基于AHP法的地鐵施工區(qū)域周圍交通仿真及組織

胡毅楓，馬曉旦，夏曉梅

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

0 引言

目前，我國進(jìn)入地鐵建設(shè)高速發(fā)展時期，截至2020 年5 月，中國符合地鐵建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的城市共計76座，獲批建設(shè)地鐵城市44 座，在建地鐵路線超過100條。一些城市多條地鐵線路同時開建，由于地鐵線路大多與城市主干道復(fù)線，地鐵建設(shè)讓城市主干道原有標(biāo)志標(biāo)線失效，通行能力迅速降低，同時也產(chǎn)生了諸多安全隱患[1]。在建設(shè)期間，大部分道路車道減少，尤其是非機動車道，存在過窄、視距不足的問題，同時也引發(fā)了諸多惡性交通事故。因此，在地鐵施工區(qū)域周邊對施工車輛和普通車輛合理分流、隔離，對于提高通行能力和出行安全至關(guān)重要。

有文獻(xiàn)提到地鐵車站施工安全管理和管理人員對危險源的識別有疏漏[2]，即未能有效識別施工區(qū)域內(nèi)潛在危險源且沒有采取合理的警示、預(yù)防、處理措施；也有文獻(xiàn)探討人和環(huán)境的匹配關(guān)系[3]，提出需要通過環(huán)境的不同改造方式，采取相應(yīng)不同的環(huán)境管理模式，通過人對環(huán)境的合理改造方法，選取不同重要程度的安全變量并進(jìn)行合理安全配置。

王曉穎，等指出施工區(qū)域內(nèi)的安全風(fēng)險隨著對經(jīng)濟效益的關(guān)注提高而增大[4]，以此對施工區(qū)域提出合理的經(jīng)濟均衡策略可以有效提高安全性；李先波，等也強調(diào)了危險的突發(fā)性[5]，在施工現(xiàn)場需要用提前的思維和策略來預(yù)防安全事故的發(fā)生。

本文尋找地鐵施工區(qū)域內(nèi)影響居民出行的重要安全因素，建立評價體系并進(jìn)行仿真，通過延誤指標(biāo)展示區(qū)域交通組織優(yōu)化結(jié)果。

1 施工區(qū)域概況

本文選取江蘇省常州市地鐵二號線五角場站的施工區(qū)域（如圖1），施工場地封閉，主要車輛為運送土方車輛，具有典型性。施工區(qū)域內(nèi)共有三個交叉口，即麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口、施工改建交叉口和施工新建交叉口。麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口在施工開始前作為區(qū)域內(nèi)唯一出入口，承擔(dān)全部流量，施工開始后新增兩個交叉口。為保證交通組織前后流量不發(fā)生變化，將麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口、施工改建交叉口作為整體研究對象。

圖1 施工區(qū)域俯視圖

麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口作為施工前小區(qū)出入口，承擔(dān)大型車輛的大部分出入需求。地鐵施工大型車輛有固定的工作時間表，但存在時間表與居民通勤需求相重合的現(xiàn)象。早高峰階段，區(qū)域內(nèi)居民非機動車輛通勤需求高，非機動車道寬度不足，加上較短的有效綠燈時間和不合理的非機動車直行等待區(qū)設(shè)計，極大地增加了非機動車駛出交叉口的危險。

施工改建交叉口在改造后，通行能力大大降低，因此同樣的流量下，該交叉口需要承擔(dān)更多的交通壓力，改造后標(biāo)志標(biāo)線的缺失導(dǎo)致車輛混行嚴(yán)重，常發(fā)生輕微交通事故，安全隱患大。

施工新建交叉口盡管已經(jīng)可以承擔(dān)交通壓力，但是并沒有實際上的流量輸入輸出，而且由于遠(yuǎn)離城市主干道，被出行者認(rèn)為是費用較高的出行道路。

1.1 信號相位

交叉口的信號相位為各進(jìn)出口的車輛提供不同的通行規(guī)則，該施工區(qū)域內(nèi)的交通產(chǎn)生量不大，出口的相應(yīng)相位內(nèi)的通過率不高。區(qū)域內(nèi)有麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口信號燈，其信號周期C 為138s，共設(shè)置四相位，如圖2所示。

1.2 交通流量

本文中，進(jìn)出施工區(qū)域的大型車輛均為工程車輛，不包括城市公共交通車輛。

在經(jīng)過一段時間的觀察后，結(jié)合施工車輛時刻表，選擇工作日的7點、19點作為觀測時間，分別觀測道路小時流量并測量麗華北路-關(guān)河?xùn)|路的機動車違法行為數(shù)量。在統(tǒng)計中，由于交叉口進(jìn)口道只有一個非機動車道和機動車道，因此車輛流入只統(tǒng)計車輛數(shù)量。施工改建交叉口未設(shè)置車道，故只測量流量，見表1。

圖2 區(qū)域內(nèi)交叉口信號配時圖

表1 觀測時間內(nèi)交通流量（veh）

經(jīng)過統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，在工作日，通勤流量占到了總流量的大多數(shù)。流量呈現(xiàn)出兩個極端：一方面在早高峰，通勤車輛流量大，但是交叉口通行能力不足，在有效綠燈時間的約束下，左轉(zhuǎn)車輛存在搶燈現(xiàn)象；另一方面在晚間時刻，大型車輛從麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口涌入施工區(qū)域。在時間上，呈現(xiàn)出相對對稱的特點。因此，決定選擇早高峰通勤時段（7:00-8:00）作為交通組織方案制定的時間段。

1.3 危險源識別

危險源表現(xiàn)為環(huán)境中可能對人的生命財產(chǎn)造成損失或者對于環(huán)境造成嚴(yán)重破壞的相關(guān)危險因素和有害因素的組合。而地鐵施工的安全管理，很重要的一項就包括對于地鐵施工區(qū)域周圍改建道路和占用道路情況的管理[6]。

將危險源分為兩類，一類是事物本身具有一定量的能量，并在某些情況下被意外釋放出來；另一類是參與者為了驅(qū)動設(shè)備、提供動力，但是約束能量設(shè)備的裝置被意外破壞，包括物的故障、人的失誤和環(huán)境因素三大誘因。

在識別危險源之后，就急需對危險源進(jìn)行管理、消除和預(yù)防再次發(fā)生[7]，以防止?jié)撛诘奈ｋU源對人造成二次傷害。見表2。

表2 區(qū)域內(nèi)危險源識別

2 基于層次分析法的因素分析

2.1 層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process）是美國運籌學(xué)教授Satty提出的一種通過定性和定量結(jié)合的多目標(biāo)決策評價方法。利用層次分析法解決復(fù)雜問題時，需要對目標(biāo)問題進(jìn)行分解和劃分。

通常情況下，將系統(tǒng)分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層三層，接著構(gòu)造判斷矩陣，然后根據(jù)各層次以及各指標(biāo)之間的兩兩比較進(jìn)行權(quán)重排序，并進(jìn)行一致性檢驗，評估指標(biāo)的可信情況。

2.2 施工區(qū)域內(nèi)綜合評價體系建立

區(qū)域內(nèi)綜合評價體系主要由道路因素、視線因素、經(jīng)濟因素三個準(zhǔn)則層構(gòu)成，指標(biāo)層因素由問卷調(diào)查得到，涵蓋了區(qū)域內(nèi)出行的各項要求，如圖3所示。

圖3 施工區(qū)域內(nèi)綜合評價體系

2.3 確定判斷矩陣

利用常用的1-9標(biāo)度法建立判斷矩陣，見表3。

表3 1-9值法標(biāo)度

層次分析法結(jié)果見表4。

表4 層次分析法結(jié)果

2.4 權(quán)重分析和一致性檢驗

將判斷矩陣中的參數(shù)匯總計算，可以得到權(quán)重矩陣和相關(guān)的一致性檢驗參數(shù)

結(jié)果顯示，道路因素占主要地位，大車率、減速要求、平均減速次數(shù)是最重要的安全要素。對此得到可以通過車道的改變、車道的使用權(quán)和專用道路標(biāo)志標(biāo)線規(guī)范大車進(jìn)出行為，降低大車速度的初步判斷。

3 改建措施與方法

基于層次分析法獲得的幾個重要安全要素，結(jié)合現(xiàn)有管理方法，針對該地鐵施工場地，給出信號配時、道路等待區(qū)、標(biāo)志標(biāo)線、分流等方面的改建措施及方法如下：

（1）麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口實行分時段潮汐管理，大型車輛在7：00-8:00及19:00-20:00不被允許在該路口駛出施工區(qū)域，一律從施工改建交叉口駛出，以避免與通勤車輛發(fā)生沖突。其余時刻，需要在該路口左轉(zhuǎn)大型車輛一律從施工改建交叉口駛出，剩余車輛從該路口駛出。

（2）施工改建交叉口安裝凸鏡并劃分道路標(biāo)線；加設(shè)專用放行相位；全路段禁止大型車輛停放；全路段限速20km/h。

（3）麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口加設(shè)非機動車直行等待區(qū)，左轉(zhuǎn)相位開始時直行非機動車進(jìn)入直行等待區(qū)；右轉(zhuǎn)車服從直行相位；增加?xùn)|西方向左轉(zhuǎn)相位綠燈時長5s。

（4）啟用新建交叉口交通功能，允許車輛停放，緩解區(qū)域內(nèi)停車壓力。

4 VISSIM評價

4.1 VISSIM路網(wǎng)建立

使用VISSIM對路網(wǎng)進(jìn)行分析可以使宏觀交通微觀化，獲得量化的數(shù)據(jù)，以便更好地展示改進(jìn)成果[8-9]，如圖4所示。

圖4 VISSIM中路網(wǎng)中心線

4.2 評價指標(biāo)選定

本文中選取的主要參數(shù)均參考路網(wǎng)數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)。麗華北路-關(guān)河?xùn)|路道路數(shù)據(jù)見表5。

表5 麗華北路-關(guān)河?xùn)|路道路數(shù)據(jù)

施工改建交叉口道路數(shù)據(jù)見表6、圖5、圖6。

表6 施工改建交叉口道路數(shù)據(jù)

4.3 延誤數(shù)據(jù)

由于大型車輛占比較高，普通車輛在路口通過情況差，需要對普通車輛的右轉(zhuǎn)通行提供優(yōu)先，也要考慮到大型車輛在轉(zhuǎn)彎時受非機動車影響和自身轉(zhuǎn)彎內(nèi)輪差的影響[10-11]。在默認(rèn)情況下對麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口進(jìn)行延誤測量，結(jié)果見表7。

圖5 混合車流的車輛構(gòu)成

圖6 非混合車流的車輛構(gòu)成

表7 麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口駛出平均通過延誤（s）

4.4 評價結(jié)果

在路網(wǎng)中輸入測得的交通流數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行仿真，獲得新交通組織下的延誤數(shù)據(jù)，見表8。

表8 麗華北路-關(guān)河?xùn)|路交叉口改進(jìn)后平均通過延誤（s）

5 結(jié)語

基于層次分析法的結(jié)果，將施工區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)繪制在微觀交通仿真軟件VISSIM中。通過調(diào)整道路寬度、信號燈相位設(shè)計、通行規(guī)則等層次分析法中各重要參數(shù)，在典型施工區(qū)域設(shè)計出一個簡單的解決方案，并對方案的安全性指標(biāo)進(jìn)行分析和評價，找到地鐵施工區(qū)域周圍重要的危險源及其管理盲點。

在地鐵施工區(qū)域，對交通安全影響較大的因素為道路因素，其中麗華北路關(guān)河?xùn)|路交叉口的大車率是影響居民出行安全的最主要因素。

通過對地鐵施工區(qū)域的綜合改建，目標(biāo)區(qū)域能夠在一定程度上緩解大型車輛對于施工區(qū)域周圍小區(qū)的通勤安全問題，減少出行時間。分析仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)延誤平均降低了12.2個百分點。

大型車輛是地鐵施工區(qū)域中不能客觀減少的交通實體，通過對大型車輛進(jìn)出路線分時段規(guī)劃，可以得到分流、分段、分層次的路線。針對地鐵施工區(qū)域土方車輛較多的特點，本文提出的評價體系有一定的推廣前景，但在大型車輛的車體分類和當(dāng)量交通量的測定上，還需要進(jìn)一步的研究，以便得到更為精確的車輛安排及規(guī)劃。