城市水环境治理工程占道施工交通疏解方案研究

樊春艳，钟 奇，申明亮，温双银

(1.武汉大学水利水电学院，武汉 430072；2.中电建水环境治理技术有限公司，广东 深圳 518102)

0 引 言

新时期中国经济进入高质量发展阶段。为推动水利事业高质量发展，首要任务是科学判断发展形势，明确发展思路。十八大以来，水利建设取得显著成绩的同时，也存在着突出问题：需加强水利、铁路、公路等基础设施网络建设，实现传统水利向现代水利的转变。在水环境治理等方面与“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时期治水方针和要求还存在一定差距。近年来城市水环境治理工程发展成为城市发展规划的新趋势。城市河流是影响环境美化的重要制约因素。城市发展中的诸多问题导致城市河流景观与生态功能受到恶劣影响，直接关系到区域内居民居住氛围和旅游业发展。为推动城市生态文明建设，恢复水生态，达到人水和谐的需求，水环境治理工程迫在眉睫[1]。

水环境治理工程问题是一个涉及土地利用、多种水体类型的流域间相互关系、多种污染类型的综合性问题，必须根据区域水环境特点和总体治理目标要求进行统筹规划。水环境治理工程占道施工一定程度上会造成城市道路通行能力下降，特别是主城区的重要道路，可能会影响到整个区域的交通，引发交通拥堵。合理的交通疏解方案能够有效缓解交通状况[2,3]。

国内外学者专家对占道施工区有相关研究，并取得一定的成果。专家们对占道施工区的研究主要集中在城市轨道交通[4,5]，隧道交通[6-10]，研究其交通流的运行情况及未来状态的预测。对城市水环境治理工程占道施工产生的影响分析不多。针对该课题，通过仿真手段[11]分析该城区在水环境工程施工干扰的交通背景下，对施工影响区域的道路进行评价[12]，提出合理的疏解方案，对类似水环境工程的交通疏解有一定的意义。

1 水环境治理工程概况

该河流为国内某市第一大河，发源于市区境内山的北麓。近年来，境内该河流干支流污染、淤积严重，景观和生态功能严重退化。干支流水质劣于地表水V类，水体黑臭，水生态环境亟待改善。该流域水环境治理工程的实施需要占用市区部分城市道路，一定程度上造成区域交通拥堵。有效疏解道路施工期间的区域交通，需要结合施工地点周围的现状交通特点，结合现状路网进行综合分析。在合理的施工期交通组织范围之内，为施工布置提出科学高效、可操作性强的交通疏解方案。

本文针对该流域水环境治理工程占道施工的疏解问题进行研究。该工程区域范围位于工程第三标段的东北侧，所包含的四条道路均为城市主干路，车流量大，交通情况复杂，因此所得的疏解分析在同类疏解问题中具有代表性。该标段的其他路口及路段的分析与该区域路网的分析方法和过程可做类似处理。

2 占道施工道路的仿真与评价

2.1 数据采集与路网建立

通过视频录像，现场调查，资料收集相结合的方式进行交通调查，获取施工路段和交叉口的相关信息，包括道路属性，道路施工数据；交通设施，交通控制，交通管理信息；路段交叉口分车型分流向车流量；模型校正数据。由于该城市中心区较典型，有关车辆特性数据采用我国主流车辆的设计参数。

考虑到调查条件的限制以及调查资料的可重复利用性，此次交通流量调查采用的方式为“视频采集-人工校核”。调查时段为早7∶30-9∶30。

路网模型对应现实世界的道路网，主要用来表现交通系统中道路的拓扑关系和几何特征，是整个仿真模型的基础。结合城市道路路网特性，将工程项目围挡施工对城市交通影响问题的交通网络图建立抽象路网拓扑图(图1)，并对道路参数进行标定，为仿真实验做准备。其中①至代表交叉口，有向箭头代表单向路段。

图1 路网拓扑图Fig.1 Topology diagram of road network

借助仿真软件平台，利用采集的数据进行数据建模，根据实际设置仿真时长等控制参数，仿真模型就可以合理运行了。值得注意的是，在路网具有较多车辆，为了得到一个可靠的结果，需要多次运行仿真并计算所得结果的平均值。

2.2 路网评价与路况分析

项目所在的深圳市宝安区交通情况较为复杂，路网规划建设完成多年，路网变动的可能性较小，综合性评价法考虑到现实的各种因素，能相对准确地评价出项目施工区域路况。运用层次分析法确定权重的灰色关联分析法综合分析仿真结果数据对路况进行评价。

首先选取基础性评价指标：平均排队长度、占有率、平均停车次数、平均车速、平均延误。其中平均排队长度是在一个信号周期内各车道排队的最长长度的平均值。占有率是指道路实际通过的交通量与通行能力的比值。平均停车次数是在分析时段内某一路段上所有通过车辆的平均停车次数。平均车速是路网中所有路段机动车的平均行程速度。平均延误是通过单位长度路段的所有车辆的延误值总合的平均值。各指标可以通采集数据和仿真模拟收集得到。

其次用层次分析法确定指标权重，如表1所示。

表1 交通评价指标权重Tab.1 Weight of evaluating indicators

最后根据灰色关联分析方法，结合该流域水环境工程施工影响区域的道路实际情况，将仿真运行得到的多个评价指标进行整理，分析，计算。得到符合该占道工程的综合性评价指标S，对道路通行情况进行分级，表2 即为分级标准表。

表2 路况分级标准Tab.2 Road condition grading standard

围挡位于⑦→⑥中段，相对于交叉口附近的围挡而言，车辆通行速度较快，车流密度较低。附近工厂较多，向东通向国道，大车率较高。施工路段的中央有绿化隔离带，路两侧有树、人行道和盲道。围挡附近道路渠化度高，交叉口信号灯系统完备，高峰期均有专门的交通疏解人员。围挡处施工前的交通峰值为2 810 辆/h，施工布设围挡后，道路交通情况比较拥堵。由于路段交通状况的变化主要对下游产生影响，故此处以围挡下游的交叉口⑥为中心，选取与之相连的8个路段作为关联路段，即拓扑图中与②⑤⑥⑦⑩节点相关联的有向线段。表3为影响区域的评价结果。

表3 道路通行情况评价结果Tab.3 Evaluation results of road traffic situation

3 疏解方案的提出与分析比选

3.1 疏解方案的提出

根据实际情况，从优化施工围挡布置、优化信号灯配时、改造道路、加强交通引导四个大方面提出可行的疏解优化方案。

(1)施工围挡布置。①围挡车道的缩减。在工程条件允许的情况下，尽量将占两车道改为占用一车道，可相应地增加围挡长度。原围挡占3、4车道，现在减少围挡占道数，仅占4车道。②围挡线型的优化。在围挡的首尾端将方形围挡改为流线型围挡，利于车辆换道通行。③围挡的位置。由于围挡靠近交叉口，占道带来的影响大于路段中部，所以此段施工在保障工程安全的情况下尽可能地加快施工进度。

(2)信号灯配时。经现场调查，交叉口⑥原信号灯周期相位图如图2所示。

图2 优化前信号灯周期相位图Fig.2 Phase diagram of signal lights(before)

通过Webster算法对交叉口信号灯配时进行计算，通过近似公式得出最佳周期，以各个相位的最大流量所占的比例来分配绿信号灯的时长。

(1)

式中：k1和k2与交叉口具体交通条件有关，为变量，通常为k1=1.5，k2=5；C0为最佳周期，s；L为总延误，s；Y为交叉口全部相位的最大流率比之和。

(2)

式中：I为绿灯间隔时间；A为黄灯时间；l为启动损失时间。

Y值计算公式如下：

(3)

式中：i=1,2…n，n代表相位数，Yi代表第i个相位下最大的流量比，最后计算得到每一个相位的有效绿灯时间：

(4)

至此可得到交叉口信号配时所需要的各个参数。此实例中所得的交叉口优化后的信号灯周期相位图如图3。

图3 优化后信号灯周期相位图Fig.3 Phase diagram of signal lights(after)

(3)道路改造。拆除围挡附近的绿化带，重新划线，占用对向车道，形成一个局部的3*2车道通行区域，减小单侧通行压力。在条件允许的情况下，也可以占用非机动车道来拓宽道路。

(4)交通引导。①在围挡距首端规定距离处增设提示标志，提醒车辆提早进入相应车道，避免临时换道带来的车辆拥堵。②在围挡首端前设置限速标志(40 km/h)，保证车辆安全平稳通行。③在围挡所在路段的上游路口增设交通引导标志，提醒车辆提前绕行，降低施工路段通行压力。

3.2 疏解方案的分析比选

从表4中可以看出，对于优化施工围挡布置方案，围挡所在的路段G的S下降8.17%；相应地，该路段的下游右转路段B指标下降10.93%，有一定疏解效果；优化信号灯配时方案可以依据交通需求的实际情况，更合理地分配道路交通资源，从而降低拥堵，对改善交通状况具有显著的效果。不仅围挡所在的G指标S下降47.95%，而且下游路段的交通状况也都得到了不同程度的改善；占用非机动车道也可以提高道路通行能力，达到疏解的目的。对于围挡所在的路段G的S下降12.29%，相应地，该路段的下游右转路段S下降10.93%。占用非机动车道的方案具有较好的疏解效果。

表4 不同方案下各路段评价指标STab.4 The evaluation indexes S of various sections under different schemes

注：由于仿真的随机性，此处认为变化5%以内均为正常波动。

加强交通引导措施由于具体评价数据不易获取，所以只进行定性的评价。在围挡前方一定距离设置指示标志可以提醒驾驶员提早做出准备，避免因临时换道而引起的拥堵，同时也提高了车辆通行和施工的安全性；将车辆速度限定在一个合理的范围，可以保证车辆平稳地通过施工围挡附近路段；在围挡影响范围较大时，可以在施工围挡影响区域外围提前进行车辆引导提示，减小影响区域内的交通压力；专人现场疏解可以针对复杂的现场情况，提出合理有效的具体措施，具有很大的灵活性。

通过将优化路网中的关联路段的综合指标S的信息与施工期各路段的S进行对比，得出最终的疏解建议。为了更形象地比选出疏解效果与利于实施的方案，将模拟结果以统计图形式展示出来，如图4所示。

图4 不同方案下疏解效果统计图Fig.4 Statistical figure of traffic relief effect under different schemes

4 结 语

本文以国内某流域水环境治理工程围挡施工为研究背景，借助仿真平台，利用采集的数据建立路网模型，根据实际对模型控制参数进行修改设定，通过仿真分析，得出施工围挡影响区域道路评价结果，提出疏解建议。结合围挡所处的交通环境，综合方案的疏解效果，我们可以看出按照本文提到的4个疏解方面来操作能够大大提高疏解效率,减少施工影响程度。在本案例中，所选的围挡处于交通设施完备、道路渠化度高、车流量大的路段上，由施工围挡占道引起的交通资源分配不合理是交通恶化的主要原因，也是设计疏解优化方案时应该抓住的主要矛盾。优化信号灯配时是最佳的疏解方案，不仅对围挡所在路段有很好的疏解效果，对一定范围内的路网的交通状况都有很好的优化；另外，优化围挡线型、加快交叉口附近施工、设置施工标志、专人现场疏导等方案一般操作不难，效果明显，灵活性也很高，可以针对性地组合使用。

该流域占道施工疏解问题解决的实践效果表明,本文所介绍的疏解分析模式和方法是切实可行的。在一些车流并不大的次干路、支路上，甚至可能都不存在信号灯系统，此时问题的关键也已经发生变化，采用一些更为简单易行的方案就可以达到预期的目的。总的来说，疏解方案的设计应该因地制宜，根据工程的实际情况采取最合适的方案。

水环境治理是一个综合体系，包涵水利、水质改善、道路交通等方面内容，是当今建设生态文明的重点和难题，因此必须注重协调好资源、交通、经济和生态环境的动态关系研究，确保实现可持续发展。

□