美國施工區交通管控技術和策略

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施工區是道路施工、養護和改造的活動場所，包括從第一個施工警告標志至施工結束標志之間的區域。施工區因擠占現有道路空間，會影響到現有道路正常運營。施工區可能是臨時的。一般養護作業可能只需要關閉車道幾分鐘，或者本身就是流動作業，因而對交通影響較小。施工區也可能持續長達幾個月甚至幾年，比如大型新建、改建項目。施工區的長期存在對施工區附近的交通影響可能非常大。不論哪一類施工區，其基本特點就是擠占原有道路空間，導致施工區道路通行能力下降。在交通需求不變的情形下，將會引起交通瓶頸現象，導致非常發型交通擁擠。據美國聯邦公路管理局(FHWA)統計，施工區導致的交通擁擠，一般可占至擁擠總量的24%。在夏天交通量最高的兩周里，美國公路施工區造成的交通延誤每天平均可達6×106veh/h。在2003年，美國公路施工區內的交通事故造成41000人受傷和1028人死亡。施工區所引起的交通擁擠和交通事故一直是美國交通部門所關注的重要課題之一。美國在公路施工區的研究方面投入很大，尤其是施工區的交通組織和管理方面，積累了系統的分析方法和實踐指南。隨著我國高速公路建設的迅速發展及交通量的持續、顯著增長，如何在大交通量條件下有效且安全地實施道路維修和改造工作，已成為必須重視和急需解決的問題。隨著時間的推移，交通量的不斷增加，還會有更多的道路需要各種大、中、小型養護維修工作。針對這種需求，筆者首先回顧了施工區的基本交通分析技術，在此基礎上，按照施工區交通組織和管理規劃和實施兩個階段，闡述了施工區交通管理的基本程序、關鍵策略和實施方法。最后，指出了施工區交通管理的經驗教訓。

1瓶頸上游流量—單車延誤—排隊長度之間的關系

1．1施工區交通分析基本方法

施工區最重要的評價指標，一般包括最大排隊長度、單車最大延誤和總延誤等。最大排隊長度指標有助于施工區管理規劃，比如避免相鄰施工區之間和施工區對重要交通瓶頸路段運營的影響等。而總延誤，或者單車最大延誤則反映施工區對用戶的影響程度，所以是施工策略和交通管理措施實施決策的重要指標。當然，延誤較小的施工區，就沒有采用比如異地分流等興師動眾的交通管理措施。不同的施工區種類和交通狀況，可能需要不同的施工區評價指標，因而需要不同的交通分析方法和工具。比如對交通走廊和城市道路網絡的施工分析，交通仿真可能是必需的分析工具。但對于獨立的施工區，通常可以簡化為交通瓶頸，進而可以采用交通波動分析，或者到達—離去曲線分析。一般地，時域指標采用到達—離去曲線分析較為方便;而空域指標采用波動分析較為方便。原則上，兩種方法均可采用，而所得結果具有一定的一致性［1－2］。這里只簡要介紹如何利用圖1中的到達—離去曲線，計算獨立施工區排隊隊尾。圖1到達—離去曲線計算排隊隊尾Fig．1Backofqueueestimationusinginput-outputdiagram假設車輛在該施工區瓶頸上游擁擠車流中平均車速為Vu，km/h;其中某車i所見排隊的物理長度為DQi，km;那么該車在擁擠車流中的平均行駛時間，TQi可按式(1)計算為［3］:TQi=DQiVu(1)再假設wi是該車與其自由流車速Vf下行駛時間相比的延誤，則:wi=TQi－DQiVf=DQi1Vu－1V()f(2)DQi=wi1Vu－1V()f－1(3)TQi=wi1－VuV()f－1(4)針對每一輛來車i均計算其DQi，那么在圖1中的到達—離去曲線中就可得到排隊隊尾曲線，也就是E點的軌跡。圖1中，c是指該施工區瓶頸的通行能力。

1．2瓶頸上游流量—單車延誤—排隊長度之間的關系

早在1967年，美國加州交通部(CaliforniaDe-partmentofTransportation，Caltrans)的工程師發現，根據式(3)，瓶頸上游排隊長度、單車最大延誤以及擁擠路段車道流量之間存在圖2的對應關系［4］。圖2擁擠路段車道流量與單車最大延誤之間的關系(排隊長度為1．6km)Fig．2Relationshipbetweencongestedlanevolumeandthemaximumindividualdelay圖2中縱坐標為瓶頸上游擁擠路段車道流量，橫坐標為當瓶頸上游排隊長度(或者確切地說是擁擠車流長度)為1．6km(1mile)時所對應的單車最大延誤值。如果橫坐標所表示的擁擠車流長度加倍，則單車最大延誤也加倍，如此線性類推。很明顯，當排隊長度一定時，擁擠路段車道流量越低，則單車最大延誤越高。圖2的開發利用了圖3中的擁擠路段流量—速度關系。圖3擁擠路段車道流量與平均車速之間的關系Fig．3Flow-speedrelationshipforcongestedroadsegments圖3的流速關系為加州實測結果。該流速關系完全可以通過回歸分析顯式表示，進而顯式排隊長度、單車延誤和擁擠路段車道流量之間的關系。一般地，由于下游瓶頸通行能力決定了上游擁擠路段的總通行能力，所以擁擠路段的車道流量可計算為:μ=c/n(5)式中:μ為擁擠路段單車道通行能力，veh/(h•lane);c為擁擠路段下游施工區瓶頸總通行能力，veh/h;n為擁擠路段，或者說瓶頸上游車輛排隊路段的總車道數。很明顯，擁擠路段車道流量越低，就意味著瓶頸路段關閉車道數越多，造成的延誤也就越高。這正是圖2中曲線單調下降的基本原因。圖2所示曲線非常容易使用。比如，流量為8000veh/h的某雙向8車道高速公路某方向因施工關閉1條車道，則施工區瓶頸路段通行能力減為3車道的通行能力，即6000veh/h。此時瓶頸上游擁擠路段車道流量可按式(5)計算為6000/4=1500veh/(h•lane)。當排隊長度為1．6km(1mile)時(可實際觀測)，根據圖2中的曲線，1500veh/(h•lane)流量對應的單車最大延誤約為0．9min。而當排隊長度為3．2km(2mile)時，單車最大延誤也加倍至1．8min。同樣，如果關閉兩條車道，則瓶頸上游車道流量減小為4000/4=1000veh/(h•lane)，當排隊長度為1．6km(1mile)時，單車最大延誤增加至5．8min。由于圖2簡潔、方便，所以特別適用于施工現場監測指定的交通管理定量指標。比如說現場單車最大延誤不得超過15min，那么完全可以從現場觀測的最大排隊長度和車道流量查圖獲得。當然，讀者可以自己觀測適合本地區的流－速關系曲線，標定圖3曲線，進而標定圖2以指導本地區的施工區交通管理實踐。

2施工區交通管理規劃

2．1施工區交通管理規劃的基本程序

與交通事故不同，現有道路施工是計劃中的交通事件。施工區交通管理規劃(TransportationManage-mentPlan，TMP)的目標，即按照既定的施工區交通管理定量指標，實現對現有交通需求影響的最小化。在美國，現有道路養護和改造施工的一個基本要求就是保通。項目管理部門對施工區交通組織與管理一般具有嚴格的量化指標，比如單車最大延誤和最大排隊長度指標等等，以求對社會、對公眾負責，接受公眾監督。加州交通部目前的施工區最大單車延誤指標為不得超過正常延誤以上30min［5］。如果超過30min，需要由部長牽頭的特殊委員會審核批準。正常延誤是指正常常發型交通擁擠所造成的延誤。施工區交通管理規劃始于工程總體方案設計階段。從項目開始立項的第一天，就要將項目施工期間可能牽涉到的交通組織問題(按照事件管理的原則)提上議事日程。確保施工區交通管理的內容體現在項目的規劃、設計和施工文件當中，使交通組織方案及其可行性和有效性得到充分的論證和研究。施工區交通管理規劃是土建總體工程設計不可或缺的重要組成部分，也是施工工程得以順利實施的根本保證。施工區交通管理必須具有專項設計文件、施工概預算、施工規范和合同文本。針對土建工程的不同施工階段，施工區交通管理設計都配有專門的交通管理方案。施工區交通管理規劃的基本流程如圖4。在項目概念性設計階段，需要采集項目基本數據，并確定交通管理方案種類。施工區交通管理規劃所需數據由項目主體設計單位提供。項目基本數據包括項目影響范圍、施工性質、路網構成、施工工期安排、臨時工程、基礎交通量、事故數據以及道路線形等等。應當明確的是，數據提供越全面，則交通組織安排與實際越接近，實施過程中所需要的調整會越少。依據提供的數據，還需要進一步計算項目可能造成的單車最大延誤、總延誤以及排隊長度等管理指標。單車最大延誤和排隊長度可用于確定交通管理方案的種類;而總延誤可用于控制交通管理總投入。根據項目造成單車延誤的大小以及排隊長度，交通管理方案一般可分為大型、小型和微型這3類。不同類型的管理方案包含不同的管理策略。微型方案主要為不需要封閉車道的養護類施工，比如沿路剪草或者施肥;大型方案則一般會造成單車延誤達到30min甚至以上，從而需要專項合同支持交通組織對策;而小型方案則介于兩者之間。施工交通管理和主體工程設計密不可分。在主體設計方案審核過程中，交通管理方案可行性審核為重要的審核內容之一。由于不同的設計方案將提出不同的施工區交通管理要求，所以交通管理設計人員與主體設計人員必須密切配合，共同確立施工方案的交通管理方案，并提出施工區交通管理專項經費預算。同時，這種配合必須體現在不同的設計階段，依據工程的進展情況，不斷調整交通管理方案。交通管理規劃存在于項目的整個規劃、設計和施工周期之中。

2．2開放車道數目計算

研究顯示，施工區對相鄰開放車道的通行能力影響很大。具體影響程度依工程類型和車道總數的不同而不同。比如路面攤鋪施工的影響就大于普通的道路養護施工;而普通的道路養護施工的影響又要大于沿路剪草或者是垃圾清理等流動作業等。車道總數少的道路斷面更容易受到較大影響。比如單向3車道關閉1條車道時，斷面通行能力損失可能達到原有3車道的一半以上;而當單向4車道關閉1條車道時，斷面通行能力損失可能只有原有4車道的1/3［6－7］。開放車道數目計算是施工區交通組織的基本依據。在美國，其基本計算原則是在不造成任何附加延誤的情況下，施工區需要開放多少條車道。即，為了減少附加延誤，施工必須選擇在流量較小的時段進行。如果無法避免附加延誤，就必須實施必要的交通管理措施予以補救。在加州，附加延誤不得超過30min。開放車道數目計算是重要的設計文件。無論微型、小型還是大型的施工區，都需要計算開放車道數目，并依據開放車道數目安排施工時間。施工單位必須遵守執行。例如，利用表1中某8車道高速公路南向某星期四到星期日的流量信息，確定每一天無任何附加延誤的開放車道數目，從而確定施工可用時段。根據加州和美國實測，施工區開放車道的通行能力一般為1500veh/(h•lane)，所以開放車道數可根據如下4條基本原則計算:①當交通需求≤1500veh/h，開放至少1條車道;②當交通需求≤3000veh/h，開放至少2條車道;③當3000＜交通需求≤4500veh/h，開放至少3條車道;④當4500veh/h＜交通需求＜6000veh/h，不得關閉任何車道，但可以允許路肩施工。按照以上4條規則，星期四從24:00到凌晨05:00，道路流量均小于1500veh/h，所以必須至少開放1條車道(可以關閉3條車道)。從07:00到18:00，道路流量大于6000veh/h，所以4條車道必須全部開放(不得關閉車道施工)。在19:00，道路流量為5886veh/h，雖小于6000veh/h，但大于4500veh/h，所以此時不得關閉任何車道，只允許路肩施工。從20:00到21:00，道路流量大于3000veh/h，所以必須至少開放3條車道(可以關閉1條車道施工)。從22:00到23:00，道路流量均大于1500veh/h，但小于3000veh/h，所以必須開放至少2條車道(可以關閉2條車道施工)。具體計算結果列于表2。表2成為整個工程招標文件的重要內容之一。

3施工區管理方案的實施

3．1交通管理委員會制度

交通管理委員會由業主、交警部門、設計代表、施工承包商代表共同組成。主要負責協調施工區的交通管理工作。該委員會一般實行例會制度，在例會上對目前采用的交通管理方案的有效性進行評價;同時也配合施工順序安排下一階段的封路方案，并報請主管部門批準。該委員會需要與當地政府、公眾組織和社團等單位密切配合，積極爭取當地民眾的支持和理解。當然也可以將地方上的意見及時地反饋到施工安排當中，形成良性循環。該委員會存在于整個施工期間。交通管理委員會的一項重要職責就是配合工程進度，及時向主管部門申請相應的封路許可。在美國，施工封路牽涉到嚴格的法律問題，承包商必須向交通主管部門提前，比如兩個禮拜提出申請;而主管部門必須及時地對所提出的管理方法和措施進行審核。只有獲得正式批準后，承包商方可按計劃封路。未經許可而擅自封路，造成一切后果由承包商自負。此時如果發生交通事故，保險公司可以拒絕賠付。當項目或者標段較多時，施工單位為了靈活使用人員和設備，一般傾向于申請較多的車道關閉許可，但并不一定使用。這對項目管理是不利的。所以必須由交通管理委員會統一協調，避免不同施工項目安排上的沖突。交管中心報備制度可以有效促進臨近工地之間的協調，防止相鄰施工項目造成的交通影響疊加。

3．2交通狀況監測

所有施工工作必須按計劃進行，并在封路前及時通知交管中心。從路網協調的角度，更好地管理施工交通。施工開始前，必須有專人監測交通流量。決定是否可以開始封路。一般地，只有當剩余車道的流量低于1500veh/(h•lane)，才可以開始關閉車道［4］。合同中要求的施工區開放車道數，絕大多數情況是采用歷史數據計算得來，不一定準確，所以實際現場封路時必須按照現場實際流量校準。在施工過程當中，施工單位必須指派專人監測流量和流速。如果發現排隊長度和延誤超標就需要及時調整，比如開放關閉的車道，甚至停止施工。同理，如果發生交通肇事，除動用相關應急措施之外，也需要及時監測交通。現場蹲點的交警以及儲備的應急設備，這個時候就有用武之地了。

3．3緊急管理

緊急管理的根本目的是增加項目實施的可靠性。針對可能出現的緊急事件，項目管理規劃中應該留有余地。這可能包括備用的設備和人員，也可能是備選應急方案等。

4施工區交通管理的經驗教訓

4．1加強培訓

施工區交通管理不是一個人或者一個部門的事;而是需要各個相關方面的傾力合作。所以針對所有施工區交通管理的參與者進行培訓至關重要。只有這樣，才能使參與各方責權分明，便于協調，才能在遇到問題時及時解決。

4．2用戶費用

交通管理方案制定中的一個重要依據就是用戶(延誤)費用。用戶費用計算不準確，將會影響到策略的采用和策略有效性的評估，直接影響到施工合同。這就要求設計人員和管理人員盡量采用最新的交通量數據。在招標之前，對計算所用流量數據需要作進一步的核查。同時也需要檢查現場附近土地利用是否改變，比如新開張的大型商業中心等。因為土地使用的改變將直接影響交通量數據。加州就發生過因為采用過時的現場數據而造成現場排隊過長，導致追尾事故的案例。加州交通部成為當然的瀆職官司的被告并賠付上百萬美元。

4．3施工區交通管理標準化

每個項目都有各自的特點。導致交通管理設計及策略實施方案五花八門，不便管理和經驗總結推廣。但對大同小異的微型和小型交通管理方案，最好使用標準化的審批表格。而對大型項目，由于必須采用與項目匹配的專用策略，專項審批可能更為合理。

4．4施工項目監測經費的保證

施工中，對現場交通量需要進行不斷的監測。比如駕駛人實地的延誤情況，排隊長度，是否存在追尾風險等。同時也要監測重點路口的交通流量情況，以及指定繞行路線運行情況。現場需要配備專門的交通管理人員，向現場指揮和交管中心及時匯報并及時采取有效措施處理。在項目總經費中，必須預留足夠的交通監測經費。

5結語

筆者系統地介紹了美國施工區(車道封閉交通管理)的基本分析方法和5大策略。施工區作為特殊的交通事件，主要通過規劃和實施兩個階段進行管理。其主要策略是公眾信息系統、旅行者信息系統、事件管理、施工策略、需求管理和繞行管理等;而其評價策略為基本的交通工程排隊論分析。美國施工區管理的根本特點是管理的定量化以及由于定量化管理形成的問責制度。定量化的管理可以形成強大的社會監督，同時也服務于強大的社會監督。這與以人為本的人文理念是分不開的。可喜的是，筆者在上海市區高速公路施工交通管理中見到，該地區已經采用定量化施工區最大排隊長度指標來安排施工區［10］。這說明隨著新路建設的完成和舊路改造工作的開展，大交通量道路施工區交通管理已經提上議事日程。嚴格的定量的施工區交通規劃和管理規程，對施工區交通管理本身，包括工程規劃、招投標、施工方法、交通管理、乃至項目壽命周期費用管理等各個方面都提出了更大的挑戰。值得指出的是，交通肇事和特殊事件，比如重大體育比賽等的交通組織和管理與施工區對交通的影響類似。所以完全可以參照施工區的管理辦法進行分析，并加以管理。