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浅谈城市道路系统防灾规划

李开兵LI Kai-bing

(湖北省长江产业投资集团有限公司,武汉430060)

摘要院本章基于情景分析法,对震后交通需求进行了初步分析,提出道路网络防灾评价指标,构建了城市道路防灾规划基本流程,提出了道路防灾等级概念,为城市道路网络的抗震防灾规划提供了新的视角和可行方法。

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关键词 院道路;防灾;规划

中图分类号院TU984 文献标识码院A 文章编号院1006-4311(2015)27-0152-02

0 引言

城市道路系统是城市抗震救灾系统的重要组成部分,震后应急救援活动都依赖道路系统的正常运行。由于道路系统本身也受到地震的损害,如何增强道路系统的抗震性能,从而满足震后交通需求,保证灾区救灾、救护和物资运输的高效性,是一个十分重要的课题。

1 道路系统防灾评价指标

地震往往造成道路通行能力下降,甚至完全阻塞。因此,路段是否连通是评价路网抗震防灾性能的主要指标,也即路段通行是否安全。而在地震应急救援中,救援车辆的路径选择不仅考虑路段是否连通,也十分关注路段的通行效率。因此,路网的抗震防灾评价需要综合考虑安全性和效率性。安全性是目前评价震后道路性能最常用的指标,此类指标主要是震前对道路防灾条件进行评估。效率性主要考虑地震救援过程中的时间。由于震后道路缩减可能导致道路通行能力下降,假定交通量不变,路段的饱和度必然提高,从而使得旅行时间延滞。因此,震后救援交通兼顾安全和效率,才能充分发挥道路防灾的功能。过去地震防灾的焦点是根据道路易损性评估震后道路的连通概率,给出路网的薄弱环节,而较少考虑地震发生时的实际交通需求。本章以单一路段为基本单元,综合考虑安全和效率指标,基于震时交通需求,分别考虑路段完好、部分阻塞和完全阻塞情况下的震后交通服务性能,给出合理的路网抗震性能评价。

2 基于震后交通需求的防灾路网

根据震后交通活动的特点和优先级,本文将震后应急救援的交通需求归纳为市政抢修、物资供应、消防救火、医疗救护等四类。基于用户均衡分配理论,将震后救援活动的交通需求分配到路段上,得出路段的使用次数和路段交通量,进而得出基于防灾性能的路段重要性。同时根据城市重要设施点、救援点的层次性,根据震后交通服务要求(如路网的连通可靠性、救援效率性和服务覆盖性等),得出城市道路网络防灾规划的总体框架,从而为道路防灾设施的建设提供了依据,如图1 所示。

3 道路系统防灾规划

对于具体城市来说,城市重要设施和防救灾据点是已定的,城市本身的防救灾空间系统的层次性也是划分好的。防灾系统的层次性越高,其防灾功能越强。因此,在一定的地震作用和道路投资约束下,首先要保证连接最高层次防灾系统的道路保持畅通,其次保证连接较低层次防灾系统的道路畅通,依次类推。因此,在进行道路防灾规划时,首先进行城市其它防灾空间系统的层次划分,然后通过道路系统连接这些设施点,进行路网性能评价和道路防灾等级划分。

同时,在城市道路防灾规划时,如何判断基于防灾功能的路段重要度是一个很困难的问题。已有的研究仅仅从路网的连通可靠度的角度来评判路段的重要度,难以反映路段防灾功能的重要度。本文根据震后交通需求特点,计算了震后交通需求的空间分布,得到震后路段的救援交通量和路段使用次数,并根据震后救援效率得到路段的重要度指标。因此,城市道路网络防灾规划的思路是:首先根据城市现有重大设施和其它防灾空间系统的层次性,确定道路防灾功能的层次性;其次是基于震后交通需求特点,计算震后路段的交通量和路段的重要度指标,作为第二层次的指标。则城市道路的防灾等级计算如下:

RI=琢Ra+茁Rc (1)

式中,RI 为道路的防灾等级,初步分为高、中、普通、低四个等级;Ra 为基于震后救援效率的路段重要度;Rc 为路段的层次性,由路段连接的城市防救灾系统的层次性决定,一般按照防灾规模、防灾功能等划分为十分重要、重要、一般等级别;琢,茁为相应的指标权重,琢+茁=1。

根据城市道路的防灾等级,可以初步给出不同地震烈度下,需要保证的道路通行能力,以保证城市震后尽快恢复运转。

本文以某市路网为例,运用GIS 系统,分层给出消防队、医院、市政抢修公司和物资供应站等特殊设施的位置;同时将道路划分为主干路、次干路和支路,给出路段编号、节点编号和路段长度等。按照城市地理区位、行政区划和人口密度等,将城市路网划分为15 个交通小区,如图2 所示。根据震后交通服务性能要求,基于连通可靠度、行程时间可靠度等指标,采用Dijkstra 演算法寻找震后救灾活动的最短路径,找出震后路网关键路段和薄弱环节。

以震后消防救援为例,当地震作用下,消防车辆难以通行的路段,称为该路段完全阻塞。根据路网完好状态下的路段消防交通量排序,假定249 号路段为完全阻塞。计算表明,249 号路段的完全阻塞导致路网交通量的分布发生了变化,消防车辆到达各着火点的最小行程时间也发生了变化。表1 给出路网状态完好与路段完全阻塞下的最佳救援点和最小行程时间。通过累计震后消防队与交通小区的最小行程时间,可以得出249 号路段对震后消防救火效率的影响程度为(75原68)/68越0.1029。同样道理,可以求出每个路段阻塞造成的消防救火效率的延误程度,从而得出基于震后消防活动的路段重要度排序。图3 为基于路段阻塞的消防救火最佳路线分布示意图。

综合分析上述四类震后救灾活动可以发现,基于不同的应急救援活动,其路段重要度的排序是不同的,上述研究结论为各个职能部门的路网抗震防灾性能改造提供了思路。地震发生后,上述四类应急救援需求可能会同时产生,并相互之间影响。因此,综合考虑震后四类救援交通需求特点,评价路段对于震后应急救援效率的影响,找出应急救援中的关键路段,对于城市抗震防灾规划具有更加实际的意义。

4 结论

本文构建了城市道路网络抗震防灾规划基本流程,综合考虑路段重要度和路段层次性指标,提出了城市道路防灾等级理念。然后,论文基于安全和效率指标,以某市路网为例,运用GIS 探讨了震后救援疏散最优路径问题,结果显示能够较准确地判断震后救援的关键路段。在我国现有防救灾设施建设投资总量偏低的约束下,结合城市具体情况和地震危险性分析结果,合理区分城市道路防灾系统的等级,做到有点有面,有主有次的提升道路防救灾能力,具有较好的现实意义。

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