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較快，年平均增長率多在10%以上，甚至達(dá)到20%以上。交通量增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過項(xiàng)目規(guī)劃立項(xiàng)時的預(yù)測值，部分高速服務(wù)水平明顯降低，已經(jīng)不能適應(yīng)社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，迫切需要對原路進(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交通發(fā)展的重要方向[1-2]。高速公路改擴(kuò)建過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)可研報告中的實(shí)施方案和交通量分析及預(yù)測部分，對實(shí)測數(shù)據(jù)分析，發(fā)掘施工類型對施工路段交通特性的影響是否顯著，確定VISSIM仿真場景；檢驗(yàn)速度、速度變化趨勢以及車頭時距在不同施工布置下是否存在差異，并采用實(shí)測數(shù)據(jù)對場景參數(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)

晉陽高速原為雙向四車道通行（4×3.75 m），設(shè)計速度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)計速度80 km/h。根據(jù)交通調(diào)查結(jié)果，晉陽高速客車比重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，擬對長途貨運(yùn)車輛采取分流措施，降低安全風(fēng)險，提高通行能力。故改擴(kuò)建期間取晉城至陽城方向高峰小時交通量約為2390×72.6%=1735 veh/h，陽城至?xí)x城方向高峰小時交通量約為2491×72.6%=1808 veh/h；周村互通立交出口高峰小時交通量為462×72.6%=335 veh/h，入口高峰小時交通量約為490×72.6%=356 veh/h。

1.3 仿真場景

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

圖1 仿真試驗(yàn)場景

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，交通量增長會導(dǎo)致通過道路橫斷面的車輛數(shù)及車輛延誤增大，交通量的增長會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/路段長度同樣小于改擴(kuò)建施工前后路段平均延誤/路段長度，這主要與保通方案在施工期間對長途貨運(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)對策條件下改擴(kuò)建方案的有效性，對上述仿真場景2～場景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)計與仿真試驗(yàn)結(jié)果分析。

2.2.1 事故與對策

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交通擁堵產(chǎn)生的實(shí)際影響。事故未發(fā)生時，將該節(jié)點(diǎn)信號燈設(shè)置為綠色模擬無事故；當(dāng)事故發(fā)生后，將該節(jié)點(diǎn)信號燈設(shè)置為紅色模擬交通擁堵，設(shè)置紅色信號燈時長為1 800 s。此外，在信號燈前方設(shè)置200 m長度的減速區(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事故點(diǎn)及下游交通的影響。在交通事故對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交通事故的影響進(jìn)行評價，定義評價指標(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 交通量激增與對策

仿真方案為將交通量擴(kuò)大至原來的3倍。仿真統(tǒng)計仿真時長1 000～3 600 s。在交通量激增對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)系對交通量激增造成的影響進(jìn)行評價。定義評價指標(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，晉城至陽城方向需分流15%，陽城至?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，晉城至陽城方向和陽城至?xí)x城方向需分別分流15%和30%。

2.2.3 惡劣天氣與對策

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)計仿真時長1 000～3 600 s。在惡劣天氣對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惡劣天氣造成的影響進(jìn)行評價。定義評價指標(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，惡劣天氣對道路占有率的影響主要體現(xiàn)在晉城至陽城方向，陽城至?xí)x城方向影響不大。在對策方面，建議對晉城至陽城方向交通流分流30%左右。

3 結(jié)語

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

a）將晉陽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)措施對通行能力提升作用顯著，交通流激增或惡劣天氣時需要調(diào)整交通分流措施。