董可可 湯文蘊(yùn) 楊震 王偉 黃潔

摘要：文章通過實地調(diào)查和仿真模擬，研究施工圍擋區(qū)的交通流特性，分析施工圍擋對道路交通運(yùn)行的影響。首先分析施工圍擋區(qū)的道路、車輛運(yùn)行特征，指出施工圍擋路段與正常道路的區(qū)別。然后，選取大明路施工圍擋區(qū)作為研究對象，調(diào)查交通運(yùn)行狀態(tài)，研究表明施工圍擋區(qū)內(nèi)車道的車輛數(shù)大于外車道車輛數(shù)，非高峰時期的車輛數(shù)反而大于高峰時期車輛數(shù);從警告區(qū)到過渡區(qū)，內(nèi)車道比外車道車速低，但內(nèi)車道比外車道車速穩(wěn)定，工作區(qū)內(nèi)外車道車速穩(wěn)定性相當(dāng)，在終止區(qū)內(nèi)外兩車道車速相當(dāng)。最后，利用VISSIM對大明路施工圍擋區(qū)進(jìn)行交通流仿真模擬，利用大明路施工圍擋區(qū)實測數(shù)據(jù)對仿真模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，并依據(jù)仿真結(jié)果探討施工圍擋區(qū)的交通影響因素并進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：施工圍擋;交通特性;交通仿真

中圖分類號：F570文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

近年來，城市道路和相關(guān)管線改造項目不斷增加，此類建設(shè)項目往往需要在原有道路上設(shè)置施工圍擋，需要占用道路資源，對交通運(yùn)行造成較大影響。同時，施工圍擋區(qū)內(nèi)的施工車輛，施工人員與施工圍擋區(qū)附近道路上的車輛、行人互相影響，會產(chǎn)生多個安全隱患點(diǎn)、擁堵點(diǎn)，易成為城市道路的瓶頸路段。為了能夠解決施工圍擋區(qū)存在的問題，必須對施工圍擋區(qū)的交通特性進(jìn)行全面的分析。

Enberg和Mannan通過對高速公路施工區(qū)實際數(shù)據(jù)的采集，研究得出施工圍擋區(qū)的限速對施工圍擋區(qū)的速度有很大的影響。Jiang過對高速公路實測數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論表明施工圍擋區(qū)交通擁堵的特點(diǎn)是持續(xù)的低速車流和車流量的持續(xù)波動。sa瑚ua等對施工路段不同車道封閉形式下的道路通行能力進(jìn)行了研究，提出了高速公路施工路段通行能力的修正模型，并總結(jié)了數(shù)據(jù)采集與分析方法。李喜華細(xì)致地分析了占道施工區(qū)交通特性、占道施工對路段通行能力以及服務(wù)水平的影響。李耘重點(diǎn)對施工圍擋區(qū)的車頭時距和車速兩項交通流參數(shù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行了施工圍擋區(qū)的安全風(fēng)險分析。肖向良利用MATLAB構(gòu)建施工圍擋區(qū)的元胞自動機(jī)模型得到各類車道縮減區(qū)的交通流運(yùn)行特性以及駕駛行為特征。范文婷叫吏用VISSIM軟件對選定的區(qū)域路段進(jìn)行建模和計算，定量分析了施工圍擋區(qū)的各影響因素對路段通行能力的影響。曲秋蒔嗬述了施工圍擋區(qū)人員、事故、車輛以及道路特性，提出了施工區(qū)交通影響區(qū)域的確定方法，提出與施工圍擋區(qū)相關(guān)的解決方案并對比研究。韓躍杰對高速公路擴(kuò)建方案的影響因素進(jìn)行了分析，對擴(kuò)建區(qū)的交通流進(jìn)行了分析，探討了各類交通組織方案的優(yōu)劣，重點(diǎn)提出“遠(yuǎn)端分流、終端控制、近端管理”的交通組織方案策略。張微對在占道施工影響下的交叉口道路提出合理的交通誘導(dǎo)、分流、管制等管理手段。李穎峰構(gòu)造出適用于施工區(qū)域影響路網(wǎng)交通分配與OD反推的路阻函數(shù)，并利用路網(wǎng)OD矩陣來判斷道路組織優(yōu)化的效果。潘福全等以青島軌道交通13號線井岡山路站點(diǎn)的施工點(diǎn)為研究對象，分析其對周圍路網(wǎng)交通的影響，設(shè)計了一套合理的交通組織方案，并通過仿真研究證實其合理性。鞏建國在分析城市占道施工交通管理特征的基礎(chǔ)上，從交通方案制定、交通管理宣傳和交通秩序管理三個方面提出精細(xì)化管理策略，最后針對占道施工的交通流管理進(jìn)行了精細(xì)化設(shè)計。鐘磊從城市道路交通流的交通組成和交通量兩個方面對交通安全的影響進(jìn)行分析研究，對改善城市道路條件給出建議。

雖然已有文獻(xiàn)中對施工圍擋區(qū)的交通運(yùn)行進(jìn)行了研究和分析，但在研究過程中未對圍擋區(qū)域不同車道的交通運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行區(qū)別考慮。本文以南京市大明路施工圍擋區(qū)的交通運(yùn)行為例，對比施工圍擋前后的交通運(yùn)行差異，并采用VISSIM進(jìn)行仿真，分析施工圍擋對交通運(yùn)行的影響。

1施工圍擋區(qū)的基本特征

1.1施工圍擋區(qū)的道路特征

施工圍擋區(qū)分為警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、工作區(qū)、下游過渡區(qū)和終止區(qū)，如圖1所示。

警告區(qū)設(shè)于施工圍擋區(qū)的最前端，用于提醒車輛已處于施工圍擋區(qū)。

上游過渡區(qū)設(shè)在警告區(qū)后方，用來引導(dǎo)駕駛員原來的車道過渡到施工圍擋區(qū)的車道上，上游過渡區(qū)的線形設(shè)置應(yīng)該足夠流暢，長度也應(yīng)該保證駕駛員可以并人施工圍擋區(qū)的車道。

緩沖區(qū)位于工作區(qū)和過渡區(qū)之間。設(shè)置緩沖區(qū)的目的是讓施工車輛和人員能夠進(jìn)入施工路段，同時也是為了提醒過路車輛此時應(yīng)該完成變道行為。

作業(yè)區(qū)指的是施工區(qū)域，一般來說施工團(tuán)隊會用圍擋等設(shè)施將施工路段與正常行駛的路段隔開。作業(yè)區(qū)不允許超車，同時作業(yè)區(qū)應(yīng)該限速。

下游過渡區(qū)位于作業(yè)區(qū)與終止區(qū)之間，目的是為車輛從施工圍擋區(qū)的道路變至正常道路提供條件。

終止區(qū)表示施工圍擋區(qū)已結(jié)束，此后車輛和行人無需受到施工圍擋區(qū)的影響。

1.2施工圍擋區(qū)的車輛運(yùn)行特性

如圖2所示，在施工過程中，內(nèi)側(cè)兩條車道被圍擋封閉，在圍擋區(qū)域內(nèi)的換道行為主要具有以下幾個特點(diǎn)：

（1）行駛于開放道路上的車輛一般情況下無需換道，享有優(yōu)先通行權(quán)。行駛于封閉道路上的車輛必須換道，且均為強(qiáng)制性換道，換道行為應(yīng)保證不影響開放道路上正常行駛的車輛;

（2）位于封閉車道最內(nèi)側(cè)車道的車輛即車道四上的車輛需要在進(jìn)入施工圍擋區(qū)之前先完成一次換道換至車道三，再換道至車道二;

（3）車道二換至車道三（車道一換至車道二）的條件：車道二車輛之間距離小于安全距離，車道三車輛之間的距離大于一個車身長加兩個安全距離長度;

（4）車道二在施工圍擋區(qū)的匯入車道三和車道四上的車輛，車輛二的車輛會部分變道至車道一。

由于施工圍擋區(qū)換道行為頻繁，車道寬度變窄，車道變少和視野變小，施工圍擋區(qū)的交通、道路條件十分惡劣，必須合理安排施工圍擋區(qū)的線形、交通標(biāo)志牌以及交通控制手段。

除了上述換道特性外，施工圍擋區(qū)的車輛經(jīng)過頻繁的換道行為后會造成施工圍擋區(qū)的擁堵，車輛處于跟馳行為，具有制約性、延遲性和傳遞性。

2交通流運(yùn)行調(diào)查與特征分析

2.1施工圍擋區(qū)交通調(diào)查方案

本文施工圍擋區(qū)交通運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集的大明路為南京市秦淮區(qū)的一條南北向主干道，雙向八車道，施工圍擋區(qū)位于該路與明匙路交叉口和窖子山公交站臺之間的路段，全長約550米，雙向八車道。圍擋分別占據(jù)了兩側(cè)各一個車道和中央分隔帶。為了有效地反映施工圍擋區(qū)的速度分布，對南向北車流的地點(diǎn)車速和交通流量進(jìn)行測量，測點(diǎn)1位于圍擋起點(diǎn)上游130米處，測點(diǎn)2位于施工圍擋區(qū)的起點(diǎn)處，測點(diǎn)3位于圍擋中段施工作業(yè)區(qū)，測點(diǎn)4位于施工圍擋區(qū)的終點(diǎn)處。

2.2圍擋區(qū)交通運(yùn)行分析

本節(jié)主要利用實地測量得到的大明路高峰小時和非高峰小時交通數(shù)據(jù)，對大明路施工圍擋區(qū)不同位置、不同時段的交通狀況進(jìn)行分析，從而得到施工圍擋區(qū)的交通特性。

（1）交通量

對各測點(diǎn)的交通量進(jìn)行統(tǒng)計分析：

根據(jù)以上的表格分析得出以下結(jié)論：

①高峰時刻以及非高峰時刻，車道二的車輛數(shù)一般是大于車道一的車輛數(shù)，這主要是由于在進(jìn)入施工圍擋區(qū)之前，位于車道三和車道四的車輛要換道至車道二，所以進(jìn)車道二的車輛數(shù)會大于車道一，此現(xiàn)象也與車輛的運(yùn)行特性——換道特性相符。

②非高峰時刻的車輛數(shù)大于高峰時刻的車輛數(shù)。這是因為未施工前道路交通量較大，這其中包括許多誘導(dǎo)交通量。施工圍擋區(qū)的存在使得非高峰時刻的誘導(dǎo)交通量大大減少;而處于非高峰時刻時，人們會優(yōu)先考慮熟悉的道路，因此非高峰時刻的車輛數(shù)會相對多一點(diǎn)。同時在高峰時刻，調(diào)查周邊線路的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)周邊車輛數(shù)明顯增加，所以在高峰時刻，圍擋區(qū)會給周圍交通帶來壓力，甚至?xí)a(chǎn)生延誤。

（2）速度

分別對大明路施工圍擋區(qū)四個測點(diǎn)的車道一、車道二高峰時刻的車速進(jìn)行統(tǒng)計分析如表3和表4所示。

測點(diǎn)一位于距離施工圍擋區(qū)起點(diǎn)130米的窖子山車站附近，根據(jù)調(diào)查顯示該測點(diǎn)處高峰時刻車道一車速多集中在20km/h至45km/h，而車道二的車速多集中在30km/h至55km/h，這與實際相符合，因為車輛在進(jìn)入施工圍擋區(qū)之前存在一個變道行為，即車道三和車道四的車輛會變道至車道二、同時原本位于車道二的車輛處于安全的考慮部分車輛也會考慮換道至車道一，所以車道一車速較快。同時雖然車道一上車輛車速的平均值、中位速度、15%位速度、85%位速度以及車速的最大值、最小值均大于車道二上的車輛，然而車道二車速卻相對比較穩(wěn)定，這主要是因為變道行為的頻繁出現(xiàn)導(dǎo)致車道二的車速會集中在數(shù)值較低的一個區(qū)間，而且車輛會出于跟馳狀態(tài)，車輛之間比較緊湊，速度較低。

測點(diǎn)二位于施工圍擋區(qū)的起點(diǎn)。根據(jù)調(diào)查顯示在高峰時刻測點(diǎn)二處的車道一的速度整體大于車道二的車速，車道一的速度主要集中在30km/h至50km/h，其中車速位于35km/h至40km/h區(qū)間的車輛最多。車道二的車速主要集中在20km/h至35km/h，且速度全部低于35kin。這主要是由于測點(diǎn)2位于圍擋區(qū)的起點(diǎn)，車道二會發(fā)生變道行為以及處于安全的考慮。這一方面與測點(diǎn)一類似。在車速穩(wěn)定性方面，測點(diǎn)二的車道二與測點(diǎn)一的情況類似，即大量的車速處于慢速狀態(tài)。

測點(diǎn)三位于施工圍擋區(qū)的中部。該測點(diǎn)高峰時刻車道一的速度很大一部分分布在35km/h至65km/h之間，車道二的車速很大一部分分布在20km/h至45km/h之間，同時車道一的平均車速、中位速度、15%位速度、85%速度及車速的最大值、最小值均大于車道二的數(shù)值，這是因為車道一比車道二更加安全，視野更加開闊。但是兩車道的車速穩(wěn)定性十分靠近，這是因為車輛駛?cè)牍ぷ鲄^(qū)內(nèi)，工作區(qū)內(nèi)道路狹窄，出于安全的考慮，除非特殊情況，駕駛員會考慮在工作區(qū)內(nèi)換道，因此正常在工作區(qū)內(nèi)行駛時，車輛在各個車道上的穩(wěn)定性類似。

測點(diǎn)四位于施工圍擋區(qū)的終點(diǎn)，高峰時刻該測點(diǎn)的車道一和車道二的車速平均值十分相近，主要時因為測點(diǎn)四位于交叉口，因此車道一和車道二的車輛都需要減速至一個安全車速通過交叉口，因此車速平均值相近。車道二較車道一車速較為穩(wěn)定是因為，該交叉口無法左轉(zhuǎn)只能右轉(zhuǎn)，車道一有一部分車輛右轉(zhuǎn)需要提前減速所以降低了車道一車速的穩(wěn)定性。

2.3施工前后交通運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

除了調(diào)查施工期的交通運(yùn)行數(shù)據(jù)外，本文還調(diào)查了施工圍擋拆除后的交通運(yùn)行數(shù)據(jù)，從圖3和表5可以得到以下結(jié)論：

（1）施工圍擋區(qū)在進(jìn)行施工的時候，車輛運(yùn)行的速度較慢，有很大一部分車輛的車速低于35km/h。進(jìn)行施工時的施工圍擋區(qū)的速度平均值、最大值、最小值、中位速度、15%速度以及85%速度均小于施工完成后的車輛運(yùn)行速度。然而施工圍擋區(qū)在進(jìn)行施工時的車輛運(yùn)行速度的標(biāo)準(zhǔn)差相對施工完成后較小。這時因為施工時的車輛處于一個較為低速的穩(wěn)定狀態(tài)，施工完成后道路質(zhì)量改善，道路上沒有限速標(biāo)志，駕駛員多數(shù)憑借自己所熟悉的車速行駛，這就導(dǎo)致施工完成后車速分布穩(wěn)定性降低。

（2）施工圍擋區(qū)完成施工后，車速平均值提高，大于35km/h的車輛占總數(shù)的60%-70%。其中位于35km/h-40km/h的車輛占比最高達(dá)到20%左右，車輛運(yùn)行速度在30km/h-50km/h之間分布較為均勻。在觀測的過程中沒有發(fā)生交通擁堵等現(xiàn)象。

3交通流模擬

3.1仿真參數(shù)設(shè)定

（1）微觀交通流特性參數(shù)標(biāo)定

①車輛特性

依據(jù)上述調(diào)查的數(shù)據(jù)，速度分布在15km/h-70km/h，故將車輛的期望車速設(shè)置為15km/h-70km/h，其他的車輛特性加減速特性和幾何尺寸特性均設(shè)置為默認(rèn)值。

②駕駛行為參數(shù)標(biāo)定

駕駛行為時刻影響著道路交通，尤其是道路交通流的分配。跟車模型主要分為安全距離跟車模型和心理—生理跟車模型。前者模型較為簡單，參數(shù)可以實際測量，但由于沒有考慮到最小車間距，所以不適合模擬交通密度較大的道路。后者模型較為復(fù)雜，需要的參數(shù)很多，但是能夠很好地模擬駕駛?cè)藛T的交通心理。本次VISSIM仿真采用的駕駛行為采用的跟車模型是心理一生理模型中的Wiedemann 74，VISSIM中其他的參數(shù)設(shè)置：超越車的最大減速度設(shè)置為-5m/s，超越車的-1m/s²距離為70m，被超越車的最大減速度設(shè)置為4m/s，被超越車的-1m/s²距離為70m，最小車頭空距為0.35m，消失前等待時間設(shè)置為600s。

（2）宏觀交通參數(shù)標(biāo)定

VISSIM中所要標(biāo)定的宏觀交通參數(shù)包括交通流和車輛的組成。根據(jù)實地交通測量，大明路施工圍擋區(qū)高峰時刻40min的流量為569，車輛種類為小汽車和公交車，兩類車的流量比為0.95：0.05;大明路施工圍擋區(qū)非高峰時刻40rain的流量為679，車輛種類為小汽車和公交車，兩類車的流量比為0.93：0.07。

（3）行駛規(guī)則設(shè)定

在施工圍擋區(qū)的上游過渡區(qū)內(nèi)，存在著合流沖突，需要設(shè)置合理的優(yōu)先規(guī)則。大明路施工圍擋區(qū)上游過渡區(qū)的優(yōu)先規(guī)則為外側(cè)車道優(yōu)于中間車道，中間車道優(yōu)于內(nèi)側(cè)車道。

（4）進(jìn)行仿真

3.2仿真結(jié)果分析

通過VISSIM仿真，對施工圍擋區(qū)高峰時刻的交通流進(jìn)行模擬，得到小汽車和公交車的平均延誤分別為4.1s和62s，平均行程時間為96.2s。

分析上述圖表，可以發(fā)現(xiàn)高峰時刻與非高峰時刻各測點(diǎn)實測各車道的流量比與VISSIM模擬得出的流量比大體一致，誤差處于合理的范圍，即模擬的結(jié)果能夠大體反應(yīng)。

3.3基于VISSIM仿真模型探求施工圍擋區(qū)的交通影響因素

施工圍擋區(qū)交通狀況與諸多因素有關(guān)，本節(jié)利用VISSIM仿真模型，從交通量、施工圍擋區(qū)圍擋寬度和施工圍擋區(qū)路面狀況三個方面進(jìn)行分析。

（1）交通量

以大明路施工圍擋區(qū)VISSIM仿真模型為基礎(chǔ)，選取高峰時刻，改變其交通量進(jìn)行仿真對比，其結(jié)果如表7所示。

由表7可得，施工圍擋區(qū)內(nèi)交通量對道路的平均延誤和平均行程時間影響較大，具體是交通量增加，平均延誤增加，平均行程時間增加。總體而言公交車的平均延誤比小汽車的平均延誤大很多，但隨著交通量的增長，小汽車的平均延誤的增長率要大于公交車平均延誤的增長率。根據(jù)以上分析，實際工程中可采取一些限制交通量和改善公交車運(yùn)行的措施。

（2）施工圍擋區(qū)圍擋寬度

大明路施工圍擋區(qū)原來施工圍擋寬度是10.6m，單向占用一個車道和半個綠化帶總共5.3m，現(xiàn)調(diào)整單向圍擋寬度，進(jìn)行仿真對比，其結(jié)果如表8所示。

由表8可得，施工圍擋區(qū)的圍擋對道路的通行效率影響很大。圍擋的寬度越大，小汽車的平均延誤越大，且增速特別快，且平均行程時間增長速度也很快，但是圍擋的大小對于公交車的運(yùn)行影響較小。根據(jù)以上分析，在實際工程中，要盡量減少施工圍擋區(qū)圍擋的寬度。

（3）施工圍擋區(qū)路面狀況

路面狀況在VISSIM上可以設(shè)置減速區(qū)進(jìn)行模擬。大明路施工圍擋區(qū)的道路質(zhì)量良好，路面無明顯病害?，F(xiàn)利用減速區(qū)，參數(shù)設(shè)置為減速至20km/h，調(diào)整大明路施工圍擋區(qū)的路面狀況，進(jìn)行仿真分析，其結(jié)果如表9所示。

從表9可得，施工圍擋區(qū)路面狀況對于道路通行效率的影響較弱。但是路面的狀況會對車輛的制動性能和動力性能產(chǎn)生較大影響，長期讓車輛行駛在這種環(huán)境中，會損傷車輛。因此在實際工程中，需要多設(shè)置標(biāo)志提醒車輛o

4總結(jié)

在本文中，首先對大明路施工圍擋區(qū)的道路環(huán)境與實地調(diào)查得到的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行交通特征分析，得到結(jié)論：施工圍擋區(qū)內(nèi)車道的車流量大于外車道車流量，這與車輛的換道特性有關(guān);在一定程度上，非高峰時刻的車流量比較大，車輛行駛速度因此得到限制而造成周邊道路網(wǎng)絡(luò)的擁堵;在警告區(qū)到過渡區(qū)之間，外車道比內(nèi)車道的車速高，但內(nèi)車道比外車道的車速穩(wěn)定;在工作區(qū)內(nèi)外車道車速穩(wěn)定性相當(dāng)，終止區(qū)內(nèi)外兩車道車速相當(dāng)，這與車輛的跟馳特性有關(guān)。

在VISSIM軟件上對大明路施工圍擋區(qū)進(jìn)行交通模擬，最后基于仿真結(jié)果分析施工圍擋區(qū)的交通影因素，得出結(jié)論：公交車的平均延誤比小汽車的平均延誤大，但隨著交通量的增長，小汽車的平均延誤的增長率要大于公交車平均延誤的增長率;圍擋寬度對小汽車的影響較大，對公交車影響較小;路面狀況與前面的因素相比較，對交通延誤的影響較小。