梁文峰，謝旺軍

(1.廣西粵海高速公路有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023)

0 引言

隨著國(guó)家“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)公路建設(shè)實(shí)現(xiàn)跨越式飛躍，2019年底總里程達(dá)501.25萬km，其中高速公路突破15萬km，廣西高速公路已超8 000 km[1]。路面通常服役10～15年后需要對(duì)既有水泥混凝土路面或?yàn)r青混凝土路面進(jìn)行改造[2-3]。如何在舊路改造中保障既有道路交通有序通行，優(yōu)化交通組織方案，是相關(guān)領(lǐng)域一直在探索與實(shí)踐的問題。我國(guó)高速公路交通組織常用方法一般采取分段分幅封閉、全線半幅封閉、定時(shí)封閉等方案。但各項(xiàng)目往往缺乏理論分析指導(dǎo)交通組織，實(shí)施效果有待提高。

本文以廣西興業(yè)至六景高速公路(下稱“興六高速公路”)既有水泥混凝土路面改造為瀝青路面為例，基于“四階段組合法”交通量預(yù)測(cè)模型，通過交通量調(diào)查與預(yù)測(cè)，采用全線“半幅封閉施工，另半幅單向正常通行”的交通組織方案，比原計(jì)劃提前一個(gè)月完成下行線改造任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了高效安全施工的效果。

1 項(xiàng)目概況

興六高速公路起點(diǎn)位于興業(yè)縣興業(yè)鎮(zhèn)，與岑興高速公路相連接，途經(jīng)木格、瓦塘等地區(qū)，終點(diǎn)在橫州市六景，與柳南高速公路相接。路線全長(zhǎng)99.792 km，于2001-05-20開工建設(shè)，水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，2003-08-15建成通車。隨著廣西經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，興六高速公路交通量、軸重明顯提高，路況逐年變差、服務(wù)水平不斷下降。為了切實(shí)提高行車舒適性、減少安全隱患和養(yǎng)護(hù)成本，展示廣西交通發(fā)展的成果和形象，項(xiàng)目業(yè)主計(jì)劃將既有路面改造為瀝青混凝土路面，同時(shí)對(duì)既有橋梁、涵洞進(jìn)行加固維修，更換交通安全設(shè)施和新增全線監(jiān)控機(jī)電工程。

2 區(qū)域路網(wǎng)現(xiàn)狀調(diào)查與分析

興六高速公路輻射周邊的路網(wǎng)資源豐富，可供車輛分流的線路有G80廣昆高速公路(壇百段)、S52武平高速公路、S40蒼碩高速公路、G72泉南高速公路、G7212柳北高速公路、S43六欽高速公路、G65包茂高速公路、G324國(guó)道、G358國(guó)道、G209國(guó)道、S511省道等。

興六高速公路全線設(shè)置有興業(yè)、木格、瓦塘、大嶺、云表、校椅、六景七個(gè)互通立交，興業(yè)、木格、貴港、云表、橫縣五個(gè)出口收費(fèi)站。為便于分析，以互通立交為節(jié)點(diǎn)，將“興六高速公路”分為六景北立交—橫州、橫州—云表、云表—貴港、貴港—瓦塘互通、瓦塘互通—木格、木格—興業(yè)六個(gè)區(qū)段。研究中收集2010—2015年興六高速公路實(shí)際交通量，結(jié)合2016—2019年24 h聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)、橫州市及興業(yè)斷面觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，整理分析得到分路段交通流特性。

2.1 交通量空間分布特性

2.1.1 路段平均日交通量分析

通過調(diào)查數(shù)據(jù)分析，2019年興六高速公路各路段平均日交通量分布呈現(xiàn)“三峰兩谷”趨勢(shì)，詳情如圖1所示。

圖1 各路段平均日交通量分布(雙向)柱狀圖

2.1.2 路段服務(wù)水平分析

由互通與收費(fèi)站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析2019年興六高速公路各路段飽和度，進(jìn)而確定各路段服務(wù)水平，其中各路段飽和度在0.51～0.60之間，服務(wù)水平均為二、三級(jí)，交通流屬于相對(duì)自由流的狀態(tài)。詳情如圖2所示。

圖2 各路段服務(wù)水平柱狀圖

2.1.3 路段高峰小時(shí)交通量分析

興六高速公路各路段高峰小時(shí)交通量較少，交通流屬于自由流的狀態(tài)，與平均日交通量變化趨勢(shì)一致，也呈現(xiàn)“三峰兩谷”形狀，路段平均高峰小時(shí)系數(shù)0.078，如圖3所示。

圖3 各路段高峰小時(shí)交通量分布柱狀圖

2.1.4 路段方向不均勻系數(shù)分析

2019年收費(fèi)站數(shù)據(jù)顯示，重交通方向?yàn)榱爸僚d業(yè)方向，各路段方向不均勻系數(shù)在0.500～0.510之間，平均方向不均勻系數(shù)為0.507，東西行方向交通量分布基本一致，其中云表—貴港路段的方向不均勻系數(shù)最大為0.510。2019年各路段分方向交通量分布(東西方向)如圖4所示。

圖4 各路段方向交通量分布曲線圖

2.1.5 出入口交通量分析

2019年底，興六高速公路共開通5處收費(fèi)站口，各收費(fèi)站日均進(jìn)出口交通量也呈現(xiàn)“三峰兩谷”形狀，如圖5所示。

圖5 各收費(fèi)站日均交通量柱狀對(duì)比圖

2.2 交通量時(shí)間分布特性

根據(jù)近十年交通量數(shù)據(jù)分析，興六高速公路各路段交通量時(shí)間分布規(guī)律基本一致。除瓦塘互通—木格路段2010—2019年交通量保持持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)外，其余各路段以2015年為臨界點(diǎn)，即2015年之前交通量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，2015—2016年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2016—2017年交通量基本持平，2017—2019年又呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。2010—2019年路段平均日交通量時(shí)間分布如圖6所示。

圖6 年度各路段平均日交通量時(shí)間分布曲線圖

2.3 交通量車型構(gòu)成

2.3.1 分路段構(gòu)成

根據(jù)廣西高速公路各路段交通量清分表，分析2019年興六高速公路各類型車的占比情況，得出各路段統(tǒng)計(jì)車型比例如下頁圖7所示，數(shù)據(jù)為東西向合計(jì)車型比例情況。

從圖7可知，全線車型以客車為主，各路段客車占比在68.96%～71.20%，平均為69.87%；其中1類客車比例為65.04%，貨車占比在28.80%～31.04%，平均30.13%。

圖7 各路段車型比例分布圖

2.3.2 分方向構(gòu)成

2019年聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)分析得到各路段東西行大客車與大貨車車型比例如圖8所示。

圖8 客車、貨車東西行比例曲線圖

由圖8可知，興六高速公路各斷面東西行客車比例分布基本一致，客車比例變化相對(duì)平穩(wěn)，其中六景北立交—橫州路段客車占比最大，東行和西行分別達(dá)到71.04%、、71.20%、而貴港—瓦塘互通路段客車占比最小，東行和西行分別為68.56%、68.96%；貨車分布規(guī)律同客車，其中貴港—瓦塘互通路段貨車占比最大，東行和西行分別達(dá)到31.44%、71.04%，而六景北立交—橫州為路段貨車占比最小，東行和西行分別為28.96%、28.80%。

2.4 路網(wǎng)現(xiàn)狀交通量分析

2.4.1 路網(wǎng)全線平均交通量分析

分析廣西區(qū)內(nèi)項(xiàng)目相關(guān)道路全線平均交通量情況。根據(jù)相關(guān)道路交通量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算路網(wǎng)全線平均日交通量，確定各高速全線平均車型比例，如圖9所示；利用路段通行能力分析方法，計(jì)算出周邊各相關(guān)道路的交通飽和度及服務(wù)水平。

圖9 相關(guān)道路全線平均車型比例柱狀圖

調(diào)查顯示，項(xiàng)目區(qū)域路網(wǎng)周邊道路飽和度整體較低，服務(wù)水平整體較高，所有道路服務(wù)水平均在三級(jí)及三級(jí)以上。就交通量而言，區(qū)域路網(wǎng)整體運(yùn)營(yíng)狀況較好。

2.4.2 項(xiàng)目影響區(qū)內(nèi)路段平均交通量分析

為分析項(xiàng)目封閉施工后對(duì)交通的影響，更加精確了解周邊路網(wǎng)運(yùn)行情況，本文通過本項(xiàng)目的影響范圍，分析項(xiàng)目周邊路網(wǎng)在本項(xiàng)目影響范圍內(nèi)區(qū)段的平均交通量情況。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析顯示，結(jié)合現(xiàn)狀路網(wǎng)調(diào)研分析，影響區(qū)內(nèi)周邊路網(wǎng)主要道路路段的交通量及車型比例如圖10所示。利用路段通行能力分析方法，計(jì)算出影響區(qū)內(nèi)周邊各相關(guān)道路的交通飽和度及服務(wù)水平。

圖10 影響區(qū)內(nèi)相關(guān)道路車型比例柱狀圖

項(xiàng)目區(qū)域路網(wǎng)周邊道路飽和度整體較低，服務(wù)水平整體較高，所有道路服務(wù)水平均在四級(jí)及四級(jí)以上；就交通量而言，項(xiàng)目影響區(qū)內(nèi)路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)狀況較好。

3 交通量預(yù)測(cè)

考慮交通組織擬采用方案施工期為2020下半年至2021年上半年，故本次興六高速公路交通量預(yù)測(cè)特征年為2020和2021年。本次交通量預(yù)測(cè)以2019年基礎(chǔ)路網(wǎng)為前提，2019年基礎(chǔ)路網(wǎng)圖如圖11所示。

圖11 2019年基礎(chǔ)路網(wǎng)示意圖

3.1 預(yù)測(cè)方法

交通量預(yù)測(cè)是在充分利用既有資料，經(jīng)詳實(shí)而全面的交通調(diào)查，并分析區(qū)域路網(wǎng)現(xiàn)狀交通特性的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)合理的方法構(gòu)建交通模型，采用公路交通與城市交通相結(jié)合的分析技術(shù)，對(duì)區(qū)域路網(wǎng)交通量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

“四階段法”預(yù)測(cè)模型是將研究的道路交通劃分為交通產(chǎn)生、交通分布、交通方式劃分、交通分配等四階段。這是目前交通需求預(yù)測(cè)中比較常用的模型[4-5]，預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)單實(shí)用。但是這種方法較少考慮各個(gè)階段之間的相互聯(lián)系，如交通方式與交通分布之間，交通方式不同的阻抗會(huì)對(duì)交通分布產(chǎn)生影響等。因此，本項(xiàng)目采用兩個(gè)階段組合、多個(gè)階段組合的方式，構(gòu)建新的預(yù)測(cè)模型，消除因缺少各個(gè)階段間的聯(lián)系而對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生的影響，簡(jiǎn)化預(yù)測(cè)步驟、提高工作效率。

興六高速公路施工期交通量預(yù)測(cè)采用“四階段組合法”預(yù)測(cè)模型。通過對(duì)分布中重力模型、分配中用戶平衡模型(userequilibri-um，UE)組合構(gòu)建新的TD-UE模型，考慮到預(yù)測(cè)的效果，采用雙約束模式。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：xa——路段a上的流量；

x——路段流量；

q——指OD點(diǎn)間的出行分布量；

ta——路段a上的運(yùn)行時(shí)間；

Y——權(quán)重參數(shù)，反映OD矩陣中離差的大小。

3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果及分析

3.1.1 特征年路段交通量預(yù)測(cè)

興六高速公路未來特征年(施工期)在未分流的情況下，全線各路段平均交通量預(yù)測(cè)值整體呈遞增趨勢(shì)。預(yù)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 特征年交通量預(yù)測(cè)結(jié)果表(pcu/d)

3.1.2 預(yù)測(cè)交通量分析

(1)由于在興六高速公路北面，貴港至隆安高速公路2019年7月通車，走向與興六高速公路平行，分流了部分廣西百色市通往廣東方向的交通量，導(dǎo)致2019—2020年交通量增長(zhǎng)率較低。

(2)2020年初由于疫情影響，廣西區(qū)內(nèi)交通出行量減少，興六高速公路第一季度交通量呈現(xiàn)同比遞減情況；下半年隨著復(fù)工復(fù)產(chǎn)計(jì)劃推進(jìn)，交通量明顯逐漸呈現(xiàn)同比遞增情況，這也是2020年交通量增長(zhǎng)緩慢的主要原因。

(3)在興六高速公路南面，大塘至浦北高速公路2020年底通車，走向與興六高速公路平行，將分流廣西玉林市南部通往廣西南寧市方向的交通量，這也是2021年交通量增長(zhǎng)緩慢的主要原因。

3.1.3 預(yù)測(cè)服務(wù)水平分析

從預(yù)測(cè)結(jié)果看，未來特征年(施工期)交通流屬于相對(duì)自由流的狀態(tài)，道路運(yùn)營(yíng)條件較好。如表2所示。

由表2可以看出，興六高速公路2020年各路段飽和度在0.55～0.65，全線平均為0.60。除貴港—瓦塘互通段為二級(jí)服務(wù)水平，其余路段均為三級(jí)服務(wù)水平。興六高速公路2021年各路段飽和度在0.57～0.69，全線平均為0.62，全線各路段均為三級(jí)服務(wù)水平。

表2 興六高速公路特征年服務(wù)水平表(pcu/d)

3.1.4 特征年交通流車型構(gòu)成

興六高速公路未來特征年一類車比例增加，二類車、三類車、四類車及貨車比例減少。這就意味著車輛比例中小客車和特大貨車所占比例較高。預(yù)測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 興六高速公路特征年車型比例預(yù)測(cè)結(jié)果表

由表3可知，興六高速公路未來特征年(施工期)全線車型以客車為主，客車中又以一類客車為主，2020年及2021年一類客車比例分別為65.56%和65.83%，貨車比例為29.78%和26.69%。

4 預(yù)測(cè)效果

依據(jù)預(yù)測(cè)模型的分析，經(jīng)專家的多次論證，全線最后采用“半幅封閉施工，另半幅單向正常通行”的交通組織方案，本項(xiàng)目從2020-09-01開始，興六高速公路下行線封閉交通組織施工，于2020-12-15完成改造任務(wù)，對(duì)社會(huì)開放。六景往玉林方向車流2020年3月底全部完成路面改造工程施工任務(wù)，比原計(jì)劃提前一個(gè)月恢復(fù)全線交通。改造期間沒有一例交通事故，取得了滿意的社會(huì)效果。

5 結(jié)語

(1)“四階段組合法”交通量預(yù)測(cè)模型適用于既有道路改造工程，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際吻合，為今后的交通組織設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

(2)改造路段周邊有自由流分流交通條件的道路優(yōu)先選用全線半幅封閉交通，可以加快施工進(jìn)度，確保施工安全、道路交通安全和有序分流。

(3)社會(huì)參與、宣傳到位、多部門配合，是實(shí)現(xiàn)半幅封閉交通、有序分流的重要舉措。