基于VISSIM 仿真的城市快速路出入口間距適應性分析

■蔡亮華

（福建省交通規(guī)劃設計院有限公司，福州 350004）

1 緒論

快速路是城市道路網(wǎng)的重要組成部分，能夠緩解城市交通擁堵、實現(xiàn)不同功能區(qū)的快速連通。 但隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，城市機動車增加引起交通量的不斷增長，快速路的擁堵現(xiàn)象也越來越頻繁。 其中，快速路出入口間距設置不合理造成出入口堵塞，進而擴散到主線是造成快速路擁堵的重要原因之一。本研究在現(xiàn)有設計標準基礎上，對快速路出入口間距在不同交通條件下的適應性進行分析。

主輔路橫斷面設計的快速路出入口有4 種不同的形式，如圖1 所示。其中先出后入的形式可以避免在主線形成交織，是較為常見的設置形式。本文主要針對該類型出入口形式進行研究。 而對于該類型出入口的間距設置有許多推薦值，并不統(tǒng)一；且這些推薦值往往沒有說明交通流的適用范圍，故很難直接用于快速路出入口設計?；诖耍狙芯繉ο瘸龊笕胄问降某鋈肟陂g距通過VISSIM 仿真進行分析。

2 相關推薦值介紹

《城市快速路設計規(guī)程》（CJJ 129-2009）中規(guī)定了出入口的最小間距，但沒有說明所適用的主輔路交通量與駛出比等大小，是比較粗略的。 另外，有許多研究是根據(jù)經(jīng)驗或模型得到的推薦值，例如和坤玲[1]在《城市快速路出入口最小間距確定》中根據(jù)具體車輛的出入口設計要求進行計算，得到不同主線設計速度下出入口間距推薦值；朱勝躍[2]在《城市快速路出入口設置探討》中根據(jù)不同的主線速度得到出入口的間距值。 王進[3]在《平面式快速路出入口最小間距研究》中分析了以快速路主線車道數(shù)、主線流量、出入口流量、輔道流量為輸入條件，嘗試通過該計算模型，計算滿足一定服務水平下的出入口最小間距值。

此外，推薦值的差異也比較大。 以先出后入形式為例，《城市快速路設計規(guī)程》（CJJ 129-2009）[4]中的最小間距規(guī)范值為210 m， 和坤玲的推薦值為150 m，王進的推薦值為260 m；而中國的推薦值與美國《道路通行能力手冊》建議值因出入口加速車道長度、減速車道長度等設計標準不同而不同。表1為主線設計速度80 km/h 時不同設計形式的推薦值。

由于標準不統(tǒng)一，且推薦值一般沒有說明所適應的道路與交通條件，再加上大城市快速路建設一般是在已有路網(wǎng)基礎上，快速路出入口位置往往與已有設施存在矛盾，設計者一般會采取一些妥協(xié)的辦法確定出入口設計方案。 但隨著交通量的不斷增加，這些地方逐漸成為了堵塞點，且向更大范圍蔓延。

3 仿真平臺構建

3.1 仿真背景及參數(shù)標定

VISSIM 是一款由德國PTV 公司開發(fā)的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用以分析在不同交通條件下城市交通的運行狀況，是評價規(guī)劃方案和道路設計的有效工具。 本研究以某市三環(huán)路道路設計為背景，采用VISSIM 仿真，對先出后入式的快速路出入口，當采用規(guī)范建議的最小間距值210 m 時，在不同的主輔路交通量與駛出比條件下的適應性進行分析。 該快速路主路采用雙向八車道、輔路采用雙向四車道，仿真模型參照該快速路，采用相同橫斷面及出入口形式，如圖2 所示。主路設計車速設置為80 km/h，輔路設計車速為40 km/h。

圖2 仿真平臺構建示意圖

本次仿真駕駛行為、跟車行為模型和車道變換選擇VISSIM 默認參數(shù)集合，考慮到快速路主路上的駕駛行為更接近高速公路，對于主路的模型參數(shù)選擇Freeway（free lane selection），輔路以及匝道則是選擇Urban（motorized）。 對于車輛加減速、顏色分布、重量分布等均采用默認設置，其他有待標定的參數(shù)均結合該市三環(huán)快速路實際運營情況進行標定。

道路幾何條件按照《城市快速路設計規(guī)程》（CJJ 129-2009），當快速路主輔路均為客貨混行時，主路每車道寬度3.75 m，輔路每車道寬度3.50 m。 通過現(xiàn)場實際調(diào)查該快速路獲得如下數(shù)據(jù)，主路四車道交通量為4680 veh/h，輔路雙車道交通量為1089 veh/h；主路駛出比，即主路通過出口道進入輔路交通量占主路交通量的比例，為15%；輔路駛出比，即輔路通過進口道進入主路交通量占輔路交通量的比例，為43%；主輔路的大車所占比例均為4%；主路小車期望車速分布在40～70 km/h，大車車速分布在35～50 km/h，輔路大小車車速分布均在20～50 km/h。

3.2 評價指標的確定

駕駛模型、跟車模型以及各項基本參數(shù)都確定后，還需選定本次研究的評價指標集，以此確定在仿真平臺中應布設的檢測器及其位置。 本次仿真中，共選擇了3 種參數(shù)作為評價指標[5]：（1）通過車輛數(shù)量。 選擇在快速路出口及入口處布設數(shù)據(jù)采集點的方式獲得在一定條件下能夠通過出入口的車輛數(shù)量，作為對出入口通行能力的評價指標。 （2）延誤時間。 該指標是為了衡量在車輛交織、車輛排隊所引起的時間延誤。 選擇在快速路主路及輔路上設置檢測器獲取延誤數(shù)據(jù)。（3）排隊長度。本次研究中，以起始車速5 km/h、結束車速10 km/h 的車輛定義為處于排隊狀態(tài)。 對于最大車頭間距，定義為保持車輛排隊的最大車頭間距為2 m。 本次研究均選擇平均排隊長度作為評價指標，而不考慮最大排隊長度和排隊車輛的停車次數(shù)。 選擇在快速路出口及入口排隊處設置檢測器獲取排隊長度數(shù)據(jù)。

在進行交通仿真時，設定仿真運行時間為0～5400 s，各檢測器數(shù)據(jù)檢測獲取的時間段規(guī)定為900～4500 s，通過這種方法，有效避免了仿真開始或者結束時車流運行的不穩(wěn)定和道路出入口狀況特征不明顯對最終結果帶來的影響。

4 仿真分析

為了分析快速路出入口最小間距規(guī)范值（210 m）在不同的交通條件下的適應情況，本次仿真分別選擇以下參數(shù)進行研究：主輔路流量值、主路駛出比及輔路駛出比等。

4.1 出入口間距對輔路流量變化的適應性分析

設主路駛出比為15%，輔路駛出比為43%。 當輔路流量從100 veh/h 逐漸增加到2200 veh/h 時，可以得到各項評價指標值，如圖3～4 所示。

圖3 進出口道流量隨輔路流量變化圖

由圖3 可以看出，輔路流量由100 veh/h 按照100 veh/h 的量遞增到1400 veh/h 的過程中，進口道處的流量也基本保持線性上升趨勢； 而當輔路流量由1400 veh/h 遞增到2200 veh/h 時， 進口道處的流量呈現(xiàn)出上下波動狀態(tài)，基本保持不變。即保持其他條件不變，在選定的輸入?yún)?shù)下，能夠由輔路進入到主路的最大車輛數(shù)約629 veh/h。 由圖4 可以看出，輔路流量低于1400 veh/h 時，進口道處基本不存在排隊長度，輔路流量高于1400 veh/h 后，排隊現(xiàn)象明顯，排隊狀態(tài)已成常態(tài)；輔路流量低于1400 veh/h時，輔路上的延誤相差不大，均低于10 s，流量超過1400 veh/h 時，輔路上的延誤較大，雖然波動較大，但均車延誤均超過20 s，最大均車延誤為68.3 s。在輔路流量遞增過程中，對于主路影響較小，主路的延誤基本不超過20 s，出口道處通過的流量也幾乎不變且無明顯排隊長度。 綜上所述，輔路流量的變化對于出入口范圍內(nèi)的快速路運行狀況影響重大，當輔路流量較大時， 導致輔路上產(chǎn)生嚴重交織，應重新考慮出入口間距以緩解交織。

圖4 進出口道排隊長度及主輔路延誤隨輔路流量變化圖

4.2 出入口間距對主路流量變化的適應性分析

主輔路駛出比與輔路流量不變的情況下，主路流量從4000 veh/h 逐步增加到6400 veh/h 時，評價指標值如圖5～6 所示。

圖5 進出口道流量隨主路流量變化圖

由圖5 可以看出，隨著主路流量由4000 veh/h遞增到5900 veh/h 的過程中，出口道的流量也呈線性遞增，當主路流量超過5900 veh/h 后，出口道流量反而開始下降。 由于主路上流量增大，造成輔路出入口之間的交織加劇，使得輔路上的車輛在輔路進口道前形成排隊。 由圖6 可以看出，在主路流量大于5900 veh/h 后，排隊現(xiàn)象非常明顯，平均排隊長度基本大于2 m；在主路流量低于5900 veh/h 時，主路上的延誤變化不明顯，漲幅不大，當主路流量大于5900 veh/h 后，主路上的延誤急劇增大，均車延誤已超過100 s。 綜上，主路流量的變化對于出入口范圍內(nèi)的快速路運行狀況也有著重大影響，原因在于當主路駛出比不變，主路流量越大，由主路進入輔路的車輛就越多，交織也就越嚴重。

圖6 進出口道排隊長度及主輔路延誤隨主路流量變化圖

4.3 出入口間距對主路駛出比變化的適應性分析

主輔路流量及輔路駛出比不變的情況下，主路駛出比由10%逐步增加到29%，評價指標值如圖7～8 所示。

圖7 進出口道流量隨主路駛出比變化圖

圖8 進出口道排隊長度及主輔路延誤隨主路駛出比變化圖

綜合分析圖7～8 可以得到，在保持其他條件不變，出入口間距為210 m 的情況下，主路最大駛出比以不高于25%為宜。主路駛出比變化對于出入口范圍內(nèi)快速路運行狀況的影響同主路流量變化的情形相似，同樣是由主路進入輔路的流量增大而導致輔路上的交織加劇，導致整體運行狀況的不良。

4.4 出入口間距對輔路駛出比變化的適應性分析

主輔路流量及主路駛出比不變的情況下，輔路駛出比由10%逐步增加到70%，評價指標值如圖9～10 所示。

圖9 進出口道流量隨輔路駛出比變化圖

圖10 進出口道排隊長度及主輔路延誤隨輔路駛出比變化圖

由圖9～10 可以得到，保持其他條件不變，輔路駛出比的變化對于主輔路以及進出口道的影響較小，只有當輔路駛出比超過60%時，輔路進口道處才會發(fā)生排隊現(xiàn)象，且此時輔路上的延誤開始快速增大。 綜上所述，輔路駛出比對出入口范圍內(nèi)的快速路運行狀況也存在影響，設置快速路出入口間距時也應將其納入考慮范圍。

5 結論

本文通過VISSIM 仿真，定量分析了某市三環(huán)路出入口間距采用規(guī)范值時對于主輔路流量與駛出比等參數(shù)變化的適應性：得出以下結論：（1）當主路四車道流量為4680 veh/h，主路駛出比為15%，輔路駛出比為43%時，輔路雙車道流量以不超過1400 veh/h為宜；（2）當輔路雙車道流量為1089 veh/h，主路駛出比為15%，輔路駛出比為43%時，主路四車道流量以不超過5900 veh/h 為宜；（3）當主路四車道流量為4680 veh/h，輔路雙車道流量為1089 veh/h，輔路駛出比為43%時，主路駛出比以不高于25%為宜；（4）當主路四車道流量為4680 veh/h，輔路雙車道流量為1089 veh/h，主路駛出比為15%時，輔路駛出比以不高于60%為宜。 研究結果表明，道路交通條件是決定出入口間距的重要因素，在對快速路出入口進行設計時，應對交通流進行充分預測，對出入口間距的合理值開展充分論證，不宜簡單地套用標準。由于在現(xiàn)實中駕駛人的駕駛行為、跟車行為等受個體自身及外部環(huán)境因素的影響，較為復雜多變，VISSIM 所采用的理論模型具有一定局限性，無法做到完全模擬；同時本研究未考慮周邊路網(wǎng)條件、附近交叉口情況、出入口車道數(shù)及渠化情況等因素對出入口設置間距的影響，有待后續(xù)進一步研究。