劉 正，李新剛，劉素芳

(北京交通大學(xué) 綜合交通運(yùn)輸大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044)

火災(zāi)、危險(xiǎn)化學(xué)品事故、爆炸等突發(fā)事件情形下，建立區(qū)域疏散交通組織優(yōu)化方案，轉(zhuǎn)移受災(zāi)人員至安全區(qū)域是保障人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全的重要方法。例如，ZHANG等[1]以整個(gè)疏散過(guò)程中受災(zāi)人員接觸到的危險(xiǎn)化學(xué)品濃度最小化為優(yōu)化目標(biāo)，建立了混合整數(shù)規(guī)劃模型以優(yōu)化危險(xiǎn)化學(xué)品事故情形下的區(qū)域疏散交通組織；YAN等[2]以距離危險(xiǎn)源的長(zhǎng)度為參數(shù)，通過(guò)構(gòu)建道路危險(xiǎn)水平評(píng)估函數(shù)分析突發(fā)事件對(duì)疏散路網(wǎng)交通安全的影響；LIU等[3-4]針對(duì)區(qū)域疏散交通組織優(yōu)化問(wèn)題，提出了一種基于區(qū)域危險(xiǎn)等級(jí)差異性的道路危險(xiǎn)水平評(píng)估策略，分析了突發(fā)事件降低大氣能見(jiàn)度對(duì)區(qū)域疏散交通組織的影響；LIU等[5]通過(guò)設(shè)計(jì)面向救援優(yōu)先的兩階段優(yōu)化方法，建立了線性規(guī)劃模型優(yōu)化區(qū)域疏散和救援交通組織，分析了不同救援需求下，應(yīng)急區(qū)域邊界的救援交通入口選擇對(duì)疏散效果和救援效果的影響。此外，在疏散過(guò)程中社會(huì)車輛同樣會(huì)有使用疏散路網(wǎng)的交通需求。覃媛媛等[6]在研究突發(fā)事件情形下疏散車輛的交通量分布時(shí)，考慮了社會(huì)交通流的影響；MAO等[7-8]以社會(huì)車輛作為疏散過(guò)程的背景交通，研究了區(qū)域疏散交通組織優(yōu)化問(wèn)題。

綜上所述，前人對(duì)突發(fā)事件情形下區(qū)域疏散交通組織優(yōu)化問(wèn)題的研究采取了兩種方式組織社會(huì)交通：①禁止社會(huì)車輛使用應(yīng)急區(qū)域內(nèi)的道路，以避免突發(fā)事件影響社會(huì)車輛交通安全和社會(huì)車輛影響受災(zāi)人員轉(zhuǎn)移；②以社會(huì)車輛作為疏散過(guò)程的背景交通。顯然，在疏散過(guò)程中，禁止社會(huì)車輛使用應(yīng)急區(qū)域內(nèi)的道路難以保障社會(huì)車輛日常通行，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致未被疏散車輛使用的路段無(wú)法服務(wù)于人們?nèi)粘３鲂?，浪費(fèi)路網(wǎng)資源；盡管社會(huì)車輛作為疏散過(guò)程的背景交通可使路網(wǎng)服務(wù)于社會(huì)車輛日常出行，但是突發(fā)事件會(huì)威脅社會(huì)車輛通過(guò)受災(zāi)區(qū)域周圍道路的交通安全。

為保障社會(huì)車輛交通安全，突發(fā)事件情形下公安機(jī)關(guān)交通管理部門會(huì)對(duì)受災(zāi)區(qū)域周圍的道路進(jìn)行臨時(shí)交通管制，禁止社會(huì)車輛進(jìn)入相關(guān)區(qū)域。例如，在“8·12天津?yàn)I海新區(qū)爆炸事故”中，天津市公安交通管理局調(diào)派警力對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)周邊道路實(shí)施交通管制，禁止社會(huì)車輛通行[9]；在“3·30木里縣森林火災(zāi)”中，為確?，F(xiàn)場(chǎng)道路暢通，木里交警采取交通管制，無(wú)關(guān)車輛禁止進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)[10]。但是，火災(zāi)、危險(xiǎn)化學(xué)品事故、爆炸等突發(fā)事件的現(xiàn)場(chǎng)情況和外部環(huán)境，例如危險(xiǎn)物質(zhì)的數(shù)量和類型、風(fēng)向、風(fēng)速，有時(shí)難以確定，突發(fā)事件影響范圍發(fā)生變化時(shí)，為保障社會(huì)車輛交通安全，在受災(zāi)區(qū)域周圍采取交通管制的道路也應(yīng)發(fā)生變化，而交通管制會(huì)限制社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的通行。

因此，筆者通過(guò)優(yōu)化突發(fā)事件情形下的區(qū)域疏散交通組織，仿真面向疏散優(yōu)先的社會(huì)車輛交通組織過(guò)程，進(jìn)一步分析疏散過(guò)程中受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍對(duì)社會(huì)車輛在路網(wǎng)上通行的影響，為突發(fā)事件情景下應(yīng)急管理部門制定交通管制方案，同時(shí)保障社會(huì)車輛的交通安全和通行需求提供決策依據(jù)。

1 研究方法

為研究面向疏散優(yōu)先的突發(fā)事件交通管制范圍對(duì)社會(huì)車輛通行的影響，筆者采用疏散交通組織優(yōu)化與社會(huì)交通組織仿真相結(jié)合的方法：基于模擬疏散車輛在路網(wǎng)上動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移的路段傳輸模型[11]，建立突發(fā)事件區(qū)域疏散交通組織優(yōu)化模型，獲取疏散車輛在應(yīng)急區(qū)域路網(wǎng)上的交通路線；基于并行微觀交通仿真，模擬社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的運(yùn)行過(guò)程：無(wú)突發(fā)事件、不采取交通管制措施時(shí)，社會(huì)車輛在路網(wǎng)上正常運(yùn)行；突發(fā)事件情形下，在疏散過(guò)程中模擬社會(huì)車輛在路網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)采取的交通管制措施包括：①遵守疏散優(yōu)先，禁止社會(huì)車輛進(jìn)入疏散路線、禁止社會(huì)車輛與疏散車輛在交叉口的轉(zhuǎn)向發(fā)生交織沖突，直至交通管制措施解除；②關(guān)閉受災(zāi)區(qū)域周圍道路，禁止社會(huì)車輛通行以保障交通安全，直至交通管制措施解除。

1.1 疏散交通組織優(yōu)化

(2)最優(yōu)化模型為：

(1)

s.t.

(2)

(3)

(4)

i∈L

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

1.2 社會(huì)交通組織仿真

基于并行微觀交通仿真軟件Paramics 6.9.3模擬社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的運(yùn)行過(guò)程，面向疏散優(yōu)先的突發(fā)事件社會(huì)車輛交通仿真流程如圖1所示。突發(fā)事件發(fā)生前，社會(huì)車輛在路網(wǎng)上正常運(yùn)行；突發(fā)事件發(fā)生后，對(duì)受災(zāi)區(qū)域周圍采取關(guān)閉道路的交通管制措施，禁止社會(huì)車輛進(jìn)入關(guān)閉路段，以保障社會(huì)車輛交通安全，直到解除管制措施，社會(huì)車輛可恢復(fù)正常通行；基于區(qū)域疏散交通組織優(yōu)化模型，獲取疏散路線，禁止社會(huì)車輛占用疏散路線、禁止社會(huì)車輛進(jìn)入與疏散車輛在交叉口處交織沖突的轉(zhuǎn)向，以確保疏散車輛優(yōu)先通行，直到解除管制措施，社會(huì)車輛可恢復(fù)正常通行。利用Paramics軟件繼續(xù)模擬突發(fā)事件發(fā)生后的社會(huì)車輛運(yùn)行過(guò)程，獲取社會(huì)車輛在路網(wǎng)上通行的交通仿真數(shù)據(jù)，分析疏散過(guò)程中受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍對(duì)社會(huì)車輛通行的影響。

圖1 社會(huì)車輛交通組織仿真流程

2 算例分析

筆者以北京中關(guān)村區(qū)域路網(wǎng)為例分析面向疏散優(yōu)先的突發(fā)事件交通管制：首先，給出中關(guān)村區(qū)域的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，利用Paramics軟件構(gòu)建社會(huì)車輛交通仿真路網(wǎng)；其次，基于疏散交通組織優(yōu)化與社會(huì)交通組織仿真相結(jié)合的方法，利用Paramics軟件模擬社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的運(yùn)行過(guò)程，獲取社會(huì)車輛交通仿真數(shù)據(jù)；最后，分析在受災(zāi)區(qū)域周圍執(zhí)行不同范圍的交通管制對(duì)社會(huì)車輛在路網(wǎng)上通行的影響。

2.1 社會(huì)車輛交通仿真場(chǎng)景

中關(guān)村區(qū)域的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中帶箭頭的線段表示路段，數(shù)字表示路段編號(hào)，箭頭表示路段的通行方向；帶數(shù)字的圓圈表示交叉口，數(shù)字表示交叉口編號(hào)，相應(yīng)的交叉口轉(zhuǎn)向如圖3所示?；疑叫螀^(qū)域?yàn)槭転?zāi)區(qū)域，受災(zāi)人員借助30輛機(jī)動(dòng)車、選擇虛線路段83、86、124、127離開(kāi)受災(zāi)區(qū)域?；谕话l(fā)事件的影響和疏散工作的需求，交叉口1、7、28、32、49、54圍成的區(qū)域?yàn)閼?yīng)急管理部門管控的應(yīng)急區(qū)域。在疏散過(guò)程中，受災(zāi)人員可選擇連接交叉口1、7、28、32、49、54、位于應(yīng)急區(qū)域外部的虛線路段158、160、162、164、166、168、170、172、174和176離開(kāi)應(yīng)急區(qū)域，到達(dá)安全區(qū)域?；诼范蝹鬏斈Ｐ湍M疏散車輛在路網(wǎng)上的轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)，疏散交通流狀態(tài)動(dòng)態(tài)更新的時(shí)間步總數(shù)為30，每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)為3 s。疏散車輛在路段上的阻塞密度為150 輛/(km·車道)，臨界密度為30 輛/(km·車道)，自由流速度為72 km/h，激波向后傳播的速度為18 km/h。

圖2 中關(guān)村區(qū)域路網(wǎng)

圖3 交叉口轉(zhuǎn)向

基于Paramics軟件構(gòu)建的中關(guān)村區(qū)域交通仿真路網(wǎng)如圖4所示，方形表示社會(huì)車輛在該區(qū)域行程的起始位置和終點(diǎn)位置，各起始位置和終點(diǎn)位置之間的社會(huì)交通量由20以內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)生成。在Paramics軟件仿真中，設(shè)置社會(huì)車輛交通仿真時(shí)長(zhǎng)為1 h，開(kāi)始時(shí)間標(biāo)記為“00:00”，結(jié)束時(shí)間標(biāo)記為“01:00”，突發(fā)事件發(fā)生、采取交通管制的時(shí)間標(biāo)記為“00:20”；帶箭頭的虛線表示基于區(qū)域疏散交通組織優(yōu)化模型確定的疏散交通路線。突發(fā)事件發(fā)生后，為了保障受災(zāi)人員轉(zhuǎn)移和社會(huì)車輛交通安全，應(yīng)急管理部門對(duì)受災(zāi)區(qū)域周圍的道路和疏散路線的交通管制持續(xù)3 min，至00:23結(jié)束。

圖4 中關(guān)村區(qū)域交通仿真路網(wǎng)

2.2 社會(huì)車輛交通擁堵分布

突發(fā)事件發(fā)生前，路網(wǎng)服務(wù)于社會(huì)車輛日常出行。00:20時(shí)刻社會(huì)車輛交通擁堵?tīng)顩r如圖5所示，可以看出突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，路網(wǎng)大部分路段較為暢通，只有局部路段在交叉口處于小規(guī)模的擁堵。以這種交通運(yùn)行狀態(tài)作為突發(fā)事件發(fā)生時(shí)的背景交通狀態(tài)，可以排除社會(huì)車輛正常的交通擁堵對(duì)突發(fā)事件交通管制導(dǎo)致交通擁堵的影響。

圖5 00:20時(shí)刻社會(huì)車輛交通擁堵分布

無(wú)突發(fā)事件、不采取交通管制時(shí)，在00:20—00:23時(shí)段進(jìn)入受災(zāi)區(qū)域周圍路段的社會(huì)車輛數(shù)如表1所示，可知社會(huì)車輛日常通行時(shí)，通過(guò)受災(zāi)區(qū)域周圍大部分路段的車輛數(shù)不為0，表明突發(fā)事件發(fā)生后，對(duì)受災(zāi)區(qū)域周圍道路采取交通管制措施會(huì)影響社會(huì)車輛通行；如果不采取交通管制措施，當(dāng)受災(zāi)范圍突然變化時(shí)，社會(huì)車輛的交通安全會(huì)受到影響，并且受影響的社會(huì)車輛數(shù)與受災(zāi)范圍有關(guān)。

表1 00:20—00:23時(shí)段進(jìn)入受災(zāi)區(qū)域周圍道路的社會(huì)車輛數(shù)

2.3 交通管制范圍與社會(huì)車輛交通擁堵

突發(fā)事件發(fā)生后，采取疏散交通優(yōu)先通行和關(guān)閉受災(zāi)區(qū)域周圍道路的交通管制措施結(jié)束時(shí)，社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的交通擁堵分布如圖6所示，其中連接實(shí)心圓點(diǎn)的虛線框表示受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍，虛線空心圓標(biāo)記的位置為社會(huì)車輛發(fā)生交通擁堵的交叉口。在圖6(a)中，受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍為交叉口17、19、24、25連成的區(qū)域；在圖6(b)中，受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍為交叉口15、20、22、26連成的區(qū)域；在圖6(c)中，未發(fā)生突發(fā)事件，無(wú)受災(zāi)區(qū)域。

圖6 00:23時(shí)刻社會(huì)車輛交通擁堵分布

由圖6可知，突發(fā)事件情形下，采取交通管制措施，禁止社會(huì)車輛使用局部道路通行會(huì)造成交通擁堵，且交通擁堵主要發(fā)生在受管制路段的交叉口；而未發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，路網(wǎng)基本處于暢通狀態(tài)。因此，在突發(fā)事件情形下，禁止社會(huì)車輛使用受災(zāi)區(qū)域周圍道路、保障疏散車輛優(yōu)先通行時(shí)，應(yīng)該在受管制路段的交叉口引導(dǎo)社會(huì)車輛繞行。此外，不同管制范圍下社會(huì)車輛在受災(zāi)區(qū)域周圍出現(xiàn)交通擁堵的位置明顯具有差異性，表明了突發(fā)事件情形下受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍發(fā)生變化后，社會(huì)車輛發(fā)生交通擁堵的位置也會(huì)發(fā)生變化，因此引導(dǎo)社會(huì)車輛通行的位置也應(yīng)相應(yīng)地改變。

2.4 交通管制范圍與社會(huì)車輛通行效率

突發(fā)事件交通管制會(huì)阻礙社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的通行，且發(fā)生交通擁堵的位置與交通管制的范圍有關(guān)。因此，筆者以從起始位置到達(dá)終點(diǎn)位置的社會(huì)車輛數(shù)表示社會(huì)車輛完成的行程數(shù)量，評(píng)估受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍對(duì)社會(huì)車輛通行效率的影響。顯然，社會(huì)車輛完成的行程數(shù)量越多，交通管制對(duì)社會(huì)車輛通行的限制越小，社會(huì)車輛在路網(wǎng)上通行效率越高。

突發(fā)事件發(fā)生后，在受災(zāi)區(qū)域周圍執(zhí)行不同范圍的交通管制時(shí)，社會(huì)車輛完成的行程數(shù)量如表2所示。其中，“S-1”表示無(wú)突發(fā)事件、不采取交通管制措施；“S-2”表示突發(fā)事件情形下疏散優(yōu)先、允許社會(huì)車輛通過(guò)受災(zāi)區(qū)域周圍的道路；“S-3”表示突發(fā)事件情形下疏散優(yōu)先、受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍為交叉口17、19、24、25連成的區(qū)域；“S-4”表示突發(fā)事件情形下疏散優(yōu)先、受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍為交叉口17、20、24、26連成的區(qū)域；“S-5”表示突發(fā)事件情形下疏散優(yōu)先、受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍為交叉口16、19、23、25連成的區(qū)域；“S-6”表示突發(fā)事件情形下疏散優(yōu)先、受災(zāi)區(qū)域周圍的交通管制范圍為交叉口15、20、22、26連成的區(qū)域。由表2可知，未發(fā)生突發(fā)事件、不采取交通管制措施(S-1)時(shí)，社會(huì)車輛在突發(fā)事件發(fā)生后的40min內(nèi)完成的行程數(shù)量分別為1 101、1 095、1 090、1 081，總計(jì)4 367個(gè)，明顯高于S-2、S-3、S-4、S-5和S-6，表明了為保障疏散車輛優(yōu)先通行，禁止社會(huì)車輛占用疏散路線、禁止社會(huì)車輛進(jìn)入與疏散車輛在交叉口處交織沖突的轉(zhuǎn)向，會(huì)降低社會(huì)車輛完成的行程數(shù)量。在突發(fā)事件情形下，對(duì)受災(zāi)區(qū)域周圍不同范圍內(nèi)的道路采取交通管制，社會(huì)車輛完成的行程數(shù)量沒(méi)有明顯差異，表明了在受災(zāi)區(qū)域周圍執(zhí)行不同范圍的交通管制未明顯影響社會(huì)車輛完成的行程數(shù)量。

表2 社會(huì)車輛完成的行程數(shù)量

2.5 交通管制范圍與社會(huì)車輛行程時(shí)間

突發(fā)事件發(fā)生后，對(duì)受災(zāi)區(qū)域周圍執(zhí)行不同范圍的交通管制時(shí)，社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的行程時(shí)間如表3所示。結(jié)合表2可知，社會(huì)車輛完成第1 000個(gè)行程后，交通管制措施已解除。由表3可知，未發(fā)生突發(fā)事件、不采取交通管制措施(S-1)時(shí)，前1 000個(gè)社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的行程時(shí)間明顯低于突發(fā)事件情形下采取交通管制時(shí)對(duì)應(yīng)的行程時(shí)間。對(duì)比S-2、S-3、S-4、S-5和S-6對(duì)應(yīng)的社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的行程時(shí)間，在受災(zāi)區(qū)域周圍采取交通管制的范圍發(fā)生變化時(shí)，社會(huì)車輛的行程時(shí)間沒(méi)有明顯差異性。交通管制情形下，當(dāng)社會(huì)車輛完成1 000個(gè)行程之后，其在路網(wǎng)上的行程時(shí)間降低。上述結(jié)果表明：突發(fā)事件發(fā)生后，采取疏散優(yōu)先的交通管制措施會(huì)明顯增加社會(huì)車輛的行程時(shí)間；在受災(zāi)區(qū)域周圍執(zhí)行不同范圍的交通管制對(duì)社會(huì)車輛行程時(shí)間的影響沒(méi)有明顯差異；應(yīng)對(duì)突發(fā)事件采取的交通管制解除后，社會(huì)車輛行程時(shí)間受前期交通管制的影響降低。

表3 社會(huì)車輛行程時(shí)間 s

3 結(jié)論

(1)通過(guò)優(yōu)化突發(fā)事件情形下的區(qū)域疏散交通組織，仿真面向疏散優(yōu)先的社會(huì)車輛交通組織過(guò)程，分析了在受災(zāi)區(qū)域周圍執(zhí)行交通管制的范圍對(duì)社會(huì)車輛通行的影響，研究結(jié)果表明：①在疏散過(guò)程中，禁止社會(huì)車輛進(jìn)入受災(zāi)區(qū)域周圍的道路會(huì)造成社會(huì)車輛交通擁堵，且擁堵主要發(fā)生在受管制路段交叉口；改變受災(zāi)區(qū)域周圍執(zhí)行交通管制的范圍，社會(huì)車輛交通擁堵的位置也會(huì)發(fā)生變化。②應(yīng)對(duì)突發(fā)事件采取疏散優(yōu)先措施會(huì)明顯降低社會(huì)車輛完成的行程數(shù)量、增加社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的行程時(shí)間；面向疏散優(yōu)先導(dǎo)致社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的通行受限時(shí)，關(guān)閉受災(zāi)區(qū)域周圍不同范圍的道路未明顯影響社會(huì)車輛完成的行程數(shù)量和行程時(shí)間。③應(yīng)對(duì)突發(fā)事件采取的交通管制措施解除后，社會(huì)車輛行程時(shí)間受前期管制的影響降低。

(2)基于筆者的研究，可為突發(fā)事件情形下面向疏散優(yōu)先的社會(huì)車輛交通管制提供如下建議：①突發(fā)事件情形下，禁止社會(huì)車輛使用受災(zāi)區(qū)域周圍道路、保障疏散車輛優(yōu)先通行時(shí)，應(yīng)該在受管制路段的交叉口引導(dǎo)社會(huì)車輛通行；受災(zāi)范圍發(fā)生變化導(dǎo)致受災(zāi)區(qū)域周圍交通管制的路段發(fā)生變化后，需要采取措施引導(dǎo)社會(huì)車輛通行的位置也相應(yīng)地改變；②突發(fā)事件發(fā)生后，受災(zāi)范圍的變化難以確定時(shí)，可通過(guò)擴(kuò)大受災(zāi)區(qū)域周圍關(guān)閉路段的范圍來(lái)同時(shí)保障社會(huì)車輛的交通安全和出行需求。

(3)筆者仿真社會(huì)車輛在路網(wǎng)上的日常通行過(guò)程，研究面向疏散優(yōu)先的突發(fā)事件交通管制對(duì)社會(huì)車輛在路網(wǎng)上通行的影響時(shí)，交通管制路段為社會(huì)車輛在路網(wǎng)上通行的瓶頸路段，社會(huì)車輛未更改原路線以繞過(guò)受管制路段。未進(jìn)一步研究交通管制期間引導(dǎo)社會(huì)車輛通行的管理方法，導(dǎo)致社會(huì)車輛不得不在解除交通管制后才恢復(fù)通行。相比于應(yīng)急交通，社會(huì)交通的個(gè)體出行信息和行為很難被應(yīng)急管理部門掌握。因此，未來(lái)將進(jìn)一步研究突發(fā)事件情形下的社會(huì)車輛交通組織管理方法，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急交通和社會(huì)交通的分級(jí)保障及協(xié)同優(yōu)化。