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(wǎng)交通組織方案優(yōu)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(wǎng)交通組織優(yōu)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(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合TransCAD軟件，對軌道施工路網(wǎng)交通組織方案優(yōu)化進行分析。制定以區(qū)域飽和度和區(qū)域平均速度為評價指標的優(yōu)化方案，并從步行、機動車和公交系統(tǒng)3類對象提出改善實施方法的思路及建議?；赥ransCAD的交通組織方案優(yōu)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(wǎng)的實際運行情況，可為后續(xù)的地鐵施工制定交通組織方案提供依據(jù)。

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(qū)域多在城市中心交通繁忙區(qū)，建設(shè)周期長，可能引發(fā)區(qū)域道路交通運行質(zhì)量的下降，給城市生活帶來巨大影響。施工區(qū)域內(nèi)的交通組織，將直接影響到相關(guān)區(qū)域范圍內(nèi)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(wǎng)絡(luò)調(diào)整時，不合理的交通組織將會極大地影響到相關(guān)區(qū)域內(nèi)的日常出行生活[1]。因此，如何優(yōu)化交通組織，使已有交通設(shè)施發(fā)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(nèi)外學者對軌道施工路網(wǎng)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(qū)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(yōu)化組織措施。W.SARASUA等[4]用大量實測數(shù)據(jù)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(qū)域的交通組織與通行能力的相互關(guān)系。

翟忠民[6]針對城市各種路段、區(qū)域、交叉口進行了動態(tài)、靜態(tài)的交通組織設(shè)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(qū)三里河與西二環(huán)之間的一個區(qū)域路網(wǎng)進行了深入的調(diào)研。通過對需求量較大、各類道路比較齊全的路網(wǎng)的分析，剖析了當前我國城市交通系統(tǒng)運行的機理，并提出方案的改善措施。董衛(wèi)斌[7]通過對交通組織理論的分析，得出一些交通組織優(yōu)化方法，并以天津市的交通為實例，分別從宏觀交通、區(qū)域交通和微觀交通3個方面進行組織優(yōu)化設(shè)計。

由于以往將施工路網(wǎng)交通組織與軟件TransCAD進行結(jié)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(shù)據(jù)，并結(jié)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(xù)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(yōu)化方案設(shè)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(qū)域和影響區(qū)域內(nèi)相關(guān)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(qū)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(cè)各750 m左右，但這個范圍不是嚴格的，應根據(jù)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(nèi)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(shù)，以出行時間增加率為指標來確定影響范圍,網(wǎng)絡(luò)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(shè)h為時間增加率，則

(2)

式中：t前為未施工狀態(tài)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(jié)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(xù)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(diào)查

主要的交通調(diào)查包括道路設(shè)施現(xiàn)狀、斷面流量分析、交叉口分析3個方面。①道路設(shè)施現(xiàn)狀包括：道路名稱、現(xiàn)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(wǎng)的建立及OD反推

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

傳統(tǒng)的OD分布預測是在大量調(diào)查區(qū)域社會經(jīng)濟狀況、OD出行歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上獲得的。由于這種調(diào)查工作非常繁瑣且工作量很大，很難保證結(jié)果的精度。OD反推是通過有效地將采集到的路網(wǎng)交通量、小規(guī)?；虿糠諳D出行調(diào)查等出行調(diào)查與其他可獲得的信息相結(jié)合，以確定OD矩陣的估計值，從而為路網(wǎng)的規(guī)劃與管理提供依據(jù)，減少大規(guī)模的OD出行調(diào)查[10]?；凇癘D反推”技術(shù)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(jīng)濟性、有效性和可行性, 對提高現(xiàn)有交通規(guī)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(qū)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(shè)計的建議。按照地鐵施工方法，對施工區(qū)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(shè)計的交通組織方案要與施工遞進推行，以保障施工的延續(xù)性和交通的通暢性。應針對不同的作業(yè)面，對沿線車道、交叉口車道進行調(diào)整、渠化等具體設(shè)計，以利道路潛質(zhì)的充分發(fā)掘。

1.5 基本路網(wǎng)交通流分配

交通流分配可通過預測得出的交通小區(qū)間的OD量，根據(jù)道路網(wǎng)特性，按照一定的規(guī)則符合實際地分配到路網(wǎng)中的各條道路上去，進而求出路網(wǎng)中各路段的交通流量。將現(xiàn)狀OD交通量分配到現(xiàn)狀交通路網(wǎng)上，可以分析目前交通網(wǎng)絡(luò)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(jié)果進行比較，以檢驗模型的精度。如果將規(guī)劃年OD交通量預測值分配到規(guī)劃交通路網(wǎng)，可以評價交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案的合理性[10]。

1.6 交通組織優(yōu)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(jié)合TransCAD,利用調(diào)查的路段交通量進行OD反推，然后將得出的現(xiàn)狀小區(qū)OD交通量分配到道路網(wǎng)上，并與調(diào)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(jié)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(diào)整公交線路和站點等[9]?；赥ransCAD得出的預測結(jié)果，選取部分關(guān)鍵路段進行流量、負荷度、車速等參數(shù)對比分析，針對具體站點進行施工交通組織方案詳細設(shè)計。如是否需要修建便道、架設(shè)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(cè)單位的出入交通進行合理的優(yōu)化交通組織管理。

2 交通組織優(yōu)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(jīng)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(wěn)定狀態(tài)，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(qū)域性的道路網(wǎng)內(nèi)，所以考慮用平均飽和度作為道路網(wǎng)交通組織優(yōu)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(quán)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(tài)，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(quán)平均方法求整個區(qū)域的平均速度，如式(4)：

(4)

式中:v為區(qū)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(qū)域平均飽和度和區(qū)域平均速度兩個技術(shù)指標，對每個方案實施施工后的路網(wǎng)使用情況進行評價。

3 實例分析

以南昌市紅谷灘新區(qū)軌道交通2號線翠苑站擬建的交通網(wǎng)絡(luò)為例，采用TransCAD對路網(wǎng)交通組織規(guī)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(qū)軌道交通2號線連通新老兩城核心區(qū)域，覆蓋昌西新城九龍湖、紅角洲、紅谷灘三大片區(qū)和昌東老城核心區(qū)、城南片區(qū),連通了昌南老城區(qū)與昌北新城區(qū)南北走廊上最重要的地區(qū)。根據(jù)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(qū)域。

3.2 基本路網(wǎng)的建立

在 TransCAD中輸入數(shù)據(jù)信息,包括添加字段，輸入實際調(diào)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(wǎng)。如圖1，數(shù)字表示的翠苑站施工影響范圍內(nèi)的路段ID編號。

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

3.3 交通小區(qū)的劃分

交通小區(qū)是整個交通規(guī)劃的基本單元，交通小區(qū)的劃分恰當與否直接關(guān)系到交通有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查、分析、預測的精度和整個交通規(guī)劃的成功，所以不能隨意劃分。根據(jù)城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點和城區(qū)的用地性質(zhì)，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(wǎng)劃分為4個交通小區(qū)。

3.4 OD反推

所采用的基本OD數(shù)據(jù)是根據(jù)深圳規(guī)劃院所提供的南昌市2010年居民出行調(diào)查資料，利用經(jīng)驗估計法所計算出來的基本數(shù)據(jù)。雖然基本數(shù)據(jù)存在誤差，但具有一定的根據(jù)性和可靠性。OD反推就是通過調(diào)查現(xiàn)狀路段的交通量，反推OD出行分布的一種方法。反推的結(jié)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(xiàn)狀流量；

AB_FLOW,BA_FLOW表示反推后正反向路段流量；如表1，所調(diào)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(wǎng)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(qū)之間的空間的OD量分配到具體的路段所在的路網(wǎng)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(wǎng)交通組織方案是否合理的主要依據(jù)，交通組織優(yōu)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(yōu)化方案比選

由評價指標公式(3)和公式(4)可得區(qū)域平均飽和度和平均速度加權(quán)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(zhuǎn)入豐和大道的車輛要從南斯友好路經(jīng)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(zhuǎn)，公交車輛要經(jīng)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(qū)域平均速度來說，方案二的區(qū)域平均速度比方案一高,有比較穩(wěn)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?shù)乃剑煌ㄝ^為順暢，路網(wǎng)整體水平良好，故推薦方案二。

3.7 推薦方案交通組織優(yōu)化措施

從步行系統(tǒng)來說，禁止機動車亂停亂放，設(shè)置固定的出租車上、下客區(qū)域；在施工區(qū)域附近設(shè)置相應的交通信號燈和指示牌，以便行人的順利通行，在關(guān)鍵的位置設(shè)置警示牌和護欄等交通設(shè)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(shè)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(shè)置只允許直右通車的措施，同時設(shè)置道路封閉提示標志和禁左標志。在施工路段重設(shè)車行道線和車流導向箭頭，在施工區(qū)出入口設(shè)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(qū)域作為車輛繞行的環(huán)島，由東南西北的4個進口的車輛圍繞環(huán)島進行繞行。

其中,公交線路現(xiàn)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(jīng)翠苑站轉(zhuǎn)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(jīng)麗景路到達紅谷北大道。由于施工站點設(shè)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(zhuǎn)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?？空?，遷移了2個公交?？空荆溆喙痪€路不調(diào)整。

圖5 路網(wǎng)公交現(xiàn)狀Fig.5 Transit current situation of net

4 結(jié) 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(xiàn)有方法中交通組織范圍不明確、路段分流缺乏量化依據(jù)以及評價指標體系。

提出了關(guān)于區(qū)域平均飽和度的硬性指標和區(qū)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(yōu)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(chuàng)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(huán)境工程方面的研究。E-mail:1194979983@qq.com。

U491.1

A

1674-0696(2016)04-100-06