基于Synchro仿真的城市交通疏堵應(yīng)用方法研究
——以拉薩市柳梧大橋南橋頭為例

鮑小奎，王山川，尚德申

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京市 100045）

1 Synchro仿真軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前Synchro仿真軟件的應(yīng)用主要在單點(diǎn)優(yōu)化上。馬建明[1]等研究獨(dú)立信號交叉口，提出基于微觀仿真模型的信號交叉口交通組織優(yōu)化方法。王昊[2]等針對多支路T形交叉口，提出主干路與支路接駁處進(jìn)行渠化設(shè)計(jì)和主干路信號協(xié)調(diào)控制相結(jié)合的交通組織設(shè)計(jì)方法。針對行人過街節(jié)點(diǎn)優(yōu)化的研究有：陳小紅[3]研究了行人過街對路段上機(jī)動車流的影響，建立了交叉口與人行橫道信號協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型；曹曉奎[4]對路段行人過街設(shè)施的合理間隔進(jìn)行分析，提出了行人過街設(shè)施的間隔優(yōu)化方法。

針對某一條道路系統(tǒng)性交通組織優(yōu)化研究的有閆章存[5]，利用Synchro軟件研究沿江道路交通特征，提出針對交叉口和路段的信號協(xié)調(diào)控制方案的交通組織優(yōu)化方法。

現(xiàn)有研究集中于交叉口和路段優(yōu)化，而針對道路網(wǎng)進(jìn)行的系統(tǒng)性交通組織優(yōu)化的研究相對較少。

2 拉薩交通運(yùn)行現(xiàn)狀分析

拉薩市交通主要干道受用地布局的影響主要集中在東西方向，南北通道起著連接?xùn)|西通道的作用，兼顧跨河功能。拉薩市交通調(diào)查發(fā)現(xiàn)，每年4月份道路流量較大，主要通道及負(fù)荷度見表1。

表1 拉薩市主要道路網(wǎng)運(yùn)行分析表

7條主要干道之中，北京路、魯定路最為擁堵。北京路連接著主城區(qū)的主要景點(diǎn)（布達(dá)拉宮、大小昭寺、羅布林卡），道路擁堵的原因?yàn)橛慰投?、宗教活動多。魯定路涉及跨河交通的集中問題，在柳梧大橋形成了明顯的漏斗（見圖1）。

圖1 拉薩市主要路網(wǎng)及跨河通道圖

目前跨拉薩河的通道有柳梧大橋、4#閘橋、拉薩大橋和納金大橋，共計(jì)4處?？绾咏煌ㄖ饕性诹啻髽蚝图{金大橋；其次為拉薩大橋、4#閘橋，目前橋梁通行實(shí)行車輛限制管理，通行能力較小，承擔(dān)跨河交通作用有限。

3 交通疏堵的方法研究

導(dǎo)致交通擁堵的原因有很多，如用地開發(fā)與道路系統(tǒng)的不匹配、道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)性的問題、小汽車的過度使用、公共交通發(fā)展的滯后、道路參與者的使用習(xí)慣、機(jī)非相互干擾等。

城市交通擁堵可分為兩類，即系統(tǒng)性擁堵和節(jié)點(diǎn)擁堵。系統(tǒng)性擁堵表現(xiàn)為路網(wǎng)的整體運(yùn)行效率低下，解決該類型擁堵的措施主要包括：增加道路通行能力，加密路網(wǎng)提高疏解能力，提倡公共交通出行等系統(tǒng)性解決措施。節(jié)點(diǎn)擁堵側(cè)重于城市中某個交通節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷度過高，解決該種擁堵的措施主要包括：改善單點(diǎn)交通控制方案，調(diào)整路口交通組織，渠化交通拓寬進(jìn)口車道數(shù)，機(jī)非分離減小干擾等措施。

本文提出系統(tǒng)解決交通疏堵的方法，主要步驟包括：單點(diǎn)微處理、路網(wǎng)均衡化、節(jié)點(diǎn)最優(yōu)化、最終疏堵方案等。該方法主要解決非系統(tǒng)性擁堵問題。

3.1 單點(diǎn)微處理

緩解城市道路交通壓力最常用的方法就是增建、擴(kuò)建交通設(shè)施。這種方法短期內(nèi)可以緩解交通擁堵，然而，交通設(shè)施的建設(shè)速度往往跟不上交通量的增長速度，一段時間以后擁堵又會重新出現(xiàn)。在城市交通擁堵已經(jīng)成為常態(tài)的今天，通過大規(guī)模工程手段來解決交通問題的局限性越發(fā)明顯，如交通設(shè)施供給滿足不了需求的增長速度，投資巨大，拆遷帶來的社會問題，環(huán)境污染問題，等等。

顯然，通過大規(guī)模道路工程改造手段來解決交通擁堵問題不經(jīng)濟(jì)，而通過一些精細(xì)化的手段[6]，如交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化交通組織、地下交通空間利用、優(yōu)化交通管理措施等，對改善城市交通，特別是緩解老城區(qū)的交通堵塞，不僅效果顯著，而且投入較少。

單點(diǎn)微處理適用于非系統(tǒng)性的擁堵情況，如單點(diǎn)信號控制相位配置不合理、交叉口進(jìn)口道交通組織方案與交通流不匹配、人車干擾導(dǎo)致交叉口通行緩慢等問題，均可通過充分挖掘現(xiàn)有交通設(shè)施潛力，對交叉口進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，而不是直接進(jìn)行土建施工。因此，提高道路使用效率是一條緩解交通問題的捷徑。

針對單點(diǎn)擁堵情況，首先應(yīng)進(jìn)行交通調(diào)查，了解造成擁堵的原因，通過Synchro軟件能夠進(jìn)行優(yōu)化仿真，衡量緩解擁堵程度是否能夠達(dá)到預(yù)期效果。

3.2 路網(wǎng)均衡化

城市中道路網(wǎng)的功能等級是比較明確的，分為交通型干道和集散型道路。交通型干道通常承擔(dān)長距離、快速化的出行需求，集散型道路實(shí)現(xiàn)小區(qū)與交通型干道的連通。目前城市建設(shè)中，大多重視主要干道的功能，忽視次要道路的集散功能，路網(wǎng)系統(tǒng)沒有搭建完善，導(dǎo)致主干路擁堵不堪。

路網(wǎng)均衡化可以解決因集散道路缺失而造成的擁堵，完善的路網(wǎng)能夠最大限度地增加路網(wǎng)彈性和路網(wǎng)的運(yùn)行安全。同時，提升整體路網(wǎng)的容量及通行能力，比解決單個節(jié)點(diǎn)擁堵更有效，更持久。

但是，通過該方法解決交通擁堵具有延遲性和風(fēng)險(xiǎn)性，只有路網(wǎng)均衡化措施實(shí)施后，方可與節(jié)點(diǎn)最優(yōu)化方案共同解決節(jié)點(diǎn)的疏堵問題。

3.3 節(jié)點(diǎn)最優(yōu)化

該步驟是節(jié)點(diǎn)疏堵的末端程序，通過對路網(wǎng)均衡化措施的評估可預(yù)測措施所起到的效果，進(jìn)而對節(jié)點(diǎn)采取“節(jié)點(diǎn)微處理+工程方案”的組合方式，如調(diào)整信號周期、調(diào)整信號相位、拓寬進(jìn)口道、縮小交叉口范圍、增加人行天橋或過街通道等。具體流程見圖2。

圖2 交通疏堵邏輯圖

4 Synchro軟件在擁堵節(jié)點(diǎn)改造中的應(yīng)用

針對拉薩市柳梧大橋南橋頭擁堵節(jié)點(diǎn)，在現(xiàn)狀節(jié)點(diǎn)評估的基礎(chǔ)上，分析了客群的具體需求，同時考慮節(jié)點(diǎn)周邊的道路網(wǎng)情況，最終確定節(jié)點(diǎn)改造的選擇方向。

4.1 現(xiàn)狀評價(jià)

4.1.1 節(jié)點(diǎn)交通管理及交通需求現(xiàn)狀

對現(xiàn)狀柳梧大橋與世紀(jì)大道交叉口的流量、信號控制方案及交叉口交通組織進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見表2）。

表2 柳梧大橋南橋頭節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

4.1.2 現(xiàn)狀節(jié)點(diǎn)仿真

針對交通擁堵的評價(jià)指標(biāo)有許多，其中針對路段擁堵評價(jià)指標(biāo)體系[7]的主要包括路段交通量、平均速度、可接受出行時間、可接受出行速率、延誤、總延誤、相對延誤率等，而針對交叉口的擁堵指標(biāo)則有所差別，主要指標(biāo)有延誤、飽和度（V/C）、排隊(duì)長度及服務(wù)水平，Synchro仿真軟件的擁堵評價(jià)指標(biāo)也是基于此項(xiàng)指標(biāo)。

通過具體指標(biāo)呈現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)的交通運(yùn)行狀況（見表3）。

表3 節(jié)點(diǎn)擁堵評價(jià)表

通過Synchro仿真分析發(fā)現(xiàn)，北進(jìn)口右轉(zhuǎn)方向飽和度（V/C）、延誤和50%排隊(duì)長度明顯高于其他流向，該流向的交通量大是該交叉口擁堵的主因。南進(jìn)口直行方向飽和度（V/C）、延誤和50%排隊(duì)長度也較高，原因在于交通組織與車流量的不匹配。西進(jìn)口左轉(zhuǎn)方向也存在流量較大，難以在交叉口平衡的問題?，F(xiàn)狀交叉口整體擁堵嚴(yán)重（F級）

4.1.3 擁堵成因分析

成因一：柳梧大橋在拉薩河北岸通過立交匯集交通量，而在南岸信控節(jié)點(diǎn)形成了明顯的瓶頸，信號控制交叉口嚴(yán)重制約了柳梧大橋連通拉薩河兩岸的通行能力。

成因二：南環(huán)路為連通拉薩河南岸各組團(tuán)的骨干通道，且道路遠(yuǎn)離組團(tuán)中心，因此定位為過境、長距離出行的交通型骨干道路，主要道路網(wǎng)見圖3。柳梧大橋與南環(huán)路為非互通立交關(guān)系，無法形成兩條道路的轉(zhuǎn)換功能，因此也無法發(fā)揮南環(huán)路的優(yōu)勢，這屬于路網(wǎng)功能性缺失。

圖3 節(jié)點(diǎn)周邊主要路網(wǎng)圖

成因三：跨河通道少，拉薩河北岸的東西向通道普遍受旅游客流、宗教活動影響，較為擁堵，因此主城區(qū)及西部組團(tuán)跨河交通均選擇柳梧大橋，造成了交通流的聚集，導(dǎo)致無法快速疏散的狀況。

4.2 路網(wǎng)均衡化分析

措施一：增大過河通道的通行能力，結(jié)合目前4#閘橋的改造，將該橋交通能力進(jìn)行提升，將有效分擔(dān)柳梧大橋的壓力。

措施二：將柳梧大橋與南環(huán)路連通，充分發(fā)掘南環(huán)路的功能，同時形成一條快速通道（見圖4），重點(diǎn)服務(wù)機(jī)場、火車站、堆龍片區(qū)和日喀則方向的機(jī)動化出行。該措施需要處理2個交叉口，簡便、有效、易行。

圖4 路網(wǎng)分流路徑圖

4.3 節(jié)點(diǎn)疏堵方案評估

采取路網(wǎng)分流措施后，節(jié)點(diǎn)需要疏解的交通量大大減少，尤其是北進(jìn)口右轉(zhuǎn)、西進(jìn)口左轉(zhuǎn)，分流了去往機(jī)場、火車站、日喀則及堆龍片區(qū)方向的車流，基本解決了局部流向流量過大的問題，分流后交叉口各流向更均衡。

4.3.1 分流后節(jié)點(diǎn)信號優(yōu)化

考慮4#閘橋分流作用的滯后，暫按新建的一對橋梁匝道的合理通行能力進(jìn)行計(jì)算，暫按750 pcu/h進(jìn)行考慮。對改造前后進(jìn)行對比（見表4）。

表4 分流后評估對比表

柳梧大橋南橋頭節(jié)點(diǎn)的信號配時經(jīng)優(yōu)化后，整體延誤降低，各進(jìn)口控制延誤較之前均衡，各項(xiàng)指標(biāo)均有一定改善，但總體上服務(wù)水平?jīng)]有達(dá)到期望水平，各進(jìn)口服務(wù)水平仍較低。

這說明該節(jié)點(diǎn)擁堵問題僅通過信號配時優(yōu)化已無法得到徹底解決，應(yīng)該考慮采用進(jìn)一步改善交叉口幾何條件、交通組織和信號配時優(yōu)化相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)。

4.3.2 優(yōu)化后方案評估

在現(xiàn)有交通組織情況下對分流后的信號周期進(jìn)行優(yōu)化，在仍然無法滿足疏堵要求的情況下，進(jìn)行交通組織的調(diào)整。本次通過局部交叉口渠化、改變車道交通組織進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后的交通組織見表5，調(diào)整后的仿真指標(biāo)及效果見表6。

表5 調(diào)整后交通組織表

表6 交通組織優(yōu)化后方案評價(jià)表

經(jīng)路網(wǎng)分流、改善幾何條件、交通組織調(diào)整和信號優(yōu)化后，交叉口各流向的飽和度、延誤及50%排隊(duì)長度均較小，整個信號周期為90 s，交叉口服務(wù)水平為C級，達(dá)到了節(jié)點(diǎn)改造的要求。

5 結(jié)語

交通疏堵是復(fù)雜的工程，不同城市擁堵性質(zhì)不同，因此通過定性與定量研究、區(qū)域與節(jié)點(diǎn)分析相結(jié)合的方法，系統(tǒng)分析交通疏堵的策略，進(jìn)而對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定量評估、選擇，確定最符合疏堵要求、因地制宜的方案。本文強(qiáng)調(diào)宏觀與微觀、定性與定量相結(jié)合的方法，同時利用Synchro仿真軟件對具體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定量評估。該系統(tǒng)方法對于工程項(xiàng)目具有普遍的適用功能和借鑒作用。