基于仿真分析的有轨电车运行状况评估

李君羡

(上海济安交通工程咨询有限公司， 上海 200092)



轨道工程

基于仿真分析的有轨电车运行状况评估

李君羡

(上海济安交通工程咨询有限公司， 上海 200092)

分析了有轨电车仿真评估的特点与适用性，并针对不同建设阶段，总结了评估的侧重点，阐述了包括有轨电车仿真建模基础调研内容、背景交通仿真方法、有轨电车相关建模、运行评估参数选择的考虑因素、工作流程以及重点。以珠海市有轨电车1号线仿真分析项目为例，验证了理论分析的有效性，基于仿真结果对1号线一期工程信号控制方案进行择优，指出运营管理的关键节点，并针对二期工程建设提出建议。

有轨电车；仿真；模型；Vissim；评估

1 有轨电车仿真应用特征及重点

(1) 有轨电车是城市交通的组成部分，空间和时间方面与其他交通方式有交互影响；

(2) 效益评估涉及经济、环境、效率、安全等多个维度；

(3) 线路规划常常有多种设想，进而影响公共交通系统的建设计划，形成了多个需要同时评估的平行方案；

(4) 社会影响深远广泛，评估具长期性。

交通仿真具有经济性、安全性、可重复性和可控性等优势，可通过建模和参数调整，切实模拟城市交通场景，对多个方案进行多维度、多指标的测试，在城市交通网络以及关键节点的运行情况演示、评估工作中被广为使用。仿真用于有轨电车建设各阶段的评估，其侧重点主要体现在表1所示的各方面。

表1 各阶段轨电车评估侧重点

2 有轨电车仿真建模要点分析

2.1 基础调研

建模目标对应的调研内容如表2所示。

表2 基础调研内容表

续表2

2.2 背景交通仿真

按照Vissim的参数设计规则，对调研数据进行结构化处理，输入道路网以及设施、背景交通组成、私人/常规公共交通交通量输入、路径分配、让行规则、减速区、速度决策点、交通信号控制方案等参数。

多选线方案、组织策略对比时，背景交通情况也将受到影响，如部分公交线路将被取消、行人过街可能移动位置等，需要各自建立仿真模型。

多应急方案对比时，需根据预制策略完成备用通道和路径的建模、备用信号控制方案输入准备等，根据方案需要启用。若通过Vissim的COM接口二次开发实时调整方案，需记录各方案操作针对的路段、车道编号等参数，便于后期实现路段禁行、单向行驶控制、车道关闭等措施仿真。

2.3 有轨电车相关建模

有轨电车由多节车厢组成，应根据调研数据严格遵照车辆分节以及尺寸完成车辆建模。此外，需对车辆的变速行为、速度控制区间等动态参数进行标定。

有轨电车的发车间隔、站点所在位置固定，停车时间可预测，在全面调查的基础上，可模拟有轨电车停靠、驶离站台的过程。其流程可以概括为：站台位置确定、按照实际尺寸仿真站台并嵌入路网、停靠时间参数制定、有轨电车线路与停靠站联系、停靠站行为参数(时间、上下乘客情况)输入。

因有轨电车的运力优势，交通组织上常配套提供优先通行方案，如以主线绿波控制提升有轨电车行驶效率，或以感应控制辅助、在不同场景调整方案，控制有轨电车优先。可根据实际设计制定信号灯组方案，或可直接利用Vissim进行绿波带设计。

图1 有轨电车信号优先处理外场设备布置图

2.4 评估参数选择

根据评估内容的不同，仿真检测器的位置以及测试参数组合都需调整。针对整体路网的分车型、分时段的测试参数可以对不同方案下各类出行方式的效率进行综合比较，是比较常用的评估切入点。其他评估参数举例如表3所示，均可根据实际情况分时段进行局部路段或路网整体测试。

表3 有轨电车仿真评估参数总结

3 珠海市现代有轨电车仿真评估

3.1 项目概况

2013年8月珠海现代有轨电车1号线首期工程开工建设，2014年11月建成通车。该线路二期工程接续建设，建成后与首期工程共同形成有轨电车1号线，实现珠海市香洲区内香洲、新香洲、前山、拱北等地区的相互连接，并实现与广珠城际前山站与珠海站的交通衔接。为确保有轨电车运行通畅，同时控制对其他交通方式的影响，前期结合当地交通情况制定了有轨电车信号优先方案，需以仿真为工具，评估其效果并进行优化；需定量界定一期工程周边的交通热点，改善局部交通拥堵严重的交叉口(群)和节点；针对仿真过程中发现的问题，综合二期工程线路规划情况，对比一二期工程的特点并预估二期建设可能存在的问题以及交通瓶颈位置；为珠海市有轨电车建设与维护提供可行建议。

3.2 一期工程评估结果

按照第2部分阐述流程与方法，结合收集到背景交通参数进行路网建模，并将包括有轨电车在内的相关交通仿真数据输入，构建整体模型。

对路网运行情况进行测试(部分数据见表4)，有轨电车对市政道路其他交通方式影响较大，尤其是地面常规公交的延误非常明显，降低了公共交通的服务水平，现有信控方案效果在有轨电车优先方面仍有提升余地。

有轨电车沿梅华路双向行驶，控制速度为21 km/h，不设置专用信号，与梅华路东西向交通一同放行，故改善有轨电车优先控制对梅华路通道交通有利，有轨电车的通行效率上升同时，路网整体的通行效率也将有所提高。此外仿真现实相关交叉口南进口左转车辆排队明显，应当注意调节。

仿真通过交通聚合分析，发现健民广场、健民路-梅华路、迎宾北路-梅华路三个节点连接的通道上有明显的南北向车辆排队，有轨电车优先通行对其他流向交通的影响不利，需重点调节改善。

基于上述测试结果，综合考虑东西、西东两向的绿波配合，结合区域内T字路口较多的特点，以交通热点区域为主，设置新的信控方案，调整配时与相位差，必要时修改相位组合，重新仿真，可见有轨电车的车均速度基本达到计划水平，其他交通方式的通行条件也大幅提升，普通公交延误减小了1/2，私人交通车均延误下降。同样，局部区域交通情况也得到改善(表4)。

表4 信号控制方案改善前后路网部分测试参数对比

综上，珠海有轨电车1号线一期工程仿真主要结论如下：

(1) 有轨电车的运行占用了道路空间与时间资源，必然对市政交通造成影响，南进口左转交通延误尤其严重，建议重点管理中山大学附属第五医院、迎宾北路-梅华路交叉口、健民路-梅华路交叉口等节点；

(2) 上述影响可以通过合理控制措施减小，信控配时优化可以大幅提升路网交通效率，表现有轨电车服务水平得以保障的同时均车延误减小、平均速度提高，目前仿真测试与实际情况仍有一定差距，届时可根据实际情况微调。感应控制运行效果要综合考虑所有交通方式的效率，确保公共交通体系整体建设价值最大化，同时要兼顾其他交通方式利益，实现权利公平；

(3) 考虑有轨电车优先方案实施引发交通流特征变化，应充分照顾市民对有轨电车引发生活习惯变化的逐渐接受过程，考虑各类特殊情况、事故的快速处理以及影响控制，解决弊端，为市民提供实质便捷。建议对高峰时段因有轨电车优先通行造成的排队和拥堵、不良天气下有轨电车故障占用道路引发的拥堵、主要市政道路交通节点交通事故引发通道失效、极端情况下有轨电车引发交通事故等常见情况考虑，做好应急预案并通过仿真评价其有效性；

(4) 交通效益的高低不仅体现为交通本身的通畅，更涉及到城市土地利用、环境保护、经济节约等方面，建议充分结合交通规划理论、经济理论统筹考虑效率、环境、成本、城市建设提升、社会公平、市民满意度改善情况综合评价。

3.3 二期工程评估结果

(1) 体育中心大型活动的集中客流应对。市政交通冲突问题严重，需综合调整发车间距以及其他公共交通组分，保证公共交通服务质量；

(2) 早晚高峰期间沿途住宅区交通需求集中，形成较大的出入站压力，需通过需求和运力估算，合理确定发车间隔；

(3) 健民路、前山路现状交通流量大，未来修建有轨电车车站如采用一期工程方法对路面交通进行部分封堵，可能会导致排队延伸，造成拥堵，施工期间的临时交通诱导非常重要；

(4) 与交通枢纽如珠海、广珠城轨衔接的考虑；

(5) 后续运行的应急方案涉及城区主要通道和多个公共建筑，非常复杂，需提前考虑。

3.4 后续实施建议

(1) 本次1号线一阶段的仿真工作开展滞后，未能完全发挥作用。建议后期在线路设计阶段即结合市政道路交通情况进行仿真，评估有轨电车运营情况；

(2) 建议编制应急方案并通过仿真验证适用性，完成效率对比，快速解决实际问题。二期工程涉及更多利益相关方，公共建筑集中，应急方案测试的必要性更突出；

(3) 交通效益的高低不仅体现为交通本身的通畅，更涉及到城市土地利用、环境保护、经济节约等方面，建议充分结合交通规划理论、经济理论统筹考虑效率、环境、成本、城市建设提升、社会公平、市民满意度改善情况综合评价。

4 结 语

本文对有轨电车仿真评估工作的特点进行了总结，分析了各阶段仿真的主要目的，理清了有轨电车仿真建模的流程及工作内容，以珠海市有轨电车1号线为例，验证了方法的有效性，并针对项目给出了意见，切实体现了计算机仿真技术在有轨电车的运行效果评估以及综合评价方面的广泛应用，可作为有轨电车选线、优先控制方案、影响评估、瓶颈分析、应急方案择优等工作的有效工具。

[1] 吴梦芹．新型轨道交通方式之现代有轨电车系统发展对策[D]．天津：天津大学管理与经济学部，2013．

[2] 武勇彦，刘小明，魏中华，等．换乘交通枢纽行人设施布局仿真评价研究[J]．交通信息与安全，2012,30(3):74-77+97．

[3] 王彦杰，张喜．大型铁路客运站客流组织的动态仿真与评价分析[J]．交通信息与安全，2013,31(4) :129 -133．

A dissertation on performance evaluation of tramcar based on simulation

LI Jun-xian

(Shanghai Ji’an Transportation Consulting Co., Ltd, Shanghai, 200092)

Characteristics and applicability of tramcar simulation-evaluation were analyzed; the evaluation targets and key points of different construction phases were stated. A process consisted of survey, background traffic simulation, tramcar-related modeling, choosing evaluation index was illustrated, factors and nubs of every step were attached as well. Phase I Project of tramcar Line 1 in Zhuhai was taken as an example to check the validity of the method above, signal scheme was optimized and management bottlenecks concerned were localized based on the simulation result; and more advice about tramcar construction was provided to Phase II Porject.

tramcar; simulation; model; Vissim; evaluation

2016-09-06

李君羡(1987-)，女，黑龙江大庆人，工程师，研究方向：智能交通规划设计、交通仿真。

U29-39

C

1008-3383(2017)05-0160-03