城市軌道施工影響下路網交通組織方案優化研究

宋永朝，鄭凱俐，楊先英

(1.重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074;2. 重慶交通大學 機電與車輛工程學院，重慶 400074)

城市軌道施工影響下路網交通組織方案優化研究

宋永朝1，鄭凱俐1，楊先英2

(1.重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074;2. 重慶交通大學 機電與車輛工程學院，重慶 400074)

針對城市軌道施工造成居民出行的不利影響提出城市路網交通組織優化方案，以達到減少因軌道施工帶來的交通堵塞問題。以地鐵線路各站點調查數據為基礎，結合TransCAD軟件，對軌道施工路網交通組織方案優化進行分析。制定以區域飽和度和區域平均速度為評價指標的優化方案，并從步行、機動車和公交系統3類對象提出改善實施方法的思路及建議。基于TransCAD的交通組織方案優化，能夠較方便地解決道路施工交通組織問題，更接近道路網的實際運行情況，可為后續的地鐵施工制定交通組織方案提供依據。

交通運輸工程；地鐵施工；交通需求預測；交通組織；TransCAD仿真

0 引 言

地鐵站點施工占用大量道路資源，施工區域多在城市中心交通繁忙區，建設周期長，可能引發區域道路交通運行質量的下降，給城市生活帶來巨大影響。施工區域內的交通組織，將直接影響到相關區域范圍內的交通暢通與安全，合理的交通組織能減少道路堵塞、消除出行延誤等。當公交改道或是網絡調整時，不合理的交通組織將會極大地影響到相關區域內的日常出行生活[1]。因此，如何優化交通組織，使已有交通設施發揮最大的效益，是當前我國城市交通管理科學亟待解決的問題[2]。

目前，國內外學者對軌道施工路網交通組織做了大量的研究。早期，美國的P.S.VIRGINIA等[3]針對施工占道區特性，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化組織措施。W.SARASUA等[4]用大量實測數據對施工路段不同車道封閉形式下的道路通行能力進行了研究，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域的交通組織與通行能力的相互關系。

翟忠民[6]針對城市各種路段、區域、交叉口進行了動態、靜態的交通組織設計研究，提出了各種交通組織的方法措施。毛保華選取了西城區三里河與西二環之間的一個區域路網進行了深入的調研。通過對需求量較大、各類道路比較齊全的路網的分析，剖析了當前我國城市交通系統運行的機理，并提出方案的改善措施。董衛斌[7]通過對交通組織理論的分析，得出一些交通組織優化方法，并以天津市的交通為實例，分別從宏觀交通、區域交通和微觀交通3個方面進行組織優化設計。

由于以往將施工路網交通組織與軟件TransCAD進行結合研究的較少，進行了基于“OD反推”的城市交通需求預測方法研究，切合TransCAD得出的數據，并結合實例分析了其在實際應用中的可行性和有效性，并為后續的地鐵施工交通組織方案的制定提供參考。

1 基于TransCAD的交通組織優化方案設計思路

1.1 背景資料收集和施工影響范圍確定

為了提供一個合理、科學、可操作性強的交通組織與管理方案，必須了解和搜集施工區域和影響區域內相關背景資料情況[8]。

對站點按其站位和施工可能占道情況，分析站點施工對交通可能造成的影響及影響程度，確定施工項目涉及的周邊道路、交叉口和交通影響區域的范圍。對于站點間的線路施工，會影響到與其平行和相交的若干條道路，一般為沿線兩側各750 m左右，但這個范圍不是嚴格的，應根據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用交通需求分析以及交通預測的算法和程序來推算影響范圍。國內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，以出行時間增加率為指標來確定影響范圍,網絡總時間計算如式(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上行駛所花總時間。

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

(2)

式中：t前為未施工狀態下，出行者出行的總時間；t后為施工后出行者出行的總時間。

如果分配結果滿足出行時間增加率超過60%，則認為該范圍為影響范圍，反之，則繼續擴大范圍進行分配，直到出行時間增加率超過60%。

1.2 交通調查

主要的交通調查包括道路設施現狀、斷面流量分析、交叉口分析3個方面。①道路設施現狀包括：道路名稱、現狀路幅、斷面布置、紅線寬度，以及交叉口進口車道布置等；②道路流量分析包括：各路段高峰小時雙向交通斷面流量、飽和度等；③交叉口分析包括各進口道高峰流量及信號配時等。

1.3 基本路網的建立及OD反推

收集所調查區域的路網信息，將相關信息輸入到TransCAD中，建立基本路網并進行交通小區的劃分。基于交通小區原始OD矩陣進行OD反推，將得到的各交通指標與之前現場調查的交通流量進行擬合，得出擬合度。擬合度是指路網反推后各路段的交通流量與現狀所調查的路段流量的誤差擬合。如擬合度在18 %以內，說明反推結果效果較好。

傳統的OD分布預測是在大量調查區域社會經濟狀況、OD出行歷史數據的基礎上獲得的。由于這種調查工作非常繁瑣且工作量很大，很難保證結果的精度。OD反推是通過有效地將采集到的路網交通量、小規模或部分OD出行調查等出行調查與其他可獲得的信息相結合，以確定OD矩陣的估計值，從而為路網的規劃與管理提供依據，減少大規模的OD出行調查[10]。基于“OD反推”技術的城市交通需求預測的基本步驟和方法，在實際應用中具有較好的經濟性、有效性和可行性, 對提高現有交通規劃水平，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

從區域交通運行的角度，提出站點分期施工，車站施工圍擋，交通組織方案設計的建議。按照地鐵施工方法，對施工區域進行圍擋。施工圍擋方案分為施工全圍擋和半施工半圍擋。設計的交通組織方案要與施工遞進推行，以保障施工的延續性和交通的通暢性。應針對不同的作業面，對沿線車道、交叉口車道進行調整、渠化等具體設計，以利道路潛質的充分發掘。

1.5 基本路網交通流分配

交通流分配可通過預測得出的交通小區間的OD量，根據道路網特性，按照一定的規則符合實際地分配到路網中的各條道路上去，進而求出路網中各路段的交通流量。將現狀OD交通量分配到現狀交通路網上，可以分析目前交通網絡的運行狀況。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路段的分配結果進行比較，以檢驗模型的精度。如果將規劃年OD交通量預測值分配到規劃交通路網，可以評價交通網絡規劃方案的合理性[10]。

1.6 交通組織優化方案比選

對比各交通組織方案輸出的指標，分析評價其綜合交通效益，進而檢驗交通組織方案的可行性和合理性。結合TransCAD,利用調查的路段交通量進行OD反推，然后將得出的現狀小區OD交通量分配到道路網上，并與調查的路段交通量進行擬合。每個方案中會對交通量進行分配一次，分配的結果都與OD反推后的交通量進行對比，從平均飽和度和平均速度兩方面比較哪個方案更合理。

通常所使用的交通組織方法有單向通行、機動車單雙號限行、交叉口禁左措施、調整公交線路和站點等[9]。基于TransCAD得出的預測結果，選取部分關鍵路段進行流量、負荷度、車速等參數對比分析，針對具體站點進行施工交通組織方案詳細設計。如是否需要修建便道、架設人行天橋，綜合考慮機動車、非機動車、行人、公交、沿線道路兩側單位的出入交通進行合理的優化交通組織管理。

2 交通組織優化方案評價指標

2.1 平均飽和度

路段的飽和度是指路段實際通過的交通量與該路段通行能力的比值，反映了道路的實際服務水平，通常用v/c表示。道路負荷度大于1.0，表明道路已經接近飽和；道路交通負荷度在1.0～0.8之間，車輛運行處于不穩定狀態，稍遇干擾，則會阻塞交通。由于道路施工交通組織是在一個區域性的道路網內，所以考慮用平均飽和度作為道路網交通組織優化評價指標。由于各條道路交通量不一樣，在此應采用路段流量進行加權平均[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。一般情況下，車速在小于20 km/h就被認為是擁堵狀態，車速直接反映了道路的運行情況。類似的，此處采用的也是路段流量加權平均方法求整個區域的平均速度，如式(4)：

(4)

式中:v為區域平均車速；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施效果的指標較多，每一個單一的指標只能反映該方案實施的某一個方面，且各指標不具備一致性。因此筆者綜合區域平均飽和度和區域平均速度兩個技術指標，對每個方案實施施工后的路網使用情況進行評價。

3 實例分析

以南昌市紅谷灘新區軌道交通2號線翠苑站擬建的交通網絡為例，采用TransCAD對路網交通組織規劃方案的實施效果進行評價。

3.1 背景資料收集和施工影響范圍確定

南昌市紅谷灘新區軌道交通2號線連通新老兩城核心區域，覆蓋昌西新城九龍湖、紅角洲、紅谷灘三大片區和昌東老城核心區、城南片區,連通了昌南老城區與昌北新城區南北走廊上最重要的地區。根據地鐵施工站點的實際情況，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域。

3.2 基本路網的建立

在 TransCAD中輸入數據信息,包括添加字段，輸入實際調查的道路交通量,道路通行能力、速度等，在TransCAD中建立基本的路網。如圖1，數字表示的翠苑站施工影響范圍內的路段ID編號。

圖1 基本路網ID編號Fig.1 ID number in the basic road network

3.3 交通小區的劃分

交通小區是整個交通規劃的基本單元，交通小區的劃分恰當與否直接關系到交通有關數據調查、分析、預測的精度和整個交通規劃的成功，所以不能隨意劃分。根據城市道路網結構特點和城區的用地性質，以施工站點為中心，以豐和中大道和翠苑路兩條主干道，將該交通路網劃分為4個交通小區。

3.4 OD反推

所采用的基本OD數據是根據深圳規劃院所提供的南昌市2010年居民出行調查資料，利用經驗估計法所計算出來的基本數據。雖然基本數據存在誤差，但具有一定的根據性和可靠性。OD反推就是通過調查現狀路段的交通量，反推OD出行分布的一種方法。反推的結果如表1。

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

其中：AB_Q,BA_Q表示正反向路段現狀流量；

AB_FLOW,BA_FLOW表示反推后正反向路段流量；如表1，所調查路段的高峰期機動車總交通量為31 552 pcu/h,路段預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算式如式(5)。

(5)

由計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 基本路網交通流分配

交通分配就是把實行交通組織方案后各交通小區之間的空間的OD量分配到具體的路段所在的路網上。交通分配后，通過計算，出行時間增加率超過60 %，故施工影響范圍如上文所述。所獲得的交通量是檢驗路網交通組織方案是否合理的主要依據，交通組織優化方案一和方案二實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 交通組織優化方案比選

由評價指標公式(3)和公式(4)可得區域平均飽和度和平均速度加權值，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，由于翠苑路站點的施工，豐和中大道和翠苑路車流量減少，南斯友好路轉入豐和大道的車輛要從南斯友好路經紅谷大道繞行，導致紅谷大道的飽和度變化較大。由于施工站點交叉口四路段禁止左轉，公交車輛要經紅谷大道、麗景路、豐和大道繞行，導致麗景路飽和度增加。

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

綜合總體，方案二中的道路和交叉口服務水平變化不太，同時考慮行人和非機動車的流量，總體上能維持與施工前相當的水平，交通較為順暢，路網整體水平良好，故推薦方案二。

3.7 推薦方案交通組織優化措施

從步行系統來說，禁止機動車亂停亂放，設置固定的出租車上、下客區域；在施工區域附近設置相應的交通信號燈和指示牌，以便行人的順利通行，在關鍵的位置設置警示牌和護欄等交通設施保證行人安全。同時在交通飽和度較大的路段和交叉口應該加強交通管理，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計：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，并對該交叉口的4個方向的路段設置只允許直右通車的措施，同時設置道路封閉提示標志和禁左標志。在施工路段重設車行道線和車流導向箭頭，在施工區出入口設置道路施工標志和夜間警示燈。二期施工時，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，交叉口的交通組織可看成是將圍繞中心的圍擋施工區域作為車輛繞行的環島，由東南西北的4個進口的車輛圍繞環島進行繞行。

其中,公交線路現狀如圖5，施工時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，因而經翠苑站轉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，經麗景路到達紅谷北大道。由于施工站點設置了禁左措施，故310路公交改為從南昌大橋進入南斯友好路，直接轉入紅谷南大道。紅谷北大道的公交站麗景路口被移至麗景路，翠苑路的站點翠苑站將被移入原豐和大道的麗景路口站點。推薦方案取消了3個公交停靠站，遷移了2個公交停靠站，其余公交線路不調整。

圖5 路網公交現狀Fig.5 Transit current situation of net

4 結 語

提出了基于TransCAD的軌道交通施工交通組織的新方法，較好地解決了現有方法中交通組織范圍不明確、路段分流缺乏量化依據以及評價指標體系。

提出了關于區域平均飽和度的硬性指標和區域平均車速等主要指標，將路段流量更好地實施量化，更清楚地了解道路實際運行情況。

選取江西南昌地鐵站點施工期間交通組織的案例，運用基于TransCAD的交通組織方案優化的方法，驗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基金項目(kj130410)；重慶交通大學研究生教育創新基金項目(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境工程方面的研究。E-mail:1194979983@qq.com。

U491.1

A

1674-0696(2016)04-100-06