地鐵施工對交通導(dǎo)改最優(yōu)化研究

周 培 丘雯敏 邱樂燴 林毅強 林煒鴻 張春麗

(福建農(nóng)林大學(xué) 金山學(xué)院 福建福州 350000)

0 引言

城市軌道交通建設(shè)過程中常進行圍擋，伴隨管道鋪設(shè)、路面維護與拓寬、地鐵建設(shè)等各類建造活動，而形成道路施工區(qū)。在城市道路設(shè)有施工區(qū)時，路段交通延誤將顯著增大。其中，施工區(qū)長度、路段大小車比例和車道關(guān)閉情況等因素都會對該路段交通造成一定影響，使得通行能力出現(xiàn)明顯折減[1]。

通過對福州市地鐵施工路段進行實地調(diào)研和仿真研究，分析施工區(qū)交通特性與占道施工對道路通行能力的影響，為城市路網(wǎng)中地鐵施工區(qū)的設(shè)置提供參考依據(jù)與方法。

1 施工路段通行能力影響因素

(1)施工區(qū)長度的影響

施工區(qū)一般是由警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、作業(yè)區(qū)、下游過渡區(qū)以及終止區(qū)6個區(qū)域組成。封閉車道后的道路線形和順暢程度發(fā)生了改變，同時車道數(shù)的減少導(dǎo)致了車輛側(cè)向凈空的降低，進一步限制車輛行駛速度。施工區(qū)設(shè)置的交通標(biāo)志、標(biāo)線，更是強制駕駛員改變車輛原有的駕駛狀態(tài)，從而影響路段通行能力。因此，在車道關(guān)閉的施工路段上，交通環(huán)境、有效車道數(shù)和駕駛條件都會發(fā)生變化,而施工區(qū)長度將直接決定其影響范圍[2]。

(2)部分車道關(guān)閉的影響

因施工圍擋，部分車道關(guān)閉，引起車輛行駛延誤，從而降低路段通行能力。關(guān)閉車道數(shù)越多，產(chǎn)生的交通影響越顯著。因關(guān)閉外側(cè)和內(nèi)側(cè)車道的選擇不同，對通行能力影響也大為不同。封閉道路內(nèi)側(cè)車道將直接干擾路段整體交通運行，導(dǎo)致通行能力產(chǎn)生明顯折減,而關(guān)閉最外側(cè)車道對交通流運行的干擾相對較小，對通行能力產(chǎn)生的折減也會有所降低。

(3)施工區(qū)距交叉口距離的影響

地鐵施工區(qū)往往臨近交叉口或在交叉口內(nèi)部，因此路段交通流將產(chǎn)生較嚴(yán)重影響[3]。施工區(qū)設(shè)置使交叉口交通流流線發(fā)生偏移，明顯縮減了進口道車流可通行空間，嚴(yán)重降低了車輛運行的平均速度。若施工區(qū)與交叉口之間的距離過短，交叉口附近的交通流線發(fā)生扭曲，也將導(dǎo)致通行能力明顯折減。

(4)大型車比例的影響

施工區(qū)圍擋使得一部分通行車輛產(chǎn)生換道行為。其中，大型車機動性最差，較大的車身導(dǎo)致了其換道能力較弱。由于大型車的換道性能差，施工路段的道路通行能力將根據(jù)其所占比例造成相應(yīng)的折減。

2 道路施工對通行能力的影響分析

以福州市楊橋西路地鐵施工區(qū)(圖1)為研究對象進行實地調(diào)查，通過VISSIM仿真建立模型進行對比試驗，對道路施工區(qū)影響路段通行能力進行研究與分析。

圖1 楊橋西路地鐵施工區(qū)

2.1 施工區(qū)長度對路段通行能力的影響

路段車輛排隊長度往往隨著施工區(qū)長度增加而增加。施工區(qū)長度越長，越容易導(dǎo)致后方車流的混亂。根據(jù)實際施工區(qū)交通環(huán)境進行仿真，設(shè)定一組不同數(shù)值的輸入流量作為進入施工區(qū)路段的交通流量[4]。仿真運行后得到施工區(qū)路段的通行能力，其數(shù)值如表1所示。

表1 施工區(qū)通行能力

由表1可知，當(dāng)進入施工路段的交通量大于1300pcu/h時，施工區(qū)通行能力不再隨進入車輛數(shù)的增加而大幅變動。為進行施工區(qū)長度影響分析，這里將設(shè)定交通量為1245pcu/h，以改變施工區(qū)中圍擋路段長度，研究其對通行能力的影響。其中圍擋路段包括上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、工作區(qū)和下游過渡區(qū)。

表2 施工區(qū)長度變化對通行能力的影響

圖2 施工區(qū)長度對平均延誤的影響

由表2及圖2可知，施工區(qū)路段平均延誤隨其長度的增加而緩慢增大，道路通行能力隨之減小，且其降低趨勢緩慢縮短。

2.2 關(guān)閉車道數(shù)對通行能力的影響

由于道路圍擋的要求不同，車道關(guān)閉的形式也不盡相同,而關(guān)閉車道數(shù)是影響通行能力的重要因素[5]。實際路段道路圍擋情況圖如圖3所示，擬在上述試驗基礎(chǔ)上，針對封閉車道數(shù)及封閉車道序列進行研究分析。

圖3 楊橋西路地鐵施工區(qū)現(xiàn)狀

現(xiàn)通過仿真設(shè)定不同試驗組，改變路段車道封閉情況，得出路段的平均延誤并進行對比，其結(jié)果如表3～表5所示。

表3 單條車道封閉的路段平均延誤

表4 兩條車道封閉的路段平均延誤

表5 三條車道封閉的路段平均延誤

綜合試驗結(jié)果，可得施工區(qū)封閉不同車道數(shù)時路段的行程時間，其結(jié)果如表6所示。

表6 施工區(qū)路段行程時間對比

顯然，隨著封閉車道數(shù)的增加，整個路段的行程時間大幅增加。封閉一條車道時，封閉道路中央的車道使得路段平均延誤顯著增加；封閉兩條車道所產(chǎn)生的延誤相當(dāng)；封閉三條車道情況下，封閉外側(cè)車道相對能保證更好的通行效率。

2.3 施工區(qū)與交叉口之間的距離對通行能力的影響

施工區(qū)與交叉口之間的距離是司機進行判斷的緩沖帶。緩沖帶越長，通過的交通量越大[6]。現(xiàn)通過仿真設(shè)定不同試驗組，改變施工區(qū)與交叉口之間的距離，得出交叉口的通行能力、平均延誤并進行對比。其結(jié)果如表7、圖4所示。

表7 施工區(qū)影響下的交叉口通行能力

圖4 施工區(qū)與交叉口距離對平均延誤的影響

結(jié)合通行能力與平均延誤結(jié)果可知，當(dāng)15

因此，當(dāng)進行施工區(qū)圍擋選址時，應(yīng)盡可能設(shè)置其距交叉口距離超過240 m，使之降低對通行能力的影響。

2.4 大型車占比對通行能力的影響

車輛由警告區(qū)進入作業(yè)區(qū)后，將發(fā)生換道行為。且因大型車速度較慢、占用道路面積較大，大型車對施工區(qū)路段道路通行能力的影響更加顯著[7]。根據(jù)實際施工區(qū)交通環(huán)境進行仿真，分別設(shè)定大型車占比為 0% 、2%、10% 、20% 、30%進行試驗[8]，可得施工區(qū)路段的通行能力情況如表8所示。

表8 大型車占比對通行能力的影響

隨著大型車比例增加，施工路段交通延誤也隨之增加。當(dāng)大型車比例達到30% 時，通行能力折減系數(shù)達到0.848，其影響顯著。因此，在施工路段對部分大型車采取限行措施，有利于提高通行能力，如圖5所示。

2.5 信號周期優(yōu)化

為更好地進行信號周期優(yōu)化，減少延誤，采用爬山法思想對信號周期進行修正[9]，爬山法是指在原信號配時的基礎(chǔ)上，以一個確定的變化單位不斷增減調(diào)整信號周期時長，直至獲得最優(yōu)解。

圖5 大型車占比對通行能力的影響

表9 信號周期變化對通行能力的影響

圖6 周期時長對平均延誤的影響

由圖6和表9可知，當(dāng)交叉口信號周期時長介于100s～130s之間時，交通延誤隨周期時長的增大而減小；當(dāng)周期時長超過130s，交通延誤隨之增大，且延誤數(shù)值有著明顯的增長。因此，可以考慮將此施工區(qū)域交叉口周期時長大致設(shè)置130s，以期得到較好的道路通行情況。

3 結(jié)語

通過對福州市楊橋西路地鐵施工區(qū)進行仿真試驗，分析了施工區(qū)長度、關(guān)閉車道數(shù)、施工區(qū)距交叉口距離、大型車占比等通行能力影響因素，提出最優(yōu)信號周期實現(xiàn)交叉口優(yōu)化，為提升地鐵圍擋施工路段通行能力、降低交通延誤提供參考方法：

(1)施工區(qū)交通延誤隨其長度的增加而緩慢增大。在滿足施工作業(yè)與車輛通視需求基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能縮短過渡段長度。

(2)施工區(qū)交通延誤隨封閉車道數(shù)的增加而大幅增大，同等情況下，封閉外側(cè)車道相對能保證更好的通行效率。

(3)施工區(qū)距交叉口距離增大，平均延誤逐漸減小，通行能力遞增且逐漸趨于平穩(wěn)。因此，當(dāng)進行施工區(qū)圍擋選址時，應(yīng)盡可能設(shè)置其距下游交叉口距離超過240 m，使之降低對通行能力的影響。

(4)施工路段交通延誤隨大型車占比的增加呈指數(shù)型上升。建議在施工路段對部分大型車采取限行措施，以提高路段通行能力。