基于Vissim的地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)研究

應(yīng)純杰

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海200433]

0 引言

隨著城市不斷地更新發(fā)展和外延擴(kuò)張，各發(fā)達(dá)城市均誕生了一批高端的城市新核心區(qū)。此類核心區(qū)業(yè)態(tài)通常以高端商業(yè)、辦公、酒店、商住為主，具有容積率高、路網(wǎng)密集、路格間距小等規(guī)劃特點(diǎn)。但大體量、高密度的開(kāi)發(fā)會(huì)產(chǎn)生大量的交通出行需求，不僅容易造成核心區(qū)的道路擁堵，還會(huì)產(chǎn)生較多的機(jī)非矛盾和人車矛盾，影響核心區(qū)的出行效率、出行環(huán)境及品質(zhì)。地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道可以貫通核心區(qū)地下車庫(kù)，共享地下停車資源，將出入地塊的車輛通過(guò)核心區(qū)外圍的出入口集中進(jìn)出地下車庫(kù)，以減輕核心區(qū)地面支路網(wǎng)的壓力，提升支路車輛及人非通行品質(zhì)[1]。

到發(fā)車輛在聯(lián)絡(luò)道內(nèi)以連續(xù)流的交通組織通過(guò)與各個(gè)地塊的聯(lián)絡(luò)道進(jìn)出口服務(wù)串聯(lián)的各個(gè)地塊，因此，在聯(lián)絡(luò)道主線容易形成多組交織區(qū)，而交織區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)性將直接影響地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的運(yùn)行效率。地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的交織區(qū)相對(duì)于高快速路的交織區(qū)，具有速度低、交織距離短的特點(diǎn)，因此難以直接引用相關(guān)公式或參數(shù)。綜合以上情況，就地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道主線交織區(qū)的相關(guān)參數(shù)結(jié)合vissim 仿真軟件進(jìn)行了研究。

1 地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道交通組織

地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道屬于核心區(qū)立體交通體系中的到發(fā)端[2]。主要由接地出入口匝道、聯(lián)絡(luò)道主線以及與地塊車庫(kù)出入口三個(gè)要素構(gòu)成。接地出入口匝道一般設(shè)置于核心區(qū)對(duì)外的主要通道道路，通常以進(jìn)出分離的形式設(shè)置，少數(shù)地面道路條件受限時(shí)采用既進(jìn)又出的形式，進(jìn)出車道中間設(shè)置緊急停車帶進(jìn)行分割，到發(fā)車輛經(jīng)過(guò)接地出入口進(jìn)出聯(lián)絡(luò)道的車行主線，進(jìn)出分離的路側(cè)式聯(lián)絡(luò)道匝道如圖1所示。

圖1 進(jìn)出分離的路側(cè)式聯(lián)絡(luò)道匝道

聯(lián)絡(luò)道主線通常以首尾閉合的環(huán)形形態(tài)串聯(lián)核心區(qū)各個(gè)地塊的地下車庫(kù)，主線車道由連續(xù)車道和輔助車道構(gòu)成，環(huán)狀布局的聯(lián)絡(luò)道主線如圖2所示。其中連續(xù)車道通常位于主線斷面的中央車道，供到發(fā)車輛通行前往目標(biāo)車庫(kù)。輔助車道通常設(shè)置于主線兩側(cè)近地塊出入口的車道作為車輛進(jìn)出地塊的車道，作為到發(fā)車輛由主線進(jìn)出車庫(kù)出入口的加減速過(guò)渡段。所有到發(fā)車輛可在聯(lián)絡(luò)道主線連續(xù)通行，形成單向逆時(shí)針通行的微循環(huán)，在臨近目標(biāo)車庫(kù)時(shí)由主線連續(xù)車道變換至輔助車道駛向地塊車庫(kù)出入口，中間連續(xù)車道與兩側(cè)輔助車道如圖3所示。

圖2 環(huán)狀布局的聯(lián)絡(luò)道主線

與聯(lián)絡(luò)道連接的車庫(kù)出入口是到發(fā)車輛進(jìn)出地塊的起終點(diǎn)，布置在主線兩側(cè)與輔助車道銜接，通常根據(jù)地塊進(jìn)出車輛的規(guī)模及主線交織段的長(zhǎng)短設(shè)置為既進(jìn)又出型或進(jìn)出分離型。

到達(dá)車輛利用地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入目標(biāo)地庫(kù)車庫(kù)的交通組織流程為：地面道路—聯(lián)絡(luò)道接地入口匝道—聯(lián)絡(luò)道連續(xù)主線車道—聯(lián)絡(luò)道輔助車道—聯(lián)絡(luò)道之目標(biāo)地塊車庫(kù)入口—進(jìn)入目標(biāo)車庫(kù)。

離開(kāi)車輛利用地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道駛離核心區(qū)的交通組織流程為：起點(diǎn)車庫(kù)—車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道出口—聯(lián)絡(luò)道輔助車道—聯(lián)絡(luò)道主線—接地出口匝道—地面道路。

車輛到達(dá)與離開(kāi)組織如圖4所示。

圖4 車輛到達(dá)與離開(kāi)組織

2 地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)

2.1 交織區(qū)定義

按照交通工程學(xué)的定義，行駛方向相同的兩股或多股交通流，沿著相當(dāng)長(zhǎng)的路段，不借助交通控制設(shè)施進(jìn)行的交叉，定義為交織。當(dāng)合流區(qū)后面緊跟著分流區(qū)，或當(dāng)一條駛?cè)朐训谰o接著一條駛出匝道，并在二者之間有輔助車道連接時(shí)，就構(gòu)成了交織區(qū)[3]。（HCM2010, chapter12,page12—1）如果入口和出口車行道都叫做“支路”，則從A 支路駛向D 支路的車輛必須穿過(guò)從B 支路駛往C 支路車輛的路徑。所以車輛路徑A-D 和B-C 叫做交織流，交織區(qū)車流如圖5所示。在這段路上還有A-C 和B-D 車流，不與其他車流交叉，因此，此類車流為“非交織車流”。

圖5 交織區(qū)車流

2.2 交織區(qū)構(gòu)型

交織段構(gòu)型根據(jù)車輛交織方向需要發(fā)生的變換車道數(shù)量通?？梢苑譃槿?。

A 類交織區(qū)：兩個(gè)方向的所有交織車輛必須進(jìn)行一次車道變換；

B 類交織區(qū)：一組交織運(yùn)行無(wú)須進(jìn)行任何車道變換，其他方向的交織車輛至多變換一次車道才能完成交織運(yùn)行；

C 類交織區(qū)：有一種交織可無(wú)須進(jìn)行車道變換就可完成，其他的交織需要進(jìn)行兩次或多次的車道變換。

2.3 車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道常見(jiàn)交織區(qū)類別

地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道根據(jù)其主線及連接地塊出入口的位置布局，一般形成“單邊服務(wù)”沿線地塊或“兩側(cè)服務(wù)”沿線地塊的連接形態(tài)。

對(duì)于“單邊服務(wù)”的區(qū)間，會(huì)形成到達(dá)進(jìn)庫(kù)車輛與離開(kāi)出庫(kù)車輛間的交織，即由聯(lián)絡(luò)道的連續(xù)車道向輔助車道變換前往車庫(kù)入口的到達(dá)車輛與從車庫(kù)出口經(jīng)輔助車道變換至連續(xù)車道的離開(kāi)車輛在兩個(gè)同側(cè)臨近車庫(kù)出入口之間的區(qū)間形成交織，此類交織為A型交織，也是地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道最為常見(jiàn)且交織行為最多的交織類別，因此可以認(rèn)為是地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的“主要交織構(gòu)型”，單邊服務(wù)的交織區(qū)如圖6所示。

圖6 單邊服務(wù)的交織區(qū)

對(duì)于“兩側(cè)”服務(wù)的區(qū)間，其理論存在的交織車流為由某一車庫(kù)前往另一車庫(kù)的車流與主線連續(xù)通道正常通行的車流，當(dāng)車輛需要從某車庫(kù)前往另一對(duì)向車庫(kù)時(shí)，需由一側(cè)輔助車道變換至中間連續(xù)車道，再變換至另一側(cè)的輔助車道，與主線上沿中間車道連續(xù)通行的車輛發(fā)生交織。該行為需要變換兩次車道，因此是C 類交織構(gòu)型。從核心片區(qū)交通出行的角度分析，因?yàn)榕R近兩個(gè)地塊的間距較近（核心區(qū)小街區(qū)密路網(wǎng)，地塊間距約150m 內(nèi)），所以在兩個(gè)間距僅150m的地塊之間開(kāi)車出行的行為是極少的，因此，此類聯(lián)絡(luò)道內(nèi)的交織行為存在理論上的可能，但實(shí)際發(fā)生的概率較低，可作為地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的“次要交織構(gòu)型”。兩側(cè)服務(wù)的交織區(qū)如圖7所示。

圖7 兩側(cè)服務(wù)的交織區(qū)

2.4 影響車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)運(yùn)行效果的因素

影響交織區(qū)運(yùn)行效果的因素較多，如交織類型、交織區(qū)長(zhǎng)度、交織區(qū)內(nèi)車道數(shù)及交織流量比（VR）等[4]。由于地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道“主要交織構(gòu)型”相對(duì)單一，為A 類型，并且常規(guī)的聯(lián)絡(luò)道車道規(guī)模為3 車道，因此影響地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道運(yùn)行效率的主要因素為交織區(qū)的長(zhǎng)度和交織流量比。

交織區(qū)長(zhǎng)度L，即交通分合流點(diǎn)的起點(diǎn)和重點(diǎn)之間的距離。地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的交織區(qū)為一個(gè)車庫(kù)的集散車道匯入連續(xù)車道的起點(diǎn)至臨近車庫(kù)由連續(xù)車道分流至集散車道的端點(diǎn)。交織長(zhǎng)度決定了駕駛員完成所需要的全部車道變換可利用的時(shí)間和空間，因此交織區(qū)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，越能降低交織區(qū)的紊亂程度，（HCM2010，page12-17）從而越有利于交織區(qū)的運(yùn)行[5]。聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)長(zhǎng)度如圖8所示。

圖8 聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)長(zhǎng)度

交織區(qū)的流量比VR 是交織區(qū)的交織流率與總流率的比值。流量比VR 越大，交織區(qū)通行能力越小。車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的主流交織區(qū)即“單邊服務(wù)”的臨近車庫(kù)間的車流按照其起終點(diǎn)可分為4 類，聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)車流類別如圖9所示。

圖9 聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)車流類別

因此，對(duì)于地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的常見(jiàn)A 型交織區(qū)而言，其VR 值可以按照以下公式計(jì)算：

式（1）中：V主—主：由主線上游經(jīng)主線連續(xù)車道前往下游的車輛，此類車輛為非交織車輛；

V主—庫(kù)B：由主線上游經(jīng)連續(xù)車道變換至集散車道再駛?cè)胲噹?kù)B 的車流，此類屬交織車輛；

V庫(kù)A—主：由車庫(kù)A 經(jīng)集散車道變換至連續(xù)車道前往主線下流的車流，此類屬于交織車輛；

V庫(kù)A—庫(kù)B：由車庫(kù)A 經(jīng)集散車道前往車庫(kù)B 的車流，此類屬于非交織車輛，但此類交通流在實(shí)際場(chǎng)景中發(fā)生概率很少。

3 車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)仿真分析

3.1 仿真輸入與建模

相比于高快速路，地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道有著設(shè)計(jì)速度低、交織區(qū)短等特點(diǎn)，既有的高快速路交織區(qū)的設(shè)計(jì)參數(shù)及評(píng)價(jià)方法難以應(yīng)用于地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道。因此，通過(guò)微觀仿真對(duì)聯(lián)絡(luò)道的交織進(jìn)行分析。Vissim 是一種微觀的、基于時(shí)間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，其跟車模型中的車速和空間閾值的隨機(jī)分布能夠體現(xiàn)出駕駛員的個(gè)性駕駛行為特性。因此，該研究通過(guò)Vissim 微觀交通仿真軟件對(duì)地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)進(jìn)行了分析研究。具體參數(shù)設(shè)定如下：

車輛速度：根據(jù)《城市地下道路設(shè)計(jì)規(guī)程》，地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的設(shè)計(jì)時(shí)速為20km/h，因此本研究中的車輛平均車速按照20km/h 進(jìn)行控制。

交織區(qū)構(gòu)型及車道規(guī)模：地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道常規(guī)采用3 車道規(guī)模，且最為常見(jiàn)的交織區(qū)由車輛從主線進(jìn)出兩組單側(cè)臨近地塊的交織需求構(gòu)成，因此，此次仿真構(gòu)建按取3 車道A 型進(jìn)行建模。

交織區(qū)長(zhǎng)度L：由于地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道一般設(shè)置于高密度小街區(qū)的核心區(qū)域，其平均路格尺寸約150m，在扣除各地塊出入口輔助車道的加減速段并結(jié)合過(guò)往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，因此本研究選取的交織區(qū)長(zhǎng)度范圍從35m 至100m。

交織區(qū)上游流量：車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)的上游通常為兩車道到達(dá)，對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)速20km/h 的兩連續(xù)通行車道的設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式如下：

式（2）中：Nm為交織區(qū)上游2 車道設(shè)計(jì)通行能力(pcu/h);N1為聯(lián)絡(luò)道一條機(jī)動(dòng)車道的基本通行能力，1100pcu/h;Fn為機(jī)動(dòng)車道數(shù)修正系數(shù)，1,85；η 為機(jī)動(dòng)車道寬度修正系數(shù)，1。

因此，其理論設(shè)計(jì)通行能力約為2035pcu/h，但由于車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的外側(cè)車道受地塊接口影響，難以保持全線連續(xù)，因此外側(cè)車道車輛使用率低于中間的全程連續(xù)車道，所以本研究在設(shè)計(jì)通行能力基礎(chǔ)上進(jìn)行折減，取值1835pcu/h。

交織區(qū)VR 值：車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的VR 值主要受交織區(qū)進(jìn)出車庫(kù)的車流規(guī)模和上游到達(dá)車輛規(guī)模的影響。常規(guī)情況下，各車庫(kù)出入口設(shè)置1 處進(jìn)或出閘機(jī)，采用車輛識(shí)別及集中付費(fèi)技術(shù)后，其服務(wù)能力約400pcu/h，因此，對(duì)于某一同側(cè)交織區(qū)的進(jìn)出庫(kù)總量上限約800pcu/h。因此，此次研究的VR 范圍為0.1至0.35。

3.2 仿真分析與結(jié)論

3.2.1 交織區(qū)長(zhǎng)度與平均排隊(duì)長(zhǎng)度

平均排隊(duì)長(zhǎng)度可以較為直觀的反映聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)的運(yùn)行狀態(tài)。因此，當(dāng)車道中的平均排隊(duì)長(zhǎng)度大于臨近出入口間距時(shí)，將會(huì)影響臨近出入口的進(jìn)出，進(jìn)而引發(fā)主線的擁堵。平均排隊(duì)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，對(duì)主線的影響越嚴(yán)重，交織區(qū)長(zhǎng)度與平均排隊(duì)長(zhǎng)度如表1所示。通過(guò)仿真模擬，平均排隊(duì)長(zhǎng)度與交織區(qū)長(zhǎng)度成反比關(guān)系，與VR 比成反比關(guān)系。由于車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道各車庫(kù)出入口與主線接入段長(zhǎng)度通常設(shè)置為40m，當(dāng)平均排隊(duì)長(zhǎng)度大于40m 時(shí)，會(huì)對(duì)臨近出入口進(jìn)出產(chǎn)生影響，因此，建議對(duì)于交織行為造成的平均排隊(duì)長(zhǎng)度應(yīng)按照40m 進(jìn)行控制。當(dāng)VR 值小于等于0.2，交織區(qū)長(zhǎng)度大于35m 均可滿足。當(dāng)VR 值為0.3 時(shí)，其交織區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)大于50m。當(dāng)VR 值為0.35 時(shí)，其交織區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)大于65m。

表1 交織區(qū)長(zhǎng)度與平均排隊(duì)長(zhǎng)度

3.2.2 交織長(zhǎng)度與區(qū)間車輛密度

車輛密度是國(guó)內(nèi)外對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)速較高的高快速路服務(wù)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。根據(jù)仿真測(cè)試，車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)的車輛密度與交織區(qū)長(zhǎng)度呈反比，與VR 值呈反比，交織區(qū)長(zhǎng)度與交織區(qū)車輛密度如表2所示。以交織區(qū)密度值對(duì)照平均排隊(duì)長(zhǎng)度的分析結(jié)果，當(dāng)交織區(qū)車輛密度高于50pcu/(ln×km)時(shí)，容易產(chǎn)生影響臨近出入口和主線運(yùn)行的排隊(duì)。當(dāng)交織區(qū)密度小于45pcu/(ln×km)時(shí)，其行駛速度均可穩(wěn)定在15km/h 以上的較好狀態(tài)。

表2 交織區(qū)長(zhǎng)度與交織區(qū)車輛密度

3.2.3 交織長(zhǎng)度與行車速度

根據(jù)仿真測(cè)試，車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道交織區(qū)的行車速度與交織區(qū)長(zhǎng)度呈正比，與VR 值呈反比，交織區(qū)長(zhǎng)度與交織區(qū)平均車速如表3所示。國(guó)內(nèi)對(duì)于同為連續(xù)流的高快速路三級(jí)服務(wù)水平時(shí)的車速與設(shè)計(jì)車速比值約為0.73，以此為參考，則對(duì)應(yīng)車庫(kù)聯(lián)絡(luò)大平均車速為14.6km/h。當(dāng)VR 值小于等于0.2 時(shí)，各交織長(zhǎng)度情況下，車輛均能以較高的平均車速通過(guò)交織區(qū)。當(dāng)VR 值為0.3 時(shí)，交織區(qū)長(zhǎng)度需大于60m。當(dāng)VR 值為0.35 時(shí)，交織區(qū)長(zhǎng)度需大于70m。

表3 交織區(qū)長(zhǎng)度與交織區(qū)平均車速

綜上，當(dāng)車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道主線以較大流量接近交織區(qū)時(shí)推薦不同VR 值，交織區(qū)長(zhǎng)度建議如表4所示：

表4 交織區(qū)長(zhǎng)度建議

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道的交通組織特征，交織區(qū)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并選取了聯(lián)絡(luò)道中最常見(jiàn)的A 型交織區(qū)結(jié)合Vissim 微觀仿真軟件進(jìn)行了研究?？偨Y(jié)了交織區(qū)長(zhǎng)度、交織區(qū)流量比對(duì)主線運(yùn)行狀態(tài)的影響，并提出當(dāng)聯(lián)絡(luò)道主線以較大規(guī)模車流接近交織區(qū)時(shí)不同交織程度下對(duì)于交織區(qū)長(zhǎng)度的需求建議，為同類項(xiàng)目提供參考。