基于VISSIM仿真的長距離高架快速路平行式下橋匝道地面聯結段交通改善研究——以二環線漢口段下橋匝道為例

何 丹，汪 峰，黃又清，蔣 樂，周 俊

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430023）

0 引言

城市快速路是城市道路交通的主動脈。主線高架橋結合地面輔路是城市快速路的常用斷面形式之一。其能在有限的道路紅線范圍內，充分利用空間，增大交通供應，彌補城區道路交通用地的不足，是緩解日益增長的交通供需矛盾的主要建設方式。長距離高架快速路一般可通過沿線立交與平行式上下橋匝道實現與整個路網的交通聯系，其中，下橋匝道接入地面道路后，通過地面相交路口實現交通轉換。城市高架快速路交通擁堵多是下橋匝道至路口聯結段交通擁堵導致的二次擁堵，并進而影響周邊區域道路交通系統。

1 VISSIM仿真下的平行式下橋匝道交通問題分析

1.1 總體情況

武漢市二環線全長52 km，圍成面積184 km，占主城區面積的27%，是新一輪《武漢市城市總體規劃（2006~2020）》中確定的“四環十八射”快速路系統的重要組成部分。

二環線漢口段西起江漢二橋，東止于建設大道，全長約11.1 km。按照主輔路型式進行建設，雙向主線6車道、輔路6車道，主線設計車速為50~60 km/h，輔路設計車速 30~40 km/h。其中高架段長約9.7 km，通道段長1.1 km，地面段0.3 km。全線共設復興村立交、唐家墩立交、竹葉山立交等3座互通式立交，7對上下橋匝道，其中下橋匝道1~7均是通過燈控道口實現與周邊路網的聯系[1-2]，如圖1所示。

1.2 平行式下橋匝道聯結段情況

二環線漢口段7處下橋匝道聯結段長度，如表1所列。其中匝道1（下橋匝道簡稱匝道，后文同）和匝道5為內側接地，其余匝道均為外側接地，如圖2、圖3、表2所示。

表1 下橋匝道聯結段距離(單位：m)

1.3 下橋匝道與地面緊鄰路口交通流量

根據預測，2020年二環線漢口段主線高架橋高峰小時交通量 4 600~5 600 pcu/h，下橋匝道地面聯結段高峰小時流量以及下橋匝道與地面緊鄰路口高峰小時交通量如表3所列[2]。

交通流中各類交通方式如表4所列。

1.4 VISSIM交通仿真及問題分析

使用VISSIM軟件對二環線漢口段的交通流進行仿真分析，建立路網模型，賦予相應的路網流量，在聯結段的起止端設置區間運行時間的測量器，具體結果見表5。

表2 聯結段交織形式

表3 2020年高峰小時交通量(單位：pcu/h)

表4 2020年二環線漢口段交通方式比例（標準車）

從表5可見，運行狀況最好的是匝道2，其次為匝道3，有如下特點：聯結段長度均在110 m以上，交織段內總交通流量均在2 000 pcu/h以下。

運行狀況較差聯結段有4處，平均速度均在20 km/h以下，有如下特點：聯結段長度較短，其中匝道4、5、7的交織段長度都小于70m；聯結段內總交通量較大，匝道4、5、7的流量均超過2 000 pcu/h，其中匝道5的流量高達2 913 pcu/h；匝道6的交織量較大，達到了450 pcu/h。

根據仿真結果，聯結段的運行狀況與聯結段長度、銜接交叉口的通行能力以及交織流量有著密切的關系。主要表現為：

表5 聯結段仿真結果

（1）當聯結段長度較短時，交織運行車輛無法順利進行車道變換，行駛所受限制逐漸加大，車道變換出現強制性行為。隨著排隊車輛長度的增加，交織長度逐漸縮小，交織僅能在車流起動時橫向穿插，如匝道5、匝道6及匝道7。

（2）當銜接交叉口交通流量較大時，其通行能力不足以容納地面和匝道的車流量，交叉口進口道排隊長度會逐漸增加，導致交織長度逐漸減小。這樣，匝道左轉車輛（Ⅰ型）變換車道時，就容易阻塞。如匝道5就是這種情況。

（3）當交織段長度一定時，聯結段交織流量越大，車輛交織產生交通紊流越嚴重，將使進口車道的通行能力下降；同時，通行能力的折減又會使進口道排隊長度更長，交織段變得更短，飽和流量進一步降低。這樣隨著交織流量的增加，要達到相同服務水平時，所需交織段更長。

綜上所述，聯結段長度、銜接交叉口通行能力、交織流量對于聯結段運行狀況的影響不是孤立、單一的，它們之間是相互影響、相互作用的。3種要素中有一個不能滿足通行的要求，都將會破壞動態穩定狀態，不僅會造成下橋匝道銜接交叉口擁堵，甚至會導致高架橋的擁堵。其中，聯結段的長度直接決定了交織段的長度，對聯結段運行狀況影響最大。

2 漢口段下橋匝道道路交通優化

2.1 漢口段下橋匝道優化——規劃設計階段

根據仿真結果及問題分析，漢口段7條匝道中，匝道4、5、6、7聯結段的服務水平較低。以下我們主要通過改變聯結段長度和匝道型式來進行優化。

（1）改變聯結段長度

保持交叉口交通渠化和組織方式不變，增加聯結段長度。采用VISSIM仿真驗證運行效果，得出聯結段長度為150 m時，匝道4和匝道7服務水平可以提高至C，匝道5和匝道6聯結段可提高至D級服務水平，如表6所列。

表6 不同聯結段長度下的服務水平

（2）改變匝道型式

匝道5和匝道6在聯結段長度為150 m時，服務水平仍只有D級水平。在此基礎上，保持相應的路網流量不變，改變匝道接地方式，從而改變聯結段內的交通流交織方式。采用VISSIM軟件仿真驗證運行效果，匝道6選用外側接地無交織型聯結段（Ⅲ型），消除了交通流交織行為，交織量為零，可以大大改善聯結段交通運行狀況；而匝道5選用內側接地無交織型聯結段（C型），同樣是消除交織，服務水平反而下降了。具體評價結果見表7。

表7 不同交通組織方式下的服務水平

這主要是因為消除了交織區，一定程度上緩解了交織段造成的交通無序和阻塞，而同樣因為分離了下橋匝道車流和地面車流，進口道受到同向車流在各車道分布不均衡的影響(不均衡系數σ=匝道下橋流量/地面車道流量)，單位綠燈時間內能夠通過的車輛數卻降低了，在總流量相等的情況下，該方向的車流需要更長的綠燈時間來通過交叉口，變相增加了交叉口的交通壓力，當不均衡系數偏離1較大時，折減了現有設施的利用率[5]。匝道6的不均衡系數為0.92，與1較接近，選擇外側接地無交織型聯結段（Ⅲ型）運行效果較好；而匝道5的不均衡系數為0.41，與1偏離較遠，不適宜選用內側接地無交織型聯結段（C型）。

匝道5可通過周邊路網分流部分交通流量，降低聯結段的飽和度，保證匝道5地面聯結段的順暢運行，或者在道路設計指標及用地允許的情況下，將聯結段長度延至 200 m。

從以上分析可以看出，建議二環線下橋匝道4、5、6、7采用以下方式進行改善，具體如表8所列。

表8 二環線下橋匝道改善方式匯總

2.2 漢口段下橋匝道優化——建成后

以上優化措施都是以二環線漢口段尚未建設為前提，在設計階段進行優化。目前二環線漢口段已建成通車，想通過改變聯結段長度、匝道接地方式的手段來解決交通擁堵已不太現實。以下主要針對確定匝道位置和型式，對路口的交通管理與控制方式進行優化。

結合各匝道的接地位置和型式，對下橋匝道車流和地面車流采取如表9的交通管理與控制措施，采用VISSIM仿真進行分析。仿真結果顯示，除匝道5地面聯結段服務水平為D外，其余均提升至了C級服務水平。同時，周邊路網交通壓力有所增加。

匝道5相銜接的道口位于火車站門口，其路口交通流量本身就較大，這也是采取了交通管理與控制措施之后，改善效果不如其余下橋匝道聯結段顯著的原因。匝道4、5、6、7的聯結段服務水平的改善都是基于限制了部分車流的轉向需求，但這些轉向需求是不會消失的，只能通過相交路網來實現。這也是周邊路網交通壓力增加的原因。

表9 各匝道優化后的服務水平

2.3 小結

從武漢市二環線漢口段長距離高架下橋匝道聯結段的交通優化分析，可以看出，在規劃設計階段就應充分考慮長距離高架下橋匝道位置和接地型式，可以避免項目建成后，通過限制道路的某些轉向功能來緩解交通擁堵，削弱了道路原應承擔的功能。

3 長距離高架下橋匝道道路交通優化要點

通過對二環線漢口段的分析，可以看出聯結段長度、聯結段交織形式、銜接交叉口交通組織直接影響了地面道路的交通運行狀況，間接也會影響高架橋上的快速交通的運行。因此，應從規劃、設計、管理3個階段給予充分重視（見圖4）。

3.1 規劃階段

（1）規劃工程師應結合交通需求和規劃路網，合理選擇高架與相交道路交通流轉換的方式。當高架與相交道路交通轉換流量大時，應選擇互通或部分互通式立交，而不是平行式下橋匝道。

（2）規劃工程師應結合項目的規劃方案，預留好相應的道路紅線，避免增加項目建設成本和難度。

（3）規劃工程師應協調好地下管線、地上桿線、周邊單位出入口、其他構筑物的關系。

3.2 設計階段

（1）設計工程師應做好豎向曲線的設計，合理控制下橋匝道與地面道口（現狀或者規劃）的聯結段長度，使聯結段長度至少應滿足150 m（美國認為距離應為121.9～ 182.8 m,而日本高速公路公團認為距離應不小于150 m[5]）。

（2）設計工程師應結合相應的預測流量和路口的紅線寬度，合理選擇匝道接地形式（內側或外側）以及做好相應地面路口的渠劃。

3.3 管理階段

規劃和設計階段都是以預測流量為依據，難免會出現偏差。在項目建成運行后，應根據實際交通流量調整交通管理和控制措施。

4 結語

二環線長距離高架平行式下橋匝道極具代表性，平行式下橋匝道的擁堵問題與不合適匝道型式和較短的聯結段長度有密切的關系。這類交通問題應在工程規劃、實施各個階段加以考慮、規避。對國內外類似工程具有極強的借鑒意義。

同時，在本研究中，僅針對二環線漢口段下橋匝道聯結段交織量以及長度進行定量研究，沒有定量考慮聯結段長度對道口飽和流量的影響程度，僅做了定性分析，在后續研究中會加以考慮。

[1]武漢市政設計研究院有限責任公司.二環線漢口段施工圖設計[Z].武漢：武漢市政設計研究院有限責任公司，2009.

[2]武漢市城市綜合交通規劃設計研究院.二環線漢口段建設方案論證[Z].武漢：武漢市城市綜合交通規劃設計研究院.2008.

[3]美國交通研究委員會.Highway Capacity Manual 2000（道路通行能力手冊）[Z].美國交通研究委員會,2000.

[4]陳峻，於昊，王煒，等.城市高架道路下匝道地面聯結段交通分析與評價[J].中國公路學報，2000（7）:69-72.

[5]楊曉光，狄姍.城市高架道路出口匝道銜接路段交通組織方法研究[J].交通運輸工程與信息學報,2007(12)：49-53.