工程规划丨川藏公路选线优化

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川藏通道是我国内陆交通要道，肩负着联系内陆经济政治及运输西南边防军事战略物资的重担。

新建的川藏高速公路主要沿着G318国道布设，沿线地势起伏大、板块活动强烈、气候条件极其恶劣、桥隧工程比例大且多位于山高路远地域，甚至地处生命禁区。

☝  川藏通道工程特点

目前，川藏高速公路的选线规划面临着严峻的交通安全形势以及预算超支严重等问题。

川藏公路是世界上最高、最危险的公路之一：沿线最低海拔仅500m，而最高海拔却超过了5000m。为了克服巨大的地形落差、穿越复杂的山区地形，设计中被迫采用了长大纵坡、大比例的超长隧道以及大跨桥梁。

然而，这些措施也带来了严重的交通隐患。地形险峻、气候环境恶劣都使山区公路行车环境恶化，交通事故的发生频率和严重程度往往高于城市公路。数据表明：该地区交通事故死亡率约为全国平均水平的2-3倍。

由于川藏公路工程的建设场地位于平均海拔3000米以上的高山地区，材料、机械运输费用和人工远高于其他地区。该地区公路建设单价约为周边城市公路的两倍。

考虑到川藏高速公路工程在安全、成本上突出的风险，其规划选线尽可能以较低的成本代价，提高公路规划方案的运营安全水平。

1.

识别项目风险因素

在川藏高速公路的规划选线过程中，设计方案中的部分参数既与项目成本相关，也对项目后期的运营安全有着深远的影响。而这些与成本、安全同时相关的参数将被识别为项目的风险因素，作为方案优化的具体对象。

☟  川藏高速公路交通事故风险清单

上表中列出的风险因素是山区公路规划设计的重要参数：这些风险因素不仅影响道路交通安全，而且更影响公路的生命周期成本。

2.

预估生命周期成本

桥隧比例大是川藏高速公路的典型特征：以刚通车的雅康高速公路为例，其桥隧比高达82%。

公路的不同结构类型也使其单位长度造价相差悬殊。因此，在预估某一个公路规划方案的生命周期成本时，需要先确定其结构类型，再根据细化的规划方案参数预估造价。

首先，结合公路规划方案与地形地貌信息，公路的结构类型（桥，路堤，隧道，路堑）将根据相应方案的建设成本而被自动确定下来。

如下图所示，若某一路段存在两种建设方案（隧道或路堑），则程序将自动比较两种建设方案的建造成本，成本较低者将被自动选定为可行的建设方案。

☝  根据地形和建设成本自动确定结构设施类型

当公路结构类型确定之后，再根据方案细化的决策变量（如隧道照明设施、通风设施、路面材料类型等）的取值预估该方案的生命周期成本。

3.

评估交通风险水平

为了预估高速公路段的交通事故率，需从拟建项目所在地的交管部门处采集与项目相邻地区的交通事故信息。进而从交通事故报告中提取公路的几何数据、交通报表数据和事故数据，利用风险水平函数（Safety Performance Function，SPF）建立交通事故率与致险因素之间的因果回归模型。

☟  致险因素相关的解释变量列表

4.

优化方案并检验风险

根据已建立的规划方案成本预估模型、交通风险评估模型，通过优化算法获得“成本-安全”双目标优化的Pareto最优解。

考虑到安全维度的特殊性，利用荷兰的住房规划部（Dutch Ministry of Housing, Spatial Planning, and Environment, VROM）提出的风险水平检查框架来判定上述最优解的风险水平在个人层面、国家层面是否可接受。

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☝  川藏高速选线优化的技术流程

在G4217德格-昌都工程项目设计中，利用上述思路，智能生成规划方案，并作优化。计算机智能生成的优化方案与初始方案相比，预期降低交通事故率40%，全寿命周期成本降低10%。

✎改编丨李成谦

☟ 改编原文

Chenqian Li, Lieyun Ding, Botao Zhong. Highway Planning and Design in the Qinghai-Tibet Plateau of China: A Cost-Safety Balance Perspective[J].Engineering,2019,5(2): 337-349.

点击文末“阅读原文”可免费下载被改编的原文。

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