城市快速路出入口間距合理性仿真研究

徐俊軍

(東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210096)

1 概 述

出入口是影響城市快速路整體運(yùn)行效率的關(guān)鍵因素，現(xiàn)行的規(guī)范對城市快速路出入口間距最小值的規(guī)定，僅考慮設(shè)計(jì)速度單一影響因素，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，出入口的設(shè)置往往受到路網(wǎng)規(guī)劃、地塊開發(fā)、工程投資等眾多因素的限制，不能滿足規(guī)范要求。本文通過交通仿真軟件模擬出入口的運(yùn)行情況，細(xì)化出入口最小間距的合理取值，為以后的設(shè)計(jì)工作提供借鑒。

2 出入口組合型式及交通運(yùn)行特性

根據(jù)相鄰出入口型式，可分為以下四種組合形式：(1)連續(xù)出口；(2)連續(xù)入口；(3)先出后入；(4)先入后出；交通運(yùn)行特征如下：

2.1 連續(xù)出口

駛出車輛均提前變換至最外側(cè)車道，導(dǎo)致最外側(cè)車道車輛集中；同時(shí)連續(xù)的出口標(biāo)志，間距短，指示信息過多，均影響主路正常通行。

2.2 連續(xù)入口

第一個(gè)入口匝道的車輛，剛匯入主路，正處于加速階段，容易受到第二個(gè)入口匝道車輛的影響，需要減速或者向內(nèi)側(cè)車道變換。

2.3 先出后入

出口和入口與主路的沖突點(diǎn)分別位于出入口上、下游，沖突點(diǎn)互相獨(dú)立，車輛運(yùn)行基本無影響。

2.4 先入后出

出、入口匝道與主路的沖突均集中在交織段完成，沖突點(diǎn)集中，對主路正常通行干擾大，是最不利的出入口組合型式，規(guī)范中最小間距值要求也最大。

根據(jù)出入口組合交通運(yùn)行特征的分析，選取先入后出型式作為本文的研究對象。

3 出入口間距影響因素分析

根據(jù)出入口最小間距影響因素的性質(zhì)，可分為定性因素和定量因素兩類：

3.1 定性因素

(1)路網(wǎng)規(guī)劃——出入口布設(shè)應(yīng)滿足交通規(guī)劃和交通轉(zhuǎn)換需求。

(2)沿線土地開發(fā)——兼顧地塊出行的同時(shí)，避讓規(guī)劃用地，避免對兩側(cè)地塊的阻隔。

(3)交通標(biāo)志布置——保證交通標(biāo)志最小識(shí)別距離。

(4)環(huán)境景觀——避讓環(huán)境敏感點(diǎn)，與周邊環(huán)境融合，較小對自然景觀的破壞。

(5)工程經(jīng)濟(jì)性——滿足交通功能的基礎(chǔ)上，減少工程投資。

3.2 定量因素

(1)路段交通量

路段交通量小時(shí)，車頭視距較大，車輛變換車道較容易，交通量大時(shí)，出入口車輛很難找到空隙，導(dǎo)致車輛交織長度較長。

(2)出入口交通量

出入口交通量大，與主線車輛頻繁交織，對主線車輛的正常行駛產(chǎn)生較大干擾，導(dǎo)致服務(wù)水平降低、匝道車輛排隊(duì)等不利影響。

3.3 主要影響因素選定

實(shí)際工程中，首先根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃、地塊開發(fā)等情況，從交通需求角度，布設(shè)出入口位置，再根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果，進(jìn)行適應(yīng)性分析，因此本文選用路段和出入口交通量作為主要控制因素需求。

4 仿真分析

本文選用德國PTV公司開發(fā)的VISSIM軟件，基于時(shí)間間隔和駕駛行為，通過動(dòng)態(tài)交通分配，向用戶直觀顯示車輛及道路運(yùn)行狀況。

4.1 仿真模型建立

按快速路常用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主路采用雙向六車道，設(shè)計(jì)速度80 lm/h。選取最不利的先進(jìn)后出的組合型式，出入口匝道采用單向雙車道，設(shè)計(jì)速度40 km/h，采用平行式變速車道，出入口之間全線設(shè)置輔助車道。

主路建立了上游、入口、交織段、出口、下游五個(gè)路段，出入口匝道建立上、下游兩個(gè)路段，共設(shè)置四個(gè)連接器聯(lián)通。入口匝道處，主路車輛具有優(yōu)先通行權(quán)，出口匝道處，輔助車道車輛具有優(yōu)先通行權(quán)。

4.2 仿真模型標(biāo)定

(1)車輛跟馳模型

根據(jù)城市快速路的交通特性，選用與城市Wiedemann 74模型。

(2)車道變換模型

車道變換模型運(yùn)用：必要車道變換和自由車道變換，選用更符合交織段車輛實(shí)際行駛的自由車道變換模型。

(3)交通組成

根據(jù)已建快速路的交通管理情況，大部分快速路進(jìn)行了貨車管制，交通組成采用95%小汽車和5%的大客車及小貨車。

(4)車輛加減速度

本文以小型汽車為主，主要對小汽車的加、減速度指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)相關(guān)研究，車輛的最大加、減速度均采用6 m/s2。

(5)期望速度

主路最大期望速度為85 km/h，最小期望速度為75 km/h；匝道最大期望速度為45 km/h，最小期望速度為35 km/h。

(6)最小車頭時(shí)距

實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，車輛變換車道最小間隙為3～4 s行程。

4.3 評價(jià)指標(biāo)

根據(jù)VISSIM軟件常用輸出數(shù)據(jù)，本文選用出入口影響范圍路段內(nèi)車輛的平均速度作為評價(jià)指標(biāo)。根據(jù)城市快速路設(shè)計(jì)規(guī)程要求，路段采用三級服務(wù)水平，速度≥54.5 km/h。

4.4 出入口最小間距仿真結(jié)果

根據(jù)《城市快速路設(shè)計(jì)規(guī)程》(CJJ 129-2009)，主路采用三級服務(wù)水平，交通量飽和度V/C為0.5～0.8；出入口按立交匝道服務(wù)水平為II2級，V/C為0.37～0.67。將主路交通量和匝道交通量分別輸入至已建模型中，得出在不同交通量組合條件下，出入口最小間距推薦值如表1。

表1 雙車道出入口最小間距值(m)

圖1 雙車道出入口最小間距值

5 實(shí)例驗(yàn)證

揚(yáng)州市萬福路是揚(yáng)州市規(guī)劃“五橫七縱”快速路網(wǎng)中重要的“一橫”，連接揚(yáng)州中心城區(qū)、新城核心區(qū)與江都新區(qū)，是揚(yáng)州主城與江都快速路網(wǎng)銜接的重要體現(xiàn)。本文研究范圍從京杭北路到沙灣路，長約1.3 km，相交道路沙灣路近期為城市主干路，交通量預(yù)測結(jié)果見表2。

圖2 萬福路研究路段路網(wǎng)圖

表2 特征年高峰小時(shí)交通量預(yù)測(pcu/h)

根據(jù)快速化總體方案，為雙向六車道高架快速路，設(shè)計(jì)速度80 km/h；地面為雙向四車道城市主干路，設(shè)計(jì)速度40 km/h。

根據(jù)規(guī)劃，沿線以商業(yè)用地為主，出入口的布設(shè)主要考慮兩側(cè)河道之間地塊的出行方便?？紤]兩種菱形立交布置方案：

方案一：完整菱形立交

在京杭北路和沙灣路各設(shè)置一處菱形立交，兩條道路間距僅1.3 km，距離較近，兩立交之間的交織段長度僅400 m。根據(jù)交通預(yù)測結(jié)果，主路遠(yuǎn)景年高峰小時(shí)交通量達(dá)到3 471 pcu/h，匝道交通量為1 199 pcu/h。根據(jù)前文仿真模擬結(jié)果，采用內(nèi)插法，求得交織段平均速度為32 km/h，遠(yuǎn)景年處于四級服務(wù)水平，不滿路規(guī)范要求。

圖3 方案一匝道布置示意圖

方案二：組合式立交

取消京杭北路東側(cè)和沙灣路西側(cè)的一對落地匝道，形成組合式菱形立交。該方案出入口之間無交織，快速路服務(wù)水平較高，出入口交通集中至京杭北路和沙灣路，遠(yuǎn)景年交叉口服務(wù)水平達(dá)到D級，滿足快速路出入口需求。

圖4 方案二匝道布置示意圖

通過以上兩種匝道布置方案的比選，方案一服務(wù)功能更強(qiáng)，但交織段長度不足，導(dǎo)致路段及出入口的服務(wù)水平較低，不能充分發(fā)揮快速路功能；方案二出入口較少，但是通過交叉口渠化設(shè)計(jì)，也能滿足出入口交通需求，經(jīng)綜合比較，推薦采用方案二。

6 結(jié) 論

通過VISSIM軟件，對先進(jìn)后出型式的快速路出入口交通運(yùn)行狀況進(jìn)行了仿真分析，得出雙車道出入口在不同的主路交通量飽和度和出入口交織比組合下的出入口最小間距推薦值。但在實(shí)際工程中，出入口間距還收受到相鄰快速路和被交路情況、道路平縱幾何線形、交通安全設(shè)施、天氣等因素的影響，建議出入口最小間距值按高一級指標(biāo)選取。