基于AHP法的地铁施工区域周围交通仿真及组织

胡毅枫，马晓旦，夏晓梅

（上海理工大学 管理学院，上海 200093）

0 引言

目前，我国进入地铁建设高速发展时期，截至2020 年5 月，中国符合地铁建设标准的城市共计76座，获批建设地铁城市44 座，在建地铁路线超过100条。一些城市多条地铁线路同时开建，由于地铁线路大多与城市主干道复线，地铁建设让城市主干道原有标志标线失效，通行能力迅速降低，同时也产生了诸多安全隐患[1]。在建设期间，大部分道路车道减少，尤其是非机动车道，存在过窄、视距不足的问题，同时也引发了诸多恶性交通事故。因此，在地铁施工区域周边对施工车辆和普通车辆合理分流、隔离，对于提高通行能力和出行安全至关重要。

有文献提到地铁车站施工安全管理和管理人员对危险源的识别有疏漏[2]，即未能有效识别施工区域内潜在危险源且没有采取合理的警示、预防、处理措施；也有文献探讨人和环境的匹配关系[3]，提出需要通过环境的不同改造方式，采取相应不同的环境管理模式，通过人对环境的合理改造方法，选取不同重要程度的安全变量并进行合理安全配置。

王晓颖，等指出施工区域内的安全风险随着对经济效益的关注提高而增大[4]，以此对施工区域提出合理的经济均衡策略可以有效提高安全性；李先波，等也强调了危险的突发性[5]，在施工现场需要用提前的思维和策略来预防安全事故的发生。

本文寻找地铁施工区域内影响居民出行的重要安全因素，建立评价体系并进行仿真，通过延误指标展示区域交通组织优化结果。

1 施工区域概况

本文选取江苏省常州市地铁二号线五角场站的施工区域（如图1），施工场地封闭，主要车辆为运送土方车辆，具有典型性。施工区域内共有三个交叉口，即丽华北路-关河东路交叉口、施工改建交叉口和施工新建交叉口。丽华北路-关河东路交叉口在施工开始前作为区域内唯一出入口，承担全部流量，施工开始后新增两个交叉口。为保证交通组织前后流量不发生变化，将丽华北路-关河东路交叉口、施工改建交叉口作为整体研究对象。

图1 施工区域俯视图

丽华北路-关河东路交叉口作为施工前小区出入口，承担大型车辆的大部分出入需求。地铁施工大型车辆有固定的工作时间表，但存在时间表与居民通勤需求相重合的现象。早高峰阶段，区域内居民非机动车辆通勤需求高，非机动车道宽度不足，加上较短的有效绿灯时间和不合理的非机动车直行等待区设计，极大地增加了非机动车驶出交叉口的危险。

施工改建交叉口在改造后，通行能力大大降低，因此同样的流量下，该交叉口需要承担更多的交通压力，改造后标志标线的缺失导致车辆混行严重，常发生轻微交通事故，安全隐患大。

施工新建交叉口尽管已经可以承担交通压力，但是并没有实际上的流量输入输出，而且由于远离城市主干道，被出行者认为是费用较高的出行道路。

1.1 信号相位

交叉口的信号相位为各进出口的车辆提供不同的通行规则，该施工区域内的交通产生量不大，出口的相应相位内的通过率不高。区域内有丽华北路-关河东路交叉口信号灯，其信号周期C 为138s，共设置四相位，如图2所示。

1.2 交通流量

本文中，进出施工区域的大型车辆均为工程车辆，不包括城市公共交通车辆。

在经过一段时间的观察后，结合施工车辆时刻表，选择工作日的7点、19点作为观测时间，分别观测道路小时流量并测量丽华北路-关河东路的机动车违法行为数量。在统计中，由于交叉口进口道只有一个非机动车道和机动车道，因此车辆流入只统计车辆数量。施工改建交叉口未设置车道，故只测量流量，见表1。

图2 区域内交叉口信号配时图

表1 观测时间内交通流量（veh）

经过统计可以发现，在工作日，通勤流量占到了总流量的大多数。流量呈现出两个极端：一方面在早高峰，通勤车辆流量大，但是交叉口通行能力不足，在有效绿灯时间的约束下，左转车辆存在抢灯现象；另一方面在晚间时刻，大型车辆从丽华北路-关河东路交叉口涌入施工区域。在时间上，呈现出相对对称的特点。因此，决定选择早高峰通勤时段（7:00-8:00）作为交通组织方案制定的时间段。

1.3 危险源识别

危险源表现为环境中可能对人的生命财产造成损失或者对于环境造成严重破坏的相关危险因素和有害因素的组合。而地铁施工的安全管理，很重要的一项就包括对于地铁施工区域周围改建道路和占用道路情况的管理[6]。

将危险源分为两类，一类是事物本身具有一定量的能量，并在某些情况下被意外释放出来；另一类是参与者为了驱动设备、提供动力，但是约束能量设备的装置被意外破坏，包括物的故障、人的失误和环境因素三大诱因。

在识别危险源之后，就急需对危险源进行管理、消除和预防再次发生[7]，以防止潜在的危险源对人造成二次伤害。见表2。

表2 区域内危险源识别

2 基于层次分析法的因素分析

2.1 层次分析法

层次分析法（Analytic Hierarchy Process）是美国运筹学教授Satty提出的一种通过定性和定量结合的多目标决策评价方法。利用层次分析法解决复杂问题时，需要对目标问题进行分解和划分。

通常情况下，将系统分为目标层、准则层和指标层三层，接着构造判断矩阵，然后根据各层次以及各指标之间的两两比较进行权重排序，并进行一致性检验，评估指标的可信情况。

2.2 施工区域内综合评价体系建立

区域内综合评价体系主要由道路因素、视线因素、经济因素三个准则层构成，指标层因素由问卷调查得到，涵盖了区域内出行的各项要求，如图3所示。

图3 施工区域内综合评价体系

2.3 确定判断矩阵

利用常用的1-9标度法建立判断矩阵，见表3。

表3 1-9值法标度

层次分析法结果见表4。

表4 层次分析法结果

2.4 权重分析和一致性检验

将判断矩阵中的参数汇总计算，可以得到权重矩阵和相关的一致性检验参数

结果显示，道路因素占主要地位，大车率、减速要求、平均减速次数是最重要的安全要素。对此得到可以通过车道的改变、车道的使用权和专用道路标志标线规范大车进出行为，降低大车速度的初步判断。

3 改建措施与方法

基于层次分析法获得的几个重要安全要素，结合现有管理方法，针对该地铁施工场地，给出信号配时、道路等待区、标志标线、分流等方面的改建措施及方法如下：

（1）丽华北路-关河东路交叉口实行分时段潮汐管理，大型车辆在7：00-8:00及19:00-20:00不被允许在该路口驶出施工区域，一律从施工改建交叉口驶出，以避免与通勤车辆发生冲突。其余时刻，需要在该路口左转大型车辆一律从施工改建交叉口驶出，剩余车辆从该路口驶出。

（2）施工改建交叉口安装凸镜并划分道路标线；加设专用放行相位；全路段禁止大型车辆停放；全路段限速20km/h。

（3）丽华北路-关河东路交叉口加设非机动车直行等待区，左转相位开始时直行非机动车进入直行等待区；右转车服从直行相位；增加东西方向左转相位绿灯时长5s。

（4）启用新建交叉口交通功能，允许车辆停放，缓解区域内停车压力。

4 VISSIM评价

4.1 VISSIM路网建立

使用VISSIM对路网进行分析可以使宏观交通微观化，获得量化的数据，以便更好地展示改进成果[8-9]，如图4所示。

图4 VISSIM中路网中心线

4.2 评价指标选定

本文中选取的主要参数均参考路网数据和实测数据。丽华北路-关河东路道路数据见表5。

表5 丽华北路-关河东路道路数据

施工改建交叉口道路数据见表6、图5、图6。

表6 施工改建交叉口道路数据

4.3 延误数据

由于大型车辆占比较高，普通车辆在路口通过情况差，需要对普通车辆的右转通行提供优先，也要考虑到大型车辆在转弯时受非机动车影响和自身转弯内轮差的影响[10-11]。在默认情况下对丽华北路-关河东路交叉口进行延误测量，结果见表7。

图5 混合车流的车辆构成

图6 非混合车流的车辆构成

表7 丽华北路-关河东路交叉口驶出平均通过延误（s）

4.4 评价结果

在路网中输入测得的交通流数据，重新进行仿真，获得新交通组织下的延误数据，见表8。

表8 丽华北路-关河东路交叉口改进后平均通过延误（s）

5 结语

基于层次分析法的结果，将施工区域路网结构绘制在微观交通仿真软件VISSIM中。通过调整道路宽度、信号灯相位设计、通行规则等层次分析法中各重要参数，在典型施工区域设计出一个简单的解决方案，并对方案的安全性指标进行分析和评价，找到地铁施工区域周围重要的危险源及其管理盲点。

在地铁施工区域，对交通安全影响较大的因素为道路因素，其中丽华北路关河东路交叉口的大车率是影响居民出行安全的最主要因素。

通过对地铁施工区域的综合改建，目标区域能够在一定程度上缓解大型车辆对于施工区域周围小区的通勤安全问题，减少出行时间。分析仿真结果可以发现延误平均降低了12.2个百分点。

大型车辆是地铁施工区域中不能客观减少的交通实体，通过对大型车辆进出路线分时段规划，可以得到分流、分段、分层次的路线。针对地铁施工区域土方车辆较多的特点，本文提出的评价体系有一定的推广前景，但在大型车辆的车体分类和当量交通量的测定上，还需要进一步的研究，以便得到更为精确的车辆安排及规划。