（载运工具运用工程专业论文）城市道路施工区域交通组织方法与评价.pdf

摘要 摘要 我国城市化进程不断推进，交通系统硬件逐步升级，大量城市道路改扩建项目进入施工实施阶 段，如何在城市交通日趋拥堵的背景下对施工中的道路车流进行合理的交通组织，目的让施工对正 常的城市交通影响减小到最小，就是本文研究的立题之本。 本文首先根据影响范围的特征，将城市道路建设项目进行分类，再根据占用道路特点对微观交 通组织研究区域进行分类，从微观的角度出发对城市道路施工区域的交通特性进行分析，在对道路 特性、驾驶员特性、车辆运行特性及交通流特性等研究的基础上，总结各类项目微观角度上交通特 性的共性。 在明确道路施工交通组织原则的基础上，找出确定城市道路施工区域交通影响范围的方法，以 便于在影响范围内有针对性的对路网进行交通组织。在交通组织方法的部分按照由微观到中观，由 各占道类型施工路段上的微观组织到点状线状工程的区域施工交通组织的次序，分层次对城市道路 施工区域交通组织进行研究。在特定条件下将绿波组织运用到施工道路交通组织上。 对一个快速路改造项目进行交通仿真，比对交通组织前后的仿真数据，验证施工主线基于信息 诱导线状工程交通组织方法的可行性。 在比选了若干评价方法以后，选择效用评价方法运用于城市道路施工的交通组织评价上，结合 仿真得到的数据，得出相关结论。 关键词：点状线状工程、道路施工、影响范围、道路交通特性、交通组织、绿波、交通仿真、 效用评价法 a b s t r a c t ： t h ep r o c e s so f u r b a n i z a t i o ni nc h i n ac o n t i n u e st oa d v a n c e ，s t e pb ys t e pt h et r a f f i cs y s t e mu p g r a d e s ，a l a r g en u m b e ro f u r b a nr o a dp r o j o c t sw i l lb ei nt h e m p l c m c n t a t i o np h a s eo fc o n s t r u c t i o n t h es i t u a t i o no f t h ei n c r e a s i n gt r a f f i cc o n g e s t i n gi nt h ec i t yb e c o m e sw o r s ed a yb yd a y a tt h i sb a c k g r o u n d , h o wt om a k ea r e a s o n a b l eo r g a n i z a t i o no f t h et r a f f i cf l o wi nt h ec o n s t r u c t i o nr o a d s ，w h i c hp u r p o s ei st om a k et h ei m p a c to f t h ec o n s t r u c t i o nt ot h en o r m a lu r b a nu a f f i cr e d u c e dt oam i n i m u m , t h a ti st h i sp a p e r so r i g i n a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ea f f e c t e da r e a s ，u r b a nr o a dc o n s t r u c t i o np r o j e c t sw i l lb e c l a s s i f i e d , a n da c c o r d i n gt ot h ec b a r a c t 甜s d c so ft h er o a d - o c c u p a t i o n , t h em i c r o o r g a n i z a t i o no ft h es t u d y a r o at r a f f i cw i l lb ec l a s s i f i e d f r o mt h em i c r o s c o p i cp o i n ta n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o n s t r u c t i o nr o a d 订a 妇f i c ：c h a r a c t e r i s t i c so f r o a d , d r i v e rc h a r a c t e r i s t i c s v e h i c l ec h a r a c t e r i s t i c sa n d 由陋f f i cf l o w c h a r a c t e r i s t i c s ，a n df i n dt h ec o m m o nt r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c s f i n dt h ew a yt od e t e r m i n et h ei m p a c to fr e g i o n a lt r a f f i co ft h ec o n s t r u c t i o nu r b a nr o a d s ，i nt h a tw a y , t h er o a d - n e t w o r kc o u l db et a r g e t e do r g a n i z e d a tt h ep a r to f t h es t u d yo f t h et r a f f i co r g a n i z a t i o n , f r o mt h e m i c r ot ot h em e s o ，f r o mt h em i c r ot r a f f i co r g a n i z a t i o nt ot h ea 托at r a f f i co r g a n i z a t i o n , t h ep o 血o f t h i s s e c t i o nf o c u so nt h er e s e a r c ho f f r a n co r g a n i z a t i o n so f u r b a nr o a dc o n s t r u c t i o na td i f f e r c n tl e v e l s a n d u n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n s ，u s e dt h eg r e e n - w a v eo r g a n i z a t i o n st ot h ec o n s t z u c t i o n - r o a d st r a f f i co r g a n i z a t i o n m a k eam l f f i cs i m u l a t i o no fa nu r b a ne x p r e s s w a yr e c o n s u u c t i o np r o j e c ：t c m p a r et h ew ea n dp o s t s i m u l a t i o nd a t a , t ov 耐母t h ef e a s i b i l i t yo ft h em a i nl i n et r a f f i co r g a n i z a t i o n a f t e rt h ec o m p a r i s o no fs e v e r a le v a l u a t i o nm e t h o d s ，c h o s et h ee f f e c t i v e n e s so fe v a l u a t i o nm e t h o d st o u s ei nt h ec o n s t r u c t i o no fu r b a nr o a dt r a f f i co r g a n i z a t i o ne v a l u a t i o n , a n dm a k et h ec o n c l u s i o n k e yw o r 出：p o i n tp r o j e c t s ，l i n e a rp r o j e c t s , t h er o a dc o n s t r u c t i o n ，t h ea f f e c t e da r e a , c h a r a c t e r i s t i c so fr o a dt r a f f i c ，t r a f f i co r g a n i z a t i o n , g r e e n - w a v e , t r a f f i cs i m u l a t i o n ，t h ee f f e c t i v e n e s s o fe v a l u a t i o n 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名_ 整叠鹾日期： 学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相 一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或 部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名氏鸶逝每师签名： v 一” 日 期： 第一章绪论 1 1 研究背景及研究意义 第一章绪论 在目前社会体制与经济发展大趋势的要求下，我国城市化进程不断向前推进，城市的数量在增加，城 市地域也在迅速而有步骤的向外扩张，各城市机动车保有量在逐年上升，整个城市交通系统也随之升级与 发展。交通系统的发展要求与土地使用发展结合，与经济增长相适应，与环境相协调，与社会进步相互促 进，因此需要对城市交通设施硬件进行必要的升级，以适应交通系统的不断发展。城市交通设施硬件的升 级往往带来路网的改造甚至是重新规划与建设，轨道交通( 轻轨、地铁等) 、快速路改造等手段被广泛的 运用在改善城市交通系统性能上。 然而不论采取何种交通系统改造方式，必将牵涉到城市区域范围内的大面积施工改建、扩建甚至重新 建设的问题。由于城市交通改建项目工程所涉及的范围一般都比较大，而实际方案实施期间必然会对周边 路网交通状况产生很大的影响。同时，目前的城市交通已经日趋拥堵，随着基础设施建设的推进，大量的 道路施工将会加剧这一情况。由于道路施工需要占用车道，干扰正常交通秩序，从而降低了道路通行能力， 使得供需紧张的城市交通面临严峻的挑战。所以针对各种道路施工项目进行的施工区域交通组织显得尤为 重要。交通组织的目的就是在保证施工顺利进行的前提下，将对施工区域周边的交通影响降到最低。 本文就是在我国城市交通不断发展，大量道路施工项目进入实施阶段的背景下进行的，研究城市交通 系统改建重建、交通基础设施升级的过程中，在项目施工进入实施阶段的相应交通组织方案设计以及相关 评价的问题。本文通过对城市交通项目施工区域交通特性的分析，归纳关于城市交通项目施工区域的交通 组织方法；通过交通仿真软件对组织方法进行分析验证；进行评价指标体系的研究和针对交通组织的评价 方法研究；对于城市道路施工区域的交通组织及评价做出一些普遍性和系统性总结，并提出一些特定的条 件下的道路施工交通组织方法。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 各欧美发达国家城市道路建设起步较我国为早，发达国家的城市道路交通和我国的情况有很大的差 别。一般有两种道路建设的模式【l 】：一种是以美国为代表的欧美国家，由于其城市开发是极度分散的低密 度模式，2 0 世纪中叶和8 0 年代都进行过大规模的道路和公路建设，有完善的道路系统，加上私人小汽车 的快速发展人们的居住和地区活动中心日益分散，形成了多中心的城市模式，这种城市模式的道路面积率 都较高，例如华盛顿为4 3 ，纽约曼哈顿为3 5 ，因此这些城市的道路建设一般都较为成熟和完善。另外 一种是以日本为代表的城市发展高密度聚集的模式，由于人多地少的国情，城市不能有效的分散，城市功 能高度集中，土地利用高密度、高强度。道路面积率非常低，例如东京的道路面积率仅为1 3 ，我国有类 似情况的上海浦西旧区为1 2 ，这些城市的道路再建和改造比较困难，城市道路交通重点在对已有设施的 有效利用和管理政策方法研究以及城市中心功能分散和周边组团的建设。 不论何种开发模式，以上国家对城市道路施工路段的交通组织与通行能力已经进行了较多研究。 最早开展对道路施工路段交通安全、交通组织和通行能力研究的地区是美国的德克萨斯州。1 9 7 9 年 r i c h a r d s ，s h ，a n dd u d e l c l 就开展了对公路养护施工管理策略的研究【2 】。1 9 8 1 年，m j f a u l k n e r , a b s t r a c t s h r i c h a r d s 又对施工路段的交通安全及交通控制进行了研究【3 】。此后，施工路段的各专项研究越来越受到 全美各交通部门和研究机构的重视。 1 9 9 9 年，j a m e sm i g l e t z ，j e r r yl g r a h a m 等人从交通安全的角度出发对道路施工路段的限速标准进行了 研究，建立了交通安全水平与车速限制之间的关系【4 j 。2 0 0 2 年，s t e v e ni c h i 朗和h i m a n s h uc p a r e l 对双车 道公路施工路段各控制路段的长度进行了研究，该研究是以双向总费用最低为约束条件的f 5 1 。2 0 0 4 年， s a r a s u a ，d a v i s ，c l a r k e ，k o t t a p a l l y , a n dm u l u l m t l a 等人利用从2 0 0 1 年9 月到2 0 0 2 年8 月所观测的流量数据对 施工路段不同封闭车道条件下的通行能力进行了研究，提出了施工路段通行能力的修止模型，并且在模型 开发过程中，对施工路段数据的采集和分析方法进行了总纠o j 。此外，美国的m u t c d ( m a n u a l0 1 1u n i f o 皿 t r a f f i cc o n t r o ld e v i c c $ f o rs u e e t sa n dh i g h w a y s ，2 0 0 3 e d ) 和h c m ( h i g h w a yc a p a c n ym a m 汛y a i ) 则分别 对高速道路施工区的交通组织和通行能力进行了集成研究【7 1 。其中m u t c d 的第六部分t e m p o r a r yt r a 伍c c o n t r o l 对公路施工区的交通控制设施及交通组织进行了详细的阐述m i ，成为全美施工区交通组织与管理 的标准，并且美国联邦公路管理局不断对相关的内容进行更新和调整。美国各州在m u t c d 的基础上都制 定了适合本州的实际的施工区交通控制导c u ( w o r kz o n et r a f f i cc o n t r o lg u i d e l i n e s ) 。 综上所述，国外在高速公路施工区的交通组织方面的研究相对较为成熟，施工区通行能力及延误方面 的研究及相关的评价方法可以作为城市道路施工区域交通组织的借鉴。 1 2 2 国内研究现状 我国现已进入大规模老路加宽改造阶段，改造过程中如何对老路进行良好的交通组织设计，尽量保证 道路服务水平及交通的顺畅是一个相当重要的问题。在这方面，国内的资料还比较少，施工区域的交通组 织还多以针对项目给方案阶段，缺乏相应的理论指导，尚未形成一套成熟实用的分析方法，主要还是研究 改建路段的交通组织和周边路网的分流，即现场施工期交通组织方案。 在交通组织的原则研究方面，曾志勇对施工期交通组织的原则进行了总结，即交通大于施工、公交优 先、尽量利用夜间施工、自然分流与管制分流相结合等。并且提出了交通组织疏解的要点即对交通制约较 大的重点路段制定相应的交通组织要点，重点路段重点组织惮；马健霄、杨涛通过对南京市主干道改造前 交通特性分析，研究确定了该道路改造应遵循的交通设计原则和合理的交通组织方案，重点探讨了城市道 路改造过程中如何运用现代城市交通设计理念，实现支撑土地开发利用、提高道路交通效率的交通设计思 想和导则，对于其他城市开展此类项目可起到一定的参考价值p j 。 在交通组织方法研究方面，张存以地铁车站施工为例，分析了针对不同交通组织要求的施工方法及措 施，具体分析了地铁施工时的暗挖、盖挖及明挖三种不同施工方法的不同的交通组织，提出城市交通工程 施工与交通组织的矛盾应与规划、交通管理等部门协调、沟通、配合解决。施工方法的选择应针对交通管 理部门对交通组织的要求进行，同时考虑方案的可行性及施工风险【lo 】；韦晨、孙俊以南京市地铁二号线为 例，给出了施工期交通组织的思路，阐述了地铁施工期间交通组织的流程和基本内容，主要组织难点在于 研究了地铁线路穿越城市商业文化中心、站点位于城市主要干道相交的交叉口、老城内部站点位于城市最 主要的东西向干道上，而东西向分流道路条件较差等情况，并且分别找出了相应的组织办法l 儿j ；谢轶剑、 林航飞在研究中提到传统道路施工交通组织的方法以优化施工工艺、梳理平行分流道路和加强交通管理为 主。方案设计主要依据管理者的经验，主管判断的成分较大，缺乏科学的决策依据和手段。对于同时进行 的大规模道路施工，以往的施工交通组织方法难以胜任。因此针对区域范围的路网施工的交通组织进行了 详细的研究，基于大量的数据，建立施工区域宏观交通模型及微观交通模型相结合的模型平台，通过现状 交通及施工交通影响分析，确定施工交通组织的原则和思路，分区进行方案设计和项目的时空优化，进而 以定量的交通分析为依据，制定适用于交通组织评价的区域路网评价指标，对交通方案进行快速反应和评 价反馈，从而制定科学、合理的施工交通组织方案，将施工队交通的影响降至可接受的水平【1 2 】；邵海鹏、 2 第一章绪论 孙剑以上海轨道交通9 号线和上海中环线施工期间交通组织设计为实例，提出了大城市内大型工程施工期 间交通组织设计的思路、程序和方法，并给出了评价分析结剁”】；夏海平、聂其华针对徐家汇路、重庆路 交叉口改建工程施工交通组织案例分析，阐明了在路网较为复杂的环境中，要制定一套行之有效的交通组 织方案，并且对交通组织方案的制定和评价给出了办法【1 4 】；王希、洪科研究了交通影响评价中的交通组织 设计内容，并提出了交通影响评价中常见的几类项目的交通组织设计要点，以降低施工建设项目对局部路 网的影响1 5 1 。 在评价方法方面，李永义建立了施工路段交通服务水哦的评价指标体系和标准，通过v i s s i m 仿真软件 对典型的施工路段交通运行状态进行了仿真，运用多指标综合评价法对仿真结果进行评价】。徐维红、曾 血贵通过北京市某商业中心建设项目的交通影响评价为例，论述了城市建设项目交通评价的技术方法及具 体步骤【5 。刘娟、孙建平等对城市道路拥堵评价的指标进行了研究，归纳了相关指标体系及对应指标的计 算方法 4 0 3 。郑晓云、杨晓冬采用效用理论计算公路项目建设对各利益者的效用值和总效用，评价建设项目 的成功度大小，结合建设实例，说明了效用理论在评价中的应用及方法的可行性【4 引。王升、吴群琪依据效 用理论建立了公路建设项目的效用评价体系，对社会评价和环境评价内容进行了补充和完善，通过具体的 实例计算，量化了评价结剽j 。 总之，国内针对城市道路施工区域的交通组织研究还处于起步阶段，尚缺乏较扎实的理论基础提供技 术指导。 1 3 研究内容 一、区域道路交通特性分析 城市交通建设项目位于城市内部，路网密集，道路等级差别大，道路路况较为复杂，车辆运行特性、 道路特性、交通流特性都与平常不同，所以施工流程、交通组织都与一般的工程建设施工项目有所区别， 在将城市道路施工进行分类的基础上分别从道路特性、驾驶员特性、车辆运行特性和交通流特性等方面进 行分析研究。 二、城市道路施工区域交通组织方法 本章为本文的重点，在确定城市道路施工区域影响范围的基础上，从微观和中观两个层面研究交通组 织方法，针对微观层面提出可以运用于道路施工的绿波组织方法，针对中观层面提出基于区域相位协调控 制的点状工程组织方法和基于信息诱导的线状工程组织方法。 三、城市道路施工区域交通仿真 对运用了信息诱导的施工主线道路进行仿真，输出车均延误及交叉口服务水平等评价指标，将未进行 交通组织的区域路网输出结果进行比对，验证施工主线基于信息诱导交通组织方法的可行性，并输出相关 数据结果，为后面的评价提供了定量的依据。 四、城市道路施工区域交通组织评价方法 具体介绍施工区域交通组织方案的效用评价方法的运用，主要内容包括交通组织评价指标体系中各级 评价指标的选择和处理、各个指标权重的确定、各级评价指标效用值的确定、效用函数的建立、对效用函 数进行调整最终合并效用值得出结论等具体过程。 3 a b s t r a c t 1 4 研究技术路线 本文将综合运用交通工程学、交通运输工程学、交通流理论、城市道路网规划、道路工程施工组织、 工程施工方法等方面的知识，从理论到运用，微观到中观的思路展开。 l 、确立论文研究对象、约束条件、总体目标、研究内容及总体框架。广泛收集研究城市道路交通组 织设计、相关学科关于城市交通建设项目施工交通组织等多方面的国内外资料，认真研读，提炼出对本论 文有参考价值的内容。 2 、将施工道路进行分类，分析交通项目施工区域的道路交通特性，分别从车辆特征、交通流特征和 道路特征三个方面进行分析。 3 、从微观角度出发研究路段和交叉口的交通组织方法，提出特定条件下适用于道路施工的绿波组织 方法；从中观角度出发，提出基于区域相位协调控制的点状工程组织方法和基于信息诱导的线状工程组织 方法。 4 、结合交通仿真软件进行相关仿真。 5 、介绍几种常用的交通评价方法，选取效用评价方法对施工区域交通组织进行评价研究。 论文技术路线图如图1 1 ： 4 第一章绪论 图1 - 1 技术路线示意图 5 东南大学硕士学位论文 第二章城市道路施工区域交通特性分析 本章将对城市道路施工区域的交通特性进行分析，在将城市道路施工进行分类的基础上分别从 道路特性、驾驶员的特性和车辆的运行特征以及交通流特性等方面进行研究。其中道路特性主要是 从路段施工的各种施工类型、施工性质、施工工艺的方法中找出其中的共性，将施工路段划分成若 干控制段进行分析：驾驶员的特性主要通过对驾驶员信息获取、处理以及行为的形成等方面进行分 析；车辆的运行特性根据分类进行各种情况的简单分析，重点分析了较为复杂的占用一侧部分道路 的车辆运行特性：从汇入车辆对合流车道的影响，合流车道上的车辆的运行优先性及被占用车道上 的车流汇流强制性等方面进行研究：施工区域交通流特性主要在典型的施工路段瓶颈产生的部位上， 通过项目实测数据反映车流排队情况及车速在时间上的波动反映交通流的特性情况。 2 1 城市道路施工的分类 各类市政工程项目对城市道路的正常运行产生较大影响的，施工区域在城市道路网上的都属于 城市道路施工工程。一般包括城市快速路、主干路、立体交叉、大型桥梁、轨道交通线路与车站、 大型交通枢纽、大型广场、大型管网等。 根据工程对交通系统的影响特征，可以把上述大型工程分为点状工程、线状工程和面状工程。 点状工程包括：立体交叉、大型桥梁、轨道车站、大型交通枢纽、大型广场等。 线状工程包括：城市快速路、主干道、城市轨道交通线路等。 面状工程包括：大型管网施工等。 鉴于点状和线状工程是比较常见的两类工程，而面状工程往往是点状和线状工程的组合，因此 下面章节将着重讨论点状和线状工程的交通组织。 2 2 施工区域道路特性分析 城市道路施工一般是在施工作业路段局部封闭的情况下进行的，施工区域附近车流量大、交通 环境差。施工路段一般设置了标志、标线、渠化设施、障碍物，并配备了施工作业车辆。 根据施工性质的不同，往往采用不同的施工工艺【l o l ，例如地铁土建工程通常采用明挖法、暗挖 法( 类似矿山法及盾构法) 、盖挖法( 盖挖逆作法与盖挖顺作法) 等三种施工方法。高架土建工程往 往使用半幅路面全遮蔽或部分遮蔽的施工方法等。具体选择哪一种方法施工都是综合考虑周边道路 条件、交通状况、地质情况以及投资等方面的因素。 虽然施工性质、施工方法不尽相同，但是从占用道路路面的角度看，可以将施工形式分为以下 几类： 完全占道( 全封闭) 施工、部分占道( 半封闭) 施工和不占道施工三类。 2 2 1 完全占道施工的道路特性 完全占用道路施工是完全封闭整幅道路交通，进行集中施工的一种施工方法。这种情况对道路 交通的影响表现为：道路完全断流，车辆需绕道行驶，增加了其他道路的交通压力，并有可能导致 6 第二章城市道路施工区域交通特性分析 相邻道路成为断头路；影响周边建筑物的对外交通，包括停车场机动车和行人出入；影响两侧人行 道行人的正常通行；途经的公交线路需要进行相应的调整，会给市民的出行带来不便；完全占用道 路施工会改变现有的交通设施，对周边的环境产生影响。此种情况对城市交通的影响最大。如图2 1 所示，路段一侧交叉口交通控制区划分示意如图2 2 所示： 交叉口可通行区域交叉口可通行区域 图2 - 1 完全占道施工路段及临近交叉口示意图 摊阱 游n 辩莉可谁n 0 f f i- i 前请导 一蹄匠蜷恂 方绕向 一嫌葺梅挥 施行标 工 志 图2 2 完全占道施工路段一侧交叉口交通控制区域划分示意 2 2 2 占用部分道路施工的道路特性 占用部分道路的施工是施工时分段或分方向的进行，这种情况对道路交通的影响表现为：道路 部分被占用，容易形成交通瓶颈，道路通行能力减少；影响周边建筑物的对外交通，包括停车场机 动车和行人的出入；影响两侧人行道行人的正常通行；公交停靠设施可能需要迁移，增加了市民的 出行距离：同样对周边的交通环境会产生较大的影响。对地区的交通非常敏感，稍有不慎会导致地 区的交通瘫痪。 部分占用道路的施工还可以根据实际的施工情况分为占用一侧全部道路和占用一侧部分道路两 7 东南大学硕士学位论文 种情况。如图2 - 3 ，2 - 5 所示： 卿锈 交叉口可通行区域 图2 3 占用一侧全部道路施工路段及临近交叉口示意图 占用一侧全部道路的施工区道路特征表现为道路两侧一个方向可以正常通行机动车，另外一个 方向由于施工遮蔽，除了施工车辆及施工路段周边建筑的机动车和慢行交通进出以外，上行交叉口 直行的车辆无法通行，只能通过左右转绕行绕过施工路段。具体的交通控制区域如图2 - 4 所示： 上 行 交 叉 口 iil 中央分隔带 l _ 尊道导施 i 前导 方路向t 方向 施封标 围施标 区 图2 - 4 占用一侧全部道路施工路段交通控制区域划分示意 交叉口可通行区域交叉口可通行区域 图2 - 5 占用一侧部分道路施工路段及临近交叉口示意图 8 下 行 交 叉 口 第二章城市道路施工区域交通特性分析 占用侧部分道路的施工区域的特征表现为道路两侧一个方向可以正常通行机动车，另外一个 方向由于施工遮蔽，通行能力降低，同时由于施工车辆及施工区域周边建筑的机动车出入，极易在 上行交叉口出口处产生交通瓶颈。这种类型的交通控制区域划分如图2 - 6 所示【1 6 冽： 前右 方道 施封 工闭 !l! 查坌堕堂 -车流方向 - h a b c e 厂 i _ii 前右 合 导 方道流向 施封 标 标 上 闭 志志 上 游 过 渡 区 缓 冲 区 施 工 围 遮 区 下 游 过 渡 区 图2 - 5 占用一侧部分道路施工路段交通控制区域划分示意 1 ) 区域a 是警告区，用以警告、提醒车辆驾驶人交通情况发生了变化，已经进入施工路段， 施工封锁作业路段就在前方，要按所设置的交通标志调整行车状态。 2 ) 区域b 是上游过渡区，它是保证车辆平稳的横向过渡到缓冲区旁边非封闭车道的路段，起导 流的作用，也可称为汇流渐变区。 3 ) 区域c 是缓冲区，它是为误闯工作区的车辆预留缓冲空间，不致伤害作业人员。该区内不准 停放器具、车辆、材料，禁止作业人员停留，以避免由于车辆失控出现事故。 4 ) 区域d 是施工区，它是作业人员活动和工作的区域。车道与作业路段之间必须设置隔离装 置，作业路段还应为工程车辆提供安全的进出口，施工作业段全程用带有方向指示的路栏或锥形交 通标志与通行车道进行隔离。驶入该路段的车辆不能超车，只能跟弛行驶。 5 ) 区域e 是下游过渡区，它是解除断面压缩，保证车辆平稳的横向过渡到正常车道的路段，起 导流作用，也可称为分流渐变区。 6 ) 区域f 是使车辆回复正常行车状态的路段。表示施工路段结束和施工限速解除，交通流逐渐 恢复正常运行状态。 2 2 3 基本不占用道路施工的道路特性 不占用道路的施工是项目施工区域在道路红线以外，有充足的施工场地，基本不占有现有的道 路。此种情况对道路交通的影响相对较小，但出入施工场地的车辆可能会对相邻道路的交通产生一 定的影响，也给周边建筑的对外交通会带来不便，应根据实际情况合理处理。如图2 7 所示： 9 东南大学硕士学位论文 奴口司嗵酹亍区域奴口司通行区域 图2 - 7 不占用道路施工路段及临近交叉口示意图 不同的施工阶段点状和线状工程施工区域的道路特性会随之改变，但是无论如何改变，无非是 上述几种施工区域道路特性的排列与组合。 2 3 施工区域驾驶员的交通特性 人是交通系统中主要部分，一般道路交通系统中的人包括驾驶员、乘客和行人。本节主要分析 与交通组织关系密切的驾驶员的交通特性。 2 3 1 驾驶员的基本特性 汽车的行驶是由驾驶员操纵有关机构来实现的。驾驶员在做出决定，采取某种操作行为时，如 减速、加速或超车，会受到各种因素的影响。在车辆运行过程中，司机反应速度的快慢与其对行车 环境的熟悉程度、驾驶经历、驾驶员的年龄、性别、气质等有判1 7 1 。熟悉行车环境的驾驶员的反应 速度也不一样，多血质的人生动活泼，对外界刺激反应迅速；粘汁质的人表现安静，动作迟缓，反 应速度慢。驾驶员行为的基本特性是判断车辆运行中是否采取跟车、何时跟车、何时变换车道，以 及决定加速或减速行为的重要影响因素，不同驾驶行为特征的人在同样情况下都会采取不同的动作。 2 3 2 驾驶员对信息的获取 在行车过程中，驾驶员需要及时感知外界各种交通信息。根据统计分析，感觉器官给驾驶员提 供的交通信息量比例如下：视觉占8 0 ，听觉占1 4 ，触觉占2 ，味觉占2 ，嗅觉占2 。可见 视觉是最重要的，透过车厢玻璃观测到的客观信息构成了驾驶员需要处理的主要信息【1 7 】【2 1 1 。 汽车在城市道路上行驶时，驾驶员要根据周围的路况，道路交通标志、标线、交通安全设施以 及车内仪表等提供的信息来进行车辆控制。当汽车进入道路施工区域后，驾驶员必须审视出现的各 种情况，除注释车行道以外，还需要注视前面的汽车及临近车道的汽车：驾驶员要不时的注意道路 两侧以及施工作业路段的各种交通标志、表现以及交通安全设施的设置，还要注视反光镜，且应及 时核对仪表盘。 实验表明，对于驾驶员来说，有一个最适宜的观察目标密度，在这种密度情况下，驾驶员的情 1 0 第二章城市道路施工区域交通特性分析 绪不至于紧张，较有把握驾驶汽车，对车辆由城市道路基本路段驶入施工区域也能及时做出反应， 适宜的目标密度和环境信息的多样化，有助于驾驶员的注意力集中。驾驶员的信息负担量过多或过 少，都不利于驾驶员安全驾车。就城市道路施工区域而言，施工区域标志、标线、指示情报板以及 交通设施过少，驾驶员获取的施工区域交通信息量就会不足，往往会导致驾驶员做出错误的判断， 造成交通事故。但当施工区的目标密度过大，即“信息过载”时，驾驶员处理获取的信息需要很多 的时间，容易造成驾驶员的驾驶疲劳或由于标注出现的太频繁而厌倦，忽视了重要的交通信息，也 不利于驾驶员做出正确的判断并采取相应的措施。因此，在设置城市道路施工区的交通标志、标线、 指示情报板，以及布设交通安全措施时一定要考虑驾驶员的信息需求，合理而有效地向驾驶员提供 交通信息1 7 1 。 信息 图2 8 施工路段驾驶员信息需求与信息提供量之间的关系 2 3 3 驾驶员对信息的处理 需求量 在城市道路施工路段上行驶的汽车，其驾驶员、汽车和道路环境构成了典型的人机环境系统( 如 图2 - 9 所示) 。在该系统中，驾驶员是最活跃的要素，对行车安全起着主导控制作用，是保证道路交 通系统安全化功能的关键。 当汽车行驶在城市道路施工路段时，驾驶行为是信息感知、判断决策和动作所组成的一个不断 往复进行的信息处理过程，亦即感知作用于判断决策后影响到动作。首先是道路上来往车辆、道路 交通标志标线、各种交通安全措施、路面状况以及汽车本身的运行情况等外界信息，通过驾驶员的 视觉、听觉和触觉等感觉器官传入驾驶员的大脑，驾驶员依据其驾驶经验予以加工后，做出相应的 判断和决策，然后再通过手、脚等运动器官发出调整方向和速率等指令，从而改变汽车运动状态和 操纵目的。而汽车行驶轨道相对于城市道路的适应程度、振动、速度以及各种操纵后汽车的行驶变 化再通过上述过程反馈给驾驶员，同时驾驶员仍在不断接受道路及环境信息，调节自身驾驶状态以 适应新的道路环境信息，确保汽车的操纵稳定性、可靠性和安全性。 东南大学硕士学位论文 图2 - 9 驾驶行为与城市道路施工路段道路交通系统相互作用示意图 2 3 a 驾驶行为的形成与特征 驾驶员在城市道路施工区域驾驶车辆的工程中，首先通过自己的感官( 主要是眼，耳) 从外界 环境接受信息，如道路交通标志标线、信息板、交通安全设施的布设、现场管理人员的指挥等信息。 从而产生感觉( 视觉和听觉) ，然后通过大脑一系列的综合反应结合驾驶经验和技能，经过分析，做 出判断，确定有利于汽车安全行驶的措施，产生知觉，知觉是对事物综合的认识。在知觉的基础上， 形成所谓“深度知觉”，如目测距离、估计车速和时间等。最后，驾驶员凭借“深度知觉”形成判断 条件，依据判断决策做出实际反应和行动，具体指手、脚对汽车实施的控制，如减速、加速、制动、 转向等，从而指挥操作。在这个过程中，起控制作用的主要是驾驶员的生理、心理素质和反应特性。 这样，驾驶行为总结起来就是信息感知、判断决策和动作三者连锁反应的综合，同时还受到汽车仪 1 2 第二章城市道路施工区域交通特性分析 器仪表显示、运行情况和道路环境的直接影响。 在城市道路交通系统中起主导控制作用的驾驶员一方面其自身作为一个极其复杂而又相对高度 完美的自适应反馈系统有利于驾驶行为的正确，另一方面驾驶员所具有的功能自由度又导致不同程 度的驾驶差错。因此，城市道路交通系统中驾驶行为具有明显的特征【1 0 3 18 】： 1 ) 复杂性：驾驶员信息加工的衰减性、处理能力的局限性以及城市道路交通系统( 特别是进入 施工区后) 中诸多因素的干扰，导致驾驶行为的形成极其复杂。 2 ) 模糊性：影响驾驶行为的因素既有主观因素( 如驾驶员的性格等) ，又有客观因素( 如施工 区道路条件的变化、交通标志的设置) ，且各因素对驾驶行为的影响程度较难确切描述，具有一定的 模糊性。 3 ) 自学性：在许多情况下，驾驶员能及时发现差错并能对差错即将造成的危险后果予以恢复或 部分回复，即具有对差错状态的恢复能力。 4 ) 相关性：驾驶行为具体体现在感知差错影响到判断决策的正确甚至动作的准确，而判断决策 差错则直接制约到动作的协调。 5 ) 延续性：在驾驶过程中，驾驶员的后续行为要受到前续行为状态的制约，即前续行为的差错 有可能导致后续行为的不正确。 6 ) 时变性：驾驶行为随驾驶时间的变化而发生变化。这主要因为外界客观条件的变化，如新的 交通标志的不断进入视野，道路条件的变化以及驾驶员心理的变化导致的。 7 ) 随机性：驾驶员在具体的时间、具体的地点和具体的道路交通状态中，其行为表现形式是很 不确定的。 8 ) 自适应性：驾驶员对汽车运行状态的识别、对外界环境动态信息的处理，其变化范围很大， 但一定程度上可以通过自身的调节和控制与之相适应。当驾驶员进入施工区后，驾驶员会自动调整 自己的认知状态，并通过一定的动作反映出来。 9 ) 离散性：驾驶行为由感知、判断决策和动作构成的行为单元组成，每一单元相对独立又彼此 联系，即在一定的时间内实现的行为单元或多或少，从而表现出不同的驾驶行为。 1 0 ) 突变性：驾驶差错对驾驶行为具有十分显著的影响，但这种影响状态一般应维持一定的时 间，且受各种因素的交互作用在特定的道路交通状态下，才能使驾驶行为发生某种突发性变化而破 坏道路交通系统的安全化功能，从而肇发交通事故。 2 4 施工区域车辆运行特征分析 2 4 1 完全占用道路施工的车辆运行特性 完全占用道路施工，使相邻道路变为断头路，施工主线方向上的直行车辆被迫在上行交叉口选 择左转或右转绕行、上下行交叉口与主线正交方向上原先需要左转与右转进入施工道路的车流被迫 改变方向通过该交叉口选择在下一交叉口绕行。这样容易与正常行驶的车辆形成交织，引起延误， 甚至是在交叉口处产生瓶颈。 2 4 2 占用部分道路施工的车辆运行特性 1 ) 占用一侧全部道路施工的车辆运行特性 占用一侧全部道路施工，- - $ t j 道路可以正常通行车辆，另外一侧则完全封闭，相对于完全占用 1 3 东南大学硕士学位论文 道路施工来说，选择绕行的车辆及绕行流向的数量会比较少一些，产生的交织区也相对较少，但是 在没有相应交通组织的情况下，无法杜绝交织及延误的产生，在交通流量较大的情况下，依然会有 在i 临近交叉口产生瓶颈的可能性。 2 ) 占用一侧部分道路施工的车辆运行特性【1 羽 占用侧部分道路施工会出现上游端车道数超过施工区域车道数的情况，在临界区域即会产生 瓶颈。相对于车辆个体来说，在瓶颈部分会产生合流现象。原先在被占用车道上行驶的车辆必须在 合流车道上寻找可接受的间隙，在必要的情况下还需要调整加速度的大小，实施合流换车道操作， 从而使合流车辆与合流车道上的直行车辆共同行驶在一条车道上，直至通过施工区域。城市道路施 工区域的合流运动特性比较复杂，主要特性有以下几个方面： a 汇入车辆造成施工区域交通流的重新分布 被占用的车道汇入合流车道，对合流车道上车流的影响非常大，其影响宏观表现为车辆在车道 上的分布的变化，对城市道路基本路段而言，车辆在城市道路上的分布是均衡、稳定的。当驾驶员 看到施工区第一个提示标志时，为保持车辆能顺利通过施工区，在被占用车道上的车辆就开始向合 流车道转移，这种情况在交通量较大的情况下表现的更加明显。从而引起交通量在不同车道上的重 新分布，结果使被占用车道上越接近作业区，行驶的车辆越少。与此同时，由于车辆的不断汇入， 合流车道上交通量明显增多，车速降低，车流出现紊乱现象。当道路通行车辆数小于施工作业区通 行能力时，在路肩锥形区上游会形成一段车流真空；反之，则可能从路肩锥形区上游开始行车排队。 b 合流车道上车辆优先通行 被占用车道合流车辆在汇入合流车道过程中，要与原来在超车道上行驶的车辆争夺行驶空间。 据观测，二者在争夺时机会不均等，合流车道车辆将享受优先权。因此，只有合流车道出现足够大 的空隙时，被占用车道上的车辆才能进行汇入：否则被占用车道上的车辆只有等待下一个空隙，重 复同样的判断，一直到出现可接受间隙，完成汇入行为。若合流车辆在原车道上一直无法找到合适 的间隙，则合流车辆将在路肩锥形区顶端停止，等待下一个间隙出现。 c 被占用车道汇流的强制性 当前方进行施工作业时，在被占用车道上行驶的车辆必须在施工区第一个提示标志与路肩锥形 区顶端之间的这段长度内换车道至合流车道，完成汇流行为，否则，车辆就会出现排队。因此，被 占用车道汇流具有明显的强制性。在交通量比较大的情况下，这种强制性的汇流行为对合流车道车 辆行驶将有较大的影响。因为汇流车辆可能强制驶入合流车道，而迫使紧随其后的合流车道上原有 的车辆减速，紧急跟弛行驶，以确保行车安全。 2 4 3 基本不占用道路施工的车辆运行特性 不占用道路施工的施工类型，车辆运行特性基本与正常道路车辆运行特性相同，只是在施工区 域周边建筑的机动车出入时，由于施工围遮等因素，会造成机动车汇入车道的时间较长，容易引起 正常交通流速的暂时性降低。但是如果周边没有车站、机场等会产生大量出入交通的建筑，这种对 正常流速产生的影响基本可以忽略不计。 1 4 第二章城市道路施工区域交通特性分析 2 5 施工区域瓶颈处的交通流特性分析 交通流由单个驾驶员与车辆组成，以独特的方式在车辆间、公路要素以及总体环境之间产生影 响。交通流运行状态的定性、定量特征称为交通流特性。由于城市道路施工区域的道路、交通条件 发生了变化，施工区域上游段的车道数大于施工区域的车道数，在连续交通流中会出现交通拥挤。 由于本节主要研究交通瓶颈产生时的交通流特性，所以选择最具有代表性的占用一侧部分道路 施工类型作为研究对象： 中央分隔 。l、 x 1 x 2 x 3x 4 图2 - 1 0 施工区域瓶颈示意图 通过绘制到达和离开拥挤瓶颈的累计车辆数曲纠1 9 1 ，可以分析临近瓶颈处的交通流情况。如图 2 1 0 所示施工路段产生瓶颈的示意图中，统计通过x l 断面的车辆数，可以得到累计到达曲线a ( t ) 见图2 - 1 l ，x l 位于施工路段瓶颈的上游处。设q m 为x 3 和) ( 4 之间的断面上可能达到的最大流量，显 然，车辆不可能以大于q m 的流量通过x 2 ；所以离去曲线d ( t ) 的斜率不可能大于q m 。因此，离去 曲线可以利用近似地用一条与到达曲线相切，斜率为q m 的直线表示。 1 5 东南大学硕士学位论文 累 计 车 辆 数 d ( o = a ( t ) d (