壽可尉

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司, 浙江 湖州 313000)

VISSIM軟件在上跨既有高速公路施工中的應(yīng)用與研究

壽可尉

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司, 浙江 湖州 313000)

VISSIM軟件是一款功能強(qiáng)大的交通微觀仿真軟件,是對(duì)仿真對(duì)象交通系統(tǒng)進(jìn)行管理、控制和優(yōu)化的重要實(shí)驗(yàn)手段和驗(yàn)證工具。今應(yīng)用VISSIM交通仿真軟件,對(duì)溫州繞城高速公路西南線萬(wàn)全樞紐上跨甬臺(tái)溫高速公路施工的交通組織方案進(jìn)行仿真,用最簡(jiǎn)潔、最直觀、最接近實(shí)際的方法,論證上跨施工交通組織方案的可行性,并提出優(yōu)化建議。通過(guò)運(yùn)用該軟件檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行輸出的評(píng)價(jià)文件,可作為交通組織方案可行性評(píng)估報(bào)告的必要支持文件,其運(yùn)用前景廣泛,研究?jī)r(jià)值較高。

上跨既有高速施工；VISSIM軟件；交通仿真；方案評(píng)估

近年來(lái),隨著我國(guó)高速公路的持續(xù)發(fā)展,越來(lái)越多新老高速公路交叉的樞紐工程成為高速網(wǎng)絡(luò)化的必然選擇。同時(shí),上跨既有高速成為新建交叉樞紐方案的最佳選擇,在上跨施工過(guò)程中,如何充分利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),評(píng)估交通組織方案的可行性,實(shí)現(xiàn)合理的交通組織,已經(jīng)成為研究的熱門話題。

本文通過(guò)對(duì)溫州繞城高速公路西南線上跨甬臺(tái)溫高速公路新建萬(wàn)全樞紐工程施工實(shí)例,應(yīng)用VISSIM仿真軟件對(duì)上跨交通組織方案進(jìn)行交通仿真和方案評(píng)估。通過(guò)對(duì)既有高速實(shí)際交通情況的數(shù)據(jù)采集和分析,有針對(duì)性地選擇合理數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),對(duì)交通組織方案進(jìn)行模擬運(yùn)行,評(píng)估交通組織方案的可行性,并提出優(yōu)化建議。

1 交通仿真技術(shù)

交通仿真是20世紀(jì)60年代以來(lái)[1],隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的采用計(jì)算交通仿真機(jī)數(shù)字模型來(lái)反映復(fù)雜道路交通現(xiàn)象的交通分析技術(shù)和方法。從試驗(yàn)角度看,道路交通仿真是再現(xiàn)交通流時(shí)間和空間變化的模擬技術(shù)。交通仿真作為仿真科學(xué)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用分支,是隨著系統(tǒng)仿真的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的,它以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)工程和交通工程領(lǐng)域的基本理論和專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)為主要工具,利用系統(tǒng)仿真模型模擬道路交通系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),采用數(shù)字方式或圖形方式來(lái)描述動(dòng)態(tài)交通系統(tǒng),它是更好地把握和控制該系統(tǒng)的一門實(shí)用技術(shù)。

2 新建萬(wàn)全樞紐工程概況

溫州繞城高速公路西南線上跨甬臺(tái)溫高速公路,于溫州市平陽(yáng)縣萬(wàn)全鎮(zhèn)境內(nèi)新建萬(wàn)全樞紐,該樞紐采用苜蓿葉+定向型樞紐互通立交與甬臺(tái)溫高速公路交叉,交叉樁號(hào)為K43+994.832。萬(wàn)全互通至萬(wàn)全樞紐漸變段間主線采用雙向八車道標(biāo)準(zhǔn),路基寬度41.5/20.75 m,樞紐主線橋?yàn)殡p向6車道,設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h。樞紐上跨處甬臺(tái)溫高速為直線段路基,雙向4車道,路基寬度28 m,設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h。上跨甬臺(tái)溫高速公路的有主線橫塘大橋右幅第23～24跨,橫塘大橋左幅第23～24跨,B匝道橋第10～11跨,C匝道橋第21～22跨,F匝道橋第10～11跨,H匝道橋第8～9跨,所有上跨橋均采用預(yù)制梁板架設(shè),且均在甬臺(tái)溫高速公路中央分隔處設(shè)有墩位。

3 施工路段的車流數(shù)據(jù)采集

高速公路的車流具有明顯的時(shí)間分布特征,表現(xiàn)為不均勻性、規(guī)律性,與普通公路的車流有較大的區(qū)別[2]。上跨施工路段位于甬臺(tái)溫高速瑞安至平陽(yáng)段,高速里程LK1780+900至LK1781+500,全長(zhǎng)1 600 m。車流基本數(shù)據(jù)采用高速公路車流量統(tǒng)計(jì)器統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2014年9月1日至2014年10月1日,24 h統(tǒng)計(jì)雙向混合車流,不統(tǒng)計(jì)中秋、國(guó)慶法定節(jié)假日車流量,統(tǒng)計(jì)天數(shù)共21 d,按左右幅計(jì)算單日分時(shí)段平均車流量,左幅最高車流時(shí)間段出現(xiàn)在12∶00—13∶00,為4 424輛,日平均車流53 734輛,統(tǒng)計(jì)日均小客車比例為0.83；右幅最高車流時(shí)間段出現(xiàn)在17∶00—18∶00,為4 684輛,日平均車流56 446輛,統(tǒng)計(jì)日均小客車比例為0.83。統(tǒng)計(jì)圖見圖1。

圖1 2014年9月甬臺(tái)溫高速公路瑞平段左右幅日均車流量統(tǒng)計(jì)

4 交通組織方案

新建萬(wàn)全樞紐上跨甬臺(tái)溫高速公路,中央分隔帶中設(shè)置6處橋墩,施工橋梁下部結(jié)構(gòu)時(shí)封閉左右幅內(nèi)側(cè)超車道,施工路段左右幅兩側(cè)各拼寬一個(gè)4 m的臨時(shí)行車道,使高速在施工期間保持左右幅兩車道通行。扣除兩側(cè)防護(hù)及砂桶寬度,施工區(qū)域凈寬8.5 m,封閉施工長(zhǎng)約840 m,兩端變道減速區(qū)域400 m,對(duì)施工路段進(jìn)行限速60 km/h,限速段全長(zhǎng)1 640 m,距離施工區(qū)域外1.6 km處限速80 km/h。施工路段擁堵長(zhǎng)度達(dá)500 m時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案,停止現(xiàn)場(chǎng)施工,開放封閉車道。

5 仿真模擬參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)輸出

交通組織方案仿真模擬施工路段車流量最高峰時(shí)段通行情況。首先需對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整的目的是使仿真結(jié)構(gòu)與實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)差異最小化,并通過(guò)軟件的檢查器設(shè)置與仿真系統(tǒng)運(yùn)行,輸出仿真結(jié)果得到評(píng)價(jià)文件。本次仿真主要運(yùn)用軟件中的三類檢測(cè)輸出系統(tǒng)(Files)：Travl Time Sections(行程時(shí)間檢測(cè))、Delay(延誤檢測(cè))、Queue Lenqth(排隊(duì)計(jì)數(shù))。

利用軟件基本功能建立基本道路元素(Show entire network),修改道路名稱、車道數(shù)、車道寬度、道路長(zhǎng)度等基本信息。交通流輸入(Vehicle Inputs)輸入車流量、運(yùn)行時(shí)間等信息,設(shè)置數(shù)據(jù)采集(Data Collection Points),然后進(jìn)入交通組成(Traffic Composition)設(shè)置混合車流的小客車比例及行車速度，見圖2。

圖2 Traffic Composition設(shè)置框

用車道限速(Desired Speed Deasions)對(duì)各段道路進(jìn)行速度限制。設(shè)置完一系列參數(shù),最后在評(píng)價(jià)(Evalutin)功能中對(duì)行程時(shí)間檢測(cè)(Travl Time Sections)、延誤檢測(cè)(Delay)、排隊(duì)計(jì)數(shù)(Queue Lenqth)三類系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。見圖3。

圖3 Evalutin File設(shè)置框

全部參數(shù)設(shè)置完成后進(jìn)行仿真系統(tǒng)運(yùn)行(Simulatin continuous),直至結(jié)束,在文件目錄下得到三個(gè)評(píng)估文件,其文件擴(kuò)展名分別為*.RSZ、*.STZ、*.MER。擴(kuò)展名*.RSZ的文件為時(shí)間行程檢測(cè)數(shù)據(jù),里面記錄平均行程時(shí)間及該檢測(cè)器所含通過(guò)的車輛數(shù)量與檢測(cè)的車型等信息；擴(kuò)展名*.MER的文件為延誤數(shù)據(jù),里面記錄車輛總延誤的平均值(單位：s)，及每輛車的平均停車次數(shù)與通過(guò)車輛數(shù)等信息；擴(kuò)展名*.STZ的文件為排隊(duì)計(jì)數(shù)輸出,里面記錄平均排隊(duì)長(zhǎng)度、最大排隊(duì)長(zhǎng)度、排隊(duì)內(nèi)的停車次數(shù)(當(dāng)車輛進(jìn)入排隊(duì)狀態(tài)后的停車次數(shù)總和)等信息。

6 仿真評(píng)估及優(yōu)化建議

基于對(duì)上跨高速公路交通組織方案仿真結(jié)果,仿真軟件系統(tǒng)對(duì)高速機(jī)動(dòng)車輛的密度、流量及各個(gè)行車道的適用性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)分析,輸出的各類數(shù)據(jù)切合實(shí)際情況?？傮w來(lái)看,施工路段限速60 km/h時(shí),在日均車流高峰期車輛排隊(duì)長(zhǎng)度超過(guò)允許范圍,啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案將導(dǎo)致施工中斷,極有可能造成施工質(zhì)量事故。以*.STZ文件為例，甬臺(tái)溫高速左幅排隊(duì)數(shù)據(jù)輸出見圖4,圖4中No代表車道,Avg 代表平均排隊(duì)長(zhǎng)度，單位為m;max代表最大排隊(duì)長(zhǎng)度，單位為m;Stop代表排隊(duì)內(nèi)的停車次數(shù),時(shí)間單位為s,檢測(cè)間隔600 s,從數(shù)據(jù)分析看,兩車道平均排隊(duì)長(zhǎng)度及最大排隊(duì)長(zhǎng)度均超過(guò)交通組織方案預(yù)定擁堵長(zhǎng)度500 m。

Time; Avg; max;Stop; Avg; max;Stop;

No; 1; 1; 1; 2; 2; 2;

600; 0; 0; 0; 0; 0; 0;

1200; 0; 0; 0; 0; 0; 0;

1800; 24; 39; 3; 23; 40; 3;

2400; 91; 107; 7; 98; 110; 8;

3000; 409; 540; 39; 512; 685; 41;

3600; 203; 270; 54; 221; 232; 56;

圖4 排隊(duì)數(shù)據(jù)輸出結(jié)果

優(yōu)化建議：兩端變道減速區(qū)長(zhǎng)度400 m,施工路段840 m均為直線段,在法律及規(guī)范允許范圍內(nèi),該施工路段完全可以將限速調(diào)整至80 km/h,距離施工區(qū)域外1.6 km處限速100 km/h。對(duì)仿真模型的車道限速(Desired Speed Deasions)進(jìn)行修改后仿真運(yùn)行,模型未出現(xiàn)車輛排隊(duì)情況,車流通行較為順暢。

7 結(jié) 語(yǔ)

在深入調(diào)查和測(cè)量現(xiàn)實(shí)交通流的互相作用及特性的基礎(chǔ)上,運(yùn)用VISSIM仿真軟件,對(duì)溫州繞城高速公路西南線萬(wàn)全樞紐上跨甬臺(tái)溫高速公路交通組織方案進(jìn)行交通模擬仿真,結(jié)合定量分析法及模擬演示,真實(shí)反映了交通組織方案的可行性和方案本身存在的不足之處。該軟件的應(yīng)用,不僅在交通組織方案的可行性評(píng)估報(bào)告之外提供了另一種思路和

方法,更是對(duì)整個(gè)交通組織方案的驗(yàn)證和過(guò)程檢查,可作為方案可行性評(píng)估報(bào)告的有利佐證。VISSIM交通仿真軟件在上跨既有高速施工中的應(yīng)用前景廣泛,值得深入研究。

[1] 鄒智軍,楊東援.道路交通仿真研究綜述[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2001(2):88-91.

[2] 徐文學(xué).高速公路與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[M]. 北京：中國(guó)鐵道運(yùn)輸出版社,2009.

Application and Study of the VISSIM Software on the Construction of Striding Over Existing Expressway

SHOUKewei

2017-03-06

壽可尉(1982—),男，浙江諸暨人，工程師，從事公路工程施工管理工作。

U491.1+23

B

1008-3707(2017)03-0046-03