城區(qū)橋梁施工期交通組織設(shè)計與優(yōu)化*
——以浦南運河橋為例

張詩雯 蔡曉男 陸 鍵▲ 張紅軍

(1.同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院 上海 201804；2.中交第三航務(wù)工程局 上海 200032)

0 引 言

橋梁作為連接路網(wǎng)的主骨架和關(guān)鍵節(jié)點，在提供安全、高效、便捷運輸服務(wù)的同時，也遭受著部件損壞，維修保養(yǎng)頻繁等影響，易造成局部交通擁堵或延誤。如何科學(xué)有效地優(yōu)化交通組織、降低負面影響是城市交通管理的關(guān)鍵[1-2]。

國內(nèi)文獻大多結(jié)合道路交通施工特性，重新分布交通量提出交通安全評價方法[3]。通過對道路施工區(qū)交通運行特征分析，研究道路施工區(qū)對路網(wǎng)容量的影響[4]。國外研究較為細致，結(jié)合模糊邏輯風(fēng)險評估方法和微觀模擬仿真方法評估橋梁維修階段對交通運行延誤的影響[5]。采用動態(tài)流量分配(DTA)微觀模型[6]評估高峰時期突發(fā)性橋梁事件對交通網(wǎng)絡(luò)的影響，并以服務(wù)水平(LOS)、服務(wù)質(zhì)量(QOS)等定性和定量指標[7]評價施工期對交通運行各方面影響等。部分文獻提出可變信息交通標志(VMS)等措施通知道路用戶交通狀況，以減少施工期對用戶出行的影響[8]。研究表明基礎(chǔ)設(shè)施施工對周邊交通影響之大，顯著降低道路服務(wù)水平，但較少數(shù)文獻提及詳細的設(shè)計優(yōu)化組織方案及驗證保障措施，因此，筆者結(jié)合浦南運河橋維修工程具體分析橋梁施工期對周邊交通的影響，設(shè)計合理的交通組織運行方案。采用Synchro仿真驗證并優(yōu)化設(shè)計方案，提高橋梁施工期通行能力及管理效率。

1 工程概況

浦南運河橋位于上海市奉賢區(qū)南橋鎮(zhèn)鎮(zhèn)中心環(huán)城東路上，為1座3跨簡支梁橋，與河道正交，見圖1。經(jīng)多年車輛荷載與自然環(huán)境影響，橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的病害，橋面鋪裝和伸縮縫構(gòu)造損壞，尤以橋頭沉降最為嚴重。鑒于上述情況，奉賢區(qū)市政工程管理所決定維修加固。橋梁施工期間定會對周邊區(qū)域交通產(chǎn)生影響，科學(xué)合理地優(yōu)化交通組織方案具有重要意義。經(jīng)初步分析，界定研究范圍(見圖2)北至奉浦大道，南至南奉公路，西至滬杭公路、南橋路，東至遠東路。

圖1 浦南運河橋Fig.1 Punan Canal Bridge

圖2 研究位置及路網(wǎng)信息Fig.2 Research location and road network information

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

為分析橋梁施工期對城市交通的影響以及合理的組織設(shè)計方案的提出，對周邊交通現(xiàn)狀，土地利用等進行調(diào)研。數(shù)據(jù)包括2016年6月早晚高峰采集的交叉口、路段流量、信號配時、交通運行特征及公路署提供的公交運行資料。城區(qū)路段東西向主干道為4條，次干道/支道7條，南北向3條，見圖2。早晚高峰小時過橋交通流量見表1，13條奉賢巴士線路途經(jīng)浦南運河橋，平均每天雙向過橋公交車流量在1 400～1 500輛之間，高峰時期單向約2輛/min，滿載最大總重約為18 t，最大寬度約為2.5 m。浦南運河橋橫斷面尺寸見圖3，為交通組織方案設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

表1浦南運河橋早晚高峰過橋流量統(tǒng)計

Tab.1TrafficstatisticsofmorningandeveningpeakonPunanCanalBridge

高峰小時流量行人/(人/h)非機動車/(pcu /h)機動車/(pcu /h)大車小車早高峰北→南運河路-南橋環(huán)城東路南出口11745,061941南→北新建路-南橋環(huán)城東路北出口121593671058晚高峰北→南運河路-南橋環(huán)城東路南出口132632701132南→北新建路-南橋環(huán)城東路北出口11248559906

注：大車(公交車)為2個pcu單位，小車為1個pcu單位。

圖3 浦南運河橋橫斷面尺寸示意圖(單位：m) Fig.3 The cross-sectional size diagram of Punan Canal Bridge

3 交通組織方案設(shè)計

交通組織設(shè)計[9]以交通分流為主要思路，結(jié)合交通誘導(dǎo)、信號優(yōu)化、道路渠化、交通管理等措施，從最大程度緩解路網(wǎng)交通壓力。橋梁施工期間，交通組織主要由行人/非機動車，公交車以及社會車輛組成。根據(jù)橋梁施工影響范圍，將方案設(shè)計集中于交通誘導(dǎo)、信號優(yōu)化輔以交通管理措施。設(shè)計內(nèi)容包括：①明確分流類型，分流時段，分流線路，分流節(jié)點等；②采用交通誘導(dǎo)分流方式，通過施工區(qū)以外較大范圍設(shè)置誘導(dǎo)標志牌，引導(dǎo)車輛從遠端繞行至其他通道過河并提前轉(zhuǎn)移到施工區(qū)外圍交通量較小的道路上；③采取信號優(yōu)化設(shè)計，在交叉口處從時間上分離混合交通流。最終通過時間與空間相結(jié)合的交通組織方案，保障交通流在設(shè)施施工期間有秩序地順利通行。綜上，根據(jù)橋梁實地調(diào)研及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測算，基于安全考慮，提出2種設(shè)計方案見表2，以分析優(yōu)化橋面組織，公交車及社會車交通組織為主。

表2浦南運河橋橋面交通組織方案設(shè)計

Tab.2ThedeckdesignoftrafficorganizationforPunanCanalBridge

行人/非機動車(橋面)公交車輛社會車輛優(yōu)點缺點 東側(cè)行人/非機動車(推車)通過人行道過橋,西側(cè)從道路中央拓寬處過橋 雙向行駛(不繞行) 全天24 h禁行(推薦) 安全性高 道路空間利用率略低 分時段(20:30-次日06:30)通行 道路空間利用率高 安全隱患 東側(cè)行人/非機動車(推車)通過人行道過橋,西側(cè)維持現(xiàn)狀 單向行駛(半繞行) 全天24 h禁行(推薦) 安全性高 道路空間利用率略低 分時段(20:30-次日06:30)在東側(cè)單向通行 道路空間利用率略高安全隱患

3.1 公交車組織方案設(shè)計

橋梁施工期間，造成車道寬度縮減、道路通行能力下降，公交車輛的運行速度、服務(wù)質(zhì)量受到較大影響，因此施工期間對公交車輛進行相應(yīng)的交通組織設(shè)計是必要的。

從最大程度便于市民出行的角度出發(fā)，施工期間公交車輛交通組織應(yīng)遵循：①與社會車輛發(fā)生沖突時保證公交車輛優(yōu)先通行；②盡量保持現(xiàn)有公交網(wǎng)絡(luò)，避免大范圍變動；③盡量不影響施工作業(yè)進度；④站點就近原則，以人為本，盡量減少市民的步行時間和距離等。

據(jù)此公交車交通組織設(shè)計方案可分為2種：按現(xiàn)狀運行及公交半繞行(自北向南繞行)。經(jīng)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測算，半繞行方案可以只考慮由北向南，見圖4(a)，4條線分別代表13條奉賢巴士線路由北至南繞行線路。此外，相關(guān)部門需將詳細的公交改道、站點調(diào)整方案通過各類媒體告知市民，完善公交信息宣傳。

3.2 社會車輛組織方案設(shè)計

社會車輛類型主要包括私家車，小中型貨車，交通組織方案主要以影響區(qū)域分流、路段組織優(yōu)化、交叉口組織優(yōu)化為主。施工期間，由于公交車輛經(jīng)過施工橋梁，為保障安全，將所有類型社會車輛進行誘導(dǎo)分流。分流時段劃分與施工組織計劃相協(xié)調(diào)，分流線路需考慮路網(wǎng)條件、交通流量、土地利用等因素。鑒于駕駛員主觀特征，誘導(dǎo)分流不能很好提高分流效果，因此在關(guān)鍵節(jié)點處采用強制分流措施，提高分流效果。其次，對于路段組織優(yōu)化來說，以交通需求管理思想為指導(dǎo)，可采用單行交通組織及可變車道交通組織，但考慮到影響區(qū)域范圍內(nèi)多數(shù)路段道路較寬，雙向交通流量比值小于1.2，可變車道交通組織(潮汐交通)不明顯，因此兩者不適用于路段優(yōu)化。交叉口組織優(yōu)化以信號優(yōu)化為主，從時間上分流減小區(qū)域施工影響。

根據(jù)區(qū)域內(nèi)土地利用性質(zhì)，現(xiàn)狀道路交通流量及服務(wù)水平，對社會車輛提出建議繞行方案即社會車輛繞行誘導(dǎo)路線設(shè)計。考慮到韓村路西段、八字橋路西段、運河路東段、解放東路路段商業(yè)密集區(qū)域用地，包括商業(yè)，學(xué)校等人流量密集區(qū)域，為保證交通安全及通行效率，不推薦此類路段作為社會車輛繞行路段考慮[10]，可采用強制措施分流。建議社會車輛繞行方案(雙向通行)見圖4(b)。擬制定社會車輛繞行標牌示意圖梳理交通，保障優(yōu)化組織方案，圖5為需提前分流部分車輛關(guān)鍵節(jié)點。

3.3 信號配時方案設(shè)計及優(yōu)化

根據(jù)誘導(dǎo)、強制分流流量，分別輸入仿真系統(tǒng)。首先按照原信號配時多次仿真，直至路網(wǎng)穩(wěn)定；其次選定路網(wǎng)單個交叉口信號配時優(yōu)化綠信比，劃分交通網(wǎng)絡(luò)為小區(qū)域，逐步仿真優(yōu)化信號，直到服務(wù)水平及延誤時間相對合理即停止優(yōu)化；最后經(jīng)過仿真計算確定優(yōu)化方案的各個交叉口的服務(wù)水平以及延誤時間[11]。過程中采用Webster信號配時算法優(yōu)化路網(wǎng)通行效率，不做贅述[12]。

3.4 保障措施方案設(shè)計

施工期間的交通安全隱患主要由行人、非機動車、機動車及施工單位內(nèi)部產(chǎn)生。針對障礙物影響行人通行，行人與非機動車混行，社會車輛路況不熟，交通事故發(fā)生等情況，提出保障措施方案如下：①施工前安排安全專題教育會，簽定責(zé)任書定期考核，施工期間嚴格按照交管部門方案施工，排除不安全因素，避免發(fā)生事故；②全面排查施工路段內(nèi)人行交通設(shè)施，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，早晚高峰期間，安排專人配合管理人員疏導(dǎo)人流車流；③配合相關(guān)管理單位定期檢修維護施工路段道路指示標志和交通管理設(shè)施，引導(dǎo)非機動車按通道推車上橋通行，遵守交通規(guī)則；④區(qū)域路口設(shè)置明顯指路標志，引導(dǎo)社會車輛繞道行駛，公交車上橋安全行駛，配合交管部門引導(dǎo)車輛分流，及時處理交通事故。

圖4 公交車半繞行及社會車輛繞行組織方案示意圖Fig.4 The organization diagram of bus semi-bypassand social vehicle bypass

圖5 社會車輛繞行標牌示意圖Fig.5 Signage diagram of social vehicle bypass

4 仿真設(shè)計方案與評價

Synchro交通信號協(xié)調(diào)及配時設(shè)計軟件是美國Trafficware公司根據(jù)交通部標準HCM規(guī)范研發(fā)的，該標準參數(shù)根據(jù)汽車性能、駕駛員行為習(xí)慣、交通法規(guī)等設(shè)定，計算結(jié)果(如延誤時間、服務(wù)水平等)作為方案比較的評價參數(shù)，具有重要參考價值。筆者采用此仿真軟件評估交通組織設(shè)計方案。

4.1 仿真方案設(shè)計及流程實施

據(jù)前述方案設(shè)計，評價標準以《公路通行能力手冊》[13]為準，仿真流程見圖6，運用調(diào)研數(shù)據(jù)對早晚高峰現(xiàn)狀初步仿真得到實際評價指標報告，選取服務(wù)水平LOS和延誤水平指標評價道路利用效率。公交車不繞行時流量維持現(xiàn)狀，將過橋的其他社會車輛根據(jù)駕駛員特性多次隨機分配疊加到現(xiàn)狀路網(wǎng)。通過施工期間流量、信號等交通組織方案，再次將數(shù)據(jù)輸入仿真，多次仿真，輸出結(jié)果，最終選取合理組織方案進行評價。道路服務(wù)水平分為A～F共6個等級，見表3。

圖6 交通組織方案仿真流程圖Fig.6 The simulation flow of traffic organization program

Tab.3Therelationshipbetweenlevelofserviceandaveragecontroldelaytimeinsignalcrossings

平均控制延誤/s<1010～20>20～35>35～55>55～80>80交叉口服務(wù)水平ABCDEF

4.2 仿真結(jié)果評價

最終根據(jù)仿真結(jié)果計算得到2種方案優(yōu)化后的服務(wù)水平及平均延誤時間，見表4。以早高峰為例，公交車不繞行及社會車繞行組織方案中，只需分析社會車輛繞行結(jié)果，以服務(wù)水平及平均延誤評價選取合適方案。南橋環(huán)城東路與運河北路交叉口為浦南運河橋南進口，南橋環(huán)城東路與新建路交叉口為浦南運河橋北進口。社會車輛繞行后，早高峰自北向南交叉口平均服務(wù)水平整體等級降低幅度較小，延誤水平較低，平均延誤時長27 s，而自南向北交叉口平均服務(wù)水平降低幅度較大，平均延誤時長31 s，說明社會車輛在該方向的分流一定程度上加劇南橋路及遠東路早高峰出城的交通壓力。

公交車半繞行及社會車輛繞行組織方案中，自北向南交叉口平均服務(wù)水平整體降低幅度較小，延誤水平較低，平均延誤時長33 s，而自南向北交叉口平均服務(wù)水平降低幅度較大，平均延誤較長為35 s，說明社會車輛該方向的分流一定程度上加劇了南橋路及遠東路早高峰出城的交通壓力。社會車輛均為繞行方案，則仿真結(jié)果差異來自公交路線是否維持原狀。從仿真結(jié)果可以看出，2方案理論上均可行，而公交雙向過橋(不繞行)方案對周圍路網(wǎng)主要交叉口的LOS綜合影響較小，因此，公交車不繞行及社會車輛繞行更為合理。

表4 組織設(shè)計優(yōu)化結(jié)果匯總表Tab.4 The summary of organization and optimization results

4.3 動態(tài)綜合安全評價

根據(jù)仿真計算結(jié)果，取平均延誤和LOS平均降低值作為動態(tài)綜合安全評價指標，見表5。

表5 動態(tài)綜合評價指標分類Tab.5 The classification of dynamic comprehensive evaluation index

從實際綜合評價結(jié)果可以看出，針對多因素綜合評價問題，采用動態(tài)加權(quán)綜合評價方法[15]可使評價結(jié)果科學(xué)合理。充分地考慮到每個因素的影響和作用，避免一般綜合評價方法的不合理性。

5 結(jié) 論

結(jié)合浦南運河橋維修工程，以保障交通安全、交通組織設(shè)計方案合理的情況下，選取公交車不繞行而社會車輛全天時段繞行方案，得知早晚高峰服務(wù)水平降低值相對較小，平均延誤時間相對較少，既保障交通安全，又有效控制區(qū)域總量，使城區(qū)路網(wǎng)交通影響較小。