互通立交線形設計指標安全評價的研究

摘要：本次研究使用層次分析法計算出了四項線形設計指標在互通立交安全評價中的權重大小。然后利用仿真軟件VISSIM對變速車道長度進行模擬仿真，最后綜合行車安全、工程對環境的影響和工程造價等各方面因素，提出這一指標的推薦值，并與《公路路線設計規范》中相應的值比。

關鍵詞：互通立交 變速車道長度 VISSIM 安全評價

1 概述

在高速公路建設中，互通式立交也是高速公路的重要組成部分，是具有空間多層結構形態和立體交通轉向功能的專用設施。全國各級公路尤其是交叉口的交通事故異常嚴重。我國已經開始對道路交通安全評價進行系統研究，對某些道路交叉口也實施了初步的道路交通安全評價。

2 建立線形設計指標的層次分析結構模型

2.1 建立層次結構模型

層次結構具體分為：主要線形設計指標A：主線縱曲線A1、匝道平曲線A2、匝道縱坡度A3、變速車道長A4。

2.2 構造判斷矩陣

根據以往對于調查數據的處理和分析，總結模型中各因素對運行速度影響的重要性為：主線縱坡度A1<匝道縱坡度A3<變速車道長A4<匝道平曲線半徑A2。一層與第二層的判斷矩陣見表2.1。

表2.1 第一層與第二層的判斷矩陣

2.3 層次單排序及其一致性檢驗

第一層與第二層之間的排序計算為：

①分別計算該矩陣（見表2.1）各行元素乘積的四次根：

根據公式:=n（i=1，…，n）

進行歸一化處理得其相對重要性權重為：

w1=0.0550 w2=0.5638 w3=0.1178 w4=0.2634

②對其一致性檢驗：

AW=λmaxW=λmax0.05500.56380.11780.2634解得λmax=4.1363

CI===0.0454

CR===0.0504<0.10(RI由表2.2查得)

平均隨機一致性指標RI的值見表2.2：

表2.2 平均隨機一致性指標RI的值

因此，層次單排序的結果有滿意的一致性，判斷矩陣中的元素取值符合要求。故得到互通立交中主要線形設計指標的權重。

3 運用vissim軟件進行交通仿真實驗

首先是苜蓿葉型互通立交的設計圖為基礎，建立在Vissim4.2當中的互通立交規劃路網圖[1]。

互通式立交變速車道是主線車道和匝道之間段的附加車道，它是互通式立交的一個重要組成部分。變速車道是整個互通立交系統中最易發生交通事故的地方[2]。其具體表現如：分流端的減速車道長度不夠，汽車來不及減速而撞護欄；分流端減速車道設置不明顯，汽車駛過而錯過轉彎；合流端設置不合理，車輛提前進入主線發生交通事故等。可見，變速車道設置的合理與否，對于提高行車的安全舒適性，減小交通事故的發生，保證交通流的暢通意義重大。

由于我國現行的《公路路線設計規范》在變速車道相關條款中主要是參考國外的一些數據，而在實際設計中存在著一些不足，下面就變速車道的長度在設計中的這些不足問題進行探討。

3.1 變速車道長度的仿真實驗 本次模型中主要研究的是平行式變速車道的長度，進行仿真實驗并比較分析通行能力隨車道長度變化規律，綜合安全評價各種因素，最終提出在各種設計速度下，相應變速車道長度的推薦值。

下面以設計速度100km/h和設置150米的減速車道為例，設置結果統計的時間間隔600s和總仿真時間3600s，點擊仿真鍵，待仿真過程結束后，查看評價結果文件，并整理相關數據。然后用以上同樣的方法，在設計速度為100km/h，減速車道長度分別為180m、200m、220m時，做出不同變速車道的特征數據采集點的評價結果表。

3.2 仿真結果分析與研究 匯總上述數據，得出在主線設計速度為100km/h、匝道設定速度為70km/h且減速車道為單車道的情況下，不同長度的變速車道上平均運行速度和可通過交通量[3]。如下表所示：

表3.1 同長度的減速車道評價結果對比表

結合以上數據和圖表的分析，可得出：在設計速度為100km/h，減速車道為單車道的情況下，減速車道長度的推薦值為180m。若超過180m，會造成占地面積增大和工程費用增加[4]。匯總本次研究結果，并與我國《公路路線設計規范》中的相關值進行比較：

表3.2 研究推薦值與規范表的比較

4 結論與展望

本次研究首先通過層次分析法，得出所要研究的四項線形設計指標的各自權重。然后利用VISSIM仿真軟件，建立苜蓿葉型互通立交的模型，研究不同線形指標下立交的通行能力，同時也應考慮到其他環境影響因素，結合分析環境影響因素，最終得出滿足綜合安全評價的線形設計指標。主要結論如下所示：①在所研究的互通立交的四個線形設計指標中，各自所占的權重為：匝道平曲線為0.5638，變速車道長為0.2634，匝道縱坡度為0.1178，主線縱坡度0.0556。②在主線設計速度為100km/h，匝道設計速度為40km/h的情況下，綜合行車安全、對環境的影響、工程費用及施工量等各方面因素，通過比較平均運行速度和單位時間內可通過交通量，提出了以下推薦值：變速車道長見表3.3所示。由于互通立體交叉口運行規律的隨機性與復雜性，加之交通調查過程當中所選擇交叉口數量較少并且不全具有普遍性，故在論文當中難免存在缺陷與不足：①由于受能力和時間的限制，本次論文中只研究了互通立交的變速車道長度這一主要線形設計指標，對于也會影響到互通立交安全評價的線形設計指標，并沒有做詳細的研究與分析。②本次論文只是在計算機仿真的環境中，對仿真結果進行分析與研究，從而得出線形設計指標的推薦值。并未以現有工程為依托，進行實際立交的安全性評價。

參考文獻：

[1]VISSIM軟件教程.辟途威交通科技（上海）有限公司（中文版權）.2006(11).

[2]許金良.互通式立交匝道橫斷面和連接部CAD設計方法[科技論文].西安公路交通大學學報，2001年(4).63-65.

[3]史揚，陳永勝.下坡路段的道路線形設計安全評價方法研究[科技論文].道路交通與安全.2009(2).32-35.

[4]王浩.立交樞紐的微觀仿真模型和系統的研究.[學位論文].天津大學經管學院.2004(12).