城区桥梁施工期交通组织设计与优化*——以浦南运河桥为例

张诗雯 蔡晓男 陆 键▲ 张红军

(1.同济大学交通运输工程学院 上海 201804；2.中交第三航务工程局 上海 200032)

0 引 言

桥梁作为连接路网的主骨架和关键节点，在提供安全、高效、便捷运输服务的同时，也遭受着部件损坏，维修保养频繁等影响，易造成局部交通拥堵或延误。如何科学有效地优化交通组织、降低负面影响是城市交通管理的关键[1-2]。

国内文献大多结合道路交通施工特性，重新分布交通量提出交通安全评价方法[3]。通过对道路施工区交通运行特征分析，研究道路施工区对路网容量的影响[4]。国外研究较为细致，结合模糊逻辑风险评估方法和微观模拟仿真方法评估桥梁维修阶段对交通运行延误的影响[5]。采用动态流量分配(DTA)微观模型[6]评估高峰时期突发性桥梁事件对交通网络的影响，并以服务水平(LOS)、服务质量(QOS)等定性和定量指标[7]评价施工期对交通运行各方面影响等。部分文献提出可变信息交通标志(VMS)等措施通知道路用户交通状况，以减少施工期对用户出行的影响[8]。研究表明基础设施施工对周边交通影响之大，显著降低道路服务水平，但较少数文献提及详细的设计优化组织方案及验证保障措施，因此，笔者结合浦南运河桥维修工程具体分析桥梁施工期对周边交通的影响，设计合理的交通组织运行方案。采用Synchro仿真验证并优化设计方案，提高桥梁施工期通行能力及管理效率。

1 工程概况

浦南运河桥位于上海市奉贤区南桥镇镇中心环城东路上，为1座3跨简支梁桥，与河道正交，见图1。经多年车辆荷载与自然环境影响，桥梁结构产生不同程度的病害，桥面铺装和伸缩缝构造损坏，尤以桥头沉降最为严重。鉴于上述情况，奉贤区市政工程管理所决定维修加固。桥梁施工期间定会对周边区域交通产生影响，科学合理地优化交通组织方案具有重要意义。经初步分析，界定研究范围(见图2)北至奉浦大道，南至南奉公路，西至沪杭公路、南桥路，东至远东路。

图1 浦南运河桥Fig.1 Punan Canal Bridge

图2 研究位置及路网信息Fig.2 Research location and road network information

2 基础数据

为分析桥梁施工期对城市交通的影响以及合理的组织设计方案的提出，对周边交通现状，土地利用等进行调研。数据包括2016年6月早晚高峰采集的交叉口、路段流量、信号配时、交通运行特征及公路署提供的公交运行资料。城区路段东西向主干道为4条，次干道/支道7条，南北向3条，见图2。早晚高峰小时过桥交通流量见表1，13条奉贤巴士线路途经浦南运河桥，平均每天双向过桥公交车流量在1 400～1 500辆之间，高峰时期单向约2辆/min，满载最大总重约为18 t，最大宽度约为2.5 m。浦南运河桥横断面尺寸见图3，为交通组织方案设计奠定基础。

表1浦南运河桥早晚高峰过桥流量统计

Tab.1TrafficstatisticsofmorningandeveningpeakonPunanCanalBridge

高峰小时流量行人/(人/h)非机动车/(pcu /h)机动车/(pcu /h)大车小车早高峰北→南运河路-南桥环城东路南出口11745,061941南→北新建路-南桥环城东路北出口121593671058晚高峰北→南运河路-南桥环城东路南出口132632701132南→北新建路-南桥环城东路北出口11248559906

注：大车(公交车)为2个pcu单位，小车为1个pcu单位。

图3 浦南运河桥横断面尺寸示意图(单位：m) Fig.3 The cross-sectional size diagram of Punan Canal Bridge

3 交通组织方案设计

交通组织设计[9]以交通分流为主要思路，结合交通诱导、信号优化、道路渠化、交通管理等措施，从最大程度缓解路网交通压力。桥梁施工期间，交通组织主要由行人/非机动车，公交车以及社会车辆组成。根据桥梁施工影响范围，将方案设计集中于交通诱导、信号优化辅以交通管理措施。设计内容包括：①明确分流类型，分流时段，分流线路，分流节点等；②采用交通诱导分流方式，通过施工区以外较大范围设置诱导标志牌，引导车辆从远端绕行至其他通道过河并提前转移到施工区外围交通量较小的道路上；③采取信号优化设计，在交叉口处从时间上分离混合交通流。最终通过时间与空间相结合的交通组织方案，保障交通流在设施施工期间有秩序地顺利通行。综上，根据桥梁实地调研及结构稳定性测算，基于安全考虑，提出2种设计方案见表2，以分析优化桥面组织，公交车及社会车交通组织为主。

表2浦南运河桥桥面交通组织方案设计

Tab.2ThedeckdesignoftrafficorganizationforPunanCanalBridge

行人/非机动车(桥面)公交车辆社会车辆优点缺点 东侧行人/非机动车(推车)通过人行道过桥,西侧从道路中央拓宽处过桥 双向行驶(不绕行) 全天24 h禁行(推荐) 安全性高 道路空间利用率略低 分时段(20:30-次日06:30)通行 道路空间利用率高 安全隐患 东侧行人/非机动车(推车)通过人行道过桥,西侧维持现状 单向行驶(半绕行) 全天24 h禁行(推荐) 安全性高 道路空间利用率略低 分时段(20:30-次日06:30)在东侧单向通行 道路空间利用率略高安全隐患

3.1 公交车组织方案设计

桥梁施工期间，造成车道宽度缩减、道路通行能力下降，公交车辆的运行速度、服务质量受到较大影响，因此施工期间对公交车辆进行相应的交通组织设计是必要的。

从最大程度便于市民出行的角度出发，施工期间公交车辆交通组织应遵循：①与社会车辆发生冲突时保证公交车辆优先通行；②尽量保持现有公交网络，避免大范围变动；③尽量不影响施工作业进度；④站点就近原则，以人为本，尽量减少市民的步行时间和距离等。

据此公交车交通组织设计方案可分为2种：按现状运行及公交半绕行(自北向南绕行)。经桥梁结构稳定性测算，半绕行方案可以只考虑由北向南，见图4(a)，4条线分别代表13条奉贤巴士线路由北至南绕行线路。此外，相关部门需将详细的公交改道、站点调整方案通过各类媒体告知市民，完善公交信息宣传。

3.2 社会车辆组织方案设计

社会车辆类型主要包括私家车，小中型货车，交通组织方案主要以影响区域分流、路段组织优化、交叉口组织优化为主。施工期间，由于公交车辆经过施工桥梁，为保障安全，将所有类型社会车辆进行诱导分流。分流时段划分与施工组织计划相协调，分流线路需考虑路网条件、交通流量、土地利用等因素。鉴于驾驶员主观特征，诱导分流不能很好提高分流效果，因此在关键节点处采用强制分流措施，提高分流效果。其次，对于路段组织优化来说，以交通需求管理思想为指导，可采用单行交通组织及可变车道交通组织，但考虑到影响区域范围内多数路段道路较宽，双向交通流量比值小于1.2，可变车道交通组织(潮汐交通)不明显，因此两者不适用于路段优化。交叉口组织优化以信号优化为主，从时间上分流减小区域施工影响。

根据区域内土地利用性质，现状道路交通流量及服务水平，对社会车辆提出建议绕行方案即社会车辆绕行诱导路线设计。考虑到韩村路西段、八字桥路西段、运河路东段、解放东路路段商业密集区域用地，包括商业，学校等人流量密集区域，为保证交通安全及通行效率，不推荐此类路段作为社会车辆绕行路段考虑[10]，可采用强制措施分流。建议社会车辆绕行方案(双向通行)见图4(b)。拟制定社会车辆绕行标牌示意图梳理交通，保障优化组织方案，图5为需提前分流部分车辆关键节点。

3.3 信号配时方案设计及优化

根据诱导、强制分流流量，分别输入仿真系统。首先按照原信号配时多次仿真，直至路网稳定；其次选定路网单个交叉口信号配时优化绿信比，划分交通网络为小区域，逐步仿真优化信号，直到服务水平及延误时间相对合理即停止优化；最后经过仿真计算确定优化方案的各个交叉口的服务水平以及延误时间[11]。过程中采用Webster信号配时算法优化路网通行效率，不做赘述[12]。

3.4 保障措施方案设计

施工期间的交通安全隐患主要由行人、非机动车、机动车及施工单位内部产生。针对障碍物影响行人通行，行人与非机动车混行，社会车辆路况不熟，交通事故发生等情况，提出保障措施方案如下：①施工前安排安全专题教育会，签定责任书定期考核，施工期间严格按照交管部门方案施工，排除不安全因素，避免发生事故；②全面排查施工路段内人行交通设施，发现问题及时解决，早晚高峰期间，安排专人配合管理人员疏导人流车流；③配合相关管理单位定期检修维护施工路段道路指示标志和交通管理设施，引导非机动车按通道推车上桥通行，遵守交通规则；④区域路口设置明显指路标志，引导社会车辆绕道行驶，公交车上桥安全行驶，配合交管部门引导车辆分流，及时处理交通事故。

图4 公交车半绕行及社会车辆绕行组织方案示意图Fig.4 The organization diagram of bus semi-bypassand social vehicle bypass

图5 社会车辆绕行标牌示意图Fig.5 Signage diagram of social vehicle bypass

4 仿真设计方案与评价

Synchro交通信号协调及配时设计软件是美国Trafficware公司根据交通部标准HCM规范研发的，该标准参数根据汽车性能、驾驶员行为习惯、交通法规等设定，计算结果(如延误时间、服务水平等)作为方案比较的评价参数，具有重要参考价值。笔者采用此仿真软件评估交通组织设计方案。

4.1 仿真方案设计及流程实施

据前述方案设计，评价标准以《公路通行能力手册》[13]为准，仿真流程见图6，运用调研数据对早晚高峰现状初步仿真得到实际评价指标报告，选取服务水平LOS和延误水平指标评价道路利用效率。公交车不绕行时流量维持现状，将过桥的其他社会车辆根据驾驶员特性多次随机分配叠加到现状路网。通过施工期间流量、信号等交通组织方案，再次将数据输入仿真，多次仿真，输出结果，最终选取合理组织方案进行评价。道路服务水平分为A～F共6个等级，见表3。

图6 交通组织方案仿真流程图Fig.6 The simulation flow of traffic organization program

Tab.3Therelationshipbetweenlevelofserviceandaveragecontroldelaytimeinsignalcrossings

平均控制延误/s<1010～20>20～35>35～55>55～80>80交叉口服务水平ABCDEF

4.2 仿真结果评价

最终根据仿真结果计算得到2种方案优化后的服务水平及平均延误时间，见表4。以早高峰为例，公交车不绕行及社会车绕行组织方案中，只需分析社会车辆绕行结果，以服务水平及平均延误评价选取合适方案。南桥环城东路与运河北路交叉口为浦南运河桥南进口，南桥环城东路与新建路交叉口为浦南运河桥北进口。社会车辆绕行后，早高峰自北向南交叉口平均服务水平整体等级降低幅度较小，延误水平较低，平均延误时长27 s，而自南向北交叉口平均服务水平降低幅度较大，平均延误时长31 s，说明社会车辆在该方向的分流一定程度上加剧南桥路及远东路早高峰出城的交通压力。

公交车半绕行及社会车辆绕行组织方案中，自北向南交叉口平均服务水平整体降低幅度较小，延误水平较低，平均延误时长33 s，而自南向北交叉口平均服务水平降低幅度较大，平均延误较长为35 s，说明社会车辆该方向的分流一定程度上加剧了南桥路及远东路早高峰出城的交通压力。社会车辆均为绕行方案，则仿真结果差异来自公交路线是否维持原状。从仿真结果可以看出，2方案理论上均可行，而公交双向过桥(不绕行)方案对周围路网主要交叉口的LOS综合影响较小，因此，公交车不绕行及社会车辆绕行更为合理。

表4 组织设计优化结果汇总表Tab.4 The summary of organization and optimization results

4.3 动态综合安全评价

根据仿真计算结果，取平均延误和LOS平均降低值作为动态综合安全评价指标，见表5。

表5 动态综合评价指标分类Tab.5 The classification of dynamic comprehensive evaluation index

从实际综合评价结果可以看出，针对多因素综合评价问题，采用动态加权综合评价方法[15]可使评价结果科学合理。充分地考虑到每个因素的影响和作用，避免一般综合评价方法的不合理性。

5 结 论

结合浦南运河桥维修工程，以保障交通安全、交通组织设计方案合理的情况下，选取公交车不绕行而社会车辆全天时段绕行方案，得知早晚高峰服务水平降低值相对较小，平均延误时间相对较少，既保障交通安全，又有效控制区域总量，使城区路网交通影响较小。