成都天府國際機(jī)場陸側(cè)交通仿真與評價(jià)研究

胡衛(wèi)榮

(北京晶眾智慧交通科技股份有限公司, 北京 100012)

1 成都天府國際機(jī)場概況

成都天府國際機(jī)場規(guī)劃分為近期、遠(yuǎn)期2個(gè)階段:近期規(guī)劃目標(biāo)為2025年,滿足年旅客吞吐量4 000萬人次、貨郵吞吐量70萬t、飛機(jī)起降量32萬架次的目標(biāo)設(shè)計(jì);遠(yuǎn)期規(guī)劃目標(biāo)年為2045年,滿足年旅客吞吐量9 000萬人次、貨郵吞吐量200萬t、飛機(jī)起降量75萬架次.

成都天府國際機(jī)場1期建設(shè)3條跑道,采用2條遠(yuǎn)距離平行跑道+1條與主向垂直的側(cè)向跑道,具體如圖1所示. 建設(shè)北側(cè)航站區(qū),由2個(gè)對稱單元航站樓組成T1航站樓位于西側(cè),供國際和國內(nèi)進(jìn)出港旅游使用,T2航站樓位于東側(cè),供國內(nèi)進(jìn)出港旅客使用. 機(jī)場采用貫穿式中央機(jī)場路,分南北兩個(gè)出入口,分別向北連接成都市機(jī)場高速,向南連接第3繞城高速,航站樓之間建設(shè)交通中心,涵蓋城市軌道、停車、長途大巴等多種交通方式,并通過智能小車系統(tǒng)銜接遠(yuǎn)距離停車場. 建設(shè)北側(cè)工作區(qū),在靠近本期航站區(qū)的西一跑道北側(cè)集約發(fā)展本期貨運(yùn)區(qū),滿足貨運(yùn)區(qū)本期發(fā)展需求,設(shè)置貨運(yùn)專用通道. 在北一跑道東北側(cè)設(shè)置機(jī)務(wù)維修區(qū)滿足航線維修及飛機(jī)大修需求.

圖1 成都天府國際機(jī)場陸側(cè)交通分布圖

2 機(jī)場陸側(cè)交通仿真與評價(jià)目標(biāo)

按照“多場景、全綜合、細(xì)流線、大網(wǎng)絡(luò)”的原則,針對正常條件、惡劣天氣、緊急事件、高峰客流等多種場景,在全面綜合考慮通道結(jié)構(gòu)組成、車型、車速、駕駛行為等因素及設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上,細(xì)化分析各種車輛交通流線的構(gòu)成、相互作用及其影響,確保對進(jìn)出場區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多層級的仿真模擬、評估及優(yōu)化.

主要目標(biāo)為基于機(jī)場客流預(yù)測、現(xiàn)場調(diào)查及理論分析的結(jié)果,對進(jìn)出航站樓區(qū)域的高架橋、空港大道、地面道路、GTC周邊車行通道等區(qū)域進(jìn)行全尺寸仿真模擬和評估.

1) 對照機(jī)場運(yùn)營要求,對航站樓進(jìn)出主要通道的參數(shù)設(shè)計(jì)、潛在擁堵區(qū)域、路網(wǎng)容錯能力等效能進(jìn)行評估分析.

2) 對進(jìn)出主通道及周邊區(qū)域(含遠(yuǎn)端停車區(qū)、GTC出入口區(qū)域、出租車排隊(duì)候車區(qū)域、大巴上下客區(qū)域等)的通行能力、車輛交通組織、設(shè)施布局等進(jìn)行仿真分析.

3) 結(jié)合仿真模型和評估評價(jià)結(jié)果,分析指出進(jìn)出主通道區(qū)域潛在的通行瓶頸、設(shè)計(jì)缺陷等問題,并提出改進(jìn)策略.

3 機(jī)場陸側(cè)交通仿真與評價(jià)指標(biāo)

評價(jià)指標(biāo)及參考依據(jù)如表1所示.

表1 機(jī)場交通設(shè)施及評價(jià)指標(biāo)及參考依據(jù)

4 機(jī)場陸側(cè)交通仿真與評價(jià)分析

4.1 仿真與評價(jià)技術(shù)路線

成都天府國際機(jī)場為新建項(xiàng)目,周圍路網(wǎng)條件及基礎(chǔ)設(shè)施并不完善,所以首先需要通過宏觀交通仿真對未來年的交通量,路網(wǎng)承載量,路網(wǎng)服務(wù)水平進(jìn)行評估,并給出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案. 本次交通仿真主要借助VISUM軟件進(jìn)行研究分析,并將車流數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入對應(yīng)的微觀仿真平臺VISSIM中,從而實(shí)現(xiàn)宏微觀交通仿真一體化,技術(shù)路線如圖2所示.

圖2 仿真與評價(jià)技術(shù)路線

4.2 路網(wǎng)層面(宏觀)交通仿真與評價(jià)

以路網(wǎng)運(yùn)行瓶頸路段分析和特殊天氣條件下路網(wǎng)運(yùn)行分析為例.

4.2.1 路網(wǎng)運(yùn)行瓶頸路段分析

在近期4 480萬人次的需求背景下,根據(jù)對宏觀交通場景的設(shè)計(jì),通過不同的車流來源方向分擔(dān)比以及不同交通方式分擔(dān)比的組合,加之流量的加壓測試,從而找出路網(wǎng)主通道運(yùn)行狀況以及最大通行能力,可得出如表2所示結(jié)論.

表2 路網(wǎng)服務(wù)水平評價(jià)

1)在近期4 480萬人次的需求背景下,機(jī)場主通道可滿足服務(wù)水平C的要求;2)在近期4 480萬人次基礎(chǔ)上繼續(xù)加壓50%的流量,當(dāng)成都方向分擔(dān)比達(dá)到70.4%時(shí),進(jìn)離場隧道將服務(wù)水平將達(dá)到臨界D狀態(tài);3)在近期4 480萬人次基礎(chǔ)上繼續(xù)加壓80%的流量,當(dāng)成都方向分擔(dān)比不低于60.4%時(shí),空港大道將服務(wù)水平將達(dá)到臨界D狀態(tài);4)在近期4 480萬人次基礎(chǔ)上繼續(xù)加壓80%的流量,當(dāng)成都方向分擔(dān)比達(dá)到65.4%時(shí),進(jìn)離場隧道將服務(wù)水平將出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)矶碌腅狀態(tài).

4.2.2 雨雪天氣條件下路網(wǎng)運(yùn)行分析

參照HCM2000[8]第22章中不同天氣條件下自由流速度折減系數(shù),本次仿真對于中小雨天氣,期望速度折減10%,對于大雨、小雪天氣,期望速度折減15%. 該評價(jià)路段主要分為3部分,第1部分為抽檢場至航站樓,全長3.4 km;第2部分為航站樓內(nèi)出租車接客段,全長1.6 km;第3部分為航站樓至抽檢場,全長3.4 km. 評價(jià)結(jié)果如圖3所示.

圖3 不同天氣下各路段車速變化

自由流速度折減10%時(shí),抽檢場至航站樓路段平均運(yùn)行速度下降11.3%,航站樓至抽檢場路段平均運(yùn)行速度下降14.7%;當(dāng)自由流速度折減15%時(shí),抽檢場至航站樓路段平均運(yùn)行速度下降47.7%,航站樓至抽檢場路段平均運(yùn)行速度下降38.1%. 出租車接客路段位于航站樓內(nèi),其平均運(yùn)行速度受天氣影響較小.

以上結(jié)果表明,在大雨天氣下,由于受到視距不良、路面附著系數(shù)低等因素影響,車輛整體運(yùn)行緩慢,高峰時(shí)段,進(jìn)場隧道及離場隧道內(nèi)車輛運(yùn)行受影響較大. 在特殊天氣下,隧道內(nèi)發(fā)生交通事故的概率也會增大,因此確保隧道內(nèi)車流平穩(wěn)運(yùn)行是雨雪天氣下交通管控的關(guān)鍵一環(huán).

4.3 道路層面(中觀)交通仿真與評價(jià)

以通道瓶頸點(diǎn)分析為例,在仿真軟件可實(shí)時(shí)輸出路段車流密度及車輛運(yùn)行速度,根據(jù)值的大小分配不同的顏色. 基礎(chǔ)場景下機(jī)場路網(wǎng)行車密度和車輛運(yùn)行速度如圖4所示.

圖4 機(jī)場路網(wǎng)行車密度及車輛運(yùn)行速度

由圖4可見:主進(jìn)場道路及主離場道路為路網(wǎng)中的繁忙路段,車輛運(yùn)行速度較低,車流密度大,由于所有進(jìn)出航站樓接送客車流必須經(jīng)過進(jìn)離場隧道,因此進(jìn)離場隧道成為整個(gè)機(jī)場的咽喉要道. 進(jìn)場隧道發(fā)生擁堵,所有進(jìn)入航站樓方向車流受到影響,可能導(dǎo)致乘客登機(jī)延誤,同時(shí),由于接客車輛無法進(jìn)入航站樓,將導(dǎo)致到港人流聚集. 離場隧道發(fā)生擁堵,接送客車輛無法駛出航站樓,將導(dǎo)致大量車流、人流在航站樓聚集,到港旅客消散困難. 在仿真過程中同樣也發(fā)現(xiàn),進(jìn)離場隧道為整個(gè)路網(wǎng)最繁忙路段,因此進(jìn)離場隧道閾值,也將會是整個(gè)機(jī)場在近期的運(yùn)行閾值,進(jìn)離場隧道是否能滿足設(shè)計(jì)年限高峰小時(shí)需求對于整個(gè)機(jī)場運(yùn)行至關(guān)重要.

進(jìn)場隧道的現(xiàn)狀設(shè)計(jì)方案中車道數(shù)為4,原始方案隧道內(nèi)不允許車輛變換車道,出隧道口后交織段為5車道,該段長度51 m. 分別從3種情況分析:

1)方案1沒有任何誘導(dǎo)措施,只有少部分車輛在進(jìn)入隧道口前變換車道,大部分車輛出隧道口后才意識到變換車道,交織流量比大.

2)方案2車流進(jìn)入隧道前便進(jìn)行誘導(dǎo),誘導(dǎo)遵從率在50%～60%.

3)方案3車流進(jìn)入隧道前進(jìn)行多級誘導(dǎo),誘導(dǎo)遵從率在80%以上,使大部分車輛在進(jìn)入隧道前完成變道,只有少部分車輛在出隧道口變換車道,交織區(qū)交織流量比小.

仿真結(jié)果如圖5所示,方案1交織路段僅有51 m,可供車輛變道距離短,在高峰時(shí)段,駕駛員對路網(wǎng)熟悉的情況下,進(jìn)場隧道閾值為3 800 pcu/h;

圖5 進(jìn)場隧道流量閾值

對于方案2,增加交織區(qū)長度至71 m,車輛經(jīng)過菱形立交交織區(qū)后便進(jìn)行誘導(dǎo)換道,誘導(dǎo)進(jìn)入航站樓高架層的車輛在最外側(cè)2車道行駛,去往航站樓地面層的車輛在最內(nèi)側(cè)行駛,減少在出隧道口后的換道行為,此時(shí)通行能力最大為4 300 pcu/h;

對于方案3,增加交織區(qū)長度至81 m,同時(shí)在進(jìn)入隧道口前誘導(dǎo),最大通行能力為4 500 pcu/h.

當(dāng)隧道內(nèi)允許變道時(shí),加壓測試分析,進(jìn)場隧道閾值4 600 pcu/h左右,可滿足高峰小時(shí)需求(進(jìn)場高峰:4 411 pcu/h).

根據(jù)以上分析結(jié)果,保守估計(jì)路網(wǎng)閾值為4 100 pcu/h,而在實(shí)際運(yùn)行過程中,受以下因素影響,路網(wǎng)閾值可達(dá)4 500 pcu/h以上.

1)在仿真過程中,隧道內(nèi)不允許車輛變道,部分低速行駛車輛將對整個(gè)車流產(chǎn)生較大影響,而在實(shí)際運(yùn)行過程中,少部分車輛會在隧道內(nèi)變道.

2)對于公共類車輛(機(jī)場大巴、長途大巴、出租車),其占比在50%以上,此部分車輛駕駛員對路網(wǎng)較熟悉,其中大部分會在進(jìn)入隧道之前完成變道,減小在隧道出口的交織流量比.

4.4 節(jié)點(diǎn)層面(微觀)交通仿真與評價(jià)

以進(jìn)/離場隧道交織區(qū)為例,過境車輛指的是不以送客、接客或在機(jī)場工作為目的,而利用空港大道和穿場隧道直接通過機(jī)場區(qū)域的車輛. 進(jìn)/離場隧道交織區(qū)的局部車流交織情況如圖6所示,其中紅色箭頭代表過境車輛的路線,黃色箭頭代表進(jìn)場與離場車輛的路線. 進(jìn)/離場車輛與過境車輛的流線存在交織,對車流運(yùn)行產(chǎn)生干擾.

圖6 進(jìn)/離場隧道交織區(qū)的局部車流交織示意圖

參考《Highway Capacity Manual 2010》[8],選取交織區(qū)的車道密度、平均行程時(shí)間、平均行程速度為評價(jià)指標(biāo). 當(dāng)交織區(qū)長度約235 m,仿真評價(jià)結(jié)果如圖7～9所示. 其中,西側(cè)交織區(qū)是指車輛從空港大道北端進(jìn)入的交織區(qū),東側(cè)交織區(qū)是指車輛從穿場隧道進(jìn)入的交織區(qū).

圖7 交織區(qū)車道密度評價(jià)

圖8 交織區(qū)行程車速評價(jià)

圖9 交織區(qū)行程時(shí)間評價(jià)

根據(jù)交織區(qū)車道密度評價(jià)結(jié)果,西側(cè)交織區(qū)的車道密度高于東側(cè)交織區(qū),尤其是在空港大道與穿場隧道的流量之比較小時(shí)更加明顯. 當(dāng)空港大道與穿場隧道的流量之比為70%/30%、增加30%的過境交通量時(shí),西側(cè)交織區(qū)的車道密度比東側(cè)交織區(qū)的高19.3%. 如果控制過境交通量不變,降低空港大道與穿場隧道的流量比,則西側(cè)與東側(cè)的交織區(qū)車道密度均上升. 例如當(dāng)過境交通量為0%時(shí),空港大道與穿場隧道的流量比為70%/30%與94%/6%的情形相比,西側(cè)交織區(qū)的車道密度增加了24.4%、東側(cè)交織區(qū)的增加了21.6%. 如果控制空港大道與穿場隧道的流量比不變,增加過境交通量,則車道密度同樣會上升. 當(dāng)空港大道與穿場隧道的流量比為70%/30%時(shí),過境交通車輛比例每增加10%,則西側(cè)交織區(qū)的車道密度平均增加9.8%.

根據(jù)交織區(qū)平均行程速度的評價(jià)結(jié)果,西側(cè)交織區(qū)的行程速度容易受到干擾,東側(cè)則變化不明顯. 當(dāng)空港大道與穿場隧道的流量之比較大時(shí),西側(cè)交織區(qū)的行程速度更高;當(dāng)流量比下降時(shí),西側(cè)交織區(qū)的行程速度降低. 以過境交通量占0%的情形為例,空港大道與穿場隧道的流量比為70%/30%與94%/6%的情形相比,西側(cè)交織區(qū)的行程速度下降了21.3%. 過境交通量的影響略低于流量比變化造成的影響,但是過境交通量增加時(shí)仍然會造成西側(cè)交織區(qū)平均行程的速度略微下降,尤其是在過境交通量比例較小時(shí),下降趨勢更加明顯. 以空港大道與穿場隧道的流量比70%/30%為例,過境交通量增加30%與無過境車輛的情形相比,西側(cè)交織區(qū)的平均行程速度降低了6%.

根據(jù)交織區(qū)平均行程時(shí)間的評價(jià)結(jié)果,西側(cè)交織區(qū)的平均行程時(shí)間較東側(cè)交織區(qū)的更加容易受到影響. 平均行程時(shí)間最短的仿真情形是空港大道與穿場隧道的流量比為94%/6%并且沒有過境交通量的情形. 隨著空港大道與穿場隧道的流量比減小以及過境交通量增加,平均行程時(shí)間快速增加,特別是在過境交通量較大時(shí),交織區(qū)的平均行程時(shí)間增加很快. 當(dāng)空港大道與穿場隧道流量比為70%/30%時(shí),增加30%與0%過境交通量的情形相比,西側(cè)交織區(qū)的平均行程時(shí)間增加了35%.

保持空港大道與穿場隧道的流量比較大、同時(shí)減小過境交通量,有助于降低交織區(qū)的車道密度、提高交織區(qū)平均行程速度以及降低交織區(qū)的平均行程時(shí)間.

當(dāng)交織區(qū)長度約335 m時(shí),以交織區(qū)速度55 km/h為閾值,利用交通仿真找出不同情景下的過境交通量比例閾值及通行能力,如表3所示. 閾值的確定參考了《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ37—2012[7],設(shè)計(jì)速度為80 km/h時(shí),路段平均行程速度低于55 km/h則脫離穩(wěn)定流,進(jìn)入飽和流.

表3 交織區(qū)過境交通量比例閾值及通行能力

對于進(jìn)/離場隧道交織區(qū),應(yīng)盡量減少過境車輛. 這部分車輛將增加機(jī)場主機(jī)場及主離場道路的負(fù)荷,增加機(jī)場區(qū)域道路擁堵的概率,必須進(jìn)行管理與控制. 根據(jù)交織區(qū)仿真結(jié)果,當(dāng)過境交通量增大時(shí),將會造成交織區(qū)的車道密度提高、平均行程速度降低以及平均行程時(shí)間增長. 因此提出兩種需求管理建議:一方面,可在機(jī)場外圍道路設(shè)置誘導(dǎo)屏,實(shí)時(shí)顯示機(jī)場內(nèi)部道路的交通運(yùn)行狀態(tài),并且為駕駛員提供外圍道路的通行路徑;另一方面,可考慮利用車輛檢測手段,對從機(jī)場區(qū)域過境的車輛征收費(fèi)用,利用價(jià)格杠桿的作用,減少部分過境交通量.

5 結(jié)論和建議

本文基于宏、微觀交通仿真軟件對成都天府國際機(jī)場的陸側(cè)道路交通進(jìn)行宏微觀一體化的交通仿真分析與評價(jià). 從路網(wǎng)層面分析,整體路網(wǎng)容錯性好,進(jìn)場隧道分流區(qū)為機(jī)場瓶頸點(diǎn),雨雪天氣下進(jìn)場隧道及離場隧道內(nèi)車輛運(yùn)行受影響較大,建議適當(dāng)設(shè)置可變限速車道,提高路網(wǎng)整體運(yùn)營水平,以及適當(dāng)設(shè)置可變情報(bào)板,便于及時(shí)發(fā)布路況信息;從通道層面分析,機(jī)場周邊路網(wǎng)承載閾值為4 100 pcu/h,進(jìn)場隧道分流區(qū)為機(jī)場瓶頸點(diǎn),會制約整個(gè)機(jī)場的服務(wù)水平,建議通過誘導(dǎo)車輛提前換道能顯著提高瓶頸點(diǎn)通行能力;從節(jié)點(diǎn)層面分析,進(jìn)離場交織區(qū)通行能力大于現(xiàn)狀高峰小時(shí)需求,不會產(chǎn)生擁堵,建議適度控制過境交通量,降低過境交通對機(jī)場主通道的影響.