地铁施工对交通导改最优化研究

周 培 丘雯敏 邱乐烩 林毅强 林炜鸿 张春丽

(福建农林大学 金山学院 福建福州 350000)

0 引言

城市轨道交通建设过程中常进行围挡，伴随管道铺设、路面维护与拓宽、地铁建设等各类建造活动，而形成道路施工区。在城市道路设有施工区时，路段交通延误将显著增大。其中，施工区长度、路段大小车比例和车道关闭情况等因素都会对该路段交通造成一定影响，使得通行能力出现明显折减[1]。

通过对福州市地铁施工路段进行实地调研和仿真研究，分析施工区交通特性与占道施工对道路通行能力的影响，为城市路网中地铁施工区的设置提供参考依据与方法。

1 施工路段通行能力影响因素

(1)施工区长度的影响

施工区一般是由警告区、上游过渡区、缓冲区、作业区、下游过渡区以及终止区6个区域组成。封闭车道后的道路线形和顺畅程度发生了改变，同时车道数的减少导致了车辆侧向净空的降低，进一步限制车辆行驶速度。施工区设置的交通标志、标线，更是强制驾驶员改变车辆原有的驾驶状态，从而影响路段通行能力。因此，在车道关闭的施工路段上，交通环境、有效车道数和驾驶条件都会发生变化,而施工区长度将直接决定其影响范围[2]。

(2)部分车道关闭的影响

因施工围挡，部分车道关闭，引起车辆行驶延误，从而降低路段通行能力。关闭车道数越多，产生的交通影响越显著。因关闭外侧和内侧车道的选择不同，对通行能力影响也大为不同。封闭道路内侧车道将直接干扰路段整体交通运行，导致通行能力产生明显折减,而关闭最外侧车道对交通流运行的干扰相对较小，对通行能力产生的折减也会有所降低。

(3)施工区距交叉口距离的影响

地铁施工区往往临近交叉口或在交叉口内部，因此路段交通流将产生较严重影响[3]。施工区设置使交叉口交通流流线发生偏移，明显缩减了进口道车流可通行空间，严重降低了车辆运行的平均速度。若施工区与交叉口之间的距离过短，交叉口附近的交通流线发生扭曲，也将导致通行能力明显折减。

(4)大型车比例的影响

施工区围挡使得一部分通行车辆产生换道行为。其中，大型车机动性最差，较大的车身导致了其换道能力较弱。由于大型车的换道性能差，施工路段的道路通行能力将根据其所占比例造成相应的折减。

2 道路施工对通行能力的影响分析

以福州市杨桥西路地铁施工区(图1)为研究对象进行实地调查，通过VISSIM仿真建立模型进行对比试验，对道路施工区影响路段通行能力进行研究与分析。

图1 杨桥西路地铁施工区

2.1 施工区长度对路段通行能力的影响

路段车辆排队长度往往随着施工区长度增加而增加。施工区长度越长，越容易导致后方车流的混乱。根据实际施工区交通环境进行仿真，设定一组不同数值的输入流量作为进入施工区路段的交通流量[4]。仿真运行后得到施工区路段的通行能力，其数值如表1所示。

表1 施工区通行能力

由表1可知，当进入施工路段的交通量大于1300pcu/h时，施工区通行能力不再随进入车辆数的增加而大幅变动。为进行施工区长度影响分析，这里将设定交通量为1245pcu/h，以改变施工区中围挡路段长度，研究其对通行能力的影响。其中围挡路段包括上游过渡区、缓冲区、工作区和下游过渡区。

表2 施工区长度变化对通行能力的影响

图2 施工区长度对平均延误的影响

由表2及图2可知，施工区路段平均延误随其长度的增加而缓慢增大，道路通行能力随之减小，且其降低趋势缓慢缩短。

2.2 关闭车道数对通行能力的影响

由于道路围挡的要求不同，车道关闭的形式也不尽相同,而关闭车道数是影响通行能力的重要因素[5]。实际路段道路围挡情况图如图3所示，拟在上述试验基础上，针对封闭车道数及封闭车道序列进行研究分析。

图3 杨桥西路地铁施工区现状

现通过仿真设定不同试验组，改变路段车道封闭情况，得出路段的平均延误并进行对比，其结果如表3～表5所示。

表3 单条车道封闭的路段平均延误

表4 两条车道封闭的路段平均延误

表5 三条车道封闭的路段平均延误

综合试验结果，可得施工区封闭不同车道数时路段的行程时间，其结果如表6所示。

表6 施工区路段行程时间对比

显然，随着封闭车道数的增加，整个路段的行程时间大幅增加。封闭一条车道时，封闭道路中央的车道使得路段平均延误显著增加；封闭两条车道所产生的延误相当；封闭三条车道情况下，封闭外侧车道相对能保证更好的通行效率。

2.3 施工区与交叉口之间的距离对通行能力的影响

施工区与交叉口之间的距离是司机进行判断的缓冲带。缓冲带越长，通过的交通量越大[6]。现通过仿真设定不同试验组，改变施工区与交叉口之间的距离，得出交叉口的通行能力、平均延误并进行对比。其结果如表7、图4所示。

表7 施工区影响下的交叉口通行能力

图4 施工区与交叉口距离对平均延误的影响

结合通行能力与平均延误结果可知，当15

因此，当进行施工区围挡选址时，应尽可能设置其距交叉口距离超过240 m，使之降低对通行能力的影响。

2.4 大型车占比对通行能力的影响

车辆由警告区进入作业区后，将发生换道行为。且因大型车速度较慢、占用道路面积较大，大型车对施工区路段道路通行能力的影响更加显著[7]。根据实际施工区交通环境进行仿真，分别设定大型车占比为 0% 、2%、10% 、20% 、30%进行试验[8]，可得施工区路段的通行能力情况如表8所示。

表8 大型车占比对通行能力的影响

随着大型车比例增加，施工路段交通延误也随之增加。当大型车比例达到30% 时，通行能力折减系数达到0.848，其影响显著。因此，在施工路段对部分大型车采取限行措施，有利于提高通行能力，如图5所示。

2.5 信号周期优化

为更好地进行信号周期优化，减少延误，采用爬山法思想对信号周期进行修正[9]，爬山法是指在原信号配时的基础上，以一个确定的变化单位不断增减调整信号周期时长，直至获得最优解。

图5 大型车占比对通行能力的影响

表9 信号周期变化对通行能力的影响

图6 周期时长对平均延误的影响

由图6和表9可知，当交叉口信号周期时长介于100s～130s之间时，交通延误随周期时长的增大而减小；当周期时长超过130s，交通延误随之增大，且延误数值有着明显的增长。因此，可以考虑将此施工区域交叉口周期时长大致设置130s，以期得到较好的道路通行情况。

3 结语

通过对福州市杨桥西路地铁施工区进行仿真试验，分析了施工区长度、关闭车道数、施工区距交叉口距离、大型车占比等通行能力影响因素，提出最优信号周期实现交叉口优化，为提升地铁围挡施工路段通行能力、降低交通延误提供参考方法：

(1)施工区交通延误随其长度的增加而缓慢增大。在满足施工作业与车辆通视需求基础上，应尽可能缩短过渡段长度。

(2)施工区交通延误随封闭车道数的增加而大幅增大，同等情况下，封闭外侧车道相对能保证更好的通行效率。

(3)施工区距交叉口距离增大，平均延误逐渐减小，通行能力递增且逐渐趋于平稳。因此，当进行施工区围挡选址时，应尽可能设置其距下游交叉口距离超过240 m，使之降低对通行能力的影响。

(4)施工路段交通延误随大型车占比的增加呈指数型上升。建议在施工路段对部分大型车采取限行措施，以提高路段通行能力。