地鐵施工對交通導改最優化研究

周 培 丘雯敏 邱樂燴 林毅強 林煒鴻 張春麗

(福建農林大學 金山學院 福建福州 350000)

0 引言

城市軌道交通建設過程中常進行圍擋，伴隨管道鋪設、路面維護與拓寬、地鐵建設等各類建造活動，而形成道路施工區。在城市道路設有施工區時，路段交通延誤將顯著增大。其中，施工區長度、路段大小車比例和車道關閉情況等因素都會對該路段交通造成一定影響，使得通行能力出現明顯折減[1]。

通過對福州市地鐵施工路段進行實地調研和仿真研究，分析施工區交通特性與占道施工對道路通行能力的影響，為城市路網中地鐵施工區的設置提供參考依據與方法。

1 施工路段通行能力影響因素

(1)施工區長度的影響

施工區一般是由警告區、上游過渡區、緩沖區、作業區、下游過渡區以及終止區6個區域組成。封閉車道后的道路線形和順暢程度發生了改變，同時車道數的減少導致了車輛側向凈空的降低，進一步限制車輛行駛速度。施工區設置的交通標志、標線，更是強制駕駛員改變車輛原有的駕駛狀態，從而影響路段通行能力。因此，在車道關閉的施工路段上，交通環境、有效車道數和駕駛條件都會發生變化,而施工區長度將直接決定其影響范圍[2]。

(2)部分車道關閉的影響

因施工圍擋，部分車道關閉，引起車輛行駛延誤，從而降低路段通行能力。關閉車道數越多，產生的交通影響越顯著。因關閉外側和內側車道的選擇不同，對通行能力影響也大為不同。封閉道路內側車道將直接干擾路段整體交通運行，導致通行能力產生明顯折減,而關閉最外側車道對交通流運行的干擾相對較小，對通行能力產生的折減也會有所降低。

(3)施工區距交叉口距離的影響

地鐵施工區往往臨近交叉口或在交叉口內部，因此路段交通流將產生較嚴重影響[3]。施工區設置使交叉口交通流流線發生偏移，明顯縮減了進口道車流可通行空間，嚴重降低了車輛運行的平均速度。若施工區與交叉口之間的距離過短，交叉口附近的交通流線發生扭曲，也將導致通行能力明顯折減。

(4)大型車比例的影響

施工區圍擋使得一部分通行車輛產生換道行為。其中，大型車機動性最差，較大的車身導致了其換道能力較弱。由于大型車的換道性能差，施工路段的道路通行能力將根據其所占比例造成相應的折減。

2 道路施工對通行能力的影響分析

以福州市楊橋西路地鐵施工區(圖1)為研究對象進行實地調查，通過VISSIM仿真建立模型進行對比試驗，對道路施工區影響路段通行能力進行研究與分析。

圖1 楊橋西路地鐵施工區

2.1 施工區長度對路段通行能力的影響

路段車輛排隊長度往往隨著施工區長度增加而增加。施工區長度越長，越容易導致后方車流的混亂。根據實際施工區交通環境進行仿真，設定一組不同數值的輸入流量作為進入施工區路段的交通流量[4]。仿真運行后得到施工區路段的通行能力，其數值如表1所示。

表1 施工區通行能力

由表1可知，當進入施工路段的交通量大于1300pcu/h時，施工區通行能力不再隨進入車輛數的增加而大幅變動。為進行施工區長度影響分析，這里將設定交通量為1245pcu/h，以改變施工區中圍擋路段長度，研究其對通行能力的影響。其中圍擋路段包括上游過渡區、緩沖區、工作區和下游過渡區。

表2 施工區長度變化對通行能力的影響

圖2 施工區長度對平均延誤的影響

由表2及圖2可知，施工區路段平均延誤隨其長度的增加而緩慢增大，道路通行能力隨之減小，且其降低趨勢緩慢縮短。

2.2 關閉車道數對通行能力的影響

由于道路圍擋的要求不同，車道關閉的形式也不盡相同,而關閉車道數是影響通行能力的重要因素[5]。實際路段道路圍擋情況圖如圖3所示，擬在上述試驗基礎上，針對封閉車道數及封閉車道序列進行研究分析。

圖3 楊橋西路地鐵施工區現狀

現通過仿真設定不同試驗組，改變路段車道封閉情況，得出路段的平均延誤并進行對比，其結果如表3～表5所示。

表3 單條車道封閉的路段平均延誤

表4 兩條車道封閉的路段平均延誤

表5 三條車道封閉的路段平均延誤

綜合試驗結果，可得施工區封閉不同車道數時路段的行程時間，其結果如表6所示。

表6 施工區路段行程時間對比

顯然，隨著封閉車道數的增加，整個路段的行程時間大幅增加。封閉一條車道時，封閉道路中央的車道使得路段平均延誤顯著增加；封閉兩條車道所產生的延誤相當；封閉三條車道情況下，封閉外側車道相對能保證更好的通行效率。

2.3 施工區與交叉口之間的距離對通行能力的影響

施工區與交叉口之間的距離是司機進行判斷的緩沖帶。緩沖帶越長，通過的交通量越大[6]。現通過仿真設定不同試驗組，改變施工區與交叉口之間的距離，得出交叉口的通行能力、平均延誤并進行對比。其結果如表7、圖4所示。

表7 施工區影響下的交叉口通行能力

圖4 施工區與交叉口距離對平均延誤的影響

結合通行能力與平均延誤結果可知，當15

因此，當進行施工區圍擋選址時，應盡可能設置其距交叉口距離超過240 m，使之降低對通行能力的影響。

2.4 大型車占比對通行能力的影響

車輛由警告區進入作業區后，將發生換道行為。且因大型車速度較慢、占用道路面積較大，大型車對施工區路段道路通行能力的影響更加顯著[7]。根據實際施工區交通環境進行仿真，分別設定大型車占比為 0% 、2%、10% 、20% 、30%進行試驗[8]，可得施工區路段的通行能力情況如表8所示。

表8 大型車占比對通行能力的影響

隨著大型車比例增加，施工路段交通延誤也隨之增加。當大型車比例達到30% 時，通行能力折減系數達到0.848，其影響顯著。因此，在施工路段對部分大型車采取限行措施，有利于提高通行能力，如圖5所示。

2.5 信號周期優化

為更好地進行信號周期優化，減少延誤，采用爬山法思想對信號周期進行修正[9]，爬山法是指在原信號配時的基礎上，以一個確定的變化單位不斷增減調整信號周期時長，直至獲得最優解。

圖5 大型車占比對通行能力的影響

表9 信號周期變化對通行能力的影響

圖6 周期時長對平均延誤的影響

由圖6和表9可知，當交叉口信號周期時長介于100s～130s之間時，交通延誤隨周期時長的增大而減小；當周期時長超過130s，交通延誤隨之增大，且延誤數值有著明顯的增長。因此，可以考慮將此施工區域交叉口周期時長大致設置130s，以期得到較好的道路通行情況。

3 結語

通過對福州市楊橋西路地鐵施工區進行仿真試驗，分析了施工區長度、關閉車道數、施工區距交叉口距離、大型車占比等通行能力影響因素，提出最優信號周期實現交叉口優化，為提升地鐵圍擋施工路段通行能力、降低交通延誤提供參考方法：

(1)施工區交通延誤隨其長度的增加而緩慢增大。在滿足施工作業與車輛通視需求基礎上，應盡可能縮短過渡段長度。

(2)施工區交通延誤隨封閉車道數的增加而大幅增大，同等情況下，封閉外側車道相對能保證更好的通行效率。

(3)施工區距交叉口距離增大，平均延誤逐漸減小，通行能力遞增且逐漸趨于平穩。因此，當進行施工區圍擋選址時，應盡可能設置其距下游交叉口距離超過240 m，使之降低對通行能力的影響。

(4)施工路段交通延誤隨大型車占比的增加呈指數型上升。建議在施工路段對部分大型車采取限行措施，以提高路段通行能力。