BIM軟件與VISSIM交通仿真方法對比研究-以北郊農(nóng)場為例

高梓雅

摘 要：交通仿真是對交通狀況進行還原的重要手段，交通仿真技術(shù)不僅能對現(xiàn)狀交通狀況進行仿真、模擬及評價，也用于對道路基礎(chǔ)設(shè)施的改善或交通管控措施在實施前進行方案比選，從而確定最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：交通仿真;VISSIM;BIM;三維建模

本論文從現(xiàn)階段我國主要使用的交通仿真軟件VISSIM和AUTODESK公司新開發(fā)的BIM框架軟件INFRAWORKS著手，研究兩款軟件交通仿真的異同、優(yōu)劣、仿真過程中各自的特點及適用范圍。論文以北京市昌平區(qū)回龍觀北郊農(nóng)場橋改擴建項目為依托，研究兩款軟件在實際項目交通仿真中的建模流程及特點，探索BIM軟件在三維交通仿真中的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容：（1）系統(tǒng)梳理了不同層次交通仿真的定義、內(nèi)容、方法、模型，并對不同層次交通仿真軟件進行了分類介紹。（2）參與北京市昌平區(qū)回龍觀北郊農(nóng)場橋改擴建項目，介紹BIM技術(shù)在城市道路概念設(shè)計階段的應(yīng)用。（3）以回龍觀北郊農(nóng)場橋項目為例，分別使用傳統(tǒng)交通仿真軟件VISSIM與BIM框架軟件INFRAWORKS進行三維交通仿真方法研究。

本文研究得出結(jié)論，INFRAWORKS軟件建模過程更加快捷準確，兩款軟件仿真結(jié)果基本相同，INFRAWORKS軟件仿真結(jié)果包含評價指標更豐富，且INFRAWORKS可視化程度高，協(xié)調(diào)性好。因其屬于BIM框架軟件，支持與Revit、Civil 3d等軟件協(xié)同設(shè)計，INFRAWORKS模型可集道路設(shè)計、施工、運維各階段信息于一體，實現(xiàn)“建筑信息一體化”，進而推動BIM技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用。

0 前言

交通仿真在道路改擴建、優(yōu)化信號控制、新建道路設(shè)計中起著重要的作用，精準的交通仿真結(jié)果有助于工程師實現(xiàn)最優(yōu)的解決方案。本文依托實際工程項目，通過研究BIM軟件和傳統(tǒng)交通仿真軟件的優(yōu)劣，完善BIM技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用，進而推動BIM技術(shù)在交通領(lǐng)域的發(fā)展，并且希望能夠為未來相似項目提供借鑒。 本論文從傳統(tǒng)交通仿真軟件VISSIM和AUTODESK公司新開發(fā)BIM框架軟件INFRAWORKS著手進行三維交通仿真方法研究，研究兩者在仿真過程中的特點、異同、優(yōu)劣，以回龍觀北郊農(nóng)場橋改擴建項目為依托，進行交通仿真對實際項目的應(yīng)用研究。并在此基礎(chǔ)上，研究BIM技術(shù)在交通仿真中的應(yīng)用。

1 交通仿真定義及模型

1.1 交通仿真定義

交通仿真指基于計算機和仿真模型支持的仿真技術(shù)來研究交通行為，是一種跟蹤、模擬交通主體，即車輛、行人等時空運動的技術(shù)。其含有隨機特性，交通仿真包括宏觀、中觀、微觀三個仿真層次，其用來描述道路交通系統(tǒng)中交通要素，如機動車、人、非機動車的運動模型，以及交通要素之間的影響作用。

1.2 交通仿真模型

（1）宏觀交通仿真模型。宏觀交通仿真是對交通系統(tǒng)要素描述最為粗糙的交通仿真方法，其對道路環(huán)境要素、車輛實體、行為及車輛間的相互作用的描述都處于較低的程度。宏觀仿真注重從全局的角度把握交通系統(tǒng)的特性，在宏觀模型中，交通流被看作是一個流體，不考慮交通流中單個車輛的駕駛行為。宏觀仿真模型的重要參數(shù)包括交通流的速度、密度和流量。

（2）微觀交通仿真模型。微觀交通仿真是對車輛行為描述最細致的模型，它的目標是每個車輛在道路上的運動，描述的是車輛于其所在空間環(huán)境的交互，即考慮交通環(huán)境影響駕駛員行為的前提下，研究單個車輛在交通流中的行為。其中，交通環(huán)境包括目標車輛所在的氣候和自然環(huán)境、道路設(shè)施的基本情況、交通控制管理措施、周圍車輛的行為等。

微觀交通仿真的研究對象是某一確定車輛，是根據(jù)駕駛員在特定的交通環(huán)境中所可能采取的駕駛方式，描述單一車輛的行為。

2 數(shù)據(jù)采集和結(jié)果誤差分析

2.1 VISSIM微觀交通仿真數(shù)據(jù)采集

調(diào)查范圍東起回龍觀西大街北輔路東盡頭，西至北郊農(nóng)場橋，南起京藏高速東輔路與北郊農(nóng)場橋連接處，北至京藏高速西輔路與回龍觀西大街連接處。

2.2 仿真結(jié)果誤差分析

INFRAWORKS其車輛生成模型為隨機過程，故每次仿真結(jié)果并不完全相同。INFRAWORKS軟件支持模型參數(shù)的校準和驗證，通過確定最小仿真次數(shù)并在系統(tǒng)內(nèi)進行驗證迭代，軟件經(jīng)過反復(fù)執(zhí)行“檢查模型輸出結(jié)果與實際觀測值比較”的過程，避免仿真結(jié)果的對比過度擬合到一個結(jié)果數(shù)值中。仿真結(jié)果的誤差分析INFRAWORKS軟件會自動輸出GEH值，即模型仿真結(jié)果與實際觀測值的比值。

2.3 小結(jié)

本論文研究傳統(tǒng)交通仿真軟件VISSIM和BIM框架軟件INFRAWORKS在三維交通仿真上的異同及優(yōu)劣，通過控制建模參數(shù)相同，分析兩款軟件輸出結(jié)果的異同。除此之外，本論文還對兩款軟件的仿真原理、仿真模型進行了學(xué)習(xí)，對兩款軟件不同的仿真結(jié)果進行了合理的分析。最后總結(jié)出VISSIM和INFRAWORKS交通三維仿真的異同、優(yōu)劣及適用范圍。

3 結(jié)語

（1）交通仿真模型研究。通過對交通仿真國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析，將仿真模型進行分類，總結(jié)各類模型的特點及應(yīng)用條件，選取 VISSIM 和INFRAWORKS仿真軟件進行研究，找出其模型建立的機理及模型所使用的理論，并對交通仿真模型中的各個要素進行分析。（2）建模方法。在學(xué)習(xí)交通仿真原理的基礎(chǔ)上，對北京市回龍觀北郊農(nóng)場橋進行仿真建模，結(jié)合北郊農(nóng)場橋的改擴建項目，通過VISSIM與INFRAWORKS兩款軟件對改善前后的北郊農(nóng)場橋早高峰、晚高峰交通狀況進行仿真建模，本論文共建立8個仿真模型，從橫向、縱向兩個角度對比總結(jié)了VISSIM與INFRAWORKS兩款軟件的建模方法。（3）仿真結(jié)果分析。輸出兩種軟件的仿真結(jié)果，對其仿真結(jié)果的評價指標進行對比分析，并找出產(chǎn)生差異的原因。

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