李君羨

(上海濟(jì)安交通工程咨詢有限公司， 上海 200092)

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軌道工程

基于仿真分析的有軌電車運行狀況評估

李君羨

(上海濟(jì)安交通工程咨詢有限公司， 上海 200092)

分析了有軌電車仿真評估的特點與適用性，并針對不同建設(shè)階段，總結(jié)了評估的側(cè)重點，闡述了包括有軌電車仿真建?；A(chǔ)調(diào)研內(nèi)容、背景交通仿真方法、有軌電車相關(guān)建模、運行評估參數(shù)選擇的考慮因素、工作流程以及重點。以珠海市有軌電車1號線仿真分析項目為例，驗證了理論分析的有效性，基于仿真結(jié)果對1號線一期工程信號控制方案進(jìn)行擇優(yōu)，指出運營管理的關(guān)鍵節(jié)點，并針對二期工程建設(shè)提出建議。

有軌電車；仿真；模型；Vissim；評估

1 有軌電車仿真應(yīng)用特征及重點

(1) 有軌電車是城市交通的組成部分，空間和時間方面與其他交通方式有交互影響；

(2) 效益評估涉及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、效率、安全等多個維度；

(3) 線路規(guī)劃常常有多種設(shè)想，進(jìn)而影響公共交通系統(tǒng)的建設(shè)計劃，形成了多個需要同時評估的平行方案；

(4) 社會影響深遠(yuǎn)廣泛，評估具長期性。

交通仿真具有經(jīng)濟(jì)性、安全性、可重復(fù)性和可控性等優(yōu)勢，可通過建模和參數(shù)調(diào)整，切實模擬城市交通場景，對多個方案進(jìn)行多維度、多指標(biāo)的測試，在城市交通網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)鍵節(jié)點的運行情況演示、評估工作中被廣為使用。仿真用于有軌電車建設(shè)各階段的評估，其側(cè)重點主要體現(xiàn)在表1所示的各方面。

表1 各階段軌電車評估側(cè)重點

2 有軌電車仿真建模要點分析

2.1 基礎(chǔ)調(diào)研

建模目標(biāo)對應(yīng)的調(diào)研內(nèi)容如表2所示。

表2 基礎(chǔ)調(diào)研內(nèi)容表

續(xù)表2

2.2 背景交通仿真

按照Vissim的參數(shù)設(shè)計規(guī)則，對調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，輸入道路網(wǎng)以及設(shè)施、背景交通組成、私人/常規(guī)公共交通交通量輸入、路徑分配、讓行規(guī)則、減速區(qū)、速度決策點、交通信號控制方案等參數(shù)。

多選線方案、組織策略對比時，背景交通情況也將受到影響，如部分公交線路將被取消、行人過街可能移動位置等，需要各自建立仿真模型。

多應(yīng)急方案對比時，需根據(jù)預(yù)制策略完成備用通道和路徑的建模、備用信號控制方案輸入準(zhǔn)備等，根據(jù)方案需要啟用。若通過Vissim的COM接口二次開發(fā)實時調(diào)整方案，需記錄各方案操作針對的路段、車道編號等參數(shù)，便于后期實現(xiàn)路段禁行、單向行駛控制、車道關(guān)閉等措施仿真。

2.3 有軌電車相關(guān)建模

有軌電車由多節(jié)車廂組成，應(yīng)根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)嚴(yán)格遵照車輛分節(jié)以及尺寸完成車輛建模。此外，需對車輛的變速行為、速度控制區(qū)間等動態(tài)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。

有軌電車的發(fā)車間隔、站點所在位置固定，停車時間可預(yù)測，在全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，可模擬有軌電車停靠、駛離站臺的過程。其流程可以概括為：站臺位置確定、按照實際尺寸仿真站臺并嵌入路網(wǎng)、?？繒r間參數(shù)制定、有軌電車線路與?？空韭?lián)系、?？空拘袨閰?shù)(時間、上下乘客情況)輸入。

因有軌電車的運力優(yōu)勢，交通組織上常配套提供優(yōu)先通行方案，如以主線綠波控制提升有軌電車行駛效率，或以感應(yīng)控制輔助、在不同場景調(diào)整方案，控制有軌電車優(yōu)先?？筛鶕?jù)實際設(shè)計制定信號燈組方案，或可直接利用Vissim進(jìn)行綠波帶設(shè)計。

圖1 有軌電車信號優(yōu)先處理外場設(shè)備布置圖

2.4 評估參數(shù)選擇

根據(jù)評估內(nèi)容的不同，仿真檢測器的位置以及測試參數(shù)組合都需調(diào)整。針對整體路網(wǎng)的分車型、分時段的測試參數(shù)可以對不同方案下各類出行方式的效率進(jìn)行綜合比較，是比較常用的評估切入點。其他評估參數(shù)舉例如表3所示，均可根據(jù)實際情況分時段進(jìn)行局部路段或路網(wǎng)整體測試。

表3 有軌電車仿真評估參數(shù)總結(jié)

3 珠海市現(xiàn)代有軌電車仿真評估

3.1 項目概況

2013年8月珠?，F(xiàn)代有軌電車1號線首期工程開工建設(shè)，2014年11月建成通車。該線路二期工程接續(xù)建設(shè)，建成后與首期工程共同形成有軌電車1號線，實現(xiàn)珠海市香洲區(qū)內(nèi)香洲、新香洲、前山、拱北等地區(qū)的相互連接，并實現(xiàn)與廣珠城際前山站與珠海站的交通銜接。為確保有軌電車運行通暢，同時控制對其他交通方式的影響，前期結(jié)合當(dāng)?shù)亟煌ㄇ闆r制定了有軌電車信號優(yōu)先方案，需以仿真為工具，評估其效果并進(jìn)行優(yōu)化；需定量界定一期工程周邊的交通熱點，改善局部交通擁堵嚴(yán)重的交叉口(群)和節(jié)點；針對仿真過程中發(fā)現(xiàn)的問題，綜合二期工程線路規(guī)劃情況，對比一二期工程的特點并預(yù)估二期建設(shè)可能存在的問題以及交通瓶頸位置；為珠海市有軌電車建設(shè)與維護(hù)提供可行建議。

3.2 一期工程評估結(jié)果

按照第2部分闡述流程與方法，結(jié)合收集到背景交通參數(shù)進(jìn)行路網(wǎng)建模，并將包括有軌電車在內(nèi)的相關(guān)交通仿真數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建整體模型。

對路網(wǎng)運行情況進(jìn)行測試(部分?jǐn)?shù)據(jù)見表4)，有軌電車對市政道路其他交通方式影響較大，尤其是地面常規(guī)公交的延誤非常明顯，降低了公共交通的服務(wù)水平，現(xiàn)有信控方案效果在有軌電車優(yōu)先方面仍有提升余地。

有軌電車沿梅華路雙向行駛，控制速度為21 km/h，不設(shè)置專用信號，與梅華路東西向交通一同放行，故改善有軌電車優(yōu)先控制對梅華路通道交通有利，有軌電車的通行效率上升同時，路網(wǎng)整體的通行效率也將有所提高。此外仿真現(xiàn)實相關(guān)交叉口南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛排隊明顯，應(yīng)當(dāng)注意調(diào)節(jié)。

仿真通過交通聚合分析，發(fā)現(xiàn)健民廣場、健民路-梅華路、迎賓北路-梅華路三個節(jié)點連接的通道上有明顯的南北向車輛排隊，有軌電車優(yōu)先通行對其他流向交通的影響不利，需重點調(diào)節(jié)改善。

基于上述測試結(jié)果，綜合考慮東西、西東兩向的綠波配合，結(jié)合區(qū)域內(nèi)T字路口較多的特點，以交通熱點區(qū)域為主，設(shè)置新的信控方案，調(diào)整配時與相位差，必要時修改相位組合，重新仿真，可見有軌電車的車均速度基本達(dá)到計劃水平，其他交通方式的通行條件也大幅提升，普通公交延誤減小了1/2，私人交通車均延誤下降。同樣，局部區(qū)域交通情況也得到改善(表4)。

表4 信號控制方案改善前后路網(wǎng)部分測試參數(shù)對比

綜上，珠海有軌電車1號線一期工程仿真主要結(jié)論如下：

(1) 有軌電車的運行占用了道路空間與時間資源，必然對市政交通造成影響，南進(jìn)口左轉(zhuǎn)交通延誤尤其嚴(yán)重，建議重點管理中山大學(xué)附屬第五醫(yī)院、迎賓北路-梅華路交叉口、健民路-梅華路交叉口等節(jié)點；

(2) 上述影響可以通過合理控制措施減小，信控配時優(yōu)化可以大幅提升路網(wǎng)交通效率，表現(xiàn)有軌電車服務(wù)水平得以保障的同時均車延誤減小、平均速度提高，目前仿真測試與實際情況仍有一定差距，屆時可根據(jù)實際情況微調(diào)。感應(yīng)控制運行效果要綜合考慮所有交通方式的效率，確保公共交通體系整體建設(shè)價值最大化，同時要兼顧其他交通方式利益，實現(xiàn)權(quán)利公平；

(3) 考慮有軌電車優(yōu)先方案實施引發(fā)交通流特征變化，應(yīng)充分照顧市民對有軌電車引發(fā)生活習(xí)慣變化的逐漸接受過程，考慮各類特殊情況、事故的快速處理以及影響控制，解決弊端，為市民提供實質(zhì)便捷。建議對高峰時段因有軌電車優(yōu)先通行造成的排隊和擁堵、不良天氣下有軌電車故障占用道路引發(fā)的擁堵、主要市政道路交通節(jié)點交通事故引發(fā)通道失效、極端情況下有軌電車引發(fā)交通事故等常見情況考慮，做好應(yīng)急預(yù)案并通過仿真評價其有效性；

(4) 交通效益的高低不僅體現(xiàn)為交通本身的通暢，更涉及到城市土地利用、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)節(jié)約等方面，建議充分結(jié)合交通規(guī)劃理論、經(jīng)濟(jì)理論統(tǒng)籌考慮效率、環(huán)境、成本、城市建設(shè)提升、社會公平、市民滿意度改善情況綜合評價。

3.3 二期工程評估結(jié)果

(1) 體育中心大型活動的集中客流應(yīng)對。市政交通沖突問題嚴(yán)重，需綜合調(diào)整發(fā)車間距以及其他公共交通組分，保證公共交通服務(wù)質(zhì)量；

(2) 早晚高峰期間沿途住宅區(qū)交通需求集中，形成較大的出入站壓力，需通過需求和運力估算，合理確定發(fā)車間隔；

(3) 健民路、前山路現(xiàn)狀交通流量大，未來修建有軌電車車站如采用一期工程方法對路面交通進(jìn)行部分封堵，可能會導(dǎo)致排隊延伸，造成擁堵，施工期間的臨時交通誘導(dǎo)非常重要；

(4) 與交通樞紐如珠海、廣珠城軌銜接的考慮；

(5) 后續(xù)運行的應(yīng)急方案涉及城區(qū)主要通道和多個公共建筑，非常復(fù)雜，需提前考慮。

3.4 后續(xù)實施建議

(1) 本次1號線一階段的仿真工作開展滯后，未能完全發(fā)揮作用。建議后期在線路設(shè)計階段即結(jié)合市政道路交通情況進(jìn)行仿真，評估有軌電車運營情況；

(2) 建議編制應(yīng)急方案并通過仿真驗證適用性，完成效率對比，快速解決實際問題。二期工程涉及更多利益相關(guān)方，公共建筑集中，應(yīng)急方案測試的必要性更突出；

(3) 交通效益的高低不僅體現(xiàn)為交通本身的通暢，更涉及到城市土地利用、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)節(jié)約等方面，建議充分結(jié)合交通規(guī)劃理論、經(jīng)濟(jì)理論統(tǒng)籌考慮效率、環(huán)境、成本、城市建設(shè)提升、社會公平、市民滿意度改善情況綜合評價。

4 結(jié) 語

本文對有軌電車仿真評估工作的特點進(jìn)行了總結(jié)，分析了各階段仿真的主要目的，理清了有軌電車仿真建模的流程及工作內(nèi)容，以珠海市有軌電車1號線為例，驗證了方法的有效性，并針對項目給出了意見，切實體現(xiàn)了計算機(jī)仿真技術(shù)在有軌電車的運行效果評估以及綜合評價方面的廣泛應(yīng)用，可作為有軌電車選線、優(yōu)先控制方案、影響評估、瓶頸分析、應(yīng)急方案擇優(yōu)等工作的有效工具。

[1] 吳夢芹．新型軌道交通方式之現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)發(fā)展對策[D]．天津：天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，2013．

[2] 武勇彥，劉小明，魏中華，等．換乘交通樞紐行人設(shè)施布局仿真評價研究[J]．交通信息與安全，2012,30(3):74-77+97．

[3] 王彥杰，張喜．大型鐵路客運站客流組織的動態(tài)仿真與評價分析[J]．交通信息與安全，2013,31(4) :129 -133．

A dissertation on performance evaluation of tramcar based on simulation

LI Jun-xian

(Shanghai Ji’an Transportation Consulting Co., Ltd, Shanghai, 200092)

Characteristics and applicability of tramcar simulation-evaluation were analyzed; the evaluation targets and key points of different construction phases were stated. A process consisted of survey, background traffic simulation, tramcar-related modeling, choosing evaluation index was illustrated, factors and nubs of every step were attached as well. Phase I Project of tramcar Line 1 in Zhuhai was taken as an example to check the validity of the method above, signal scheme was optimized and management bottlenecks concerned were localized based on the simulation result; and more advice about tramcar construction was provided to Phase II Porject.

tramcar; simulation; model; Vissim; evaluation

2016-09-06

李君羨(1987-)，女，黑龍江大慶人，工程師，研究方向：智能交通規(guī)劃設(shè)計、交通仿真。

U29-39

C

1008-3383(2017)05-0160-03