美国施工区交通管控技术和策略

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施工区是道路施工、养护和改造的活动场所，包括从第一个施工警告标志至施工结束标志之间的区域。施工区因挤占现有道路空间，会影响到现有道路正常运营。施工区可能是临时的。一般养护作业可能只需要关闭车道几分钟，或者本身就是流动作业，因而对交通影响较小。施工区也可能持续长达几个月甚至几年，比如大型新建、改建项目。施工区的长期存在对施工区附近的交通影响可能非常大。不论哪一类施工区，其基本特点就是挤占原有道路空间，导致施工区道路通行能力下降。在交通需求不变的情形下，将会引起交通瓶颈现象，导致非常发型交通拥挤。据美国联邦公路管理局(FHWA)统计，施工区导致的交通拥挤，一般可占至拥挤总量的24%。在夏天交通量最高的两周里，美国公路施工区造成的交通延误每天平均可达6×106veh/h。在2003年，美国公路施工区内的交通事故造成41000人受伤和1028人死亡。施工区所引起的交通拥挤和交通事故一直是美国交通部门所关注的重要课题之一。美国在公路施工区的研究方面投入很大，尤其是施工区的交通组织和管理方面，积累了系统的分析方法和实践指南。随着我国高速公路建设的迅速发展及交通量的持续、显著增长，如何在大交通量条件下有效且安全地实施道路维修和改造工作，已成为必须重视和急需解决的问题。随着时间的推移，交通量的不断增加，还会有更多的道路需要各种大、中、小型养护维修工作。针对这种需求，笔者首先回顾了施工区的基本交通分析技术，在此基础上，按照施工区交通组织和管理规划和实施两个阶段，阐述了施工区交通管理的基本程序、关键策略和实施方法。最后，指出了施工区交通管理的经验教训。

1瓶颈上游流量—单车延误—排队长度之间的关系

1．1施工区交通分析基本方法

施工区最重要的评价指标，一般包括最大排队长度、单车最大延误和总延误等。最大排队长度指标有助于施工区管理规划，比如避免相邻施工区之间和施工区对重要交通瓶颈路段运营的影响等。而总延误，或者单车最大延误则反映施工区对用户的影响程度，所以是施工策略和交通管理措施实施决策的重要指标。当然，延误较小的施工区，就没有采用比如异地分流等兴师动众的交通管理措施。不同的施工区种类和交通状况，可能需要不同的施工区评价指标，因而需要不同的交通分析方法和工具。比如对交通走廊和城市道路网络的施工分析，交通仿真可能是必需的分析工具。但对于独立的施工区，通常可以简化为交通瓶颈，进而可以采用交通波动分析，或者到达—离去曲线分析。一般地，时域指标采用到达—离去曲线分析较为方便;而空域指标采用波动分析较为方便。原则上，两种方法均可采用，而所得结果具有一定的一致性［1－2］。这里只简要介绍如何利用图1中的到达—离去曲线，计算独立施工区排队队尾。图1到达—离去曲线计算排队队尾Fig．1Backofqueueestimationusinginput-outputdiagram假设车辆在该施工区瓶颈上游拥挤车流中平均车速为Vu，km/h;其中某车i所见排队的物理长度为DQi，km;那么该车在拥挤车流中的平均行驶时间，TQi可按式(1)计算为［3］:TQi=DQiVu(1)再假设wi是该车与其自由流车速Vf下行驶时间相比的延误，则:wi=TQi－DQiVf=DQi1Vu－1V()f(2)DQi=wi1Vu－1V()f－1(3)TQi=wi1－VuV()f－1(4)针对每一辆来车i均计算其DQi，那么在图1中的到达—离去曲线中就可得到排队队尾曲线，也就是E点的轨迹。图1中，c是指该施工区瓶颈的通行能力。

1．2瓶颈上游流量—单车延误—排队长度之间的关系

早在1967年，美国加州交通部(CaliforniaDe-partmentofTransportation，Caltrans)的工程师发现，根据式(3)，瓶颈上游排队长度、单车最大延误以及拥挤路段车道流量之间存在图2的对应关系［4］。图2拥挤路段车道流量与单车最大延误之间的关系(排队长度为1．6km)Fig．2Relationshipbetweencongestedlanevolumeandthemaximumindividualdelay图2中纵坐标为瓶颈上游拥挤路段车道流量，横坐标为当瓶颈上游排队长度(或者确切地说是拥挤车流长度)为1．6km(1mile)时所对应的单车最大延误值。如果横坐标所表示的拥挤车流长度加倍，则单车最大延误也加倍，如此线性类推。很明显，当排队长度一定时，拥挤路段车道流量越低，则单车最大延误越高。图2的开发利用了图3中的拥挤路段流量—速度关系。图3拥挤路段车道流量与平均车速之间的关系Fig．3Flow-speedrelationshipforcongestedroadsegments图3的流速关系为加州实测结果。该流速关系完全可以通过回归分析显式表示，进而显式排队长度、单车延误和拥挤路段车道流量之间的关系。一般地，由于下游瓶颈通行能力决定了上游拥挤路段的总通行能力，所以拥挤路段的车道流量可计算为:μ=c/n(5)式中:μ为拥挤路段单车道通行能力，veh/(h•lane);c为拥挤路段下游施工区瓶颈总通行能力，veh/h;n为拥挤路段，或者说瓶颈上游车辆排队路段的总车道数。很明显，拥挤路段车道流量越低，就意味着瓶颈路段关闭车道数越多，造成的延误也就越高。这正是图2中曲线单调下降的基本原因。图2所示曲线非常容易使用。比如，流量为8000veh/h的某双向8车道高速公路某方向因施工关闭1条车道，则施工区瓶颈路段通行能力减为3车道的通行能力，即6000veh/h。此时瓶颈上游拥挤路段车道流量可按式(5)计算为6000/4=1500veh/(h•lane)。当排队长度为1．6km(1mile)时(可实际观测)，根据图2中的曲线，1500veh/(h•lane)流量对应的单车最大延误约为0．9min。而当排队长度为3．2km(2mile)时，单车最大延误也加倍至1．8min。同样，如果关闭两条车道，则瓶颈上游车道流量减小为4000/4=1000veh/(h•lane)，当排队长度为1．6km(1mile)时，单车最大延误增加至5．8min。由于图2简洁、方便，所以特别适用于施工现场监测指定的交通管理定量指标。比如说现场单车最大延误不得超过15min，那么完全可以从现场观测的最大排队长度和车道流量查图获得。当然，读者可以自己观测适合本地区的流－速关系曲线，标定图3曲线，进而标定图2以指导本地区的施工区交通管理实践。

2施工区交通管理规划

2．1施工区交通管理规划的基本程序

与交通事故不同，现有道路施工是计划中的交通事件。施工区交通管理规划(TransportationManage-mentPlan，TMP)的目标，即按照既定的施工区交通管理定量指标，实现对现有交通需求影响的最小化。在美国，现有道路养护和改造施工的一个基本要求就是保通。项目管理部门对施工区交通组织与管理一般具有严格的量化指标，比如单车最大延误和最大排队长度指标等等，以求对社会、对公众负责，接受公众监督。加州交通部目前的施工区最大单车延误指标为不得超过正常延误以上30min［5］。如果超过30min，需要由部长牵头的特殊委员会审核批准。正常延误是指正常常发型交通拥挤所造成的延误。施工区交通管理规划始于工程总体方案设计阶段。从项目开始立项的第一天，就要将项目施工期间可能牵涉到的交通组织问题(按照事件管理的原则)提上议事日程。确保施工区交通管理的内容体现在项目的规划、设计和施工文件当中，使交通组织方案及其可行性和有效性得到充分的论证和研究。施工区交通管理规划是土建总体工程设计不可或缺的重要组成部分，也是施工工程得以顺利实施的根本保证。施工区交通管理必须具有专项设计文件、施工概预算、施工规范和合同文本。针对土建工程的不同施工阶段，施工区交通管理设计都配有专门的交通管理方案。施工区交通管理规划的基本流程如图4。在项目概念性设计阶段，需要采集项目基本数据，并确定交通管理方案种类。施工区交通管理规划所需数据由项目主体设计单位提供。项目基本数据包括项目影响范围、施工性质、路网构成、施工工期安排、临时工程、基础交通量、事故数据以及道路线形等等。应当明确的是，数据提供越全面，则交通组织安排与实际越接近，实施过程中所需要的调整会越少。依据提供的数据，还需要进一步计算项目可能造成的单车最大延误、总延误以及排队长度等管理指标。单车最大延误和排队长度可用于确定交通管理方案的种类;而总延误可用于控制交通管理总投入。根据项目造成单车延误的大小以及排队长度，交通管理方案一般可分为大型、小型和微型这3类。不同类型的管理方案包含不同的管理策略。微型方案主要为不需要封闭车道的养护类施工，比如沿路剪草或者施肥;大型方案则一般会造成单车延误达到30min甚至以上，从而需要专项合同支持交通组织对策;而小型方案则介于两者之间。施工交通管理和主体工程设计密不可分。在主体设计方案审核过程中，交通管理方案可行性审核为重要的审核内容之一。由于不同的设计方案将提出不同的施工区交通管理要求，所以交通管理设计人员与主体设计人员必须密切配合，共同确立施工方案的交通管理方案，并提出施工区交通管理专项经费预算。同时，这种配合必须体现在不同的设计阶段，依据工程的进展情况，不断调整交通管理方案。交通管理规划存在于项目的整个规划、设计和施工周期之中。

2．2开放车道数目计算

研究显示，施工区对相邻开放车道的通行能力影响很大。具体影响程度依工程类型和车道总数的不同而不同。比如路面摊铺施工的影响就大于普通的道路养护施工;而普通的道路养护施工的影响又要大于沿路剪草或者是垃圾清理等流动作业等。车道总数少的道路断面更容易受到较大影响。比如单向3车道关闭1条车道时，断面通行能力损失可能达到原有3车道的一半以上;而当单向4车道关闭1条车道时，断面通行能力损失可能只有原有4车道的1/3［6－7］。开放车道数目计算是施工区交通组织的基本依据。在美国，其基本计算原则是在不造成任何附加延误的情况下，施工区需要开放多少条车道。即，为了减少附加延误，施工必须选择在流量较小的时段进行。如果无法避免附加延误，就必须实施必要的交通管理措施予以补救。在加州，附加延误不得超过30min。开放车道数目计算是重要的设计文件。无论微型、小型还是大型的施工区，都需要计算开放车道数目，并依据开放车道数目安排施工时间。施工单位必须遵守执行。例如，利用表1中某8车道高速公路南向某星期四到星期日的流量信息，确定每一天无任何附加延误的开放车道数目，从而确定施工可用时段。根据加州和美国实测，施工区开放车道的通行能力一般为1500veh/(h•lane)，所以开放车道数可根据如下4条基本原则计算:①当交通需求≤1500veh/h，开放至少1条车道;②当交通需求≤3000veh/h，开放至少2条车道;③当3000＜交通需求≤4500veh/h，开放至少3条车道;④当4500veh/h＜交通需求＜6000veh/h，不得关闭任何车道，但可以允许路肩施工。按照以上4条规则，星期四从24:00到凌晨05:00，道路流量均小于1500veh/h，所以必须至少开放1条车道(可以关闭3条车道)。从07:00到18:00，道路流量大于6000veh/h，所以4条车道必须全部开放(不得关闭车道施工)。在19:00，道路流量为5886veh/h，虽小于6000veh/h，但大于4500veh/h，所以此时不得关闭任何车道，只允许路肩施工。从20:00到21:00，道路流量大于3000veh/h，所以必须至少开放3条车道(可以关闭1条车道施工)。从22:00到23:00，道路流量均大于1500veh/h，但小于3000veh/h，所以必须开放至少2条车道(可以关闭2条车道施工)。具体计算结果列于表2。表2成为整个工程招标文件的重要内容之一。

3施工区管理方案的实施

3．1交通管理委员会制度

交通管理委员会由业主、交警部门、设计代表、施工承包商代表共同组成。主要负责协调施工区的交通管理工作。该委员会一般实行例会制度，在例会上对目前采用的交通管理方案的有效性进行评价;同时也配合施工顺序安排下一阶段的封路方案，并报请主管部门批准。该委员会需要与当地政府、公众组织和社团等单位密切配合，积极争取当地民众的支持和理解。当然也可以将地方上的意见及时地反馈到施工安排当中，形成良性循环。该委员会存在于整个施工期间。交通管理委员会的一项重要职责就是配合工程进度，及时向主管部门申请相应的封路许可。在美国，施工封路牵涉到严格的法律问题，承包商必须向交通主管部门提前，比如两个礼拜提出申请;而主管部门必须及时地对所提出的管理方法和措施进行审核。只有获得正式批准后，承包商方可按计划封路。未经许可而擅自封路，造成一切后果由承包商自负。此时如果发生交通事故，保险公司可以拒绝赔付。当项目或者标段较多时，施工单位为了灵活使用人员和设备，一般倾向于申请较多的车道关闭许可，但并不一定使用。这对项目管理是不利的。所以必须由交通管理委员会统一协调，避免不同施工项目安排上的冲突。交管中心报备制度可以有效促进临近工地之间的协调，防止相邻施工项目造成的交通影响叠加。

3．2交通状况监测

所有施工工作必须按计划进行，并在封路前及时通知交管中心。从路网协调的角度，更好地管理施工交通。施工开始前，必须有专人监测交通流量。决定是否可以开始封路。一般地，只有当剩余车道的流量低于1500veh/(h•lane)，才可以开始关闭车道［4］。合同中要求的施工区开放车道数，绝大多数情况是采用历史数据计算得来，不一定准确，所以实际现场封路时必须按照现场实际流量校准。在施工过程当中，施工单位必须指派专人监测流量和流速。如果发现排队长度和延误超标就需要及时调整，比如开放关闭的车道，甚至停止施工。同理，如果发生交通肇事，除动用相关应急措施之外，也需要及时监测交通。现场蹲点的交警以及储备的应急设备，这个时候就有用武之地了。

3．3紧急管理

紧急管理的根本目的是增加项目实施的可靠性。针对可能出现的紧急事件，项目管理规划中应该留有余地。这可能包括备用的设备和人员，也可能是备选应急方案等。

4施工区交通管理的经验教训

4．1加强培训

施工区交通管理不是一个人或者一个部门的事;而是需要各个相关方面的倾力合作。所以针对所有施工区交通管理的参与者进行培训至关重要。只有这样，才能使参与各方责权分明，便于协调，才能在遇到问题时及时解决。

4．2用户费用

交通管理方案制定中的一个重要依据就是用户(延误)费用。用户费用计算不准确，将会影响到策略的采用和策略有效性的评估，直接影响到施工合同。这就要求设计人员和管理人员尽量采用最新的交通量数据。在招标之前，对计算所用流量数据需要作进一步的核查。同时也需要检查现场附近土地利用是否改变，比如新开张的大型商业中心等。因为土地使用的改变将直接影响交通量数据。加州就发生过因为采用过时的现场数据而造成现场排队过长，导致追尾事故的案例。加州交通部成为当然的渎职官司的被告并赔付上百万美元。

4．3施工区交通管理标准化

每个项目都有各自的特点。导致交通管理设计及策略实施方案五花八门，不便管理和经验总结推广。但对大同小异的微型和小型交通管理方案，最好使用标准化的审批表格。而对大型项目，由于必须采用与项目匹配的专用策略，专项审批可能更为合理。

4．4施工项目监测经费的保证

施工中，对现场交通量需要进行不断的监测。比如驾驶人实地的延误情况，排队长度，是否存在追尾风险等。同时也要监测重点路口的交通流量情况，以及指定绕行路线运行情况。现场需要配备专门的交通管理人员，向现场指挥和交管中心及时汇报并及时采取有效措施处理。在项目总经费中，必须预留足够的交通监测经费。

5结语

笔者系统地介绍了美国施工区(车道封闭交通管理)的基本分析方法和5大策略。施工区作为特殊的交通事件，主要通过规划和实施两个阶段进行管理。其主要策略是公众信息系统、旅行者信息系统、事件管理、施工策略、需求管理和绕行管理等;而其评价策略为基本的交通工程排队论分析。美国施工区管理的根本特点是管理的定量化以及由于定量化管理形成的问责制度。定量化的管理可以形成强大的社会监督，同时也服务于强大的社会监督。这与以人为本的人文理念是分不开的。可喜的是，笔者在上海市区高速公路施工交通管理中见到，该地区已经采用定量化施工区最大排队长度指标来安排施工区［10］。这说明随着新路建设的完成和旧路改造工作的开展，大交通量道路施工区交通管理已经提上议事日程。严格的定量的施工区交通规划和管理规程，对施工区交通管理本身，包括工程规划、招投标、施工方法、交通管理、乃至项目寿命周期费用管理等各个方面都提出了更大的挑战。值得指出的是，交通肇事和特殊事件，比如重大体育比赛等的交通组织和管理与施工区对交通的影响类似。所以完全可以参照施工区的管理办法进行分析，并加以管理。