地鐵占道施工對交叉口通行能力影響分析研究

陸 棒，鄭長江，張小麗，楊志明，馬庚華

(河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，中國 南京 210098)

地鐵占道施工對交叉口通行能力影響分析研究

陸 棒，鄭長江*，張小麗，楊志明，馬庚華

(河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，中國 南京 210098)

通過分析交叉口地鐵占道施工對交叉口通行能力的影響，對交叉口提出采用單進(jìn)口的放行方式代替原有對稱放行方式來彌補車道數(shù)不足的方法，分析優(yōu)化前后交叉口通行能力并進(jìn)行比較。最后，以南京市北京西路與虎踞路交叉口為例，利用VISSIM軟件進(jìn)行仿真，通過車輛的平均延誤、車輛的平均排隊長度、停車率三個參數(shù)來衡量優(yōu)化前后交叉口通行能力，結(jié)果表明，優(yōu)化后的交叉口通行能力有很大程度上的提高。

地鐵施工占道；單進(jìn)口放行；對稱放行；交叉口通行能力

為了改善交通擁擠狀況，減小機動車保有量持續(xù)增加給城市交通帶來巨大的壓力，各大城市積極修建地鐵，但地鐵施工周期長，單線建設(shè)一般 4～5 年[1]。工程施工期間在道路上設(shè)置作業(yè)區(qū)，減少了道路車輛的行車空間，降低了道路的通行能力。尤其在道路的交叉口，施工人員及機械、路邊施工護(hù)欄和來往的車輛又構(gòu)成了一個危險而復(fù)雜的交通環(huán)境，從而使具有路段“瓶頸”之稱的交叉口的暢通性更大程度地受到威脅。城市交叉口占道施工不僅會對施工交叉口本身產(chǎn)生影響，還會對周圍交叉口產(chǎn)生影響，如果對占道施工交叉口交通組織、優(yōu)化不到位，將會導(dǎo)致路網(wǎng)局部乃至全局的交通供求不平衡，從而引發(fā)交通擁擠加劇、交通事故增多、能源消耗增加等問題。國外Dixon等(1995)、AI- Kaisy等(2000)、Kim等(2001)均通過實測數(shù)據(jù)對施工區(qū)通行能力進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為影響施工區(qū)通行能力的主要因素有：封閉車道數(shù)，車道封閉形式，大型車比例，施工區(qū)長度，施工作業(yè)強度，施工作業(yè)持續(xù)時間，天氣情況以及作業(yè)時間等等[2-3]。國內(nèi)楊慶祥(2008)利用VISSIM軟件對城市道路施工作業(yè)區(qū)通行能力的影響因素(包括車道的封閉數(shù)、封閉形式、大車率、作業(yè)區(qū)長度等)進(jìn)行仿真分析，對這些影響因素的折減系數(shù)量化并以一實例對施工路段的通行能力做了計算[4]。本文采用車道彌補的方式，用改變放行方式的方法，對被占道施工的交叉口進(jìn)行合理的優(yōu)化，均衡各流向間的飽和度，減小交叉口總的延誤，更好地提高交叉口總的通行能力。

1 兩種放行方法介紹

1.1 單口放行方法

各相位之間以及相位內(nèi)部各流向之間的飽和度均衡是信號相位控制優(yōu)化過程中一個十分重要的優(yōu)化指標(biāo)。從追求各車流流向之間的飽和度均衡這一角度出發(fā)，人們便提出了單口放行方法，即對每一個進(jìn)口分別單獨設(shè)置一個相位，同一進(jìn)口的左轉(zhuǎn)和直行車輛利用同一個相位通行，一個進(jìn)口放行完畢再放行下一個進(jìn)口[5]。單口放行方法具有采用左轉(zhuǎn)直行自適應(yīng)車道、適合不對稱交通流、容易變道以及簡單易操作的4個優(yōu)點。并且往往將各進(jìn)口最左邊的那條直行車道改成直左自適應(yīng)車道，更有利于左轉(zhuǎn)車輛順利通過交叉口[6]。

1.2 對稱流向放行方法

為避免每個進(jìn)口左轉(zhuǎn)和直行車輛與其他進(jìn)口車輛發(fā)生沖突，通常采用4相位對稱放行方式，即放行某個進(jìn)口某方向車流的同時，放行對向的同一流向車流。在流量均衡的情況下，這種放行方式能夠有效地提高交叉口的運行效率，但對于流量不均衡的情況，這種放行方式容易出現(xiàn)空放現(xiàn)象(某方向車流在通行，但對向車流早就放完)或車輛二次排隊現(xiàn)象(紅燈時間排隊的車輛在接下的綠燈時間內(nèi)沒有全部通過交叉口)。為避免空放現(xiàn)象和二次排隊現(xiàn)象，提出利用搭接技術(shù)(允許在多個相位內(nèi)放行同一車流)，設(shè)計8相位放行方式，提高交叉口時空資源的利用率，但在實際運用中，隨著相位的增加，總損失時間也會隨之增加。

2 交叉口地鐵占道施工對道路交通影響分析

2.1 幾何分析

交叉口作為整個交通網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，因其換乘的優(yōu)越性，極易在交叉口鋪設(shè)地下軌道交通站點。交叉口往往是商業(yè)區(qū)密集，人員活動較多，限余空地較少的地方。在對道路交叉口地鐵站點建設(shè)的過程中，需要利用一定面積的路面(包括非道路區(qū)域和道路車道區(qū)域)。現(xiàn)對施工作業(yè)區(qū)用鐵柵欄圍擋。圖1中原有的非機動車道(全黑部分)被施工作業(yè)區(qū)占用，所以非機動車要占用一個機動車道行駛，則機動車道減少。本文研究(改善前)施工占道(如圖2所示)對交叉口的影響。

圖1 施工占道幾何圖形 圖2改善前施工占道幾何圖形

2.2 理論分析

2.2.1 通行能力分析

路段上一條車道的基本通行能力，可按車頭時距來計算[7]：

C0=3600/ht

(1)

式中，C0為一條機動車的道路基本通行能(veh/h)，ht為飽和連續(xù)車流的平均車頭時距(s)。

由于基本通行能力計算時不考慮道路和交通條件的影響，因此，多車道的基本通行能力可按式(2)計算：

C=nC0

(2)

式中，n為車道數(shù)，C為n條車道的路段基本通行能力，C0為一條機動車道的路段基本通行能力。

對于本文研究的交叉口東、西出口由于施工占道的原因由原來的兩車道變成了現(xiàn)在的一車道，在車輛同樣多的情況下，車輛通過交叉口車速變慢，變得擁擠，這樣車頭時距增加，由式(1)可以看到，車頭時距增加道路通行能力減小。又式(2)n由原來的2變成了現(xiàn)在的1。所以交叉口的東、西出口的基本通行能力驟減。

可能通行能力是在實際道路、交通控制和環(huán)境條件下，單位時間內(nèi)通過道路上某一均勻或者某一橫斷面的最大車輛數(shù)，可按式(3)計算。

Cl=C*ΠFi

(3)

式中，Cl為可能通行能力，C為實際通行能力，ΠFi為折減系數(shù)。

由于實際通行能力的驟減，以及施工占道引起折減系數(shù)的減小，則東、西出口的可能通行能力也會驟減。若不進(jìn)行車道數(shù)的調(diào)整，這個路口的東西出口會癱瘓。此時，本文提出的解決方案是減少東、西方向進(jìn)口的車道數(shù)，去掉原來進(jìn)口的一條左車道，將最左邊的一個直行車道改為直左合用車道，并改變交叉口放行方式(由原來的對稱放行變?yōu)閱芜M(jìn)口放行)。

2.2.2 延誤分析

(4)

2.2.3 直左合用車道設(shè)置理論分析

單口放行方式下，同一進(jìn)口內(nèi)的直行與左轉(zhuǎn)車流共用一個信號相位，同時信號相位綠燈時長取決于關(guān)鍵車流的需求比，因此，當(dāng)直行和左轉(zhuǎn)車流的需求比不一樣時，就會造成道路資源的浪費。假設(shè)各流向數(shù)據(jù)均為當(dāng)量交通量，車道通行能力均為理想情形下的車道基本飽和流率，則：

d=yT/yL

(5)

式中：d為車流不對稱系數(shù)；yT為進(jìn)口中直行車流飽和度；yL為進(jìn)口中左轉(zhuǎn)車流飽和度。

通過模型式(5)分析可得到如下結(jié)論：

(1)當(dāng)d>1時，此時直行車流需求比較大，左轉(zhuǎn)車道會出現(xiàn)道路資源浪費，因此理論上需要將靠近直行車道的左轉(zhuǎn)專用車道改成直左合用車道。

(2)當(dāng)d=1時，此時進(jìn)口中的直行和左轉(zhuǎn)車流達(dá)到了臨界狀態(tài)，交叉口的時空資源利用效率最高，不需要設(shè)置直左合用車道，但是這種情形在現(xiàn)實中很少會出現(xiàn)。

(3)當(dāng)d<1時，此時左轉(zhuǎn)車流需求比較大，直行車道會出現(xiàn)道路資源浪費，因此理論上需要將靠近左轉(zhuǎn)車道的直行車道改成直左合用車道。

下文中因為占用了一個進(jìn)口左轉(zhuǎn)專用車道，所以左轉(zhuǎn)專用車道的飽和度大大增加，所以d小于1，要將靠近左轉(zhuǎn)車道的直行道改成直左合用車道。

3 實例分析

南京市虎踞路與北京西路信號交叉口為四路交叉口，位于南京市區(qū)的中心部位，該交叉口附近有大量的居民區(qū)、政府單位、高校、小型商鋪等交通吸引點，是居民上下班、上學(xué)、娛樂的交通要道。各進(jìn)口道均有左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)專用進(jìn)口車道，單車道寬度為3 m米?；⒕崧芳茨暇┦袃?nèi)環(huán)西線(快速路)連接南京南北城，虎踞路以隧道的方式躲過交叉口的紅綠燈，以達(dá)到快速路的標(biāo)準(zhǔn)。因而路面道路上，直行車輛較少，車流量主要集中在左轉(zhuǎn)車輛和右轉(zhuǎn)車輛。北京西路則是草場門與南京內(nèi)城區(qū)的交通要道，車流量相對較大?，F(xiàn)對此交叉口北京西路交通現(xiàn)狀及改善情況進(jìn)行分析(虎踞路不做分析，因不是重點研究對象)，并進(jìn)行仿真分析。

3.1 交通現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有的渠化如圖3所示：東西方向(北京西路)為雙向7車道，道路兩側(cè)有非機動車道，機動車道寬3 m，非機動車道寬2 m，進(jìn)口道為五車道，出口為兩車道。

現(xiàn)有的放行方法及配時：采用傳統(tǒng)的四項位配時方法，右轉(zhuǎn)不受控制。配時如表1所示：

表1 現(xiàn)有的配時方案

現(xiàn)有的周期為165 s，每項位綠燈時間之后都有三秒的黃燈時間。

交通量調(diào)查，給出一個小時內(nèi)整個路口的車流量如表2所示：

現(xiàn)由于南京市地鐵四號線的建設(shè)，要在虎踞路與北京西路交叉口設(shè)立站點(草場門地鐵站)，因地鐵2號和3號出口的建設(shè)需要，現(xiàn)對此交叉路口采用圍擋式占道施工，占用交叉口的非機動車道，由于非機動車道被占用，非機動車只有占用一個機動車道行駛，于是北京西路東、西出口的機動車道由原來的兩車道變成了現(xiàn)在的一車道(見圖3)。由前面理論分析可知，一個車道并不能滿足東、西方向直行車流和不受控右轉(zhuǎn)車流的匯入，所以現(xiàn)在占用東、西方向一個進(jìn)口左轉(zhuǎn)車道為出口車道。將東、西方向進(jìn)口車道的最左邊一個直行車道改成直左合用車道，對東西進(jìn)口采用單進(jìn)口的放行方式(見圖4)。

3.2 改善后分析

利用TRRL法[10]對此交叉口重新配時，改善后的相位設(shè)置及配時如表3所示。

表3 改善后的相位設(shè)置及配時

周期保持165 s不變，其中，每個相位后都有3 s的黃燈時間，東進(jìn)口直行及左轉(zhuǎn)相位搭接南、北進(jìn)口直行相位之間設(shè)置3 s全紅時間，西進(jìn)口直行及左轉(zhuǎn)相位搭接?xùn)|進(jìn)口直行及左轉(zhuǎn)相位之間也有3 s的全紅時間，因為東、西道路方向的車流量較大，在3 s的黃燈時間內(nèi)車輛不能完全通過交叉口，為避免未通過交叉口的車輛與下一個相位車輛之間發(fā)生沖突，所以設(shè)置3 s全紅時間。

因為東、西進(jìn)口直行和左轉(zhuǎn)的流量相對較大，而又少了一個車道，為了均衡直行和左轉(zhuǎn)車道的飽和度，所以設(shè)置了一個直左合用車道，對東、西進(jìn)口采用單進(jìn)口的放行方式，更好發(fā)揮直左合并車道的作用，減少了車道數(shù)的減少對東、西進(jìn)口直行左轉(zhuǎn)車輛的影響。

圖3 改善前的渠化圖 圖4 改善后的渠化圖

3.3 仿真分析

通過VISSIM仿真軟件，建立路網(wǎng)，對此交叉口的兩種通行狀況進(jìn)行仿真：(1)占道施工，道路沒有進(jìn)重新渠化，沒有改變放行方式；(2)占道施工，道路進(jìn)行重新渠化，改變放行方式。通過車輛的平均延誤、車輛的平均排隊長度、停車率三個參數(shù)來衡量此交叉口通行狀況的優(yōu)劣，參數(shù)值見表4。

表4 仿真參數(shù)值

從表中的數(shù)據(jù)分析可知，優(yōu)化改善后的交叉路口的各項指標(biāo)值相對較小，此方案對此交叉口優(yōu)化取得了一定的效果，提高了交叉口的通行能力，有一定的可行性。

4 總結(jié)

作為車輛匯集和轉(zhuǎn)向所在地，交叉口的復(fù)雜交通特征使其成為交通秩序混亂和事故的多發(fā)點，如果加上施工占道額外的環(huán)境影響，交叉口情況會變得更讓人擔(dān)憂。為了減小施工占道對交叉口影響，本文采用設(shè)置交叉口直左合用車道，改變放行方式的方法，有效提高城市占道施工交叉口的通行效率，減少車輛在交叉口的延誤。為改變放行方式彌補車道數(shù)不足的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。

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(責(zé)任編輯：曾 晶)

Analysis of the Impact of Subway Work- zone on Road Intersection Capacity

LU Bang， ZHENG Changjiang*，ZHANG Xiaoli，YANG Zhiming，MA Genghua

(College of Civil and Transportation Engineering， Hohai University， Nanjing 210098， China)

Through the analysis of the intersection of subway lane construction influence on intersection capacity， to make up for the lack of lane number， the method of each phrase was used for an entrance instead of a method for symmetry phase design to analyze and compare the capacity of the intersection before and after the optimization. Finally， taking example of Beijing road and Huju road intersection in Nanjing， VISSIM software was used to simulate， through the average delay of vehicles， the average queue length of vehicles， parking rate of three parameters to measure the intersection capacity before and after the intersection optimization. The results show that the optimum intersection capacity is greatly improved.

subway work- zone; each phase for an entrance; ymmetry phase for entrance; intersection capacity

1000-5269(2016)06-0114-05

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.06.25

2016-10-25

國家自然科學(xué)基金(51608171)

陸 棒(1992-)，男，在讀碩士，研究方向：交通規(guī)劃運輸與管理，Email：594851321@qq.com.

*通訊作者： 鄭長江，Email：13905167096@163.com.

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