圍擋施工條件下道路交通組織仿真優(yōu)化

鄒俊杰,胡圣能

1.中鐵七局集團電務(wù)工程有限公司,河南 鄭州 450003;2.華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450045

0 引言

地鐵圍擋施工長期占用城市道路,導(dǎo)致局部區(qū)域道路供應(yīng)與需求不均衡、服務(wù)能力下降,易引發(fā)交通阻塞和交通事故等問題[1-2]。研究圍擋施工對交通流及通行能力的影響,設(shè)計合理的交通疏導(dǎo)方案,盡可能減小圍擋施工對道路交通的干擾,保證道路交通安全與暢通,對圍擋施工交通組織與管理有重要意義,關(guān)乎城市用路者的出行質(zhì)量。

為解決施工區(qū)圍擋設(shè)施造成的交通擁堵問題,Richards等[3]結(jié)合工程實例與路網(wǎng)施工期間對原有道路的影響程度,研究施工影響范圍內(nèi)的交通疏導(dǎo)方法與道路管理;Karim等[4]建立基于案例的推理(case-based reasoning,CBR)模型,根據(jù)交通疏導(dǎo)方案與交通管理設(shè)施設(shè)置幫助相關(guān)部門制定合理的交通決策,提高施工區(qū)車輛出行安全;Tooley等[5]制定交通自動化工作管理系統(tǒng),通過統(tǒng)計、分析和判斷相關(guān)道路信息與交通運行狀況,借助廣播、導(dǎo)航等提前發(fā)布道路交通信息,幫助駕駛員判斷行駛路線,降低交通擁堵和出行時間;Olia等[6]結(jié)合大量工程施工區(qū)采用的交通疏導(dǎo)方案,建立智能交通系統(tǒng)(intelligent traffic system,ITS),引導(dǎo)出行者的交通行為,縮短出行時間,提高出行舒適度;胡毅楓等[7]結(jié)合地鐵施工實際,分析地鐵施工對道路交通的影響,提出城市地鐵施工期間的交通組織方案;高顯鵬[8]根據(jù)地鐵建設(shè)的實際情況,在交通便利化基礎(chǔ)上,建議合理選擇方便的交通方式,以解決當(dāng)前地鐵建設(shè)對城市交通道路的影響;李洪昌[9]通過優(yōu)化地鐵建設(shè)方案,完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu),確保公共交通優(yōu)先等措施,制定交通疏散方案,提高交通管理效率;周警春等[10]研究微觀仿真系統(tǒng)在城市交通組織與管理中的應(yīng)用。現(xiàn)有成果多基于定性分析圍擋施工條件下的交通疏導(dǎo)與管理辦法,缺少對疏導(dǎo)方案和管理辦法評價標準的定量研究。

不同地區(qū)的地鐵建設(shè)條件、交通條件和道路條件存在較大差異,需從道路屬性、交通實際、地鐵建設(shè)等情況出發(fā),綜合考慮各影響因素,研究和分析圍擋施工條件下城市道路交通組織技術(shù)。本文對鄭州地鐵12號線經(jīng)北五路站圍擋施工期間的道路交通組織方案進行設(shè)計與仿真,以交叉口服務(wù)水平為評價標準,優(yōu)化道路交通組織設(shè)計方案,在保證工程順利實施的前提下,減少地鐵施工期間對交通安全和道路通行效率的影響,確保城市居民日常出行的暢通和安全。

1 交通調(diào)查

1.1 交叉口現(xiàn)狀調(diào)查

圖1 地鐵圍擋施工路段

鄭州地鐵12號線經(jīng)北五路站工程縱向設(shè)立在南北走向的經(jīng)開第三大街上,占用經(jīng)北三路與經(jīng)開第三大街交叉口、經(jīng)北五路與經(jīng)開第三大街交叉口,車站主體建設(shè)采用明挖法施工,地鐵圍擋施工路段如圖1所示。經(jīng)開第三大街規(guī)劃紅線寬60.0 m,現(xiàn)狀道路寬25.0 m、雙向6個機動車道、2個非機動車道;經(jīng)北五路、經(jīng)北三路規(guī)劃紅線寬25.0 m,現(xiàn)狀道路寬18.0 m、雙向4個機動車道、2個非機動車道;機動車道寬3.5 m,非機動車道寬2.0 m。

1.2 交叉口渠化與信號配時調(diào)查

采用人工調(diào)查交叉口渠化與信號配時,施工路段的2個交叉口均為十字交叉,交通渠化如圖2所示,2個交叉口信號控制均為四相位,周期配時和相序如圖3所示。

圖2 交叉口交通渠化 a)相位 b)信號配時 圖3 交叉口相位及信號配時圖

1.3 施工路段交通服務(wù)水平調(diào)查

經(jīng)北五路、經(jīng)北三路設(shè)計速度為40 km/h,經(jīng)開第三大街設(shè)計速度為60 km/h,施工圍擋影響經(jīng)北三路與經(jīng)開第三大街交叉口、經(jīng)北五路與經(jīng)開第三大街交叉口,二者間距272.0 m,綠信比為0.65。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù),參照文獻[11-13]計算路段的通行能力,結(jié)果如表1所示。

表1 施工路段的道路通行能力

調(diào)查交通疏導(dǎo)范圍內(nèi)道路的高峰交通流量,根據(jù)表1的路段通行能力,參照文獻[14-17]計算高峰時各道路的交通飽和度,結(jié)果如表2所示。我國根據(jù)飽和度將路段服務(wù)水平劃分為A～F 6個等級,對應(yīng)的飽和度分別為:0～0.40、>0.40～0.60、>0.60～0.75、>0.75～0.90、>0.90～1.00、>1.00。

表2 施工區(qū)域內(nèi)主要道路的交通飽和度

由表2可知:經(jīng)北五路、經(jīng)北三路受圍擋施工影響,交通量減少,交通飽和度小于0.60,服務(wù)水平為B級,道路條件能適應(yīng)目前交通量,道路服務(wù)水平較好;經(jīng)開第三大街是區(qū)域主干路,交通飽和度為0.67,服務(wù)水平為C級,說明道路在高峰期交通量較大,易出現(xiàn)堵車現(xiàn)象。

2 施工期間交通疏導(dǎo)方案設(shè)計

a)一期 b)二期 圖4 一、二期施工區(qū)圍擋示意圖

2.1 交通疏導(dǎo)方案

結(jié)合工程進度、施工場地需求和道路紅線等情況,按占一還一的原則分2期設(shè)計交通疏導(dǎo)方案。

考慮不同產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對經(jīng)濟產(chǎn)出影響，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟產(chǎn)出之間的關(guān)系借鑒劉偉、李紹榮（2002）推導(dǎo)的模型。模型中Y表示總產(chǎn)出，Xi表示第i產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，i=1,2,3。

一期施工主要占用經(jīng)開第三大街主路及東側(cè)輔道,交通疏導(dǎo)采用繞行改道行駛,導(dǎo)改后經(jīng)北五路與經(jīng)開第三大街交叉口、經(jīng)北三路與經(jīng)開第三大街交叉口的東西進口交通量均右轉(zhuǎn),車輛沿經(jīng)開第三大街圍擋兩側(cè)通行,導(dǎo)改路段圍擋兩側(cè)為雙向2個機動車道和1個非機動車道布置,機動車道寬3.25 m,非機動車道寬4.00 m,通行交通的道路寬21.00 m,圍擋施工期間,經(jīng)北三路、經(jīng)北五路的車輛可繞行經(jīng)北二路、經(jīng)北六路通行。

二期施工內(nèi)容主要為經(jīng)北五路地鐵站西側(cè)的附屬設(shè)施建設(shè),不占用經(jīng)開第三大街原有機動車道,基本對交通流無影響,經(jīng)開第三大街恢復(fù)原交通通行狀態(tài),道路資源恢復(fù)原態(tài)。一、二期施工區(qū)圍檔示意圖如圖4所示。

2.2 其他相關(guān)設(shè)計

圖5 一期工程期間交叉口渠化設(shè)計圖

根據(jù)施工區(qū)圍擋方案、道路條件和交通量調(diào)查結(jié)果,一期工程施工期間,經(jīng)北三路與經(jīng)開第三大街交叉口、經(jīng)北五路與經(jīng)開第三大街交叉口的渠化設(shè)計如圖5所示。所有車輛均為直行或右轉(zhuǎn),交通流行駛方向不沖突,無需設(shè)定信號燈控制交通流。

通過現(xiàn)場交通調(diào)查,工程施工影響區(qū)域的公交線路均布設(shè)在經(jīng)開第三大街,一期施工期間,在經(jīng)開第三大街兩側(cè)設(shè)置臨時公交站,保證公共交通正常出行,對在施工區(qū)交叉口左轉(zhuǎn)的公交線路進行導(dǎo)改,借用周邊道路(經(jīng)開第二大街、經(jīng)開第四大街、經(jīng)北二路、經(jīng)北六路)繞行,保證乘客的正常通行,盡量減少工程施工對出行需求的影響。二期工程期間,工程施工基本不占用道路資源,可恢復(fù)原有公交站點。

施工圍擋設(shè)施影響駕駛?cè)藛T的視線,產(chǎn)生視野盲區(qū),帶來交通安全隱患[18]。為保證行人和非機動車的通行和安全,采用以下措施:1)在施工區(qū)范圍的各進口前方設(shè)置警示標志,提醒行人及駕駛?cè)藛T前方出現(xiàn)的障礙,以提前做好規(guī)避,并注意交通安全;2)設(shè)置隔離設(shè)施將機動車與非機動車、行人分離,設(shè)置警告標志做好引導(dǎo)信息;3)非機動車與行人混行,拓寬該部分道路寬度至4.00 m,阻斷部分人行道,減少周邊的橫向干擾。

3 評價指標及評價標準

3.1 評價指標

分析地鐵施工期間對交通安全和道路通行效率的影響,選取平均排隊長度、交通延誤時間2個指標評價交通疏導(dǎo)方案的優(yōu)劣。

式中:n為車道數(shù);li為第i個流向的進口道排隊長度,可通過視頻監(jiān)控或路口調(diào)查獲取,具體操作時,采用仿真軟件VISSIM建模分析各進口道的排隊長度。

以文獻[19]中飽和流率模型為基礎(chǔ),計算車道以s為單位的交通延誤時間t的數(shù)值

式中:{Tc}為以s為單位的交叉口的信號周期Tc的數(shù)值,X為車道飽和度,{C}為以pcv/h為單位的車道通行能力C的數(shù)值,{g}為以pcv/h為單位的車道交通量g的數(shù)值。

3.2 評價標準

評價標準是衡量交叉口服務(wù)水平的重要尺度,依據(jù)我國城市道路交通實際情況,參照文獻[20]選取交叉口服務(wù)水平評價指標的建議值,如表3所示。

表3 交叉口服務(wù)水平評價標準

4 仿真優(yōu)化

4.1 仿真分析

由表4、5可知:在一期圍擋工程中,由于經(jīng)北三路、經(jīng)北五路的交通流分散到周圍道路中,2個交叉口的交通情況較好,平均交通延誤時間較短,排隊長度較短,基本不會發(fā)生交通阻塞現(xiàn)象;二期圍擋工程不占用道路資源,交通量恢復(fù),交叉口東西方向的交通量顯著增大,常發(fā)生嚴重交通擁堵,且安全隱患較大。

表4 一、二期圍擋工程交通疏導(dǎo)方案仿真數(shù)據(jù)

表5 一、二期圍擋工程交通疏導(dǎo)方案交通量

4.2 方案優(yōu)化

圖6 優(yōu)化后交叉口渠化設(shè)計

根據(jù)2個交叉口的交通仿真結(jié)果,優(yōu)化交叉口交通組織方案,重點優(yōu)化設(shè)計二期方案中交叉口東進口車道、南進口車道。東進口車道的右轉(zhuǎn)、直行交通量較大,由原來2車道變?yōu)橹弊?、直行和右轉(zhuǎn)3車道,車道寬由3.5 m調(diào)整為3.0 m。南進口車道的直行交通量較大,由原來3車道變?yōu)樽筠D(zhuǎn)、直行、直行、右轉(zhuǎn)4車道,車道寬由3.5 m調(diào)整為3.0 m,交叉口渠化設(shè)計如圖6所示,信號配時同圍擋前,保持不變。

采用軟件VISSIM仿真模擬二期經(jīng)北五路與經(jīng)開第三大街交叉口的交通狀況,得到優(yōu)化前、后的平均交通延誤時間如表6所示。由表6可知:優(yōu)化前交叉口東進口道的服務(wù)水平為六級,為不穩(wěn)定車流,擁擠且延誤不能忍受,交叉口南進口道的服務(wù)水平為四級,為接近不穩(wěn)定車流,為能忍受的延誤;優(yōu)化后交叉口東進口道和南進口道的平均交通延誤時間明顯縮短,服務(wù)水平顯著提高;交叉口西進口道和北進口道的平均交通延誤時間均不同程度減少。優(yōu)化后的交通疏導(dǎo)方案提高了交叉口的道路服務(wù)水平,緩解了交通阻塞問題。

表6 優(yōu)化前、后二期經(jīng)北五路與經(jīng)開第三大街交叉口的平均交通延誤時間

5 結(jié)論

大型市政工程圍擋施工占用部分道路資源,影響城市交通秩序,以鄭州地鐵12號線經(jīng)北五路站圍擋施工工程為例,進行交通組織設(shè)計與優(yōu)化,為城市圍擋條件下交通組織和管理提供方法和思路。

1)由于圍擋施工工程的進度和占用道路資源不同,按占一還一的原則分2期進行交通疏解,動態(tài)調(diào)整交通組織方案。通過交通調(diào)查,分析疏導(dǎo)范圍內(nèi)道路的通行能力,結(jié)合具體實際,設(shè)計施工期間交通疏導(dǎo)方案。

2)采用軟件VISSIM仿真交通疏導(dǎo)方案,根據(jù)平均排隊長度和交通延誤時間2個指標進一步優(yōu)化交通組織方案。研究方法可為大型市政圍擋施工期的道路保暢提供方法參考,為交通組織方案設(shè)計和技術(shù)驗證提供思路。