城市水環(huán)境治理工程占道施工交通疏解方案研究

樊春艷，鐘 奇，申明亮，溫雙銀

(1.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，武漢 430072；2.中電建水環(huán)境治理技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518102)

0 引 言

新時(shí)期中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段。為推動(dòng)水利事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，首要任務(wù)是科學(xué)判斷發(fā)展形勢(shì)，明確發(fā)展思路。十八大以來(lái)，水利建設(shè)取得顯著成績(jī)的同時(shí)，也存在著突出問(wèn)題：需加強(qiáng)水利、鐵路、公路等基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利的轉(zhuǎn)變。在水環(huán)境治理等方面與“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時(shí)期治水方針和要求還存在一定差距。近年來(lái)城市水環(huán)境治理工程發(fā)展成為城市發(fā)展規(guī)劃的新趨勢(shì)。城市河流是影響環(huán)境美化的重要制約因素。城市發(fā)展中的諸多問(wèn)題導(dǎo)致城市河流景觀與生態(tài)功能受到惡劣影響，直接關(guān)系到區(qū)域內(nèi)居民居住氛圍和旅游業(yè)發(fā)展。為推動(dòng)城市生態(tài)文明建設(shè)，恢復(fù)水生態(tài)，達(dá)到人水和諧的需求，水環(huán)境治理工程迫在眉睫[1]。

水環(huán)境治理工程問(wèn)題是一個(gè)涉及土地利用、多種水體類(lèi)型的流域間相互關(guān)系、多種污染類(lèi)型的綜合性問(wèn)題，必須根據(jù)區(qū)域水環(huán)境特點(diǎn)和總體治理目標(biāo)要求進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。水環(huán)境治理工程占道施工一定程度上會(huì)造成城市道路通行能力下降，特別是主城區(qū)的重要道路，可能會(huì)影響到整個(gè)區(qū)域的交通，引發(fā)交通擁堵。合理的交通疏解方案能夠有效緩解交通狀況[2,3]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者專(zhuān)家對(duì)占道施工區(qū)有相關(guān)研究，并取得一定的成果。專(zhuān)家們對(duì)占道施工區(qū)的研究主要集中在城市軌道交通[4,5]，隧道交通[6-10]，研究其交通流的運(yùn)行情況及未來(lái)狀態(tài)的預(yù)測(cè)。對(duì)城市水環(huán)境治理工程占道施工產(chǎn)生的影響分析不多。針對(duì)該課題，通過(guò)仿真手段[11]分析該城區(qū)在水環(huán)境工程施工干擾的交通背景下，對(duì)施工影響區(qū)域的道路進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]，提出合理的疏解方案，對(duì)類(lèi)似水環(huán)境工程的交通疏解有一定的意義。

1 水環(huán)境治理工程概況

該河流為國(guó)內(nèi)某市第一大河，發(fā)源于市區(qū)境內(nèi)山的北麓。近年來(lái)，境內(nèi)該河流干支流污染、淤積嚴(yán)重，景觀和生態(tài)功能?chē)?yán)重退化。干支流水質(zhì)劣于地表水V類(lèi)，水體黑臭，水生態(tài)環(huán)境亟待改善。該流域水環(huán)境治理工程的實(shí)施需要占用市區(qū)部分城市道路，一定程度上造成區(qū)域交通擁堵。有效疏解道路施工期間的區(qū)域交通，需要結(jié)合施工地點(diǎn)周?chē)默F(xiàn)狀交通特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)狀路網(wǎng)進(jìn)行綜合分析。在合理的施工期交通組織范圍之內(nèi)，為施工布置提出科學(xué)高效、可操作性強(qiáng)的交通疏解方案。

本文針對(duì)該流域水環(huán)境治理工程占道施工的疏解問(wèn)題進(jìn)行研究。該工程區(qū)域范圍位于工程第三標(biāo)段的東北側(cè)，所包含的四條道路均為城市主干路，車(chē)流量大，交通情況復(fù)雜，因此所得的疏解分析在同類(lèi)疏解問(wèn)題中具有代表性。該標(biāo)段的其他路口及路段的分析與該區(qū)域路網(wǎng)的分析方法和過(guò)程可做類(lèi)似處理。

2 占道施工道路的仿真與評(píng)價(jià)

2.1 數(shù)據(jù)采集與路網(wǎng)建立

通過(guò)視頻錄像，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，資料收集相結(jié)合的方式進(jìn)行交通調(diào)查，獲取施工路段和交叉口的相關(guān)信息，包括道路屬性，道路施工數(shù)據(jù)；交通設(shè)施，交通控制，交通管理信息；路段交叉口分車(chē)型分流向車(chē)流量；模型校正數(shù)據(jù)。由于該城市中心區(qū)較典型，有關(guān)車(chē)輛特性數(shù)據(jù)采用我國(guó)主流車(chē)輛的設(shè)計(jì)參數(shù)。

考慮到調(diào)查條件的限制以及調(diào)查資料的可重復(fù)利用性，此次交通流量調(diào)查采用的方式為“視頻采集-人工校核”。調(diào)查時(shí)段為早7∶30-9∶30。

路網(wǎng)模型對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的道路網(wǎng)，主要用來(lái)表現(xiàn)交通系統(tǒng)中道路的拓?fù)潢P(guān)系和幾何特征，是整個(gè)仿真模型的基礎(chǔ)。結(jié)合城市道路路網(wǎng)特性，將工程項(xiàng)目圍擋施工對(duì)城市交通影響問(wèn)題的交通網(wǎng)絡(luò)圖建立抽象路網(wǎng)拓?fù)鋱D(圖1)，并對(duì)道路參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，為仿真實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。其中①至代表交叉口，有向箭頭代表單向路段。

圖1 路網(wǎng)拓?fù)鋱DFig.1 Topology diagram of road network

借助仿真軟件平臺(tái)，利用采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，根據(jù)實(shí)際設(shè)置仿真時(shí)長(zhǎng)等控制參數(shù)，仿真模型就可以合理運(yùn)行了。值得注意的是，在路網(wǎng)具有較多車(chē)輛，為了得到一個(gè)可靠的結(jié)果，需要多次運(yùn)行仿真并計(jì)算所得結(jié)果的平均值。

2.2 路網(wǎng)評(píng)價(jià)與路況分析

項(xiàng)目所在的深圳市寶安區(qū)交通情況較為復(fù)雜，路網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)完成多年，路網(wǎng)變動(dòng)的可能性較小，綜合性評(píng)價(jià)法考慮到現(xiàn)實(shí)的各種因素，能相對(duì)準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)出項(xiàng)目施工區(qū)域路況。運(yùn)用層次分析法確定權(quán)重的灰色關(guān)聯(lián)分析法綜合分析仿真結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)路況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

首先選取基礎(chǔ)性評(píng)價(jià)指標(biāo)：平均排隊(duì)長(zhǎng)度、占有率、平均停車(chē)次數(shù)、平均車(chē)速、平均延誤。其中平均排隊(duì)長(zhǎng)度是在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)各車(chē)道排隊(duì)的最長(zhǎng)長(zhǎng)度的平均值。占有率是指道路實(shí)際通過(guò)的交通量與通行能力的比值。平均停車(chē)次數(shù)是在分析時(shí)段內(nèi)某一路段上所有通過(guò)車(chē)輛的平均停車(chē)次數(shù)。平均車(chē)速是路網(wǎng)中所有路段機(jī)動(dòng)車(chē)的平均行程速度。平均延誤是通過(guò)單位長(zhǎng)度路段的所有車(chē)輛的延誤值總合的平均值。各指標(biāo)可以通采集數(shù)據(jù)和仿真模擬收集得到。

其次用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，如表1所示。

表1 交通評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Tab.1 Weight of evaluating indicators

最后根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析方法，結(jié)合該流域水環(huán)境工程施工影響區(qū)域的道路實(shí)際情況，將仿真運(yùn)行得到的多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行整理，分析，計(jì)算。得到符合該占道工程的綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)S，對(duì)道路通行情況進(jìn)行分級(jí)，表2 即為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表。

表2 路況分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Road condition grading standard

圍擋位于⑦→⑥中段，相對(duì)于交叉口附近的圍擋而言，車(chē)輛通行速度較快，車(chē)流密度較低。附近工廠較多，向東通向國(guó)道，大車(chē)率較高。施工路段的中央有綠化隔離帶，路兩側(cè)有樹(shù)、人行道和盲道。圍擋附近道路渠化度高，交叉口信號(hào)燈系統(tǒng)完備，高峰期均有專(zhuān)門(mén)的交通疏解人員。圍擋處施工前的交通峰值為2 810 輛/h，施工布設(shè)圍擋后，道路交通情況比較擁堵。由于路段交通狀況的變化主要對(duì)下游產(chǎn)生影響，故此處以圍擋下游的交叉口⑥為中心，選取與之相連的8個(gè)路段作為關(guān)聯(lián)路段，即拓?fù)鋱D中與②⑤⑥⑦⑩節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的有向線段。表3為影響區(qū)域的評(píng)價(jià)結(jié)果。

表3 道路通行情況評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Evaluation results of road traffic situation

3 疏解方案的提出與分析比選

3.1 疏解方案的提出

根據(jù)實(shí)際情況，從優(yōu)化施工圍擋布置、優(yōu)化信號(hào)燈配時(shí)、改造道路、加強(qiáng)交通引導(dǎo)四個(gè)大方面提出可行的疏解優(yōu)化方案。

(1)施工圍擋布置。①?lài)鷵踯?chē)道的縮減。在工程條件允許的情況下，盡量將占兩車(chē)道改為占用一車(chē)道，可相應(yīng)地增加圍擋長(zhǎng)度。原圍擋占3、4車(chē)道，現(xiàn)在減少?lài)鷵跽嫉罃?shù)，僅占4車(chē)道。②圍擋線型的優(yōu)化。在圍擋的首尾端將方形圍擋改為流線型圍擋，利于車(chē)輛換道通行。③圍擋的位置。由于圍擋靠近交叉口，占道帶來(lái)的影響大于路段中部，所以此段施工在保障工程安全的情況下盡可能地加快施工進(jìn)度。

(2)信號(hào)燈配時(shí)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，交叉口⑥原信號(hào)燈周期相位圖如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前信號(hào)燈周期相位圖Fig.2 Phase diagram of signal lights(before)

通過(guò)Webster算法對(duì)交叉口信號(hào)燈配時(shí)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)近似公式得出最佳周期，以各個(gè)相位的最大流量所占的比例來(lái)分配綠信號(hào)燈的時(shí)長(zhǎng)。

(1)

式中：k1和k2與交叉口具體交通條件有關(guān)，為變量，通常為k1=1.5，k2=5；C0為最佳周期，s；L為總延誤，s；Y為交叉口全部相位的最大流率比之和。

(2)

式中：I為綠燈間隔時(shí)間；A為黃燈時(shí)間；l為啟動(dòng)損失時(shí)間。

Y值計(jì)算公式如下：

(3)

式中：i=1,2…n，n代表相位數(shù)，Yi代表第i個(gè)相位下最大的流量比，最后計(jì)算得到每一個(gè)相位的有效綠燈時(shí)間：

(4)

至此可得到交叉口信號(hào)配時(shí)所需要的各個(gè)參數(shù)。此實(shí)例中所得的交叉口優(yōu)化后的信號(hào)燈周期相位圖如圖3。

圖3 優(yōu)化后信號(hào)燈周期相位圖Fig.3 Phase diagram of signal lights(after)

(3)道路改造。拆除圍擋附近的綠化帶，重新劃線，占用對(duì)向車(chē)道，形成一個(gè)局部的3*2車(chē)道通行區(qū)域，減小單側(cè)通行壓力。在條件允許的情況下，也可以占用非機(jī)動(dòng)車(chē)道來(lái)拓寬道路。

(4)交通引導(dǎo)。①在圍擋距首端規(guī)定距離處增設(shè)提示標(biāo)志，提醒車(chē)輛提早進(jìn)入相應(yīng)車(chē)道，避免臨時(shí)換道帶來(lái)的車(chē)輛擁堵。②在圍擋首端前設(shè)置限速標(biāo)志(40 km/h)，保證車(chē)輛安全平穩(wěn)通行。③在圍擋所在路段的上游路口增設(shè)交通引導(dǎo)標(biāo)志，提醒車(chē)輛提前繞行，降低施工路段通行壓力。

3.2 疏解方案的分析比選

從表4中可以看出，對(duì)于優(yōu)化施工圍擋布置方案，圍擋所在的路段G的S下降8.17%；相應(yīng)地，該路段的下游右轉(zhuǎn)路段B指標(biāo)下降10.93%，有一定疏解效果；優(yōu)化信號(hào)燈配時(shí)方案可以依據(jù)交通需求的實(shí)際情況，更合理地分配道路交通資源，從而降低擁堵，對(duì)改善交通狀況具有顯著的效果。不僅圍擋所在的G指標(biāo)S下降47.95%，而且下游路段的交通狀況也都得到了不同程度的改善；占用非機(jī)動(dòng)車(chē)道也可以提高道路通行能力，達(dá)到疏解的目的。對(duì)于圍擋所在的路段G的S下降12.29%，相應(yīng)地，該路段的下游右轉(zhuǎn)路段S下降10.93%。占用非機(jī)動(dòng)車(chē)道的方案具有較好的疏解效果。

表4 不同方案下各路段評(píng)價(jià)指標(biāo)STab.4 The evaluation indexes S of various sections under different schemes

注：由于仿真的隨機(jī)性，此處認(rèn)為變化5%以?xún)?nèi)均為正常波動(dòng)。

加強(qiáng)交通引導(dǎo)措施由于具體評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)不易獲取，所以只進(jìn)行定性的評(píng)價(jià)。在圍擋前方一定距離設(shè)置指示標(biāo)志可以提醒駕駛員提早做出準(zhǔn)備，避免因臨時(shí)換道而引起的擁堵，同時(shí)也提高了車(chē)輛通行和施工的安全性；將車(chē)輛速度限定在一個(gè)合理的范圍，可以保證車(chē)輛平穩(wěn)地通過(guò)施工圍擋附近路段；在圍擋影響范圍較大時(shí)，可以在施工圍擋影響區(qū)域外圍提前進(jìn)行車(chē)輛引導(dǎo)提示，減小影響區(qū)域內(nèi)的交通壓力；專(zhuān)人現(xiàn)場(chǎng)疏解可以針對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)情況，提出合理有效的具體措施，具有很大的靈活性。

通過(guò)將優(yōu)化路網(wǎng)中的關(guān)聯(lián)路段的綜合指標(biāo)S的信息與施工期各路段的S進(jìn)行對(duì)比，得出最終的疏解建議。為了更形象地比選出疏解效果與利于實(shí)施的方案，將模擬結(jié)果以統(tǒng)計(jì)圖形式展示出來(lái)，如圖4所示。

圖4 不同方案下疏解效果統(tǒng)計(jì)圖Fig.4 Statistical figure of traffic relief effect under different schemes

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以國(guó)內(nèi)某流域水環(huán)境治理工程圍擋施工為研究背景，借助仿真平臺(tái)，利用采集的數(shù)據(jù)建立路網(wǎng)模型，根據(jù)實(shí)際對(duì)模型控制參數(shù)進(jìn)行修改設(shè)定，通過(guò)仿真分析，得出施工圍擋影響區(qū)域道路評(píng)價(jià)結(jié)果，提出疏解建議。結(jié)合圍擋所處的交通環(huán)境，綜合方案的疏解效果，我們可以看出按照本文提到的4個(gè)疏解方面來(lái)操作能夠大大提高疏解效率,減少施工影響程度。在本案例中，所選的圍擋處于交通設(shè)施完備、道路渠化度高、車(chē)流量大的路段上，由施工圍擋占道引起的交通資源分配不合理是交通惡化的主要原因，也是設(shè)計(jì)疏解優(yōu)化方案時(shí)應(yīng)該抓住的主要矛盾。優(yōu)化信號(hào)燈配時(shí)是最佳的疏解方案，不僅對(duì)圍擋所在路段有很好的疏解效果，對(duì)一定范圍內(nèi)的路網(wǎng)的交通狀況都有很好的優(yōu)化；另外，優(yōu)化圍擋線型、加快交叉口附近施工、設(shè)置施工標(biāo)志、專(zhuān)人現(xiàn)場(chǎng)疏導(dǎo)等方案一般操作不難，效果明顯，靈活性也很高，可以針對(duì)性地組合使用。

該流域占道施工疏解問(wèn)題解決的實(shí)踐效果表明,本文所介紹的疏解分析模式和方法是切實(shí)可行的。在一些車(chē)流并不大的次干路、支路上，甚至可能都不存在信號(hào)燈系統(tǒng)，此時(shí)問(wèn)題的關(guān)鍵也已經(jīng)發(fā)生變化，采用一些更為簡(jiǎn)單易行的方案就可以達(dá)到預(yù)期的目的?？偟膩?lái)說(shuō)，疏解方案的設(shè)計(jì)應(yīng)該因地制宜，根據(jù)工程的實(shí)際情況采取最合適的方案。

水環(huán)境治理是一個(gè)綜合體系，包涵水利、水質(zhì)改善、道路交通等方面內(nèi)容，是當(dāng)今建設(shè)生態(tài)文明的重點(diǎn)和難題，因此必須注重協(xié)調(diào)好資源、交通、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)關(guān)系研究，確保實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

□