城市軌道施工影響下路網(wǎng)交通組織方案優(yōu)化研究

宋永朝，鄭凱俐，楊先英

(1.重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074;2. 重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074)

城市軌道施工影響下路網(wǎng)交通組織方案優(yōu)化研究

宋永朝1，鄭凱俐1，楊先英2

(1.重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074;2. 重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074)

針對(duì)城市軌道施工造成居民出行的不利影響提出城市路網(wǎng)交通組織優(yōu)化方案，以達(dá)到減少因軌道施工帶來的交通堵塞問題。以地鐵線路各站點(diǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合TransCAD軟件，對(duì)軌道施工路網(wǎng)交通組織方案優(yōu)化進(jìn)行分析。制定以區(qū)域飽和度和區(qū)域平均速度為評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)化方案，并從步行、機(jī)動(dòng)車和公交系統(tǒng)3類對(duì)象提出改善實(shí)施方法的思路及建議?；赥ransCAD的交通組織方案優(yōu)化，能夠較方便地解決道路施工交通組織問題，更接近道路網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，可為后續(xù)的地鐵施工制定交通組織方案提供依據(jù)。

交通運(yùn)輸工程；地鐵施工；交通需求預(yù)測；交通組織；TransCAD仿真

0 引 言

地鐵站點(diǎn)施工占用大量道路資源，施工區(qū)域多在城市中心交通繁忙區(qū)，建設(shè)周期長，可能引發(fā)區(qū)域道路交通運(yùn)行質(zhì)量的下降，給城市生活帶來巨大影響。施工區(qū)域內(nèi)的交通組織，將直接影響到相關(guān)區(qū)域范圍內(nèi)的交通暢通與安全，合理的交通組織能減少道路堵塞、消除出行延誤等。當(dāng)公交改道或是網(wǎng)絡(luò)調(diào)整時(shí)，不合理的交通組織將會(huì)極大地影響到相關(guān)區(qū)域內(nèi)的日常出行生活[1]。因此，如何優(yōu)化交通組織，使已有交通設(shè)施發(fā)揮最大的效益，是當(dāng)前我國城市交通管理科學(xué)亟待解決的問題[2]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)軌道施工路網(wǎng)交通組織做了大量的研究。早期，美國的P.S.VIRGINIA等[3]針對(duì)施工占道區(qū)特性，提出包括施工占道圍擋車道位置及長度、交通組織方案的多種交通優(yōu)化組織措施。W.SARASUA等[4]用大量實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)施工路段不同車道封閉形式下的道路通行能力進(jìn)行了研究，提出了高速公路施工路段通行能力的修正模型。美國的MUTCD[5]比較全面地闡述了施工區(qū)域的交通組織與通行能力的相互關(guān)系。

翟忠民[6]針對(duì)城市各種路段、區(qū)域、交叉口進(jìn)行了動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的交通組織設(shè)計(jì)研究，提出了各種交通組織的方法措施。毛保華選取了西城區(qū)三里河與西二環(huán)之間的一個(gè)區(qū)域路網(wǎng)進(jìn)行了深入的調(diào)研。通過對(duì)需求量較大、各類道路比較齊全的路網(wǎng)的分析，剖析了當(dāng)前我國城市交通系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)理，并提出方案的改善措施。董衛(wèi)斌[7]通過對(duì)交通組織理論的分析，得出一些交通組織優(yōu)化方法，并以天津市的交通為實(shí)例，分別從宏觀交通、區(qū)域交通和微觀交通3個(gè)方面進(jìn)行組織優(yōu)化設(shè)計(jì)。

由于以往將施工路網(wǎng)交通組織與軟件TransCAD進(jìn)行結(jié)合研究的較少，進(jìn)行了基于“OD反推”的城市交通需求預(yù)測方法研究，切合TransCAD得出的數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)例分析了其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和有效性，并為后續(xù)的地鐵施工交通組織方案的制定提供參考。

1 基于TransCAD的交通組織優(yōu)化方案設(shè)計(jì)思路

1.1 背景資料收集和施工影響范圍確定

為了提供一個(gè)合理、科學(xué)、可操作性強(qiáng)的交通組織與管理方案，必須了解和搜集施工區(qū)域和影響區(qū)域內(nèi)相關(guān)背景資料情況[8]。

對(duì)站點(diǎn)按其站位和施工可能占道情況，分析站點(diǎn)施工對(duì)交通可能造成的影響及影響程度，確定施工項(xiàng)目涉及的周邊道路、交叉口和交通影響區(qū)域的范圍。對(duì)于站點(diǎn)間的線路施工，會(huì)影響到與其平行和相交的若干條道路，一般為沿線兩側(cè)各750 m左右，但這個(gè)范圍不是嚴(yán)格的，應(yīng)根據(jù)城市出行者能忍耐的繞行距離以及歷史文化等因素而定[9]。

在國外，確定施工影響范圍的方法主要是應(yīng)用交通需求分析以及交通預(yù)測的算法和程序來推算影響范圍。國內(nèi)的交通影響范圍的定量分析方法有圈層外推法、煙羽模型法、類別吸引率法。筆者通過交通分配輸出的交通參數(shù)，以出行時(shí)間增加率為指標(biāo)來確定影響范圍,網(wǎng)絡(luò)總時(shí)間計(jì)算如式(1)：

t=∑qiti

(1)

式中：qi為路段i上的交通量；ti為每輛車在路段i上行駛所花總時(shí)間。

在交通預(yù)測中，出行時(shí)間是影響交通出行和車輛選擇路徑的最主要因素，設(shè)h為時(shí)間增加率，則

(2)

式中：t前為未施工狀態(tài)下，出行者出行的總時(shí)間；t后為施工后出行者出行的總時(shí)間。

如果分配結(jié)果滿足出行時(shí)間增加率超過60%，則認(rèn)為該范圍為影響范圍，反之，則繼續(xù)擴(kuò)大范圍進(jìn)行分配，直到出行時(shí)間增加率超過60%。

1.2 交通調(diào)查

主要的交通調(diào)查包括道路設(shè)施現(xiàn)狀、斷面流量分析、交叉口分析3個(gè)方面。①道路設(shè)施現(xiàn)狀包括：道路名稱、現(xiàn)狀路幅、斷面布置、紅線寬度，以及交叉口進(jìn)口車道布置等；②道路流量分析包括：各路段高峰小時(shí)雙向交通斷面流量、飽和度等；③交叉口分析包括各進(jìn)口道高峰流量及信號(hào)配時(shí)等。

1.3 基本路網(wǎng)的建立及OD反推

收集所調(diào)查區(qū)域的路網(wǎng)信息，將相關(guān)信息輸入到TransCAD中，建立基本路網(wǎng)并進(jìn)行交通小區(qū)的劃分?；诮煌ㄐ^(qū)原始OD矩陣進(jìn)行OD反推，將得到的各交通指標(biāo)與之前現(xiàn)場調(diào)查的交通流量進(jìn)行擬合，得出擬合度。擬合度是指路網(wǎng)反推后各路段的交通流量與現(xiàn)狀所調(diào)查的路段流量的誤差擬合。如擬合度在18 %以內(nèi)，說明反推結(jié)果效果較好。

傳統(tǒng)的OD分布預(yù)測是在大量調(diào)查區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、OD出行歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上獲得的。由于這種調(diào)查工作非常繁瑣且工作量很大，很難保證結(jié)果的精度。OD反推是通過有效地將采集到的路網(wǎng)交通量、小規(guī)?；虿糠諳D出行調(diào)查等出行調(diào)查與其他可獲得的信息相結(jié)合，以確定OD矩陣的估計(jì)值，從而為路網(wǎng)的規(guī)劃與管理提供依據(jù)，減少大規(guī)模的OD出行調(diào)查[10]。基于“OD反推”技術(shù)的城市交通需求預(yù)測的基本步驟和方法，在實(shí)際應(yīng)用中具有較好的經(jīng)濟(jì)性、有效性和可行性, 對(duì)提高現(xiàn)有交通規(guī)劃水平，緩解城市交通擁堵，具有積極作用和重要意義[11]。

1.4 施工圍擋措施

從區(qū)域交通運(yùn)行的角度，提出站點(diǎn)分期施工，車站施工圍擋，交通組織方案設(shè)計(jì)的建議。按照地鐵施工方法，對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行圍擋。施工圍擋方案分為施工全圍擋和半施工半圍擋。設(shè)計(jì)的交通組織方案要與施工遞進(jìn)推行，以保障施工的延續(xù)性和交通的通暢性。應(yīng)針對(duì)不同的作業(yè)面，對(duì)沿線車道、交叉口車道進(jìn)行調(diào)整、渠化等具體設(shè)計(jì)，以利道路潛質(zhì)的充分發(fā)掘。

1.5 基本路網(wǎng)交通流分配

交通流分配可通過預(yù)測得出的交通小區(qū)間的OD量，根據(jù)道路網(wǎng)特性，按照一定的規(guī)則符合實(shí)際地分配到路網(wǎng)中的各條道路上去，進(jìn)而求出路網(wǎng)中各路段的交通流量。將現(xiàn)狀OD交通量分配到現(xiàn)狀交通路網(wǎng)上，可以分析目前交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。如果有某些路段的交通量觀測值，還可以將這些觀測值與在相應(yīng)路段的分配結(jié)果進(jìn)行比較，以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木?。如果將?guī)劃年OD交通量預(yù)測值分配到規(guī)劃交通路網(wǎng)，可以評(píng)價(jià)交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案的合理性[10]。

1.6 交通組織優(yōu)化方案比選

對(duì)比各交通組織方案輸出的指標(biāo)，分析評(píng)價(jià)其綜合交通效益，進(jìn)而檢驗(yàn)交通組織方案的可行性和合理性。結(jié)合TransCAD,利用調(diào)查的路段交通量進(jìn)行OD反推，然后將得出的現(xiàn)狀小區(qū)OD交通量分配到道路網(wǎng)上，并與調(diào)查的路段交通量進(jìn)行擬合。每個(gè)方案中會(huì)對(duì)交通量進(jìn)行分配一次，分配的結(jié)果都與OD反推后的交通量進(jìn)行對(duì)比，從平均飽和度和平均速度兩方面比較哪個(gè)方案更合理。

通常所使用的交通組織方法有單向通行、機(jī)動(dòng)車單雙號(hào)限行、交叉口禁左措施、調(diào)整公交線路和站點(diǎn)等[9]?；赥ransCAD得出的預(yù)測結(jié)果，選取部分關(guān)鍵路段進(jìn)行流量、負(fù)荷度、車速等參數(shù)對(duì)比分析，針對(duì)具體站點(diǎn)進(jìn)行施工交通組織方案詳細(xì)設(shè)計(jì)。如是否需要修建便道、架設(shè)人行天橋，綜合考慮機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人、公交、沿線道路兩側(cè)單位的出入交通進(jìn)行合理的優(yōu)化交通組織管理。

2 交通組織優(yōu)化方案評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 平均飽和度

路段的飽和度是指路段實(shí)際通過的交通量與該路段通行能力的比值，反映了道路的實(shí)際服務(wù)水平，通常用v/c表示。道路負(fù)荷度大于1.0，表明道路已經(jīng)接近飽和；道路交通負(fù)荷度在1.0～0.8之間，車輛運(yùn)行處于不穩(wěn)定狀態(tài)，稍遇干擾，則會(huì)阻塞交通。由于道路施工交通組織是在一個(gè)區(qū)域性的道路網(wǎng)內(nèi)，所以考慮用平均飽和度作為道路網(wǎng)交通組織優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于各條道路交通量不一樣，在此應(yīng)采用路段流量進(jìn)行加權(quán)平均[1]，如式(3)：

(3)

式中：a為平均飽和度；qi為路段i的交通量；li為路段i的長度；ci為路段i的通行能力。

2.2 平均車速

平均車速是衡量路段是否擁堵的主要指標(biāo)。一般情況下，車速在小于20 km/h就被認(rèn)為是擁堵狀態(tài)，車速直接反映了道路的運(yùn)行情況。類似的，此處采用的也是路段流量加權(quán)平均方法求整個(gè)區(qū)域的平均速度，如式(4)：

(4)

式中:v為區(qū)域平均車速；qi為路段i的交通量；li為路段i的長度；vi為路段i的平均車速。

影響施工期間交通組織方案實(shí)施效果的指標(biāo)較多，每一個(gè)單一的指標(biāo)只能反映該方案實(shí)施的某一個(gè)方面，且各指標(biāo)不具備一致性。因此筆者綜合區(qū)域平均飽和度和區(qū)域平均速度兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)，對(duì)每個(gè)方案實(shí)施施工后的路網(wǎng)使用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 實(shí)例分析

以南昌市紅谷灘新區(qū)軌道交通2號(hào)線翠苑站擬建的交通網(wǎng)絡(luò)為例，采用TransCAD對(duì)路網(wǎng)交通組織規(guī)劃方案的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 背景資料收集和施工影響范圍確定

南昌市紅谷灘新區(qū)軌道交通2號(hào)線連通新老兩城核心區(qū)域，覆蓋昌西新城九龍湖、紅角洲、紅谷灘三大片區(qū)和昌東老城核心區(qū)、城南片區(qū),連通了昌南老城區(qū)與昌北新城區(qū)南北走廊上最重要的地區(qū)。根據(jù)地鐵施工站點(diǎn)的實(shí)際情況，南北向由鳳凰大道和紅谷大道作為邊界線，東西向由麗景路和南斯友好路作為邊界，初步擬定由這兩條邊界線所圍成的范圍作為影響區(qū)域。

3.2 基本路網(wǎng)的建立

在 TransCAD中輸入數(shù)據(jù)信息,包括添加字段，輸入實(shí)際調(diào)查的道路交通量,道路通行能力、速度等，在TransCAD中建立基本的路網(wǎng)。如圖1，數(shù)字表示的翠苑站施工影響范圍內(nèi)的路段ID編號(hào)。

圖1 基本路網(wǎng)ID編號(hào)Fig.1 ID number in the basic road network

3.3 交通小區(qū)的劃分

交通小區(qū)是整個(gè)交通規(guī)劃的基本單元，交通小區(qū)的劃分恰當(dāng)與否直接關(guān)系到交通有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查、分析、預(yù)測的精度和整個(gè)交通規(guī)劃的成功，所以不能隨意劃分。根據(jù)城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和城區(qū)的用地性質(zhì)，以施工站點(diǎn)為中心，以豐和中大道和翠苑路兩條主干道，將該交通路網(wǎng)劃分為4個(gè)交通小區(qū)。

3.4 OD反推

所采用的基本OD數(shù)據(jù)是根據(jù)深圳規(guī)劃院所提供的南昌市2010年居民出行調(diào)查資料，利用經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法所計(jì)算出來的基本數(shù)據(jù)。雖然基本數(shù)據(jù)存在誤差，但具有一定的根據(jù)性和可靠性。OD反推就是通過調(diào)查現(xiàn)狀路段的交通量，反推OD出行分布的一種方法。反推的結(jié)果如表1。

表1 主要路段流量Table 1 Major link flow /(pcu·h-1)

其中：AB_Q,BA_Q表示正反向路段現(xiàn)狀流量；

AB_FLOW,BA_FLOW表示反推后正反向路段流量；如表1，所調(diào)查路段的高峰期機(jī)動(dòng)車總交通量為31 552 pcu/h,路段預(yù)測流量與反推流量的總誤差為5 064 pcu/h，路段流量擬合誤差計(jì)算式如式(5)。

(5)

由計(jì)算得出路段流量擬合誤差為16.4%，符合要求，并由表1得出反推后的飽和度圖如圖2。

圖2 反推后的飽和度Fig.2 Saturation of backstepping

3.5 基本路網(wǎng)交通流分配

交通分配就是把實(shí)行交通組織方案后各交通小區(qū)之間的空間的OD量分配到具體的路段所在的路網(wǎng)上。交通分配后，通過計(jì)算，出行時(shí)間增加率超過60 %，故施工影響范圍如上文所述。所獲得的交通量是檢驗(yàn)路網(wǎng)交通組織方案是否合理的主要依據(jù)，交通組織優(yōu)化方案一和方案二實(shí)施分配后的飽和度如圖3、圖4。

圖3 方案一分配后的飽和度Fig.3 Saturation of allocation in scheme 1

圖4 方案二分配后的飽和度Fig.4 Saturation of allocation in scheme 2

同理，按照軟件TransCAD分配后的主要路段平均速度如表2。

表2 主要道路分配速度Table 2 Allocation speed of major road /(km·h-1)

3.6 交通組織優(yōu)化方案比選

由評(píng)價(jià)指標(biāo)公式(3)和公式(4)可得區(qū)域平均飽和度和平均速度加權(quán)值，方案一為：V/C=0.326 6，V=31.601 km/h；方案二為：V/C=0.299 4 ，V=34.726 km/h。

從飽和度來說，由于翠苑路站點(diǎn)的施工，豐和中大道和翠苑路車流量減少，南斯友好路轉(zhuǎn)入豐和大道的車輛要從南斯友好路經(jīng)紅谷大道繞行，導(dǎo)致紅谷大道的飽和度變化較大。由于施工站點(diǎn)交叉口四路段禁止左轉(zhuǎn)，公交車輛要經(jīng)紅谷大道、麗景路、豐和大道繞行，導(dǎo)致麗景路飽和度增加。

從區(qū)域平均速度來說，方案二的區(qū)域平均速度比方案一高,有比較穩(wěn)定的交通流，行車自由受到限制，但車速較為滿意。方案二中主體施工時(shí)，在豐和中大道中的翠苑路段留出4個(gè)車道，可方便行人非機(jī)動(dòng)車通過，如果將地鐵施工主體全圍擋，行人和非機(jī)動(dòng)車將繞過該交叉口，不利于交通。

綜合總體，方案二中的道路和交叉口服務(wù)水平變化不太，同時(shí)考慮行人和非機(jī)動(dòng)車的流量，總體上能維持與施工前相當(dāng)?shù)乃剑煌ㄝ^為順暢，路網(wǎng)整體水平良好，故推薦方案二。

3.7 推薦方案交通組織優(yōu)化措施

從步行系統(tǒng)來說，禁止機(jī)動(dòng)車亂停亂放，設(shè)置固定的出租車上、下客區(qū)域；在施工區(qū)域附近設(shè)置相應(yīng)的交通信號(hào)燈和指示牌，以便行人的順利通行，在關(guān)鍵的位置設(shè)置警示牌和護(hù)欄等交通設(shè)施保證行人安全。同時(shí)在交通飽和度較大的路段和交叉口應(yīng)該加強(qiáng)交通管理，以維持交通秩序緩解交通擁堵。

翠苑站一期施工交通組織線路設(shè)計(jì)：南北走向主要通過紅谷大道和鳳凰大道，金融大街雙向繞行，東西走向主要通過麗景路和南斯友好路雙向繞行，并對(duì)該交叉口的4個(gè)方向的路段設(shè)置只允許直右通車的措施，同時(shí)設(shè)置道路封閉提示標(biāo)志和禁左標(biāo)志。在施工路段重設(shè)車行道線和車流導(dǎo)向箭頭，在施工區(qū)出入口設(shè)置道路施工標(biāo)志和夜間警示燈。二期施工時(shí)，將翠苑路和豐和中大道都改為雙向四車道來緩解交通壓力。此時(shí)，交叉口的交通組織可看成是將圍繞中心的圍擋施工區(qū)域作為車輛繞行的環(huán)島，由東南西北的4個(gè)進(jìn)口的車輛圍繞環(huán)島進(jìn)行繞行。

其中,公交線路現(xiàn)狀如圖5，施工時(shí)主要受影響的公交線路是245路，310路和221路。豐和中大道南北向是直右通行，因而經(jīng)翠苑站轉(zhuǎn)入豐和大道的公交線路將受到影響,故將221路和245路改為由豐和中大道，經(jīng)麗景路到達(dá)紅谷北大道。由于施工站點(diǎn)設(shè)置了禁左措施，故310路公交改為從南昌大橋進(jìn)入南斯友好路，直接轉(zhuǎn)入紅谷南大道。紅谷北大道的公交站麗景路口被移至麗景路，翠苑路的站點(diǎn)翠苑站將被移入原豐和大道的麗景路口站點(diǎn)。推薦方案取消了3個(gè)公交?？空?，遷移了2個(gè)公交停靠站，其余公交線路不調(diào)整。

圖5 路網(wǎng)公交現(xiàn)狀Fig.5 Transit current situation of net

4 結(jié) 語

提出了基于TransCAD的軌道交通施工交通組織的新方法，較好地解決了現(xiàn)有方法中交通組織范圍不明確、路段分流缺乏量化依據(jù)以及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

提出了關(guān)于區(qū)域平均飽和度的硬性指標(biāo)和區(qū)域平均車速等主要指標(biāo)，將路段流量更好地實(shí)施量化，更清楚地了解道路實(shí)際運(yùn)行情況。

選取江西南昌地鐵站點(diǎn)施工期間交通組織的案例，運(yùn)用基于TransCAD的交通組織方案優(yōu)化的方法，驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。

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Research on the Optimization of the Road Network Traffic Organization under the Impact of Urban Subway Construction

SONG Yongchao1, ZHENG Kaili1,YANG Xianying2

(1.School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P.R.China;2. School of Mechanical & Vehicle Engineering , Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P.R.China)

By analyzing the negative impact on resident trip due to the urban subway construction, the optimized traffic organization in the affected urban road network was proposed for reducing congestion induced by track works. Combining with the software TransCAD, the traffic organization optimization in the road section affected by subway works was analyzed based on the the survey data of every station along the metro line. The optimization scheme by using the regional saturation and the regional average speed as the evaluation index was made and the ideas and suggestions for improving the implementation methods from three aspects of pedestrians, vehicles and bus system was proposed. Improved traffic organization under the subway construction based on TransCAD facilitates solving the traffic organization problems and is closer to the reality operations, and provides the reference for traffic organization for following subway construction.

traffic and transportation engineering；subway construction；traffic demand prediction；traffic organization；Trans CAD simulation

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.04.20

2014-11-17；

2015-03-10

重慶市教委自然科學(xué)基金項(xiàng)目(kj130410)；重慶交通大學(xué)研究生教育創(chuàng)新基金項(xiàng)目(20140107)

宋永朝(1975—)，男，河南雙峰人，副教授，博士，主要從事道路與交通工程方面的研究。E-mail:songyc69@163.com。

鄭凱俐(1992—)，女，江西上饒人，碩士研究生，主要從事交通安全與環(huán)境工程方面的研究。E-mail:1194979983@qq.com。

U491.1

A

1674-0696(2016)04-100-06