城市水環(huán)境治理工程占道施工交通疏解方案研究

樊春艷，鐘 奇，申明亮，溫雙銀

(1.武漢大學水利水電學院，武漢 430072；2.中電建水環(huán)境治理技術有限公司，廣東 深圳 518102)

0 引 言

新時期中國經濟進入高質量發(fā)展階段。為推動水利事業(yè)高質量發(fā)展，首要任務是科學判斷發(fā)展形勢，明確發(fā)展思路。十八大以來，水利建設取得顯著成績的同時，也存在著突出問題：需加強水利、鐵路、公路等基礎設施網絡建設，實現傳統(tǒng)水利向現代水利的轉變。在水環(huán)境治理等方面與“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時期治水方針和要求還存在一定差距。近年來城市水環(huán)境治理工程發(fā)展成為城市發(fā)展規(guī)劃的新趨勢。城市河流是影響環(huán)境美化的重要制約因素。城市發(fā)展中的諸多問題導致城市河流景觀與生態(tài)功能受到惡劣影響，直接關系到區(qū)域內居民居住氛圍和旅游業(yè)發(fā)展。為推動城市生態(tài)文明建設，恢復水生態(tài)，達到人水和諧的需求，水環(huán)境治理工程迫在眉睫[1]。

水環(huán)境治理工程問題是一個涉及土地利用、多種水體類型的流域間相互關系、多種污染類型的綜合性問題，必須根據區(qū)域水環(huán)境特點和總體治理目標要求進行統(tǒng)籌規(guī)劃。水環(huán)境治理工程占道施工一定程度上會造成城市道路通行能力下降，特別是主城區(qū)的重要道路，可能會影響到整個區(qū)域的交通，引發(fā)交通擁堵。合理的交通疏解方案能夠有效緩解交通狀況[2,3]。

國內外學者專家對占道施工區(qū)有相關研究，并取得一定的成果。專家們對占道施工區(qū)的研究主要集中在城市軌道交通[4,5]，隧道交通[6-10]，研究其交通流的運行情況及未來狀態(tài)的預測。對城市水環(huán)境治理工程占道施工產生的影響分析不多。針對該課題，通過仿真手段[11]分析該城區(qū)在水環(huán)境工程施工干擾的交通背景下，對施工影響區(qū)域的道路進行評價[12]，提出合理的疏解方案，對類似水環(huán)境工程的交通疏解有一定的意義。

1 水環(huán)境治理工程概況

該河流為國內某市第一大河，發(fā)源于市區(qū)境內山的北麓。近年來，境內該河流干支流污染、淤積嚴重，景觀和生態(tài)功能嚴重退化。干支流水質劣于地表水V類，水體黑臭，水生態(tài)環(huán)境亟待改善。該流域水環(huán)境治理工程的實施需要占用市區(qū)部分城市道路，一定程度上造成區(qū)域交通擁堵。有效疏解道路施工期間的區(qū)域交通，需要結合施工地點周圍的現狀交通特點，結合現狀路網進行綜合分析。在合理的施工期交通組織范圍之內，為施工布置提出科學高效、可操作性強的交通疏解方案。

本文針對該流域水環(huán)境治理工程占道施工的疏解問題進行研究。該工程區(qū)域范圍位于工程第三標段的東北側，所包含的四條道路均為城市主干路，車流量大，交通情況復雜，因此所得的疏解分析在同類疏解問題中具有代表性。該標段的其他路口及路段的分析與該區(qū)域路網的分析方法和過程可做類似處理。

2 占道施工道路的仿真與評價

2.1 數據采集與路網建立

通過視頻錄像，現場調查，資料收集相結合的方式進行交通調查，獲取施工路段和交叉口的相關信息，包括道路屬性，道路施工數據；交通設施，交通控制，交通管理信息；路段交叉口分車型分流向車流量；模型校正數據。由于該城市中心區(qū)較典型，有關車輛特性數據采用我國主流車輛的設計參數。

考慮到調查條件的限制以及調查資料的可重復利用性，此次交通流量調查采用的方式為“視頻采集-人工校核”。調查時段為早7∶30-9∶30。

路網模型對應現實世界的道路網，主要用來表現交通系統(tǒng)中道路的拓撲關系和幾何特征，是整個仿真模型的基礎。結合城市道路路網特性，將工程項目圍擋施工對城市交通影響問題的交通網絡圖建立抽象路網拓撲圖(圖1)，并對道路參數進行標定，為仿真實驗做準備。其中①至代表交叉口，有向箭頭代表單向路段。

圖1 路網拓撲圖Fig.1 Topology diagram of road network

借助仿真軟件平臺，利用采集的數據進行數據建模，根據實際設置仿真時長等控制參數，仿真模型就可以合理運行了。值得注意的是，在路網具有較多車輛，為了得到一個可靠的結果，需要多次運行仿真并計算所得結果的平均值。

2.2 路網評價與路況分析

項目所在的深圳市寶安區(qū)交通情況較為復雜，路網規(guī)劃建設完成多年，路網變動的可能性較小，綜合性評價法考慮到現實的各種因素，能相對準確地評價出項目施工區(qū)域路況。運用層次分析法確定權重的灰色關聯分析法綜合分析仿真結果數據對路況進行評價。

首先選取基礎性評價指標：平均排隊長度、占有率、平均停車次數、平均車速、平均延誤。其中平均排隊長度是在一個信號周期內各車道排隊的最長長度的平均值。占有率是指道路實際通過的交通量與通行能力的比值。平均停車次數是在分析時段內某一路段上所有通過車輛的平均停車次數。平均車速是路網中所有路段機動車的平均行程速度。平均延誤是通過單位長度路段的所有車輛的延誤值總合的平均值。各指標可以通采集數據和仿真模擬收集得到。

其次用層次分析法確定指標權重，如表1所示。

表1 交通評價指標權重Tab.1 Weight of evaluating indicators

最后根據灰色關聯分析方法，結合該流域水環(huán)境工程施工影響區(qū)域的道路實際情況，將仿真運行得到的多個評價指標進行整理，分析，計算。得到符合該占道工程的綜合性評價指標S，對道路通行情況進行分級，表2 即為分級標準表。

表2 路況分級標準Tab.2 Road condition grading standard

圍擋位于⑦→⑥中段，相對于交叉口附近的圍擋而言，車輛通行速度較快，車流密度較低。附近工廠較多，向東通向國道，大車率較高。施工路段的中央有綠化隔離帶，路兩側有樹、人行道和盲道。圍擋附近道路渠化度高，交叉口信號燈系統(tǒng)完備，高峰期均有專門的交通疏解人員。圍擋處施工前的交通峰值為2 810 輛/h，施工布設圍擋后，道路交通情況比較擁堵。由于路段交通狀況的變化主要對下游產生影響，故此處以圍擋下游的交叉口⑥為中心，選取與之相連的8個路段作為關聯路段，即拓撲圖中與②⑤⑥⑦⑩節(jié)點相關聯的有向線段。表3為影響區(qū)域的評價結果。

表3 道路通行情況評價結果Tab.3 Evaluation results of road traffic situation

3 疏解方案的提出與分析比選

3.1 疏解方案的提出

根據實際情況，從優(yōu)化施工圍擋布置、優(yōu)化信號燈配時、改造道路、加強交通引導四個大方面提出可行的疏解優(yōu)化方案。

(1)施工圍擋布置。①圍擋車道的縮減。在工程條件允許的情況下，盡量將占兩車道改為占用一車道，可相應地增加圍擋長度。原圍擋占3、4車道，現在減少圍擋占道數，僅占4車道。②圍擋線型的優(yōu)化。在圍擋的首尾端將方形圍擋改為流線型圍擋，利于車輛換道通行。③圍擋的位置。由于圍擋靠近交叉口，占道帶來的影響大于路段中部，所以此段施工在保障工程安全的情況下盡可能地加快施工進度。

(2)信號燈配時。經現場調查，交叉口⑥原信號燈周期相位圖如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前信號燈周期相位圖Fig.2 Phase diagram of signal lights(before)

通過Webster算法對交叉口信號燈配時進行計算，通過近似公式得出最佳周期，以各個相位的最大流量所占的比例來分配綠信號燈的時長。

(1)

式中：k1和k2與交叉口具體交通條件有關，為變量，通常為k1=1.5，k2=5；C0為最佳周期，s；L為總延誤，s；Y為交叉口全部相位的最大流率比之和。

(2)

式中：I為綠燈間隔時間；A為黃燈時間；l為啟動損失時間。

Y值計算公式如下：

(3)

式中：i=1,2…n，n代表相位數，Yi代表第i個相位下最大的流量比，最后計算得到每一個相位的有效綠燈時間：

(4)

至此可得到交叉口信號配時所需要的各個參數。此實例中所得的交叉口優(yōu)化后的信號燈周期相位圖如圖3。

圖3 優(yōu)化后信號燈周期相位圖Fig.3 Phase diagram of signal lights(after)

(3)道路改造。拆除圍擋附近的綠化帶，重新劃線，占用對向車道，形成一個局部的3*2車道通行區(qū)域，減小單側通行壓力。在條件允許的情況下，也可以占用非機動車道來拓寬道路。

(4)交通引導。①在圍擋距首端規(guī)定距離處增設提示標志，提醒車輛提早進入相應車道，避免臨時換道帶來的車輛擁堵。②在圍擋首端前設置限速標志(40 km/h)，保證車輛安全平穩(wěn)通行。③在圍擋所在路段的上游路口增設交通引導標志，提醒車輛提前繞行，降低施工路段通行壓力。

3.2 疏解方案的分析比選

從表4中可以看出，對于優(yōu)化施工圍擋布置方案，圍擋所在的路段G的S下降8.17%；相應地，該路段的下游右轉路段B指標下降10.93%，有一定疏解效果；優(yōu)化信號燈配時方案可以依據交通需求的實際情況，更合理地分配道路交通資源，從而降低擁堵，對改善交通狀況具有顯著的效果。不僅圍擋所在的G指標S下降47.95%，而且下游路段的交通狀況也都得到了不同程度的改善；占用非機動車道也可以提高道路通行能力，達到疏解的目的。對于圍擋所在的路段G的S下降12.29%，相應地，該路段的下游右轉路段S下降10.93%。占用非機動車道的方案具有較好的疏解效果。

表4 不同方案下各路段評價指標STab.4 The evaluation indexes S of various sections under different schemes

注：由于仿真的隨機性，此處認為變化5%以內均為正常波動。

加強交通引導措施由于具體評價數據不易獲取，所以只進行定性的評價。在圍擋前方一定距離設置指示標志可以提醒駕駛員提早做出準備，避免因臨時換道而引起的擁堵，同時也提高了車輛通行和施工的安全性；將車輛速度限定在一個合理的范圍，可以保證車輛平穩(wěn)地通過施工圍擋附近路段；在圍擋影響范圍較大時，可以在施工圍擋影響區(qū)域外圍提前進行車輛引導提示，減小影響區(qū)域內的交通壓力；專人現場疏解可以針對復雜的現場情況，提出合理有效的具體措施，具有很大的靈活性。

通過將優(yōu)化路網中的關聯路段的綜合指標S的信息與施工期各路段的S進行對比，得出最終的疏解建議。為了更形象地比選出疏解效果與利于實施的方案，將模擬結果以統(tǒng)計圖形式展示出來，如圖4所示。

圖4 不同方案下疏解效果統(tǒng)計圖Fig.4 Statistical figure of traffic relief effect under different schemes

4 結 語

本文以國內某流域水環(huán)境治理工程圍擋施工為研究背景，借助仿真平臺，利用采集的數據建立路網模型，根據實際對模型控制參數進行修改設定，通過仿真分析，得出施工圍擋影響區(qū)域道路評價結果，提出疏解建議。結合圍擋所處的交通環(huán)境，綜合方案的疏解效果，我們可以看出按照本文提到的4個疏解方面來操作能夠大大提高疏解效率,減少施工影響程度。在本案例中，所選的圍擋處于交通設施完備、道路渠化度高、車流量大的路段上，由施工圍擋占道引起的交通資源分配不合理是交通惡化的主要原因，也是設計疏解優(yōu)化方案時應該抓住的主要矛盾。優(yōu)化信號燈配時是最佳的疏解方案，不僅對圍擋所在路段有很好的疏解效果，對一定范圍內的路網的交通狀況都有很好的優(yōu)化；另外，優(yōu)化圍擋線型、加快交叉口附近施工、設置施工標志、專人現場疏導等方案一般操作不難，效果明顯，靈活性也很高，可以針對性地組合使用。

該流域占道施工疏解問題解決的實踐效果表明,本文所介紹的疏解分析模式和方法是切實可行的。在一些車流并不大的次干路、支路上，甚至可能都不存在信號燈系統(tǒng)，此時問題的關鍵也已經發(fā)生變化，采用一些更為簡單易行的方案就可以達到預期的目的。總的來說，疏解方案的設計應該因地制宜，根據工程的實際情況采取最合適的方案。

水環(huán)境治理是一個綜合體系，包涵水利、水質改善、道路交通等方面內容，是當今建設生態(tài)文明的重點和難題，因此必須注重協(xié)調好資源、交通、經濟和生態(tài)環(huán)境的動態(tài)關系研究，確保實現可持續(xù)發(fā)展。

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