度设计为20m，作业区长度为3km，警告段长度为1km，缓冲段长度为350m；下游渐变段长度设计为20m，缓冲段长度为350m，终止段长度为200m。此外，在设计施工路段参数时将行车速度确定为85km/h，车道宽3.75m，路基宽21.5m，分隔带宽1.5m，硬路肩宽2.0m，左侧路缘带宽0.5m，土路肩宽0.5m。

2.2 仿真模型测试

按照现有的交通量资料进行分析对车辆期望车速进行了分析和修改，并对仿真车速的实际数据与实际车速进行了对照和分析。在修正仿真车速期望车速分布曲线时提出了异常的数据信息。开展建模校核作业时，一般围绕着施工路段断面车速进行比较，确定仿真结果的可靠性，如果仿真平均车速的平均数值未超过实际调查平均车速则表明仿真结果合理，这一偏差范围为10km/h以下，如果超出这一数值则仿真模型缺乏合理性，因此要求仿真合格率至少控制在80%这一数值，如果低于这一数值，需要继续进行仿真处理。

3 高速公路改扩建交通组织仿真结果

3.1 施工路段最小长度

在进行高速公路改扩建时通常采取分标段施工的方法，不同施工段有着不同的施工间距，合理的设计施工路段间距有利于高速公路行车质量和行车安全。首先，在施工段合并中，需要将两施工路段进行合并，作为一个整体进行施工，这种方法需要确保中间两车道能够通行，这种方案需要设计出交织路段，同时选择道路的两侧设计成为车辆行驶的区域，如果出现局部交通拥挤的问题，需要通过道路两侧空间缓解这一问题，在管理上较为容易，缺陷在于单向运行距离相对过长。在独立施工中，需要对两施工路段进行独立的处理，建立起以中间路段为主的通行方法，这种方案的优点在于利用空间相对较大，但是交织路段较多，如果发生交通阻塞问题，交通通行效果降低。在这些方案中，所设计的路段间隔为超过6km，最终的结果是合并方案行程延误超过了10%这一数值，这种方法低于独立方案行程延误的时间，所以采取合并方案效果更好。如果路段间隔超过6km，结果显示合并方案行程延误未超过10%这一指标，这种方法的行程延误耗时相对较高，采用独立方案效果更为良好。如果站在排队长度这一角度思考，路段间隔未超过6km排队问题较好的方法是独立方案，反之则是合并方案。

3.2 控制区长度

3.2.1 上游渐变段和缓冲段

进行施工时，车流会经过中央分隔带行驶到对向车道中，这种情况是交织路段行车的主要因素。在该中方案中，交织汇流方式与变换车道形成了混合，因此为了防止出现交通流紊乱的现象，需要分割变换车道和交织汇流，具体操作为将2条车道整合为一条车流，之后在中央分隔带开口出设置对向车道的变换车道。在进行仿真计算后得出设置单车道合流路段能够有效地防止开口段出现车流交织情况，进而提高运行效率。通常而言，在施工时会采用25m左右的渐变段长度设计方案，而从仿真结果也可以看出其长度大于30m的效果更好。在单幅封闭模式下进行通车的仿真结果证明了缓冲段长度决定了车辆的平均车速，其长度增加车速在增加，400m为平均车速最高值。在设计缓冲段时如果将该段的长度延长超过400m那么平均车速会出现降低的趋势，而且车辆的行程延误会增减。

3.2.2 中央分隔带开口

现阶段中央分隔带开口的设计通常保持在长40m~60m之间，在开口段车辆能够进行变换车道，这种设计方式不利于被分流方向交通流向对车道行驶，而且可能出现严重的交通阻塞问题。如果中央分隔带开口长度的数值设计为40m，所测得的具体车速最低为20km/h，最高车速为35km/h。如果其开口长度设计为70m，车辆的平均速度范围变化有所提升，能够使得车流运行速度得到一定的改善，进而使得道路的通行能力得到提升。这种设计方法也能减少行程时间以及车辆的行程延误时间。如果开口长度超过了100m，结果是相应的车速也在增加，但是这种增加的幅会出现减小的趋势。由于需要将施工现状考虑在内，所以开口长度并不是越长越好。

3.2.3 下游渐变段和缓冲段

在仿真单幅封闭模式时，选择了300m~400m的渐变段设计方式，通过仿真结果可以了解到下游缓冲段长度决定了车辆的车速，其长度增加车速也会逐渐出现减少的趋势。如果缓冲段长度超过了预定的标准后，那么车辆的行程延误要超过10%，这种趋势会持续出现增加的情况。所以根据仿真结果对交通标志设置进行合理设计能够使得下游缓冲段具体得到合理的控制。

3.3 限速位置与通行能力

正常而言，限速标志的位置应该设计在接近作业区路段，形成良好的警示组作用。在作业区前需要放置50km/h的限速标志，而车辆在进入作业区还有需要降低行驶速度，而解除限速标志需要在距离分流点200m处进行设置。按照限速标志的设计方法和上游合流点距离差异性开展仿真分析，最终的结果表明，增加二者的距离，车辆的行程车速出现先增后减的趋势。

4 结语

随着交通业的发展，高速公路的负荷越来越大，在长时间行车后高速公路容易出现各类结构问题，对高速公路进行改建和修整是确保道路行车的基础，为了实现这一目标，在改扩建和修整时进行交通流量仿真处理十分必要，本文分析了仿真模拟的具体方法，提出了改扩建时交通组织的方案，希望对于高速公路工程发展有着积极意义，使得高速公路改扩建过程变得更加顺利，确保车辆行驶安全。