城市轨道施工影响下路网交通组织方案优化研究

宋永朝，郑凯俐，杨先英

(1.重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074;2. 重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 400074)

城市轨道施工影响下路网交通组织方案优化研究

宋永朝1，郑凯俐1，杨先英2

(1.重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074;2. 重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 400074)

针对城市轨道施工造成居民出行的不利影响提出城市路网交通组织优化方案，以达到减少因轨道施工带来的交通堵塞问题。以地铁线路各站点调查数据为基础，结合TransCAD软件，对轨道施工路网交通组织方案优化进行分析。制定以区域饱和度和区域平均速度为评价指标的优化方案，并从步行、机动车和公交系统3类对象提出改善实施方法的思路及建议。基于TransCAD的交通组织方案优化，能够较方便地解决道路施工交通组织问题，更接近道路网的实际运行情况，可为后续的地铁施工制定交通组织方案提供依据。

交通运输工程；地铁施工；交通需求预测；交通组织；TransCAD仿真

0 引 言

地铁站点施工占用大量道路资源，施工区域多在城市中心交通繁忙区，建设周期长，可能引发区域道路交通运行质量的下降，给城市生活带来巨大影响。施工区域内的交通组织，将直接影响到相关区域范围内的交通畅通与安全，合理的交通组织能减少道路堵塞、消除出行延误等。当公交改道或是网络调整时，不合理的交通组织将会极大地影响到相关区域内的日常出行生活[1]。因此，如何优化交通组织，使已有交通设施发挥最大的效益，是当前我国城市交通管理科学亟待解决的问题[2]。

目前，国内外学者对轨道施工路网交通组织做了大量的研究。早期，美国的P.S.VIRGINIA等[3]针对施工占道区特性，提出包括施工占道围挡车道位置及长度、交通组织方案的多种交通优化组织措施。W.SARASUA等[4]用大量实测数据对施工路段不同车道封闭形式下的道路通行能力进行了研究，提出了高速公路施工路段通行能力的修正模型。美国的MUTCD[5]比较全面地阐述了施工区域的交通组织与通行能力的相互关系。

翟忠民[6]针对城市各种路段、区域、交叉口进行了动态、静态的交通组织设计研究，提出了各种交通组织的方法措施。毛保华选取了西城区三里河与西二环之间的一个区域路网进行了深入的调研。通过对需求量较大、各类道路比较齐全的路网的分析，剖析了当前我国城市交通系统运行的机理，并提出方案的改善措施。董卫斌[7]通过对交通组织理论的分析，得出一些交通组织优化方法，并以天津市的交通为实例，分别从宏观交通、区域交通和微观交通3个方面进行组织优化设计。

由于以往将施工路网交通组织与软件TransCAD进行结合研究的较少，进行了基于“OD反推”的城市交通需求预测方法研究，切合TransCAD得出的数据，并结合实例分析了其在实际应用中的可行性和有效性，并为后续的地铁施工交通组织方案的制定提供参考。

1 基于TransCAD的交通组织优化方案设计思路

1.1 背景资料收集和施工影响范围确定

为了提供一个合理、科学、可操作性强的交通组织与管理方案，必须了解和搜集施工区域和影响区域内相关背景资料情况[8]。

对站点按其站位和施工可能占道情况，分析站点施工对交通可能造成的影响及影响程度，确定施工项目涉及的周边道路、交叉口和交通影响区域的范围。对于站点间的线路施工，会影响到与其平行和相交的若干条道路，一般为沿线两侧各750 m左右，但这个范围不是严格的，应根据城市出行者能忍耐的绕行距离以及历史文化等因素而定[9]。

在国外，确定施工影响范围的方法主要是应用交通需求分析以及交通预测的算法和程序来推算影响范围。国内的交通影响范围的定量分析方法有圈层外推法、烟羽模型法、类别吸引率法。笔者通过交通分配输出的交通参数，以出行时间增加率为指标来确定影响范围,网络总时间计算如式(1)：

t=∑qiti

(1)

式中：qi为路段i上的交通量；ti为每辆车在路段i上行驶所花总时间。

在交通预测中，出行时间是影响交通出行和车辆选择路径的最主要因素，设h为时间增加率，则

(2)

式中：t前为未施工状态下，出行者出行的总时间；t后为施工后出行者出行的总时间。

如果分配结果满足出行时间增加率超过60%，则认为该范围为影响范围，反之，则继续扩大范围进行分配，直到出行时间增加率超过60%。

1.2 交通调查

主要的交通调查包括道路设施现状、断面流量分析、交叉口分析3个方面。①道路设施现状包括：道路名称、现状路幅、断面布置、红线宽度，以及交叉口进口车道布置等；②道路流量分析包括：各路段高峰小时双向交通断面流量、饱和度等；③交叉口分析包括各进口道高峰流量及信号配时等。

1.3 基本路网的建立及OD反推

收集所调查区域的路网信息，将相关信息输入到TransCAD中，建立基本路网并进行交通小区的划分。基于交通小区原始OD矩阵进行OD反推，将得到的各交通指标与之前现场调查的交通流量进行拟合，得出拟合度。拟合度是指路网反推后各路段的交通流量与现状所调查的路段流量的误差拟合。如拟合度在18 %以内，说明反推结果效果较好。

传统的OD分布预测是在大量调查区域社会经济状况、OD出行历史数据的基础上获得的。由于这种调查工作非常繁琐且工作量很大，很难保证结果的精度。OD反推是通过有效地将采集到的路网交通量、小规模或部分OD出行调查等出行调查与其他可获得的信息相结合，以确定OD矩阵的估计值，从而为路网的规划与管理提供依据，减少大规模的OD出行调查[10]。基于“OD反推”技术的城市交通需求预测的基本步骤和方法，在实际应用中具有较好的经济性、有效性和可行性, 对提高现有交通规划水平，缓解城市交通拥堵，具有积极作用和重要意义[11]。

1.4 施工围挡措施

从区域交通运行的角度，提出站点分期施工，车站施工围挡，交通组织方案设计的建议。按照地铁施工方法，对施工区域进行围挡。施工围挡方案分为施工全围挡和半施工半围挡。设计的交通组织方案要与施工递进推行，以保障施工的延续性和交通的通畅性。应针对不同的作业面，对沿线车道、交叉口车道进行调整、渠化等具体设计，以利道路潜质的充分发掘。

1.5 基本路网交通流分配

交通流分配可通过预测得出的交通小区间的OD量，根据道路网特性，按照一定的规则符合实际地分配到路网中的各条道路上去，进而求出路网中各路段的交通流量。将现状OD交通量分配到现状交通路网上，可以分析目前交通网络的运行状况。如果有某些路段的交通量观测值，还可以将这些观测值与在相应路段的分配结果进行比较，以检验模型的精度。如果将规划年OD交通量预测值分配到规划交通路网，可以评价交通网络规划方案的合理性[10]。

1.6 交通组织优化方案比选

对比各交通组织方案输出的指标，分析评价其综合交通效益，进而检验交通组织方案的可行性和合理性。结合TransCAD,利用调查的路段交通量进行OD反推，然后将得出的现状小区OD交通量分配到道路网上，并与调查的路段交通量进行拟合。每个方案中会对交通量进行分配一次，分配的结果都与OD反推后的交通量进行对比，从平均饱和度和平均速度两方面比较哪个方案更合理。

通常所使用的交通组织方法有单向通行、机动车单双号限行、交叉口禁左措施、调整公交线路和站点等[9]。基于TransCAD得出的预测结果，选取部分关键路段进行流量、负荷度、车速等参数对比分析，针对具体站点进行施工交通组织方案详细设计。如是否需要修建便道、架设人行天桥，综合考虑机动车、非机动车、行人、公交、沿线道路两侧单位的出入交通进行合理的优化交通组织管理。

2 交通组织优化方案评价指标

2.1 平均饱和度

路段的饱和度是指路段实际通过的交通量与该路段通行能力的比值，反映了道路的实际服务水平，通常用v/c表示。道路负荷度大于1.0，表明道路已经接近饱和；道路交通负荷度在1.0～0.8之间，车辆运行处于不稳定状态，稍遇干扰，则会阻塞交通。由于道路施工交通组织是在一个区域性的道路网内，所以考虑用平均饱和度作为道路网交通组织优化评价指标。由于各条道路交通量不一样，在此应采用路段流量进行加权平均[1]，如式(3)：

(3)

式中：a为平均饱和度；qi为路段i的交通量；li为路段i的长度；ci为路段i的通行能力。

2.2 平均车速

平均车速是衡量路段是否拥堵的主要指标。一般情况下，车速在小于20 km/h就被认为是拥堵状态，车速直接反映了道路的运行情况。类似的，此处采用的也是路段流量加权平均方法求整个区域的平均速度，如式(4)：

(4)

式中:v为区域平均车速；qi为路段i的交通量；li为路段i的长度；vi为路段i的平均车速。

影响施工期间交通组织方案实施效果的指标较多，每一个单一的指标只能反映该方案实施的某一个方面，且各指标不具备一致性。因此笔者综合区域平均饱和度和区域平均速度两个技术指标，对每个方案实施施工后的路网使用情况进行评价。

3 实例分析

以南昌市红谷滩新区轨道交通2号线翠苑站拟建的交通网络为例，采用TransCAD对路网交通组织规划方案的实施效果进行评价。

3.1 背景资料收集和施工影响范围确定

南昌市红谷滩新区轨道交通2号线连通新老两城核心区域，覆盖昌西新城九龙湖、红角洲、红谷滩三大片区和昌东老城核心区、城南片区,连通了昌南老城区与昌北新城区南北走廊上最重要的地区。根据地铁施工站点的实际情况，南北向由凤凰大道和红谷大道作为边界线，东西向由丽景路和南斯友好路作为边界，初步拟定由这两条边界线所围成的范围作为影响区域。

3.2 基本路网的建立

在 TransCAD中输入数据信息,包括添加字段，输入实际调查的道路交通量,道路通行能力、速度等，在TransCAD中建立基本的路网。如图1，数字表示的翠苑站施工影响范围内的路段ID编号。

图1 基本路网ID编号Fig.1 ID number in the basic road network

3.3 交通小区的划分

交通小区是整个交通规划的基本单元，交通小区的划分恰当与否直接关系到交通有关数据调查、分析、预测的精度和整个交通规划的成功，所以不能随意划分。根据城市道路网结构特点和城区的用地性质，以施工站点为中心，以丰和中大道和翠苑路两条主干道，将该交通路网划分为4个交通小区。

3.4 OD反推

所采用的基本OD数据是根据深圳规划院所提供的南昌市2010年居民出行调查资料，利用经验估计法所计算出来的基本数据。虽然基本数据存在误差，但具有一定的根据性和可靠性。OD反推就是通过调查现状路段的交通量，反推OD出行分布的一种方法。反推的结果如表1。

表1 主要路段流量Table 1 Major link flow /(pcu·h-1)

其中：AB_Q,BA_Q表示正反向路段现状流量；

AB_FLOW,BA_FLOW表示反推后正反向路段流量；如表1，所调查路段的高峰期机动车总交通量为31 552 pcu/h,路段预测流量与反推流量的总误差为5 064 pcu/h，路段流量拟合误差计算式如式(5)。

(5)

由计算得出路段流量拟合误差为16.4%，符合要求，并由表1得出反推后的饱和度图如图2。

图2 反推后的饱和度Fig.2 Saturation of backstepping

3.5 基本路网交通流分配

交通分配就是把实行交通组织方案后各交通小区之间的空间的OD量分配到具体的路段所在的路网上。交通分配后，通过计算，出行时间增加率超过60 %，故施工影响范围如上文所述。所获得的交通量是检验路网交通组织方案是否合理的主要依据，交通组织优化方案一和方案二实施分配后的饱和度如图3、图4。

图3 方案一分配后的饱和度Fig.3 Saturation of allocation in scheme 1

图4 方案二分配后的饱和度Fig.4 Saturation of allocation in scheme 2

同理，按照软件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 交通组织优化方案比选

由评价指标公式(3)和公式(4)可得区域平均饱和度和平均速度加权值，方案一为：V/C=0.326 6，V=31.601 km/h；方案二为：V/C=0.299 4 ，V=34.726 km/h。

从饱和度来说，由于翠苑路站点的施工，丰和中大道和翠苑路车流量减少，南斯友好路转入丰和大道的车辆要从南斯友好路经红谷大道绕行，导致红谷大道的饱和度变化较大。由于施工站点交叉口四路段禁止左转，公交车辆要经红谷大道、丽景路、丰和大道绕行，导致丽景路饱和度增加。

从区域平均速度来说，方案二的区域平均速度比方案一高,有比较稳定的交通流，行车自由受到限制，但车速较为满意。方案二中主体施工时，在丰和中大道中的翠苑路段留出4个车道，可方便行人非机动车通过，如果将地铁施工主体全围挡，行人和非机动车将绕过该交叉口，不利于交通。

综合总体，方案二中的道路和交叉口服务水平变化不太，同时考虑行人和非机动车的流量，总体上能维持与施工前相当的水平，交通较为顺畅，路网整体水平良好，故推荐方案二。

3.7 推荐方案交通组织优化措施

从步行系统来说，禁止机动车乱停乱放，设置固定的出租车上、下客区域；在施工区域附近设置相应的交通信号灯和指示牌，以便行人的顺利通行，在关键的位置设置警示牌和护栏等交通设施保证行人安全。同时在交通饱和度较大的路段和交叉口应该加强交通管理，以维持交通秩序缓解交通拥堵。

翠苑站一期施工交通组织线路设计：南北走向主要通过红谷大道和凤凰大道，金融大街双向绕行，东西走向主要通过丽景路和南斯友好路双向绕行，并对该交叉口的4个方向的路段设置只允许直右通车的措施，同时设置道路封闭提示标志和禁左标志。在施工路段重设车行道线和车流导向箭头，在施工区出入口设置道路施工标志和夜间警示灯。二期施工时，将翠苑路和丰和中大道都改为双向四车道来缓解交通压力。此时，交叉口的交通组织可看成是将围绕中心的围挡施工区域作为车辆绕行的环岛，由东南西北的4个进口的车辆围绕环岛进行绕行。

其中,公交线路现状如图5，施工时主要受影响的公交线路是245路，310路和221路。丰和中大道南北向是直右通行，因而经翠苑站转入丰和大道的公交线路将受到影响,故将221路和245路改为由丰和中大道，经丽景路到达红谷北大道。由于施工站点设置了禁左措施，故310路公交改为从南昌大桥进入南斯友好路，直接转入红谷南大道。红谷北大道的公交站丽景路口被移至丽景路，翠苑路的站点翠苑站将被移入原丰和大道的丽景路口站点。推荐方案取消了3个公交停靠站，迁移了2个公交停靠站，其余公交线路不调整。

图5 路网公交现状Fig.5 Transit current situation of net

4 结 语

提出了基于TransCAD的轨道交通施工交通组织的新方法，较好地解决了现有方法中交通组织范围不明确、路段分流缺乏量化依据以及评价指标体系。

提出了关于区域平均饱和度的硬性指标和区域平均车速等主要指标，将路段流量更好地实施量化，更清楚地了解道路实际运行情况。

选取江西南昌地铁站点施工期间交通组织的案例，运用基于TransCAD的交通组织方案优化的方法，验证了该方法的有效性和可行性。

[1] 李游.基于OD分布的施工期间交通组织研究[D].重庆:重庆交通大学,2012. LI You.AResearchontheTrafficAssignmentDuringConstructionPeriodwithODMatrix[D].Chongqing: Chongqing Jiaotong University,2012.

[2] 王仲.北京市交通组织优化与管理评价体系研究[D].北京:北京工业大学,2000. WANG Zhong. Evaluation for urban traffic organization & management in Beijing[D].Beijing: Beijing University Of Technology, 2000.

[3] VIRGINIA P S, Richard W L. Study of speed patterns in work zones[C]∥The78thAnnualMeetingTransportationResearchBoard. Washington, D.C.,1999:34-45.

[4] SARASUA W,DAVIS W,CLARKE D,et al.EvaluationofInterstateHighwayCapacityforShort-TernWorkZoneLaneClosures[C]∥Preprints of the Transportation Research Board 83th Annual Meeting. Washington, D.C.2004.

[5] Federal Highway Administration.ManualonUniformTrafficControlDevicesforStreetsandHighways(MUTCD)[S]. Washington, D. C.:U.S. Department of Transportation,2003.

[6] 翟忠民.道路交通组织优化[M].北京:人民交通出版社,2004:30-31. ZHAI Zongmin.RoadTrafficOrganizationOpitimization[M]. Beijing: China Communications Press ,2004:30-31.

[7] 董卫斌.西安市南部区域交通组织规划研究[D].西安:长安大学,2013. DONG Weibin.ResearchontheTrafficOrganizationandPlanningintheSouthernRegionofXi’an[D].Xi’an:Chang’an University,2013.

[8] 王燕.地铁施工期间道路交通组织与管理方法探讨[J].交通标准化,2007(8):23-25. WANG Yan. Traffic organization and management during subway construction[J].CommunicationsStandardization, 2007(8):23-25.[9] 张国力,马云东.地铁施工期间交通组织与管理方法研究[J]. 计算机光盘软件与应用,2012(15):84-85. ZHANG Guoli, MA Yundong. Research on the traffic organization & management during the track construction[J].ComputerCDSoftwareandApplication, 2012(15):84-85.[10] 邵春福,谷远利.交通规划[M].北京:北京交通大学出版社,2012:14-16. SHAO Chunfu,GU Yuanli.TransportationPlanning[M].Beijing:Beijing Jiaotong University Press,2012:14-16.

[11] 卢佳斌.“OD反推”技术在城市交通需求预测中的应用研究[D].广州:华南理工大学,2011. LU Jiabin. "ODMatrixEstimation"TechnologyinUrbanTrafficDemandForecastPredictionResearch[D].Guangzhou: South China University of Technology,2011.

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

重庆市教委自然科学基金项目(kj130410)；重庆交通大学研究生教育创新基金项目(20140107)

宋永朝(1975—)，男，河南双峰人，副教授，博士，主要从事道路与交通工程方面的研究。E-mail:songyc69@163.com。

郑凯俐(1992—)，女，江西上饶人，硕士研究生，主要从事交通安全与环境工程方面的研究。E-mail:1194979983@qq.com。

U491.1

A

1674-0696(2016)04-100-06