基于AHP法的地鐵施工區域周圍交通仿真及組織

胡毅楓，馬曉旦，夏曉梅

（上海理工大學 管理學院，上海 200093）

0 引言

目前，我國進入地鐵建設高速發展時期，截至2020 年5 月，中國符合地鐵建設標準的城市共計76座，獲批建設地鐵城市44 座，在建地鐵路線超過100條。一些城市多條地鐵線路同時開建，由于地鐵線路大多與城市主干道復線，地鐵建設讓城市主干道原有標志標線失效，通行能力迅速降低，同時也產生了諸多安全隱患[1]。在建設期間，大部分道路車道減少，尤其是非機動車道，存在過窄、視距不足的問題，同時也引發了諸多惡性交通事故。因此，在地鐵施工區域周邊對施工車輛和普通車輛合理分流、隔離，對于提高通行能力和出行安全至關重要。

有文獻提到地鐵車站施工安全管理和管理人員對危險源的識別有疏漏[2]，即未能有效識別施工區域內潛在危險源且沒有采取合理的警示、預防、處理措施；也有文獻探討人和環境的匹配關系[3]，提出需要通過環境的不同改造方式，采取相應不同的環境管理模式，通過人對環境的合理改造方法，選取不同重要程度的安全變量并進行合理安全配置。

王曉穎，等指出施工區域內的安全風險隨著對經濟效益的關注提高而增大[4]，以此對施工區域提出合理的經濟均衡策略可以有效提高安全性；李先波，等也強調了危險的突發性[5]，在施工現場需要用提前的思維和策略來預防安全事故的發生。

本文尋找地鐵施工區域內影響居民出行的重要安全因素，建立評價體系并進行仿真，通過延誤指標展示區域交通組織優化結果。

1 施工區域概況

本文選取江蘇省常州市地鐵二號線五角場站的施工區域（如圖1），施工場地封閉，主要車輛為運送土方車輛，具有典型性。施工區域內共有三個交叉口，即麗華北路-關河東路交叉口、施工改建交叉口和施工新建交叉口。麗華北路-關河東路交叉口在施工開始前作為區域內唯一出入口，承擔全部流量，施工開始后新增兩個交叉口。為保證交通組織前后流量不發生變化，將麗華北路-關河東路交叉口、施工改建交叉口作為整體研究對象。

圖1 施工區域俯視圖

麗華北路-關河東路交叉口作為施工前小區出入口，承擔大型車輛的大部分出入需求。地鐵施工大型車輛有固定的工作時間表，但存在時間表與居民通勤需求相重合的現象。早高峰階段，區域內居民非機動車輛通勤需求高，非機動車道寬度不足，加上較短的有效綠燈時間和不合理的非機動車直行等待區設計，極大地增加了非機動車駛出交叉口的危險。

施工改建交叉口在改造后，通行能力大大降低，因此同樣的流量下，該交叉口需要承擔更多的交通壓力，改造后標志標線的缺失導致車輛混行嚴重，常發生輕微交通事故，安全隱患大。

施工新建交叉口盡管已經可以承擔交通壓力，但是并沒有實際上的流量輸入輸出，而且由于遠離城市主干道，被出行者認為是費用較高的出行道路。

1.1 信號相位

交叉口的信號相位為各進出口的車輛提供不同的通行規則，該施工區域內的交通產生量不大，出口的相應相位內的通過率不高。區域內有麗華北路-關河東路交叉口信號燈，其信號周期C 為138s，共設置四相位，如圖2所示。

1.2 交通流量

本文中，進出施工區域的大型車輛均為工程車輛，不包括城市公共交通車輛。

在經過一段時間的觀察后，結合施工車輛時刻表，選擇工作日的7點、19點作為觀測時間，分別觀測道路小時流量并測量麗華北路-關河東路的機動車違法行為數量。在統計中，由于交叉口進口道只有一個非機動車道和機動車道，因此車輛流入只統計車輛數量。施工改建交叉口未設置車道，故只測量流量，見表1。

圖2 區域內交叉口信號配時圖

表1 觀測時間內交通流量（veh）

經過統計可以發現，在工作日，通勤流量占到了總流量的大多數。流量呈現出兩個極端：一方面在早高峰，通勤車輛流量大，但是交叉口通行能力不足，在有效綠燈時間的約束下，左轉車輛存在搶燈現象；另一方面在晚間時刻，大型車輛從麗華北路-關河東路交叉口涌入施工區域。在時間上，呈現出相對對稱的特點。因此，決定選擇早高峰通勤時段（7:00-8:00）作為交通組織方案制定的時間段。

1.3 危險源識別

危險源表現為環境中可能對人的生命財產造成損失或者對于環境造成嚴重破壞的相關危險因素和有害因素的組合。而地鐵施工的安全管理，很重要的一項就包括對于地鐵施工區域周圍改建道路和占用道路情況的管理[6]。

將危險源分為兩類，一類是事物本身具有一定量的能量，并在某些情況下被意外釋放出來；另一類是參與者為了驅動設備、提供動力，但是約束能量設備的裝置被意外破壞，包括物的故障、人的失誤和環境因素三大誘因。

在識別危險源之后，就急需對危險源進行管理、消除和預防再次發生[7]，以防止潛在的危險源對人造成二次傷害。見表2。

表2 區域內危險源識別

2 基于層次分析法的因素分析

2.1 層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process）是美國運籌學教授Satty提出的一種通過定性和定量結合的多目標決策評價方法。利用層次分析法解決復雜問題時，需要對目標問題進行分解和劃分。

通常情況下，將系統分為目標層、準則層和指標層三層，接著構造判斷矩陣，然后根據各層次以及各指標之間的兩兩比較進行權重排序，并進行一致性檢驗，評估指標的可信情況。

2.2 施工區域內綜合評價體系建立

區域內綜合評價體系主要由道路因素、視線因素、經濟因素三個準則層構成，指標層因素由問卷調查得到，涵蓋了區域內出行的各項要求，如圖3所示。

圖3 施工區域內綜合評價體系

2.3 確定判斷矩陣

利用常用的1-9標度法建立判斷矩陣，見表3。

表3 1-9值法標度

層次分析法結果見表4。

表4 層次分析法結果

2.4 權重分析和一致性檢驗

將判斷矩陣中的參數匯總計算，可以得到權重矩陣和相關的一致性檢驗參數

結果顯示，道路因素占主要地位，大車率、減速要求、平均減速次數是最重要的安全要素。對此得到可以通過車道的改變、車道的使用權和專用道路標志標線規范大車進出行為，降低大車速度的初步判斷。

3 改建措施與方法

基于層次分析法獲得的幾個重要安全要素，結合現有管理方法，針對該地鐵施工場地，給出信號配時、道路等待區、標志標線、分流等方面的改建措施及方法如下：

（1）麗華北路-關河東路交叉口實行分時段潮汐管理，大型車輛在7：00-8:00及19:00-20:00不被允許在該路口駛出施工區域，一律從施工改建交叉口駛出，以避免與通勤車輛發生沖突。其余時刻，需要在該路口左轉大型車輛一律從施工改建交叉口駛出，剩余車輛從該路口駛出。

（2）施工改建交叉口安裝凸鏡并劃分道路標線；加設專用放行相位；全路段禁止大型車輛停放；全路段限速20km/h。

（3）麗華北路-關河東路交叉口加設非機動車直行等待區，左轉相位開始時直行非機動車進入直行等待區；右轉車服從直行相位；增加東西方向左轉相位綠燈時長5s。

（4）啟用新建交叉口交通功能，允許車輛停放，緩解區域內停車壓力。

4 VISSIM評價

4.1 VISSIM路網建立

使用VISSIM對路網進行分析可以使宏觀交通微觀化，獲得量化的數據，以便更好地展示改進成果[8-9]，如圖4所示。

圖4 VISSIM中路網中心線

4.2 評價指標選定

本文中選取的主要參數均參考路網數據和實測數據。麗華北路-關河東路道路數據見表5。

表5 麗華北路-關河東路道路數據

施工改建交叉口道路數據見表6、圖5、圖6。

表6 施工改建交叉口道路數據

4.3 延誤數據

由于大型車輛占比較高，普通車輛在路口通過情況差，需要對普通車輛的右轉通行提供優先，也要考慮到大型車輛在轉彎時受非機動車影響和自身轉彎內輪差的影響[10-11]。在默認情況下對麗華北路-關河東路交叉口進行延誤測量，結果見表7。

圖5 混合車流的車輛構成

圖6 非混合車流的車輛構成

表7 麗華北路-關河東路交叉口駛出平均通過延誤（s）

4.4 評價結果

在路網中輸入測得的交通流數據，重新進行仿真，獲得新交通組織下的延誤數據，見表8。

表8 麗華北路-關河東路交叉口改進后平均通過延誤（s）

5 結語

基于層次分析法的結果，將施工區域路網結構繪制在微觀交通仿真軟件VISSIM中。通過調整道路寬度、信號燈相位設計、通行規則等層次分析法中各重要參數，在典型施工區域設計出一個簡單的解決方案，并對方案的安全性指標進行分析和評價，找到地鐵施工區域周圍重要的危險源及其管理盲點。

在地鐵施工區域，對交通安全影響較大的因素為道路因素，其中麗華北路關河東路交叉口的大車率是影響居民出行安全的最主要因素。

通過對地鐵施工區域的綜合改建，目標區域能夠在一定程度上緩解大型車輛對于施工區域周圍小區的通勤安全問題，減少出行時間。分析仿真結果可以發現延誤平均降低了12.2個百分點。

大型車輛是地鐵施工區域中不能客觀減少的交通實體，通過對大型車輛進出路線分時段規劃，可以得到分流、分段、分層次的路線。針對地鐵施工區域土方車輛較多的特點，本文提出的評價體系有一定的推廣前景，但在大型車輛的車體分類和當量交通量的測定上，還需要進一步的研究，以便得到更為精確的車輛安排及規劃。