兴六高速公路改造设计交通量预测模型构建及应用
来源:用户上传
作者:梁文峰 谢旺军
摘要：
为研究高速公路改造工程交通组织中交通量的变化规律，文章通过前期对改造路况及周围区域交通量的调查研究、数据分析，提出了“四阶段组合法”交通量预测模型，预测交通流量的分布和断面交通量。根据预测结果进行兴六高速公路改建工程的交通组织设计，比原计划提前完成项目施工任务，全线恢复交通。
关键词：高速公路；改造工程；交通量；预测模型；四阶段组合法
中图分类号：U418.8-A-30-092-4
0 引言
随着国家“交通强国”战略的实施，我国公路建设实现跨越式飞跃，2019年底总里程达501.25万km，其中高速公路突破15万km，广西高速公路已超8 000 km［1］。路面通常服役10～15年后需要对既有水泥混凝土路面或沥青混凝土路面进行改造［2-3］。如何在旧路改造中保障既有道路交通有序通行，优化交通组织方案，是相关领域一直在探索与实践的问题。我国高速公路交通组织常用方法一般采取分段分幅封闭、全线半幅封闭、定时封闭等方案。但各项目往往缺乏理论分析指导交通组织，实施效果有待提高。
本文以广西兴业至六景高速公路（下称“兴六高速公路”）既有水泥混凝土路面改造为沥青路面为例，基于“四阶段组合法”交通量预测模型，通过交通量调查与预测，采用全线“半幅封闭施工，另半幅单向正常通行”的交通组织方案，比原计划提前一个月完成下行线改造任务，实现了高效安全施工的效果。
1 目概况
兴六高速公路起点位于兴业县兴业镇，与岑兴高速公路相连接，途经木格、瓦塘等地区，终点在横州市六景，与柳南高速公路相接。路线全长99.792 km，于2001-05-20开工建设，水泥混凝土路面结构，2003-08-15建成通车。随着广西经济高速发展，兴六高速公路交通量、轴重明显提高，路况逐年变差、服务水平不断下降。为了切实提高行车舒适性、减少安全隐患和养护成本，展示广西交通发展的成果和形象，项目业主计划将既有路面改造为沥青混凝土路面，同时对既有桥梁、涵洞进行加固维修，更换交通安全设施和新增全线监控机电工程。
2 区域路网现状调查与分析
兴六高速公路辐射周边的路网资源丰富，可供车辆分流的线路有G80广昆高速公路（坛百段）、S52武平高速公路、S40苍硕高速公路、G72泉南高速公路、G7212柳北高速公路、S43六钦高速公路、G65包茂高速公路、G324国道、G358国道、G209国道、S511省道等。
兴六高速公路全线设置有兴业、木格、瓦塘、大岭、云表、校椅、六景七个互通立交，兴业、木格、贵港、云表、横县五个出口收费站。为便于分析，以互通立交为节点，将“兴六高速公路”分为六景北立交―横州、横州―云表、云表―贵港、贵港―瓦塘互通、瓦塘互通―木格、木格―兴业六个区段。研究中收集2010―2015年兴六高速公路实际交通量，结合2016―2019年24 h联网收费数据、横州市及兴业断面观测点观测数据，整理分析得到分路段交通流特性。
2.1 交通量空间分布特性
2.1.1 路段平均日交通量分析
通过调查数据分析，2019年兴六高速公路各路段平均日交通量分布呈现“三峰两谷”趋势，详情如图1所示。
2.1.2 路段服务水平分析
由互通与收费站数据统计，分析2019年兴六高速公路各路段饱和度，进而确定各路段服务水平，其中各路段饱和度在0.51～0.60之间，服务水平均为二、三级，交通流属于相对自由流的状态。详情如图2所示。
2.1.3 路段高峰小时交通量分析
兴六高速公路各路段高峰小时交通量较少，交通流属于自由流的状态，与平均日交通量变化趋势一致，也呈现“三峰两谷”形状，路段平均高峰小时系数0.078，如图3所示。
2.1.4 路段方向不均匀系数分析
2019年收费站数据显示，重交通方向为六景至兴业方向，各路段方向不均匀系数在0.500～0.510之间，平均方向不均匀系数为0.507，东西行方向交通量分布基本一致，其中云表―贵港路段的方向不均匀系数最大为0.510。2019年各路段分方向交通量分布（东西方向）如图4所示。
2.1.5 出入口交通量分析
2019年底，兴六高速公路共开通5处收费站口，各收费站日均进出口交通量也呈现“三峰两谷”形状，如图5所示。
2.2 交通量时间分布特性
根据近十年交通量数据分析，兴六高速公路各路段交通量时间分布规律基本一致。除瓦塘互通―木格路段2010―2019年交通量保持持续增长趋势外，其余各路段以2015年为临界点，即2015年之前交通量呈现递增趋势，2015―2016年呈现下降趋势，2016―2017年交通量基本持平，2017―2019年又呈现递增趋势。2010―2019年路段平均日交通量时间分布如图6所示。
2.3 交通量车型构成
2.3.1 分路段构成
根据广西高速公路各路段交通量清分表，分析2019年兴六高速公路各类型车的占比情况，得出各路段统计车型比例如下页图7所示，数据为东西向合计车型比例情况。
从图7可知，全线车型以客车为主，各路段客车占比在68.96%～71.20%，平均为69.87%；其中1类客车比例为65.04%，货车占比在28.80%～31.04%，平均30.13%。
2.3.2 分方向构成
2019年联网收费数据分析得到各路段东西行大客车与大货车车型比例如图8所示。
由图8可知，兴六高速公路各断面东西行客车比例分布基本一致，客车比例变化相对平稳，其中六景北立交―横州路段客车占比最大，东行和西行分别达到71.04%、、71.20%、而贵港―瓦塘互通路段客车占比最小，东行和西行分别为68.56%、68.96%；货车分布规律同客车，其中贵港―瓦塘互通路段货车占比最大，东行和西行分别达到31.44%、71.04%，而六景北立交―横州为路段货车占比最小，东行和西行分别为28.96%、28.80%。
nlc202211181633
2.4 路网现状交通量分析
2.4.1 路网全线平均交通量分析
分析广西区内项目相关道路全线平均交通量情况。根据相关道路交通量统计数据，计算路网全线平均日交通量，确定各高速全线平均车型比例，如图9所示；利用路段通行能力分析方法，计算出周边各相关道路的交通饱和度及服务水平。
调查显示，项目区域路网周边道路饱和度整体较低，服务水平整体较高，所有道路服务水平均在三级及三级以上。就交通量而言，区域路网整体运营状况较好。
2.4.2 项目影响区内路段平均交通量分析
为分析项目封闭施工后对交通的影响，更加精确了解周边路网运行情况，本文通过本项目的影响范围，分析项目周边路网在本项目影响范围内区段的平均交通量情况。统计数据分析显示，结合现状路网调研分析，影响区内周边路网主要道路路段的交通量及车型比例如图10所示。利用路段通行能力分析方法，计算出影响区内周边各相关道路的交通饱和度及服务水平。
项目区域路网周边道路饱和度整体较低，服务水平整体较高，所有道路服务水平均在四级及四级以上；就交通量而言，项目影响区内路网运营状况较好。
3 交通量预测
考虑交通组织拟采用方案施工期为2020下半年至2021年上半年，故本次兴六高速公路交通量预测特征年为2020和2021年。本次交通量预测以2019年基础路网为前提，2019年基础路网图如图11所示。
3.1 预测方法
交通量预测是在充分利用既有资料，经详实而全面的交通调查，并分析区域路网现状交通特性的基础上，通过科学合理的方法构建交通模型，采用公路交通与城市交通相结合的分析技术，对区域路网交通量进行预测。
“四阶段法”预测模型是将研究的道路交通划分为交通产生、交通分布、交通方式划分、交通分配等四阶段。这是目前交通需求预测中比较常用的模型［4-5］，预测方法简单实用。但是这种方法较少考虑各个阶段之间的相互联系，如交通方式与交通分布之间，交通方式不同的阻抗会对交通分布产生影响等。因此，本项目采用两个阶段组合、多个阶段组合的方式，构建新的预测模型，消除因缺少各个阶段间的联系而对预测结果产生的影响，简化预测步骤、提高工作效率。
兴六高速公路施工期交通量预测采用“四阶段组合法”预测模型。通过对分布中重力模型、分配中用户平衡模型（userequilibri-um，UE）组合构建新的TD-UE模型，考虑到预测的效果，采用双约束模式。
minz（x，q）=∑a∫xa0ta（w）dw+1Y（qrslnqrs-qrs）（1）
s.t.∑kfrsk=qrsrs（2）
∑sqrs=orr（3）
∑rqrs=Dss（4）
frsk≥0k，r，s（5）
式中：xa――路段a上的流量；
x――路段流量；
q――指OD点间的出行分布量；
ta――路段a上的运行时间；
frsk――指OD点对r，s在k路段上的交通流；
Y――权重参数，反映OD矩阵中离差的大小。
3.2 预测结果及分析
3.1.1 特征年路段交通量预测
兴六高速公路未来特征年（施工期）在未分流的情况下，全线各路段平均交通量预测值整体呈递增趋势。预测结果如表1所示。
3.1.2 预测交通量分析
（1）由于在兴六高速公路北面，贵港至隆安高速公路2019年7月通车，走向与兴六高速公路平行，分流了部分广西百色市通往广东方向的交通量，导致2019―2020年交通量增长率较低。
（2）2020年初由于疫情影响，广西区内交通出行量减少，兴六高速公路第一季度交通量呈现同比递减情况；下半年随着复工复产计划推进，交通量明显逐渐呈现同比递增情况，这也是2020年交通量增长缓慢的主要原因。
（3）在兴六高速公路南面，大塘至浦北高速公路2020年底通车，走向与兴六高速公路平行，⒎至鞴阄饔窳质心喜客ㄍ广西南宁市方向的交通量，这也是2021年交通量增长缓慢的主要原因。
3.1.3 预测服务水平分析
从预测结果看，未来特征年（施工期）交通流属于相对自由流的状态，道路运营条件较好。如表2所示。
由表2可以看出，兴六高速公路2020年各路段饱和度在0.55～0.65，全线平均为0.60。除贵港―瓦塘互通段为二级服务水平，其余路段均为三级服务水平。兴六高速公路2021年各路段饱和度在0.57～0.69，全线平均为0.62，全线各路段均为三级服务水平。
3.1.4 特征年交通流车型构成
兴六高速公路未来特征年一类车比例增加，二类车、三类车、四类车及货车比例减少。这就意味着车辆比例中小客车和特大货车所占比例较高。预测结果如表3所示。
由表3可知，兴六高速公路未来特征年（施工期）全线车型以客车为主，客车中又以一类客车为主，2020年及2021年一类客车比例分别为65.56%和65.83%，货车比例为29.78%和26.69%。
4 预测效果
依据预测模型的分析，经专家的多次论证，全线最后采用“半幅封闭施工，另半幅单向正常通行”的交通组织方案，本项目从2020-09-01开始，兴六高速公路下行线封闭交通组织施工，于2020-12-15完成改造任务，对社会开放。六景往玉林方向车流2020年3月底全部完成路面改造工程施工任务，比原计划提前一个月恢复全线交通。改造期间没有一例交通事故，取得了满意的社会效果。
5 结语
（1）“四阶段组合法”交通量预测模型适用于既有道路改造工程，其计算结果与实际吻合，为今后的交通组织设计提供依据。
（2）改造路段周边有自由流分流交通条件的道路优先选用全线半幅封闭交通，可以加快施工进度，确保施工安全、道路交通安全和有序分流。
（3）社会参与、宣传到位、多部门配合，是实现半幅封闭交通、有序分流的重要举措。
参考文献
［1］沥青情报站.2020年广西高速路总里程将破8 000 km［J］.石油沥青，2016（1）：37.
［2］杨志坚.高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造关键技术探讨［J］.西部交通科技，2019（6）：38，41，85.
［3］刘建伟，张 ，申俊敏，等.水泥混凝土路面国内外现状和发展新对策［J］.中外公路，2016，36（4）：73-77.
［4］王 玮.陈学武.交通规划［M］.北京：人民交通出版社，2012.
作者简介：
梁文峰（1976―），工程师，研究方向：公路运营管理、施工、建设。
nlc202211181633
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15442365.htm
