吳俊荻 朱華軍 陳大紅 聶智超

（1.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢430063；2.湖北省宜昌至巴東高速公路建設(shè)指揮部 湖北 宜昌443700；3.濟(jì)寧市規(guī)劃設(shè)計研究院 山東 濟(jì)寧272000）

0 引 言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進(jìn)，道路施工對城市交通的影響日漸增大。由于道路施工需要占用車道，干擾正常交通秩序，不僅降低了所在道路通行能力，同時，對附近道路、甚至整個路網(wǎng)的容量造成了不可忽視的影響［1］。一方面是施工車道車輛匯入非施工車道，這使非施工車道上交通量明顯增多，車速降低，車流出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象。當(dāng)?shù)缆吠ㄐ熊囕v數(shù)小于施工作業(yè)區(qū)通行能力時，在錐形區(qū)上游會形成一段車流真空；反之，則可能從錐形區(qū)上游開始行車排隊。另一方面是非施工車道車輛優(yōu)先行駛，車道合流車輛在匯入非施工車道的過程中，要與原來在非施工車道上行駛的車輛爭奪行駛空間。據(jù)觀測，二者在爭奪時機(jī)會不均等，只有非施工車道出現(xiàn)足夠大的空隙時，施工車道上的車輛才能匯入；否則，施工車道上的車輛只有等待下一個空隙。

而道路施工對城市廣義路網(wǎng)容量的影響主要包括2個方面：一方面，施工區(qū)對車道的占用，使道路總的使用面積有所減少，同時，使非施工道路由于承擔(dān)施工道路車輛的分流壓力，使其他非施工道路的有效運營面積同樣有所減少；另一方面，施工區(qū)車輛的合流，極易產(chǎn)生排隊延誤，從而降低了路網(wǎng)的有效運營時間。影響因素包括：施工區(qū)面積、施工區(qū)長度、施工道路等級、封閉車道數(shù)等。

本文在既有路網(wǎng)容量研究的基礎(chǔ)上，基于“時空消耗法”，從施工區(qū)對路網(wǎng)容量的影響特征入手，對城市廣義路網(wǎng)容量的計算方法進(jìn)行修正，從而更為準(zhǔn)確的確定城市在有大量道路施工情況下的廣義路網(wǎng)容量。

1 路網(wǎng)容量研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

路網(wǎng)容量研究中具有代表性的國家是美國、日本和法國［2－3］。我國對于該問題的研究始于20世紀(jì)80年代。當(dāng)前對路網(wǎng)容量的研究主要方法有3種：線性規(guī)劃法、交通分配模擬法和時空消耗法。

線性規(guī)劃法的目標(biāo)是計算在路段容量限制條件下，路網(wǎng)的最大流量。線性規(guī)劃法最突出的特點［5］是：①對于路徑選擇的處理，可以用數(shù)學(xué)公式表達(dá)，但是由于這種行為的隨機(jī)、復(fù)雜性，這些以一段時間內(nèi)采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于研究者本身因素提出的公式，其計算結(jié)果具有很強(qiáng)的研究者傾向，與交通個體實際的路徑選擇傾向還有一定的差距；②模型是非凸規(guī)劃模型，無法從數(shù)學(xué)上確定出精確解，只能靠一些方法去近似，而這些方法本身也存在很多問題，因此導(dǎo)致這種方法可用性較差。

Hai Yang［6］等研究了交通分配模擬法，基本原理是將OD交通量采用平衡分配法（incremen－tal assign ment，IA）逐步分配到路網(wǎng)上，每次分配都是以前次分配為基礎(chǔ)（即將該次分配量加上去），當(dāng)有弧達(dá)到飽和時，就將其刪除，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)被分割成2部分時，所對應(yīng)的分割線即為最小割集，此時的累加流量即為路網(wǎng)容量。本算法是1種將交通分配和圖論結(jié)合起來的算法，所以具有2種算法的優(yōu)點和缺點。而該模型的問題在于：①由于交通個體路徑選擇行為是1種隨機(jī)行為，所以IA分配結(jié)果很難與實際交通形成的OD分布相同，這樣模型就失去了正確的根基；②該模型沒有考慮對迂回路線的限制，因而會由于包含了不合理迂回而過大估計容量。鑒于此，應(yīng)從上述兩方面對該模型進(jìn)行改進(jìn)，使該模型更趨于完善合理。

1.2 時空消耗法的優(yōu)點及適用性

時空消耗法從概念上講很清晰，形式簡單，而且與經(jīng)典的道路通行能力也是一致的［4］。該理論由法國的路易斯·馬尚［7］提出。國內(nèi)的楊濤［8］教授深化了該概念，提出以路網(wǎng)有效運營面積和有效運營時間的乘積與交通個體的時空消耗相除的基本計算公式，并根據(jù)城市路網(wǎng)等級級配、路線使用頻率、交叉口延誤、居民出行特征等因素對公式進(jìn)行了修正。

時空消耗法的特點是各種參數(shù)的取值，是影響模型準(zhǔn)確性和實用性的關(guān)鍵因素。采用時空消耗法，可以從宏觀角度定量的判斷整體路網(wǎng)的容量和服務(wù)水平。較其他方法簡明，實用性強(qiáng)。

本文考慮了施工區(qū)域的施工期一般為1～3年，在此期間將對城市路網(wǎng)容量產(chǎn)生較為長期的影響，因此，時空消耗法適用于從定量的角度判斷道路施工對路網(wǎng)廣義容量產(chǎn)生的影響。

2 考慮施工區(qū)域影響路網(wǎng)容量的修正

2.1 對路網(wǎng)有效運營面積的修正

1）道路總凈面積的減小。在道路施工占用部分車道的情況下，現(xiàn)有道路面積S凈為

式中：S總為原有道路總面積，S施為施工區(qū)占用道路面積；l施為施工區(qū)i的長度；di為施工區(qū)i的車道寬度；mi為施工區(qū)i占用的車道數(shù)。

2）非施工車道有效運營面積的折減。受施工車道合流車輛的影響，施工區(qū)域非施工車道的通行能力將比非施工區(qū)域的正常車道有所降低。以正常車道的有效運營面積為標(biāo)準(zhǔn)面積，非施工車道按通行能力之比，折算為正常車道面積，并考慮2類道路的比重，轉(zhuǎn)化為綜合折減系數(shù)R10。

式中：N施／N非為施工區(qū)域車道通行能力的折減系數(shù)；g施、g非為施工區(qū)域非施工車道面積、非施工區(qū)域正常車道面積所占比重。

既有研究［1］結(jié)果表明，封閉單位車道對通行能力的折減百分比約為3%。則對于施工區(qū)域i的車道通行能力折減系數(shù)為，N施i／N非i＝1－3%mi。

對于不同施工區(qū)域來說，所占道路的等級不同，對通行能力的影響大小也有差異，主要影響因素是車道寬度。當(dāng)車道寬度小于3.65 m時對通行能力的影響系數(shù)見表1［9］，當(dāng)車道大于3.65 m時對通行能力的影響系數(shù)始終為1。

表1 車道寬度影響系數(shù)Tab.1 Lane width coefficient to capacity

對于整體路網(wǎng)來說，車道通行能力折減系數(shù)為

式中：n為路網(wǎng)中施工區(qū)域的數(shù)量；Rdi為車道寬度影響系數(shù)。

而施工區(qū)域非施工車道面積所占比重g施和非施工區(qū)域正常車道面積所占比重g非計算公式如下。

式中：S′施為施工區(qū)域非施工車道的總面積，Mi為施工區(qū)i所在道路的原有車道數(shù)。

2.2 對路網(wǎng)有效運營時間的修正

施工區(qū)對路網(wǎng)有效運營時間的影響與交叉口的影響相似，主要取決于施工區(qū)的幾何條件、交通狀況和管理水平，采用綜合折減系數(shù)R11來反映，一般取值范圍為0.6～0.9［10］。

3 道路施工影響下路網(wǎng)容量的計算

目前的廣義容量計算已考慮了道路等級、車型、交叉口折減、道路使用頻率等因素的修正?？紤]施工區(qū)對路網(wǎng)有效運營面積、有效運營時間的修正后，計算公式為

式中：A有效＝S凈R1R2R3R4R9R10；T有效＝TR5R11；Ci車＝βts R6R7R8。

C廣義為高峰小時路網(wǎng)廣義容量，pcu；A有效為路網(wǎng)有效運營面積，m2；T有效為路網(wǎng)有效運營時間，h；Ci車為單個交通個體（pcu）高峰小時時空消耗，m2·h／pcu；T 為高等小時，取1 h；β為交通個體動態(tài)面積，m2，β＝w×l（w為車輛行駛時所需的橫向安全寬度，計算時可近似取1個車道的寬度，m；l為車輛行駛時的最小車頭間距，l＝l′＋v2／254（φ±i）＋v／3.6·t0＋l0；l′為車身長度，根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)小汽車長度取5 m；v為車速，k m／h，可依據(jù)各級路網(wǎng)的行車速度取加權(quán)平均值；φ為汽車輪胎和路面的縱向摩阻系數(shù)，根據(jù)區(qū)域路面的總體情況進(jìn)行選取，一般?。害眨?.29～0.44；i為道路縱坡，%，上坡?。?，下坡?。?，可根據(jù)城市的總體情況進(jìn)行選?。籺為單個交通個體1次出行時間，h，根據(jù)交通出行調(diào)查可確定；s為單個交通個體日平均出行次數(shù)，根據(jù)交通出行調(diào)查可確定。

式中各修正系數(shù)的含義如下。

R1為等級修正系數(shù)，以主干道為標(biāo)準(zhǔn)，其他等級道路進(jìn)行相應(yīng)折減，通常取0.75～0.80；

R2為車道修正系數(shù)，與重型車所占的比例有關(guān)，一般取0.90～0.95；

R3為路線平均使用頻率系數(shù)，根據(jù)出行者對路線的熟悉程度和行車時的選擇偏向以及路線所處區(qū)域等因素，一般取0.7～0.8；

R4為干擾因素，主要考慮路旁停車等因素（如公交車站等），R4＝1－受干擾路段長度（k m）／各路段總長度（k m），一般取0.7～0.85；

R5為交叉口綜合折減系數(shù)，主要考慮交叉口的幾何條件、交通狀況、和管理水平，一般取0.6～0.9；

R6為高峰小時出行比重，根據(jù)交通調(diào)查可確定；

R7為高峰小時不均勻系數(shù)，根據(jù)交通調(diào)查可確定；

R8為車型修正系數(shù)，一般與大型車所占的比例有關(guān)；

R9為空間不均衡系數(shù)，與城市用地聚散程度有關(guān)，依據(jù)城市形態(tài)類型取值；

R10為道路施工面積修正系數(shù)；

R11為道路施工時間修正系數(shù)。

4 武漢市主城區(qū)實例

通過查閱武漢市交通年度報告［11］等資料和交通調(diào)查，武漢市主城區(qū)路網(wǎng)道路各等級道路面積、施工等情況見表2。

表2 武漢市主城區(qū)各等級道路面積、施工區(qū)情況Tab.2 Areas of r oads and construction zones in Wuhan city 萬 m2

針對城市交通的特點取小汽車為標(biāo)準(zhǔn)車，對參數(shù)進(jìn)行計算可得β＝w×l＝55 m2；根據(jù)路網(wǎng)等級情況，計算得R1＝0.8；由于武漢市主城區(qū)城市形態(tài)屬于塊狀多組團(tuán)型，R9取0.75；根據(jù)施工區(qū)域所占車道面積情況，計算得R10＝0.96；通過對若干施工路段的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)施工區(qū)合流處幾何條件較差，延誤嚴(yán)重，綜合分析R11取0.75；參照武漢市2008年主城區(qū)綜合交通大調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并結(jié)合武漢市交通的運行特點，其他參數(shù)的取值如下：R2＝0.95、R3＝0.80、R4＝0.85、R5＝0.8、R6＝13.5%、R7＝1.1、R8＝0.9、t＝0.55 h、s＝3.25。

計算結(jié)果顯示，在目前的道路施工影響下武漢市主城區(qū)路網(wǎng)容量為38.9萬pcu，比道路施工前路網(wǎng)容量降低了28.9%。分析發(fā)現(xiàn)，道路施工占用車道僅使道路面積減少了1.2%，說明道路施工對路網(wǎng)容量的影響不可忽視。

5 結(jié)束語

大規(guī)模的交通建設(shè)施工給城市交通帶來了一定的壓力，如何準(zhǔn)確評價道路施工區(qū)域?qū)β肪W(wǎng)容量的影響程度成為了亟待解決的問題。本文以廣義時空消耗理論為基礎(chǔ)，通過分析施工區(qū)交通運行特征，確定了道路施工對城市宏觀路網(wǎng)容量的影響系數(shù)。在對武漢市路網(wǎng)容量的對比分析中發(fā)現(xiàn)，道路施工給城市交通帶來的影響不僅在于其對道路面積的占用，更多的是干擾了交通流正常、有序的運行，從而導(dǎo)致路網(wǎng)有效運營面積和有效運營時間大大減少，最終大幅度降低了路網(wǎng)的容量。在交通管理的過程中，應(yīng)及時采取有效措施，緩解交通建設(shè)施工給路網(wǎng)容量帶來的問題。

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