基于VISSIM的軌道交通站點施工期間導行方案設計

范柏桐，楊曉芳 （上海理工大學 管理學院，上海 200093）

0 引言

居民擁有小汽車數(shù)量日趨增加，給城市發(fā)展帶來很多問題，如：城市道路交通基礎設施發(fā)展滯后，難以滿足通行需求，引發(fā)交通擁堵、出行成本增加、資源浪費等問題。發(fā)展公共交通可以有效地解決這些問題。地鐵對解決城市交通問題效果顯著，但是地鐵建設施工周期長且施工區(qū)多位于城市交通繁忙的市中心地區(qū)，一旦開工建設，需要考慮其對周邊道路的交通影響，怎樣有效地降低地鐵施工帶來的城市交通壓力是十分必要的。國內(nèi)外許多學者對此也展開了研究。

日本學者早在20世紀就提出要盡早考慮城市軌道系統(tǒng)在施工建設期間給周邊帶來的影響，提前做好準備工作，保證工程建設工期及交通的正常運行[1]。Reju V Radhakrishnan等分析了典型道路施工區(qū)域的交通流特征，研究了施工區(qū)車輛動態(tài)合流和非動態(tài)合流兩種合流方式下的流量和速度關系[2]。Anthony Chen和Piya Chootinan等人通過建立基于出行時間和通行能力可靠性的雙目標規(guī)劃模型，來研究可變需求條件下的路網(wǎng)優(yōu)化設計問題，同時給出了相應的求解算法[3]。孟強對占道施工區(qū)車輛合流行為進行建模分析，研究了施工區(qū)合流條件下流量隨速度變化曲線關系圖[4]。李喜華在《城市占道施工對路段交通影響的研究》中通過VISSIM仿真獲取道路施工路段的評價指標值，并定性、定量分析了施工對路段服務水平的影響程度[5]。朱文元研究了交通擁堵的影響，深入分析交通擁堵造成的損失[6]。魏凱構建了占路施工區(qū)Panel Date極速模型[7]。

目前來看，國外對于施工區(qū)研究較為完善，在對施工區(qū)交通特性和安全上已經(jīng)有了較為深刻的認知和成型的規(guī)范標準。從國內(nèi)情況來看，隨著國內(nèi)專家、學者對施工區(qū)交通特性的不斷研究，施工區(qū)規(guī)范和交通導行原則在逐步完善。

1 軌道站點施工期間交通特性

1.1 沿線的土地利用開發(fā)程度

在地鐵施工階段，施工圍擋占用道路資源勢必要對地面交通產(chǎn)生影響，原有居民出行的交通模式、交通結構被打亂。周圍交通環(huán)境的變化使居民出行交通方式選擇也會隨之發(fā)生變化，因交通環(huán)境惡化，交通擁堵，停車難，居民為了出行的方便和經(jīng)濟性放棄私家車，改乘公交車、出租車、電動車、自行車等交通方式；施工造成公交行駛速度慢，延誤增大，站點取消、遷移或改線，給居民出行帶來不便，也可能采用其他交通工具。對居民出行的影響，不僅是出行方式發(fā)生變化，出行路線，尤其是采用交通管制后居民的出行路線會發(fā)生一定變化。同時，商業(yè)用地所吸引的購物娛樂客流，在出行時間、出行方式、出行路線會隨著交通環(huán)境的變化而變化，并且地鐵施工階段對沿線的商業(yè)經(jīng)營收益也有一定影響。

地鐵沿線的土地利用開發(fā)強度決定著該區(qū)域的交通吸引和交通需求，所以地鐵施工期間交通影響范圍的確定要考慮區(qū)域土地利用開發(fā)強度。

1.2 沿線的人口分布狀況

人、車、路、環(huán)境是組成交通的基本要素，人的交通需求產(chǎn)生交通的發(fā)生，對地鐵線位沿線分布的人口數(shù)量、人口結構、人口密度、流動人口與常住人口的比例等，在確定地鐵施工期間交通影響范圍時也應予以考慮。

1.3 沿線的道路網(wǎng)結構及等級

地鐵線路常沿城市主干道鋪設，在施工階段施工站點沿地鐵線位道路展開，對道路交通產(chǎn)生嚴重影響，道路功能不能正常發(fā)揮，甚至喪失功能。與地鐵施工線位相關的道路，在區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)結構的不同對交通的疏解程度不同，同時與施工線位平行、相交的道路等級、方向的不同等都決定著施工階段交通影響范圍。

1.4 工程建設屬性

地鐵工程建設規(guī)模、施工時長、采用的施工方法、施工時序都對影響范圍有一定的影響。地鐵施工階段交通影響范圍的確定，既有客觀因素也有主觀因素，不同的工程技術人員所認為的影響范圍也許不同。本文參照其他文獻，認為地鐵施工階段施工影響范圍為施工線位兩側1 000米范圍為合適區(qū)域。

1.5 道路特性

路段和交叉口是軌道施工直接影響區(qū)域。對于路段來說，車道的封閉形式、快速路進出口匝道形式、臨時標志標線、剩余車道寬度、封閉路段的長度、封閉路段的位置、施工區(qū)域的隔離設施等措施及施工周期、施工方法都影響路段的通行能力；天氣狀況影響駕駛員駕駛行為，也間接影響路段的交通狀況。對交叉口而言，站點施工使交叉口進出口車道數(shù)發(fā)生改變、交叉口線形改變、形成畸形交叉口，造成通行能力不足、車道不匹配、車流沖突嚴重等交通問題。因此，軌道交通施工占道期間導行的重點是道路線形的優(yōu)化、不同環(huán)境下道路的導行策略、畸形交叉口的優(yōu)化等方面。

2 交通調查

2.1 現(xiàn)狀背景

本文以青島市地鐵1號線為背景，分析研究太行山路站施工期間道路交通導行方案。長江中路是青島市黃島區(qū)的一條主干路，東起韶山路、西至太行山路。是連接黃島東西部的重要交通通道。太行山路是黃島區(qū)的一條主干道，北至嘉臨江路、南至麗江西路。是連接南北的一條交通要道。其交叉口為十字交叉口，如圖1所示。青島地鐵1號線施工時，對該交叉口的交通造成很大影響。本文以施工站點東側為例研究其影響。

圖1 長江中路—太行山路交叉口平面圖

2.2 數(shù)據(jù)調查

項目施工位于太行山路與長江中路交叉口，對交通影響較大。首先對施工區(qū)的道路交通特性進行調查分析，主要包含道路條件的調查和周邊交叉口交通量的調查，表1為相關道路特性。

表1 道路情況調查表

通過實地調查獲得數(shù)據(jù)如表2和表3。

表2 南北走向路段晚高峰車流量調查表

表3 東西走向路段晚高峰車流量調查表

太行山路和長江中路的交叉口為三相位信號控制的十字形交叉口，信號相位和信號配時如圖2和圖3所示。

圖2 交叉口現(xiàn)狀相位圖

2.3 現(xiàn)狀建模仿真

以太行山路、長江中路、廬山路、珠江路、長江西路構建仿真區(qū)域，其中太行山路和長江中路的交叉口為施工地點。通過實地調查獲得的各項數(shù)據(jù)作為輸入的數(shù)據(jù)，路網(wǎng)情況和仿真情況見圖4和圖5。并且在此交叉口各進口車道設置數(shù)據(jù)采集點，主要收集仿真時通過的車輛數(shù)、平均排隊長、和平均延誤時間。仿真時間為3個信號燈周期時長，即303秒。仿真數(shù)據(jù)見表4。

圖3 交叉口信號配時圖

圖4 路網(wǎng)情況

圖5 現(xiàn)狀仿真

2.4 優(yōu)化設計

（1） 交叉口優(yōu)化措施

由于太行山路和長江西路進入交叉口的車輛較多，以交叉口優(yōu)化措施為指導，為了提高疏散效率，可以在此處設計導流島。此交叉口導流島的優(yōu)化設計主要為了減輕右轉車輛對直行和左轉車輛的影響，也可以降低了事故的發(fā)生概率。如圖6所示。

表4 現(xiàn)狀仿真數(shù)據(jù)

圖6 交叉口導流島

（2） 交通誘導措施

為減輕施工帶來的交通壓力，根據(jù)上文介紹的交通誘導措施，在長江中路與井岡山路的交叉口處設置交通誘導標志，告知司機前方施工，請繞路行駛，可以繞道井岡山路向南行駛到珠江路。也可以向北借道富春江路。在香江路與太行山路交叉口處設置誘導標志，提醒在太行山路上直行的司機注意繞行，可從廬山路繞過施工地點。在長江西路與昆侖山南路交叉口設置誘導標志，提醒司機繞行漓江西路或者富春江路。盡量減少進入施工交叉口的車輛數(shù)。

（3） 道路優(yōu)化

廬山路位于太行山路和井岡山路之間。具體位置如圖1所示。根據(jù)占一換一原則[8]，把廬山路改為雙向6車道，誘導在長江中路和太行山路交叉口左轉車輛提前左轉，減輕施工路段車輛疏散壓力。經(jīng)過實地調查發(fā)現(xiàn)，廬山路具備擴建條件，但是廬山路兩邊是路邊停車場，一旦擴建，需考慮此因素。同時把長江中路與廬山路交叉口的進口道的車道3改為左轉車道。

（4） 交通管理措施

做好宣傳工作，占道施工和交通導行不可避免的會給當?shù)鼐用窈蛦挝粠聿焕挠绊懀煌▽蟹桨钢贫ê?，要借助于電視、報紙、網(wǎng)絡等相關媒體，做好宣傳工作，告知周邊居民，以及時調整出行時間和出行線路。制定嚴格的施工管理制度，加強文明施工，樹立交通意識、環(huán)境意識，積極配合相關部門的交通管理。施工完成后，盡快恢復道路設施，從時間上減小施工對交通的影響。為保證施工節(jié)點周邊道路暢通無阻，應與當?shù)亟煌ü芾聿块T取得聯(lián)系，配備相關機械，當發(fā)生重大的交通中斷時，能即時調派機械配合排除路障。

2.5 優(yōu)化仿真

優(yōu)化后的路網(wǎng)如圖7所示，其中廬山路已改為雙向6車道，長江中路進口道車道3改為左轉車道。通過運行，仿真圖與現(xiàn)狀圖對比發(fā)現(xiàn)進入施工交叉口的車輛大大減少。有效地把車流分配到其他不擁堵的道路上，疏導了施工區(qū)的交通量，緩解了因道路施工帶來的局部交通壓力。優(yōu)化后的仿真見圖8。太行山路和長江中路交叉口優(yōu)化后采集的數(shù)據(jù)見表5。

圖7 路網(wǎng)優(yōu)化

圖8 優(yōu)化后仿真圖

通過運行，對比表4和表5，明顯可以看出在3個信號燈周期內(nèi)，通過施工交叉口的車輛數(shù)從373輛減少到263輛，有效地把車流分配到其他不擁堵的道路上。同時，從仿真過程對比，車流的平均排隊長減小5，平均延誤時間減少6秒。

3 結論

城市車輛劇增，給城市道路帶來巨大的交通壓力，為有效緩解和降低道路施工帶來的交通壓力。研究軌道站點施工期間道路交通導行方案優(yōu)化設計具有重大意義。

表5 優(yōu)化后仿真數(shù)據(jù)

本文以青島地鐵1號線太行山路站點為例，對軌道站點施工期間交通特性進行分析，為緩解交通壓力提出一些有效的措施，并運用VISSIM交通仿真軟件，對給出的優(yōu)化措施進行仿真，驗證其可行性。結果發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的車輛在通過施工交叉口時更加快速有序，道路對車輛的疏散更加快速，疏導了施工區(qū)的交通量，緩解了因道路施工帶來的局部交通壓力。