基于四階段法的鸚鵡洲長江大橋交通量預(yù)測

何 波

（武漢天興洲道橋投資開發(fā)有限公司 武漢 430011）

0 引 言

武漢是一個典型的濱江城市，三鎮(zhèn)鼎立、兩岸均衡發(fā)展的格局導(dǎo)致長期以來過江交通一直是城市交通的首要問題，也是制約武漢市發(fā)展的一個重要因素.新一輪《武漢市城市總體規(guī)劃（2006～2020年）》提出，在武漢都市發(fā)展區(qū)范圍內(nèi)構(gòu)建“四環(huán)十八射”快速路骨架系統(tǒng)，形成“環(huán)網(wǎng)結(jié)合、軸向放射”的城市快速路體系，強化長江兩岸沿江快速通道建設(shè).為緩解中心城區(qū)過江交通壓力，建設(shè)鸚鵡洲過江通道迫在眉睫.

本文以擬建武漢鸚鵡洲長江大橋為對象，采用國際通用的“四階段”預(yù)測模型，使用國際先進的交通規(guī)劃軟件EMME／3，對其未來交通流量進行預(yù)測分析，為橋梁建設(shè)項目評價、橋梁技術(shù)經(jīng)濟評價和橋梁兩岸疏解方案提供依據(jù).

1 工程概況

目前，武漢市主城區(qū)長江上現(xiàn)有5條通道，分別為武漢長江大橋、武漢長江二橋、白沙洲長江大橋、青島路長江隧道和天興洲大橋，共有過江車道26條.近年來，過江交通總量逐年上升，且分布極不均衡，過江交通矛盾主要集中在中心城區(qū)，過長江流量由2003年的22萬輛／d，增加至2008年的30.3萬輛／d，其中2008年有較大幅度增長，較2007年增長8.2%.中心區(qū)的2座過江橋梁長江大橋和長江二橋長期超負荷運行，長江大橋由于采取了單雙號通行的限制措施，交通量長期保持在8.5萬～9.5萬輛之間，平均每車道承擔(dān)交通量2.3萬輛.長江二橋流量增長迅速，從2000年的每日不到6萬輛迅速增長到2008年的13萬輛以上，最高峰時達到了14萬輛，平均每車道承擔(dān)交通量2.3萬輛.通過對長江二橋持續(xù)的流量觀測，長江二橋全天和全周都不存在明顯的波峰和波谷特征，通行的全時段都是高位超負荷運行.2座中心區(qū)橋梁交通量已經(jīng)遠遠超出設(shè)計通行能力，處于嚴(yán)重的超負荷運行狀態(tài)，急需新的過江通道來分擔(dān)過江交通壓力.

鸚鵡洲長江大橋是新一輪城市總體規(guī)劃中新增的一條過江通道，是城市二環(huán)線的重要組成部分，其距長江大橋約2.0km，距規(guī)劃的楊泗港過江通道約3.2km，距白沙洲長江大橋約6.3km，距軌道交通4號線過江段約0.5km，設(shè)計車速60km／h，雙向8車道.兩岸接線工程采用全程主線高架加地面道路形式，漢陽岸設(shè)交江堤立交、墨水湖立交與墨水湖北路相接；武昌岸在津水路附近設(shè)梅家山立交（三期）與雄楚大道相接，工程主線全長9 181m.

2 交通流量預(yù)測方法

交通量預(yù)測是進行交通狀況評價、綜合分析建設(shè)項目必要性和可行性的前提和基礎(chǔ)，也是確定公路建設(shè)項目的技術(shù)等級、工程規(guī)模以及經(jīng)濟評價的主要依據(jù)和決定公路項目效益的核心內(nèi)容之一.其根據(jù)歷史的、現(xiàn)狀的、未來的經(jīng)濟發(fā)展水平和交通狀況與特征，預(yù)測未來的交通流量，預(yù)測的水平和質(zhì)量將直接影響到項目決策方案的科學(xué)性和合理性［1－4］.

國內(nèi)外一般采用的以集合分析思想為指導(dǎo)，包含各類預(yù)測方法和模型在內(nèi)的四階段預(yù)測法來進行交通需求預(yù)測.四階段法以1962年美國芝加哥市發(fā)表的《Chicago Area Transportation Study》為標(biāo)志，之后逐漸演變成了交通發(fā)生、交通分布、交通方式劃分和交通分配4個步驟，將現(xiàn)狀的地區(qū)社會經(jīng)濟資料，現(xiàn)狀的地區(qū)交通出行資料，按照地區(qū)經(jīng)濟的增長趨勢及目標(biāo)，利用預(yù)測方法推導(dǎo)出未來的地區(qū)出行需求，再將未來各個交通區(qū)的交通發(fā)生與吸引總量進行地區(qū)間的空間分布預(yù)測，求得區(qū)與區(qū)之間的出行，再通過交通方式選擇模型，求得各種交通方式的分擔(dān)量，最后將所有的出行需求分配到路網(wǎng)上，并以此配合道路網(wǎng)規(guī)劃，檢驗現(xiàn)有道路網(wǎng)的負荷，為區(qū)域道路網(wǎng)的規(guī)劃提供科學(xué)的依據(jù)［5－8］，其武漢市交通預(yù)測模型結(jié)構(gòu)及功能見圖1.

圖1 武漢市交通預(yù)測模型結(jié)構(gòu)及功能

2.1 交通預(yù)測模型

武漢市的模型由客流模型和車輛模型組成，即模型是在人員出行調(diào)查和車輛出行調(diào)查的基礎(chǔ)上分別建立的，車輛模型與客流模型之間的相互聯(lián)系緊密，由人員出行方式劃分所得的客車（泛指客車、出租車、摩托車等）方式總量，決定車輛生成總量.

根據(jù)交通預(yù)測“四步驟”理論，預(yù)測模型包括出行生成模型、出行分布模型、方式劃分模型和交通分配模型四部分.由于人和貨物的移動主要通過車輛來進行，機動車是道路的主要使用者，其出行情況與城市經(jīng)濟發(fā)展和土地利用息息相關(guān)，因此客車的生成總量受人員方式劃分中客車方式總量制約，車輛出行分布規(guī)律可依照車輛模型而來.這樣，機動車出行模型分為機動車生成模型、機動車分布模型、機動車分配模型3大塊.

2.1.1 機動車生成模型 該預(yù)測模型是在1998年綜合交通調(diào)查數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，基于EMME／3軟件平臺建立的，之后經(jīng)過多次小樣本調(diào)查和出租車、自行車和武漢市對外交通集散點客流抽樣問詢調(diào)查，將主城劃分為429個交通小區(qū)，外圍組團劃分為282個交通小區(qū)，按照武漢三鎮(zhèn)、7個片區(qū)、4類用地采用交叉分類方法生成交通量.

在除日糧外的養(yǎng)殖系統(tǒng)、飼養(yǎng)條件等外界條件均相同的情況下，設(shè)置對照組和各試驗組。正式試驗開始前將蝦苗暫養(yǎng)在3 m3圓形鋼化玻璃缸中，并投喂基礎(chǔ)飼料進行馴化飼養(yǎng)，待蝦苗長到2.5 cm左右，選擇體格健壯，無病無害，生長狀況良好的蝦苗隨機分為4組，每組設(shè)置3個重復(fù)，每個重復(fù)30尾蝦。試驗開始時平均初始體重為(0.193±0.002)g，每箱的總重是(5.82±0.05)g。分箱后再用基礎(chǔ)飼料暫養(yǎng)3 d，試驗蝦達到攝食的穩(wěn)定狀態(tài)后開始飼養(yǎng)試驗。試驗日糧按照蝦總重的5%～8%投喂(日投飼量按照蝦的攝食情況和水溫具體制定)。

2.1.2 機動車分布模型 出行分布是指交通分區(qū)之間的出行交換，任意2個交通分區(qū)之間的出行分布量與這2個分區(qū)各自的出行生成量和區(qū)間出行阻抗有關(guān).分布預(yù)測即對各交通區(qū)之間及各交通區(qū)內(nèi)部的出行量進行預(yù)測，常用的出行分布模型有增長系數(shù)模型、重力模型和機會模型等.根據(jù)武漢市實際情況，對武漢市內(nèi)車輛選用了重力模型，出入口采用了增長系數(shù)法.假定交通區(qū)i到交通區(qū)j的交通分布量與交通區(qū)i的交通產(chǎn)生量、交通區(qū)j的交通吸引量成正比，與交通區(qū)i和j之間的交通阻抗參數(shù)，如2區(qū)間交通的距離、時間或費用等成反比.

重力模型的基本形式：

式中：Tij為i區(qū)到j(luò)區(qū)出行量；Pi為i區(qū)發(fā)生量；Aj為j區(qū)的吸引量；tij為i區(qū)到j(luò)區(qū)的出行阻抗；F（tij）為摩阻函數(shù)，用Γ函數(shù)表示.

模型校核：與居民客流分布模型相比，本次機動車分布模型校核主要看計算OD值與調(diào)查OD值頻率分布和平均出行長度，平均出行時間校核結(jié)果、計算OD值與調(diào)查OD值擬合的擬合曲線見表1和圖2.從圖2中可見，機動車分布模型符合要求.

表1 平均出行時間校核結(jié)果

2.1.3 機動車分配模型

圖2 機動車擬合曲線圖

1）機動車分配算法 在已知全部的出行的起點和終點的情況下，便可利用機動車分配模型在路網(wǎng)上得出各路段和路口的交通流量，同時還可以得到行程車速和交通延誤的數(shù)值，并計算得出道路的V／C.這些成果往往是人們進行交通預(yù)測所需要的最后成果，是進行交通分析和方案評價所需要的指標(biāo)，因此交通分配模型是交通預(yù)測模型中最關(guān)鍵的一部分.本次交通分配模型建立在EMME／3上，采用平衡分配法.

式中：TC為綜合阻抗；Tt為行程時間；TD為行程距離阻抗；Tp為費用阻抗；L為行程距離；F為通行收費；MD為時間／距離換算系數(shù).

3）機動車分配過程 在確定了分配算法、延誤函數(shù)、基本路網(wǎng)和車輛分布OD矩陣以后，就可以進行交通分配，通過以下幾個步驟完成：（1）非機動車的交通分配.考慮到非機動車在道路上行駛具有很強的靈活性，且對機動車有一定的影響，因此先分配非機動車的流量.先在路段屬性中將非機動車延誤函數(shù)代碼提取出來，并將延誤函數(shù)集調(diào)入，再調(diào)用車輛OD矩陣，然后根據(jù)系統(tǒng)提供的平衡分配方法進行分配；（2）公交車的交通流量計算.由于公交車是定線行駛，在道路上的行駛不受最短路徑的影響，只與發(fā)車間隔有關(guān)，因此可通過計算來確定公交車在道路上的流量；（3）機動車的交通分配.主要通過多車種同時分配及單車種分配方式完成.多車種同時分配方式為設(shè)定所有車種在道路上的通行權(quán)相同，各車種同時分到路網(wǎng)上.單車種分配方式，是將車輛OD逐一分配道路網(wǎng)上，先分配的車種優(yōu)先通行，后分配的車種通行權(quán)越來越小.武漢市采取的是先分客車、后分貨車的方法.分配過程與非機動車的分配過程類似；（4）分配模型校核.將現(xiàn)狀機動車OD矩陣模擬分配到現(xiàn)狀路網(wǎng)上，并用現(xiàn)狀道路交通流量觀測值進行校核，以各條校核線總量來校核OD矩陣，以具體道路斷面的流量來校核分配程序，特別是檢驗路段延誤函數(shù)設(shè)置的正確與否.

2.2 預(yù)測前提

對于交通流量預(yù)測，假設(shè)前提條件不同，會導(dǎo)致車流預(yù)測結(jié)果不同.按照武漢市委十一屆五次全會和《中共武漢市委武漢市人民政府關(guān)于圍繞“兩型社會”建設(shè)、完善城市管理體制的若干意見》，通過對武漢市經(jīng)濟發(fā)展水平、道路網(wǎng)絡(luò)、人口崗位規(guī)模與分布、過江通道的規(guī)劃與管理、公共交通、機動車擁有量、交通政策等方面的研究，得出鸚鵡洲長江大橋交通流量預(yù)測假設(shè)前提總指標(biāo)如表2所列.

3 預(yù)測結(jié)果

3.1 鸚鵡洲大橋車道數(shù)分析

結(jié)合交通預(yù)測模型，在2015年主城區(qū)建成長江大橋、長江二橋、鸚鵡洲長江大橋、二七路長江大橋、青島路過江隧道、天興洲長江大橋和白沙洲長江大橋，2020年前建成楊泗港過江通道，2035年建成黃家湖過江通道的前提下，對鸚鵡洲長江大橋6車道和8車道及武漢市其他過江通道2015年、2020年及2035年的交通流量進行預(yù)測，預(yù)測的結(jié)果如表3所列.

對比2015年、2020年和2035年3個年份流量預(yù)測分析結(jié)果，若鸚鵡洲長江大橋按照雙向6車道的標(biāo)準(zhǔn)進行建設(shè)，2015年日交通量將達到7.4萬輛，2020年達到7.7萬輛，2035年達到9.8萬輛.若鸚鵡洲長江大橋按照雙向8車道的標(biāo)準(zhǔn)進行建設(shè)，2020年日交通量達到9萬輛，2020年達到9.5萬輛，2035年達到11.4萬輛，相比于6車道方案，8車道方案中的所有其余過江通道的交通壓力均有所緩解，能夠更有效的緩解中心城區(qū)過江交通壓力，同時對均衡各條過江通道的交通壓力作用更加有效.

表2 鸚鵡洲長江大橋交通流量預(yù)測前提

因此，鸚鵡洲長江大橋采取6車道或8車道均能有效緩解中心城區(qū)過江交通壓力，但設(shè)置8車道比設(shè)置6車道更能緩解中心城區(qū)的過江交通壓力.

3.2 各年鸚鵡洲通道過江流量

結(jié)合特征年鸚鵡洲長江大橋交通流量預(yù)測和流量增長規(guī)律，按照鸚鵡洲長江大橋8車道設(shè)置、楊泗港過江通道于2020年前建成通車進行分年度預(yù)測，得出2014～2035年鸚鵡洲長江大橋各年交通流量，結(jié)果如表4所列.

表3 鸚鵡洲長江大橋6、8車道交通預(yù)測表 萬輛／d

表4 鸚鵡洲長江大橋交通預(yù)測流量表

3.3 鸚鵡洲通道過江通道交通特征分析

為了準(zhǔn)確把握鸚鵡洲長江大橋引發(fā)交通流量的特征，本文對了鸚鵡洲長江大橋交通吸引范圍進行了預(yù)測分析，得出2020年鸚鵡洲長江大橋交通吸引范圍圖，見圖3.

圖3 2020年鸚鵡洲長江大橋交通吸引范圍圖

從預(yù)測的結(jié)果來看，鸚鵡洲長江大橋在漢陽岸主要通過一環(huán)線上的梅子路立交、墨水湖北路、鸚鵡大道和攔江堤路進行疏散，武昌岸則主要通過二環(huán)線上的梅家山立交、雄楚大街、復(fù)興路以及武咸公路進行疏散.從鸚鵡洲長江大橋引發(fā)流量的主流向分析來看，主流向通過二環(huán)線上的墨水湖北路、梅子路立交、月湖橋、梅家山立交進行疏散；這切合了鸚鵡洲長江大橋作為二環(huán)線上一座重要過江通道的功能定位.

3.4 鸚鵡洲大橋車種構(gòu)成比例預(yù)測分析

根據(jù)交通分配的結(jié)果，假定鸚鵡洲長江大橋不限制任何車種的通行，統(tǒng)計得到2020年鸚鵡洲長江大橋車輛交通車種構(gòu)成如表5所列.從車種的構(gòu)成看出，鸚鵡洲長江大橋的車種以客運為主、貨運為輔，客運交通占總流量的60%以上.（由于城市道路交通車種的構(gòu)成與交通政策、交通管理措施等因素緊密相關(guān)，因此，本車種預(yù)測的結(jié)果僅供參考）.

表5 鸚鵡洲長江大橋車輛的車種構(gòu)成 %

4 結(jié) 論

1）鸚鵡洲長江大橋具有落實城市總體規(guī)劃用地，帶動武漢新區(qū)和武昌舊城改造，滿足機動化發(fā)展需求，緩解中心城區(qū)過江交通壓力，完善道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等功能，其建設(shè)勢在必行.

2）鸚鵡洲長江大橋采取6車道或8車道建設(shè)方案均具備符合其交通功能定位、滿足交通需求、對中心城區(qū)橋梁的分流作用明顯，無論采取6車道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)或8車道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，均可滿足交通的需要.

3）由于過江通道資源有限，考慮到日益增長的機動化需求，同時6車道過江橋梁和8車道過江橋梁在造價上差別不明顯等因素，建議鸚鵡洲長江大橋采取8車道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為宜.

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