姜安培,吳?？?李昱瑾

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司,北京 100082)

0 引言

城市在建區(qū)的交通組織方案與道路建設(shè)時(shí)序緊密相關(guān).一方面,階段性路網(wǎng)是規(guī)劃路網(wǎng)的組成部分,優(yōu)先建設(shè)的道路應(yīng)盡量按照規(guī)劃實(shí)施,避免建成通車后再次改造,造成重復(fù)性投資和乘車習(xí)慣變化;另一方面,基于階段性路網(wǎng)的交通組織方案也要滿足近期居民出行需求,保證交通運(yùn)行效率.因此,結(jié)合建設(shè)時(shí)序探討合理的道路交通組織方案是城市道路建設(shè)決策的重要依據(jù)之一.

宏觀交通仿真作為道路交通組織方案比選的重要量化手段,可實(shí)現(xiàn)方案場(chǎng)景的簡(jiǎn)化和模擬[1],而仿真運(yùn)用于多個(gè)方案的比選時(shí),需要反復(fù)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)模型、計(jì)算交通阻抗和分布特征.在對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較時(shí),往往采取人工調(diào)整模型的方法,即根據(jù)提出的多個(gè)交通組織方案分別搭建模型,依次運(yùn)行仿真并比較各模型的運(yùn)行結(jié)果[2-3];或者首先針對(duì)某個(gè)方案搭建模型,仿真運(yùn)行結(jié)束后再根據(jù)結(jié)果制定方案并調(diào)整模型[4-5].

在簡(jiǎn)化仿真參數(shù)輸入和運(yùn)行方面,基于內(nèi)置的GISDK函數(shù)開發(fā)外部或Add-ins程序,實(shí)現(xiàn)與TransCAD的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸和交互,提高參數(shù)設(shè)置和評(píng)價(jià)結(jié)果輸出效率[6-7];針對(duì)“四階段法”仿真流程,利用二次開發(fā)和批處理模式將需求預(yù)測(cè)過程集成,輸入模型后自動(dòng)開始仿真,減少人工操作流程[8];通過搭建模塊化交通仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)一次性輸入多個(gè)仿真場(chǎng)景并控制逐個(gè)運(yùn)行[9].既有研究實(shí)現(xiàn)了交通仿真過程在部分階段的輸入輸出自動(dòng)化,但對(duì)于多個(gè)方案仍需要人工調(diào)整模型,且外部控制仿真過程的靈活性有待提升.

在基于仿真結(jié)果優(yōu)選方案方面,路網(wǎng)飽和度是宏觀交通仿真常采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)[10],通常針對(duì)具體路段的飽和度情況判別不同方案優(yōu)劣,能分析出重點(diǎn)路段飽和度差異[11];對(duì)于路網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài),根據(jù)等級(jí)和流量提出路網(wǎng)平均飽和度指標(biāo),運(yùn)用懲罰因子對(duì)擁堵路段重點(diǎn)描述[12-13].既有研究實(shí)現(xiàn)了對(duì)路網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià),但對(duì)于不同路段飽和度的分布和差異化考慮有待提升.

基于此,針對(duì)城市在建區(qū)的道路交通組織方案比選問題,通過GISDK二次開發(fā)集成方案輸入和仿真運(yùn)行模塊,構(gòu)建基于道路等級(jí)、路段里程和交通流量的路網(wǎng)飽和度均值及方差模型,簡(jiǎn)化仿真輸入和輸出過程,提升方案比選科學(xué)性.

1 方案比選方法

運(yùn)用交通仿真對(duì)多個(gè)道路交通組織方案比選評(píng)估,實(shí)質(zhì)上是對(duì)不同方案對(duì)應(yīng)場(chǎng)景的運(yùn)行狀況進(jìn)行比較.以常規(guī)仿真建模流程為基礎(chǔ),通過二次開發(fā)由外部控制方案輸入、仿真運(yùn)行和評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算等過程,提升仿真應(yīng)用在工程實(shí)踐中的靈活性.

1.1 方案輸入

將仿真場(chǎng)景拆解為基礎(chǔ)場(chǎng)景模型和具體方案兩部分,為避免在建區(qū)道路網(wǎng)的二次改造,基于規(guī)劃路網(wǎng)構(gòu)建基礎(chǔ)場(chǎng)景模型,針對(duì)具體方案修改基礎(chǔ)模型,從而得到具體仿真方案場(chǎng)景.

圖1 方案輸入流程

為簡(jiǎn)化方案輸入流程,基于基礎(chǔ)場(chǎng)景模型,通過基礎(chǔ)信息表導(dǎo)出、依據(jù)方案修改信息表、方案信息表導(dǎo)入3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)方案輸入過程,導(dǎo)入和導(dǎo)出的信息表通過仿真軟件的二次開發(fā)對(duì)選定字段和對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式匹配,實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)場(chǎng)景模型中數(shù)據(jù)的替換.之后將方案信息表與基礎(chǔ)場(chǎng)景進(jìn)行融合,得到不同的方案模型.

1.2 仿真運(yùn)行

經(jīng)典的宏觀交通模型四階段法過程包括交通生成、交通分布、方式劃分和交通分配,通過二次開發(fā)將4個(gè)段過程集成封裝,實(shí)現(xiàn)輸入基礎(chǔ)路網(wǎng)和交通小區(qū)等信息后,一鍵調(diào)用.其中,交通仿真運(yùn)行過程中涉及的參數(shù)和方法由外部輸入變量進(jìn)行控制.

1.3 指標(biāo)評(píng)價(jià)

根據(jù)仿真運(yùn)行結(jié)果量化結(jié)果輸出,采用路段飽和度(V/C)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),由于道路交通方案比選的結(jié)果作用于區(qū)域內(nèi)整個(gè)道路網(wǎng),所以應(yīng)考慮將平均飽和度作為道路網(wǎng)的評(píng)價(jià)指標(biāo),并針對(duì)路段長(zhǎng)度進(jìn)行加權(quán)平均,見式(1):

外保溫復(fù)合墻冷橋現(xiàn)象的存在，必然會(huì)給建筑物的使用帶來很多不利的影響。本文在研究分析過程中，主要是針對(duì)外保溫復(fù)合墻冷橋現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并結(jié)合冷橋現(xiàn)象的成因，進(jìn)行相應(yīng)規(guī)避舉措的提出。通過本文分析，希望能夠?yàn)楦嘟ㄖこ處熯M(jìn)行外保溫復(fù)合墻的合理設(shè)計(jì)以及選材提供一些資料參考。

(1)

式中,a為路網(wǎng)平均飽和度;vi為路段i的交通量;ci為路段i的通行能力;li為路段i的長(zhǎng)度.

對(duì)道路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)開展評(píng)價(jià)時(shí),各等級(jí)道路的重要程度不同,需要分別對(duì)城市快速路、主干路、次干路和支路的平均飽和度進(jìn)行計(jì)算,通過賦予不同權(quán)重計(jì)算得到整個(gè)路網(wǎng)的平均飽和度.對(duì)式(1)修正如下,見式(2)(3):

(2)

(3)

式中,ak為道路等級(jí)k的路網(wǎng)平均飽和度;θk為道路等級(jí)k的權(quán)重,根據(jù)式(4)(5)確定:

(4)

(5)

權(quán)重θk與路段長(zhǎng)度加權(quán)后的通行流量成正比,所有等級(jí)道路的權(quán)重之和為1.

除路網(wǎng)平均飽和度外,考慮不同路段的飽和度分布情況,分別計(jì)算不同等級(jí)道路的飽和度方差,并根據(jù)權(quán)重θk加權(quán)求和,得到路網(wǎng)飽和度方差.見式(6)(7):

(6)

(7)

2 算法流程

運(yùn)用宏觀交通仿真軟件,基于常規(guī)建模方法搭建路網(wǎng)和交通小區(qū)生成基礎(chǔ)場(chǎng)景模型,將不同方案融入基礎(chǔ)場(chǎng)景模型中,實(shí)現(xiàn)模型自動(dòng)調(diào)整和仿真逐階運(yùn)行的過程.

然后通過二次開發(fā)設(shè)計(jì)方案比選算法,將需求預(yù)測(cè)四階段功能集成,針對(duì)輸入的多個(gè)方案分別調(diào)整模型并開展仿真模擬,完成各個(gè)方案的仿真后輸出指標(biāo)對(duì)比結(jié)果.基礎(chǔ)場(chǎng)景模型、模型參數(shù)和方法、不同比選方案均由外部輸入變量進(jìn)行控制.

圖2 方案比選算法流程圖

3 案例分析

TransCAD是常用的宏觀仿真軟件[14],內(nèi)置GISDK模塊能便捷地支持軟件二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)通過指令擴(kuò)展和定制TransCAD中的功能.采用Python語言編程調(diào)用GISDK函數(shù),控制TransCAD 8.0的方案場(chǎng)景模型生成及仿真運(yùn)行過程,并根據(jù)仿真結(jié)果計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo),所設(shè)計(jì)的算法在Inter Core i7-6700 3.4 GHz處理器和8 GB主存儲(chǔ)器的聯(lián)想ThinkCentre M910T個(gè)人電腦上運(yùn)行.

3.1 背景概述

北京某在建區(qū)規(guī)劃為金融商務(wù)區(qū),現(xiàn)狀作為東西向的主通道處于斷頭狀態(tài),當(dāng)前利用外圍導(dǎo)行路采取單向逆時(shí)針交通組織.近期隨著區(qū)域內(nèi)部企業(yè)陸續(xù)入駐辦公,局部道路交通壓力逐漸增加,基于此對(duì)該區(qū)域外圍導(dǎo)行路的交通組織方案開展研究.

圖3 北京某在建區(qū)建成地塊及路網(wǎng)情況

3.2 方案輸入

結(jié)合區(qū)域規(guī)劃條件構(gòu)建基礎(chǔ)場(chǎng)景模型,提出外圍導(dǎo)行路的不同交通組織方案:導(dǎo)行路單向逆時(shí)針交通組織、導(dǎo)行路雙向交通組織.基于現(xiàn)狀和近期2種不同需求條件,通過調(diào)用宏觀交通仿真軟件分別對(duì)2個(gè)方案運(yùn)行情況開展分析.

交通模型參數(shù)依據(jù)交通調(diào)查結(jié)果進(jìn)行配置,其中交通生成平衡方法選擇“以出行吸引量為基準(zhǔn)”,交通分布重力模型方法選擇“冪函數(shù)”,交通分配方法選擇“隨機(jī)用戶均衡”.由Python控制GISDK函數(shù)導(dǎo)出基礎(chǔ)場(chǎng)景模型的交通小區(qū)信息表和路網(wǎng)信息表,通過修改信息表中小區(qū)的產(chǎn)生和吸引量、路段的方向和通行能力,控制不同方案的輸入.

根據(jù)需求分析,現(xiàn)狀該在建區(qū)內(nèi)部約3萬人,近期將增長(zhǎng)到4萬人,其中機(jī)動(dòng)車分擔(dān)率達(dá)32%,過境交通占比83.5%,對(duì)外交通占比15.7%,內(nèi)部出行占比0.8%.根據(jù)測(cè)算,內(nèi)部交通小區(qū)的現(xiàn)狀高峰小時(shí)出行總需求約為10 500人次/h,近期高峰小時(shí)出行總需求約為14 100人次/h,在信息表中通過調(diào)整各交通小區(qū)的產(chǎn)生和吸引量進(jìn)行修改.

針對(duì)外圍導(dǎo)行路設(shè)計(jì)2個(gè)不同的交通組織方案,方案1導(dǎo)行路單向逆時(shí)針交通組織,將信息表中導(dǎo)行路路段的通行方向字段調(diào)整為1或-1,通行能力字段根據(jù)通行方向,調(diào)整為0或原通行能力的2倍;麗澤路斷頭段,令其通行能力字段調(diào)整為0;方案2導(dǎo)行路雙向交通組織將信息表中導(dǎo)行路路段通行方向字段調(diào)整為0,通行能力字段調(diào)整為原能力;麗澤路斷頭段,另其通行能力字段調(diào)整為0.此外由于近期三路居路將建成,現(xiàn)狀方案的北側(cè)導(dǎo)行路路由采用既有的“S彎”,近期方案北側(cè)導(dǎo)行路路由則將轉(zhuǎn)移至三路居路上.

圖4 多場(chǎng)景下的交通組織方案示意圖

將以上4個(gè)方案信息表作為輸入條件,由GISDK函數(shù)結(jié)合基礎(chǔ)場(chǎng)景模型生成相應(yīng)方案模型,依照算法流程自動(dòng)開展仿真運(yùn)行及路網(wǎng)指標(biāo)計(jì)算.

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)模型運(yùn)行結(jié)果,不同階段對(duì)應(yīng)方案的路網(wǎng)飽和度指標(biāo)如表1所示.

表1 路網(wǎng)飽和度指標(biāo)表

整體來看,主干路由于交通流量大,因此其權(quán)重指標(biāo)所占比值較大,基本在80%～90%;隨著近期交通需求增大,主干路的指標(biāo)權(quán)重相比現(xiàn)狀減小,說明當(dāng)負(fù)荷度趨于飽和狀態(tài)時(shí),部分車流會(huì)轉(zhuǎn)移至較低等級(jí)道路上,避免擁堵.

從均值指標(biāo)來看,與現(xiàn)狀相比,近期2個(gè)方案的指標(biāo)均由0.7以下上升到0.7以上,尤其是方案1的飽和度比現(xiàn)狀場(chǎng)景增加了11.5%,說明外圍導(dǎo)行路采取單向交通組織時(shí),對(duì)需求變化的敏感性更為突出.

從方差指標(biāo)來看,現(xiàn)狀和近期2個(gè)場(chǎng)景的方案2都要比方案1要小50%以上,說明外圍導(dǎo)行路采取雙向交通組織,路網(wǎng)整體運(yùn)行狀況會(huì)更加均衡.

3.4 方案比選

根據(jù)路網(wǎng)飽和度指標(biāo)對(duì)相同場(chǎng)景下的道路交通組織方案進(jìn)行比選,不同階段對(duì)應(yīng)方案的路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)如圖5所示.

圖5 多場(chǎng)景下的路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比圖

現(xiàn)狀場(chǎng)景下,區(qū)域內(nèi)部交通需求相對(duì)較小,過境交通和對(duì)外交通車流交織尚不嚴(yán)重,導(dǎo)行路單向逆時(shí)針交通組織可保證過境車流快速通過,使得方案1的路網(wǎng)平均飽和度指標(biāo)要小于方案2,同時(shí)2個(gè)方案的方差指標(biāo)差距在可接受范圍內(nèi),因此現(xiàn)狀場(chǎng)景優(yōu)選方案1的交通組織形式.

近期場(chǎng)景隨著交通需求增大,導(dǎo)行路承擔(dān)的過境交通受到進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)部車流影響增加,而且北側(cè)導(dǎo)行路的路由“拉直”,方案1中導(dǎo)行路向西連接的南北向道路需要承擔(dān)由北向南的原有自身車流、導(dǎo)行路由東向西的過境車流、由東側(cè)進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)部的對(duì)外車流,導(dǎo)致該路段發(fā)生交通擁堵.方案2導(dǎo)行路雙向交通組織,在模型分配趨于平衡后,過境車流基本從北側(cè)導(dǎo)行路通行,進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)部的車流多數(shù)從南側(cè)導(dǎo)行路通行,在緩解過境和對(duì)外車流交織壓力的同時(shí),也減少車輛由東向西進(jìn)入該區(qū)域的繞行距離.方案2的路網(wǎng)平均飽和度指標(biāo)和方差指標(biāo)均小于方案1,因此近期場(chǎng)景優(yōu)選方案2的交通組織形式.

4 結(jié)束語

道路交通組織方案在城市建設(shè)過程中應(yīng)根據(jù)不同階段的需求適時(shí)調(diào)整;與道路單向交通組織相比,雙向交通組織對(duì)于交通需求變化的魯棒性更高;在過境交通需求遠(yuǎn)大于區(qū)域?qū)ν庑枨髸r(shí),上下行分離的交通組織方案能有效提升路網(wǎng)整體的運(yùn)行效率.

本文基于宏觀交通仿真軟件二次開發(fā),構(gòu)建多方案比選算法,實(shí)現(xiàn)外部控制交通仿真的輸入輸出,提高方案決策的質(zhì)量和效率.該方法可拓展應(yīng)用于不同交通方式結(jié)構(gòu)、不同性質(zhì)用地布局等政策性分析,將交通小區(qū)層面的生成量或分布矩陣作為GISDK函數(shù)的模型調(diào)整對(duì)象來實(shí)現(xiàn).

當(dāng)前方法以規(guī)劃條件作為基礎(chǔ)場(chǎng)景模型輸入,主要針對(duì)階段性建設(shè)方案比選問題,但尚無法實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)劃方案本身進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化,比如無法對(duì)規(guī)劃路網(wǎng)之外的道路進(jìn)行交通組織方案分析,這也是下一步需要研究的內(nèi)容.