基于VISSIM仿真的一種橋下 道路環(huán)形交叉口設(shè)計思路

摘要 在進(jìn)行城市高架橋橋下道路建設(shè)時，經(jīng)常會出現(xiàn)由于橋樁等構(gòu)筑物的影響而形成的特殊交叉口，造成交通流線錯位，從而影響交叉口整體通行能力，形成堵塞節(jié)點(diǎn)。文章針對該類情況，通過對武漢東西湖區(qū)四環(huán)線橋下道路與壯志路交叉口采用VISSIM交通仿真，分析了相同流量下信號控制一般交叉口和環(huán)形交叉口的通行服務(wù)水平，驗(yàn)證該類交叉口采用環(huán)形交通組織形式的設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞 橋下道路;環(huán)形交叉口;VISSIM交通仿真;交通組織設(shè)計

中圖分類號 U491文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2022）11-0049-03

引言

為了解決城市交通擁堵的問題，高架橋的建設(shè)出現(xiàn)在越來越多的城市干道上，城市土地寸土寸金，橋下空間的合理利用也越來越受到人們的關(guān)注。橋下空間的利用方式主要有：綠化景觀、橋下道路、停車場地、倉儲、市政設(shè)備構(gòu)筑物、商業(yè)休閑設(shè)施等。其中橋下道路因其能更加充分地利用空間，同時能作為干路交通的補(bǔ)充和轉(zhuǎn)移通道，是大部分橋下空間利用的首選方式。該文通過使用VISSIM軟件對橋下道路特殊交叉口進(jìn)行交通仿真，研究針對橋下道路交叉口的交通組織設(shè)計優(yōu)化。

1 橋下道路平面交叉口設(shè)計

交叉口是兩條或者以上道路在某處的交匯點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)車輛、行人匯集、轉(zhuǎn)移、疏散等交通功能的重要節(jié)點(diǎn)。道路交叉口根據(jù)交叉形式的不同主要分為平面交叉口和立體交叉口兩大類，其中平面交叉口根據(jù)其不同的交通組織形式又分為信號控制交叉口、無信號控制交叉口、環(huán)形交叉口等。

平面交叉口的設(shè)計要點(diǎn)主要為：匹配路段與交叉口進(jìn)出口的通行能力;根據(jù)交通流量設(shè)計規(guī)劃車道設(shè)置及信號控制;妥善處理機(jī)動車、非機(jī)動車、行人之間的干擾因素;滿足車輛行駛視距的要求，避免障礙物遮擋視線;平面及豎向設(shè)計平緩，滿足行車安全和排水通暢;節(jié)約用地，合理拆遷等。

橋下道路交叉口由于橋樁等構(gòu)筑物的影響，造成交叉口異形錯位，行車視距不足，車輛行駛流線不佳，交織沖突段增加，影響車輛轉(zhuǎn)換相位的設(shè)置。最終導(dǎo)致橋下道路交叉口整體通行能力下降，成為整條道路的通行瓶頸，造成交通堵塞、延誤[1]。針對這類交叉口，在進(jìn)行交通組織設(shè)計時，應(yīng)更加注意車輛行駛流線的安全與通暢，保障交叉口的整體通行能力。在進(jìn)行交通組織設(shè)計時，可采用交通仿真模擬的形式，模擬車輛行駛情況，找到導(dǎo)致交通擁堵的癥結(jié)所在，不斷優(yōu)化設(shè)計。

2 VISSIM交通仿真

VISSIM是德國PTV公司開發(fā)的一種微觀的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用以城市交通和公共交通運(yùn)行的交通建模。它可以分析各種交通條件下，如車道設(shè)置、交通構(gòu)成、交通信號、公交站點(diǎn)等城市交通和公共交通的運(yùn)行狀況，是評價交通工程設(shè)計和城市規(guī)劃方案的有效工具。

VISSIM軟件針對交叉口可以自行定義車輛速度、行駛路線、車流量、交通信號配時等，能夠模擬現(xiàn)實(shí)生活中的駕駛習(xí)慣，評估交叉口的排隊(duì)時間、停車次數(shù)、延誤時間等相關(guān)參數(shù)，從而判斷交叉口的整體通行情況[2]。

3 實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目概況

工程位于武漢市東西湖區(qū)，為武漢四環(huán)線東西湖段橋下空間配套工程，現(xiàn)狀四環(huán)線為寬度40.5 m的高架橋形式高速路，橋下空間設(shè)計為雙向四車道，設(shè)計車速40 km/h的城市次干路。相交道路壯志路為城市次干路，紅線寬度40 m，設(shè)計車速40 km/h。該次研究節(jié)點(diǎn)為四環(huán)線橋下道路與壯志路交叉口的交通組織設(shè)計優(yōu)化。交叉口平面布置如圖1所示。

3.2 存在的問題及解決思路

四環(huán)線橋下道路與壯志路交叉口東西向中心線錯位，南北向道路斷面不一致，且交叉口中心存在橋樁影響。按照一般交叉口設(shè)計，車輛交通流線不流暢，交織沖突點(diǎn)眾多，車輛左轉(zhuǎn)困難，直接造成交叉口通行能力下降。

交叉口北側(cè)為四環(huán)線橋下道路，為雙向四車道，每條車道均由橋樁位置的綠化帶隔離開，南側(cè)為四環(huán)線橋下道路，為雙向四車道，車道位于橋樁兩側(cè)，進(jìn)口道和出口道由整個38 m橋樁范圍的綠化帶隔離，東西側(cè)為壯志路，斷面一致，為一塊板雙向六車道，

根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ň值囊?，要保留交叉口的左轉(zhuǎn)功能，盡可能優(yōu)化交通路線，減少車輛沖突點(diǎn)?？紤]到交叉口兩條道路均為新建道路，且項(xiàng)目地點(diǎn)為東西湖區(qū)新城區(qū)，短期內(nèi)交通量不大，故考慮將該交叉口設(shè)計為環(huán)形交叉口，實(shí)現(xiàn)完善的交通功能，同時通過配置信號控制，能夠有效增加環(huán)形交叉口的通行能力。環(huán)島中心為橢圓形，長軸37.5 m，短軸31 m，設(shè)置3條環(huán)形車道，環(huán)形交叉口交通組織布置平面如圖2所示。

3.3 VISSIM交通仿真分析

通過VISSIM交通仿真軟件，對交叉口高峰小時交通量進(jìn)行仿真模擬，運(yùn)用參數(shù)對照驗(yàn)證環(huán)形交叉口的可行性及對交叉口通行能力提升的價值。該次擬對照2種交通組織形式進(jìn)行仿真模擬，第一種為理想模型下信號控制一般交叉口，即不考慮車輛實(shí)際的轉(zhuǎn)彎半徑等需求，將該交叉口設(shè)計為由信號控制下的一般十字交叉口，該模型雖不具備實(shí)際實(shí)施條件，但可作為其他交叉口形式通行能力的理想對照。第二種為環(huán)形交叉口交通組織，同時在環(huán)形交叉口基礎(chǔ)上進(jìn)行信號控制優(yōu)化，以提升交叉口整體通行能力。

由于相交兩條道路均為新建道路，根據(jù)交通預(yù)測結(jié)論，近期2026年四環(huán)線橋下道路高峰小時交通量為1 048 pcu/h，壯志路為1 320 pcu/h，道路路段服務(wù)水平均為A級。故該次仿真分析按此預(yù)測高峰小時交通量進(jìn)行，左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)比例分別暫定為20%、60%、20%。各進(jìn)口道交通流量分布如表1所示。

3.3.1 理想模型下信號控制一般交叉口仿真分析

不考慮車輛轉(zhuǎn)彎所需的轉(zhuǎn)彎半徑，充分利用橋樁之間的距離，建立理想情況下一般信號十字交叉口的仿真模型。東西向設(shè)置左、右轉(zhuǎn)專用車道，南北向進(jìn)口兩條車道分別為直左車道和直右車道，錯位車道通過橋樁之間的空間通行。8FCF7DE9-F5F6-47F8-9F54-16AF475F9C61

采用Webster 配時方法對該交叉口進(jìn)行信號相位配時計算和優(yōu)化。通過計算得出最佳相位周期為118 s，共設(shè)置三個相位，其中一相位40 s為東西直行相位，二相位14 s為東西左轉(zhuǎn)相位，三相位55 s為南北通行相位，黃燈時間3 s，不設(shè)置全紅時間。

將流量數(shù)據(jù)和信號配時方案輸入VISSIM仿真運(yùn)行，由于仿真開始時車輛到達(dá)交叉口需要一定時間，車流不穩(wěn)定，待系統(tǒng)車流穩(wěn)定后進(jìn)行評價。仿真時間600 s，數(shù)據(jù)采集時間為100～500 s，每250 s采集一次數(shù)據(jù)，選取平均排隊(duì)長度、最大排隊(duì)長度、平均延誤時間、平均停車次數(shù)4個參數(shù)指標(biāo)對交叉口整體通行能力進(jìn)行評價，得出仿真結(jié)果如表2所示。

根據(jù)信號交叉口服務(wù)水平分級標(biāo)準(zhǔn)可知，理想模型下的信號控制十字交叉口的服務(wù)水平為一級。

3.3.2 環(huán)形交叉口仿真分析

將該交叉口交通組織形式改為環(huán)形交叉，車輛駛?cè)氕h(huán)島作逆時針單向行駛，直至到路口離島駛出。環(huán)形交叉口具有沖突點(diǎn)少、車輛連續(xù)、行駛安全、便于管理等優(yōu)點(diǎn)。對于交通量不大的交叉口，環(huán)島設(shè)計是一種良好的交通組織形式。

按相同的交通流量進(jìn)行仿真運(yùn)行，不設(shè)置信號控制的情況下，環(huán)形交叉口的仿真結(jié)果如表3所示。

根據(jù)我國無信號交叉口服務(wù)水平等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，不設(shè)置信號控制的環(huán)線交叉口平均延誤大于30 s，服務(wù)水平降為二級。

由仿真結(jié)果分析，由于該交叉口中心島半徑過小，車輛環(huán)行距離較短，且不受信號管制，當(dāng)交通量較大時，進(jìn)入環(huán)島車輛就將行駛緩慢，排隊(duì)滯留，甚至直接鎖死，造成交通堵塞，嚴(yán)重影響交叉口的通行能力。

為解決環(huán)形交叉口在交通流量較大時產(chǎn)生擁堵的問題，可以采用信號控制的方式，周期性地分配各個方向的通行權(quán)，避免同時進(jìn)入環(huán)島的車輛過多而造成排隊(duì)滯留。

常用的環(huán)島信號控制主要分為進(jìn)口信號控制和左轉(zhuǎn)二次信號控制等方式，左轉(zhuǎn)二次信號控制由于車輛進(jìn)出環(huán)島要受兩次信號控制，信號配時復(fù)雜，更加適合于大交通流量和大型環(huán)島交叉口使用。結(jié)合該例情況，四環(huán)線橋下道路—壯志路環(huán)形交叉口采用兩相位的進(jìn)口單重信號控制方式。

該環(huán)形交叉口設(shè)置東西方向和南北方向兩個通行相位，由于兩個相位流量基本相當(dāng)（南北向交通流量為1 048 pcu/h，東西向除去獨(dú)立右轉(zhuǎn)流量為1 056 pcu/h），采用Webster配時方法進(jìn)行信號相位配時計算[3]，兩個相位均為50 s，黃燈時間3 s，不設(shè)置全紅時間，相位周期為106 s。

將流量數(shù)據(jù)和信號配時方案輸入VISSIM仿真運(yùn)行，仿真時間600 s，數(shù)據(jù)采集時間為100～500 s，每250 s采集一次數(shù)據(jù)，得出仿真結(jié)果如表4所示。

根據(jù)信號交叉口服務(wù)水平分級標(biāo)準(zhǔn)可知，信號控制環(huán)形交叉口的服務(wù)水平為一級，能夠滿足新建交叉口的通行要求。

3.3.3 仿真結(jié)果對比分析

通過對上述交通組織模型的仿真運(yùn)行，可以看出不設(shè)置信號控制的環(huán)形交叉口在交通流量較大的情況下，交叉口的整體通行能力下降較明顯，而通過對環(huán)形交叉口增加信號控制，可以改善這種狀況。對比情況如表5所示。

信號控制的環(huán)形交叉口與理想模型十字交叉口仿真結(jié)果對比，環(huán)形交叉口平均排隊(duì)長度增加6.295 m;由于十字交叉口模型東西向直行與左轉(zhuǎn)交織長度過長，環(huán)形交叉口最大排隊(duì)長度減少8.23 m;環(huán)形交叉口平均延誤時間增加10.585 s;環(huán)形交叉口平均停車次數(shù)增加0.86次。總體情況，在較大交通流量的交叉口交通組織設(shè)計中，環(huán)形交叉口的通行能力通常不如信號控制的一般交叉口，但通過對環(huán)形交叉口進(jìn)行信號控制，合理調(diào)整信號相位配時，可以基本接近一般信號交叉口的通行服務(wù)水平，達(dá)到設(shè)計要求。后期隨著交通流量的增加，依舊可以通過調(diào)整信號相位配時方案、更改信號控制方式等措施對交叉口通行能力進(jìn)行相應(yīng)提升[4]。

4 結(jié)語

該文以武漢四環(huán)線橋下道路與壯志路交叉口交通組織設(shè)計為例，通過VISSIM交通仿真軟件，建立信號控制的一般十字交叉口和環(huán)形交叉口的仿真模型，在預(yù)測相同交通流量的情況下，針對軟件得出的參數(shù)指標(biāo)評價交叉口的整體通行能力和服務(wù)水平。通過對比分析，得出對于橋下道路交叉口，由于受橋樁等構(gòu)筑物影響而使得交通組織不暢的情況下，可以考慮環(huán)形交叉口的交通組織形式，通過增加信號控制，也能夠達(dá)到與信號控制的一般交叉口基本相當(dāng)?shù)耐ㄐ蟹?wù)水平，滿足設(shè)計需求。

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收稿日期：2022-03-24

作者簡介：陳堯（1988—），男，碩士研究生，工程師，研究方向：路橋設(shè)計。8FCF7DE9-F5F6-47F8-9F54-16AF475F9C61