基于交通仿真的廣匯立交橋交通擁堵改善方案研究

買買提江·吐爾遜

(新疆大學機械工程學院汽車與交通工程系，新疆 烏魯木齊 830047)

基于交通仿真的廣匯立交橋交通擁堵改善方案研究

買買提江·吐爾遜

(新疆大學機械工程學院汽車與交通工程系，新疆 烏魯木齊 830047)

烏魯木齊市廣匯立交橋是苜蓿葉形完全互通式立交橋，是該區(qū)域交通的典型擁堵點。文章通過交通數(shù)據(jù)調(diào)查，分析了該立交橋交通擁堵的成因，從交織區(qū)域交通流的優(yōu)化和提高匝道通行能力角度提出了交通組織優(yōu)化方案，并利用交通微觀仿真軟件Vissim對該立交橋現(xiàn)狀交通情況和優(yōu)化組織方案進行了仿真比較。仿真結(jié)果顯示優(yōu)化后的立交橋區(qū)域交通擁堵情況得到了明顯改善，研究成果可為該類型立交橋的交通組織提供參考。

苜蓿葉形立交橋；Vissim；交織區(qū)域優(yōu)化；交通擁堵

0 引言

互通式立交是城市快速路系統(tǒng)中的關鍵交通節(jié)點，可使車流在不同空間層次上各行其道，消除交叉車流間的相互干擾，從而使快速路通行能力大大提高。

隨著城市道路交通需求的不斷增加和機動車數(shù)量的激增，互通式立交的交通擁堵問題日益明顯，特別是苜蓿葉形立交橋如果設置不當很容易成為城市交通中的瓶頸。對于解決早期建設的立交橋發(fā)生的擁堵問題，因為影響范圍廣、資金投入大、占地面積受限、改造難度大等原因不能采取改擴建的方法。

本文以烏魯木齊市廣匯立交橋為例借鑒治理平面交叉口擁堵的方法，分析了造成擁堵的原因，并利用VISSIM仿真軟件對匝道入口能力、交織區(qū)的交通流等進行了優(yōu)化。

1 廣匯立交橋概況

烏魯木齊市廣匯立交橋是南外環(huán)快速路與河灘快速路形成的立體交叉節(jié)點，立交連接外環(huán)路主線與河灘路輔道，通過河灘快速路的兩組(團結(jié)路，錢塘江路)出入口實現(xiàn)兩條快速路之間的互通。形式上廣匯立交橋為苜蓿葉式全互通立交橋，上層為南外環(huán)路高架橋，下層為河灘快速路及其輔道。

目前廣匯立交橋上層設置了雙向10個車道，每個方向有3個主線車道和2個集散車道，主線車道和集散車道之間以隔離墩作為隔離設施，在交織區(qū)域里增加了1個專右車道。立交橋共設8個匝道，結(jié)構如圖1所示。

圖1 烏魯木齊市廣匯立交橋平面圖(現(xiàn)狀)

隨著近年來烏魯木齊經(jīng)濟持續(xù)飛速發(fā)展，機動車規(guī)模不斷膨脹，促使全市交通量呈快速增長趨勢。在廣匯立交橋處每日高峰期都會出現(xiàn)車輛排隊現(xiàn)象，特別是晚高峰時段，擁堵狀況直接影響到周邊其他區(qū)域車輛通行。

2 交通數(shù)據(jù)調(diào)查

交通數(shù)據(jù)的調(diào)查包括道路的分布情況和道路寬度及交通量等。南外環(huán)高架道路為雙向4車道的城市快速路，主線設計車速80 km/h，河灘快速路為雙向6車道的城市快速路，設計車速80 km/h。廣匯立交橋共設置了8個匝道，其中1號匝道、4號匝道、5號匝道和8號匝道機動車道寬度為7 m，2號匝道、3號匝道、6號匝道和7號匝道的車道寬度為5 m。匝道1長366 m，匝道2長163 m，匝道3長169 m，匝道4長398 m，匝道5長235 m，匝道6長182 m，匝道7長198 m，匝道8長236 m。匝道上相鄰匝道之間用黃實線分離。橋上各車道的寬度如表1所示。

交通量的調(diào)查選擇晚高峰時段，以隔離墩作為分界線對交織區(qū)域和主行車道交通量進行了統(tǒng)計。基本交通數(shù)據(jù)總結(jié)如表1所示。

表1 各方向交通量及車道寬度數(shù)值表

3 交通擁堵成因分析

通過表1中的數(shù)據(jù)可以看出：(1)西向東方向的交通量大于東向西方向的交通量；(2)主線車道上的平均車速接近設計車速，交通量比交織區(qū)域的交通量小，而交織區(qū)域內(nèi)的交通量大，車速低。

通過以上調(diào)查數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀交通流向分析，廣匯立交橋上發(fā)生交通擁堵的成因可以歸納為以下幾個問題：

(1)交織區(qū)域長度過短。廣匯立交橋上入、出口之間的交織區(qū)域長度僅為95 m，遠小于HCM[2]中規(guī)定的A型交織區(qū)所能適應的交織區(qū)長度范圍。早晚高峰時交通流量大于其通行能力時，車輛的換道、搶行造成的交通流穿插和交織現(xiàn)象呈現(xiàn)出對交通流的阻礙作用，極易造成交通阻滯甚至鎖死現(xiàn)象。

(2)集散車道漸變段過短。橋上與交織區(qū)域相連的集散車道漸變段長度不足，致使出入匝道的分流處和合流處的車速慢，影響交織區(qū)域車輛的疏散。

(3)交織區(qū)域兩側(cè)的內(nèi)環(huán)匝道2、匝道3、匝道6和匝道7的通行能力不足。匝道2、匝道3、匝道6和匝道7目前只有一個車道，進出車輛需要排隊行駛，嚴重影響交織區(qū)域內(nèi)的車輛速度。

(4)地面路網(wǎng)集散能力不足、交通組織混亂。橋下南北方向的集散車道與團結(jié)路銜接處轉(zhuǎn)彎半徑小，通過集散車道直行的車輛和出河灘快速路進入團結(jié)路的車輛交織運行而發(fā)生擁堵。

(5)上下匝道上的車道功能劃分不合理，沒有考慮該匝道上的交通量分布情況。

4 交通組織優(yōu)化方案

根據(jù)以上分析，從提交織區(qū)通行能力和各匝道通行能力出發(fā)提出以下改善方案。

4.1 交織區(qū)的優(yōu)化設計

影響交織區(qū)通行能力的因素有交織區(qū)段長度、交織段寬度、交織流量比、交織運行形式等。考慮到廣匯立交橋占地面積的限制不能改變交織段長度，但可以通過調(diào)整立交橋區(qū)域內(nèi)的道路功能來增加交織段的寬度。綜合考慮交織交通量和主線交通量，從目前的3個主線車道中調(diào)整一個車道增加到交織區(qū)域?qū)⒔豢椳嚨罃?shù)從原來的3個增加到4個，并調(diào)整原來交織區(qū)域一條直行車道為右轉(zhuǎn)車道。改善后的交織區(qū)域如圖2所示。

圖2 交織區(qū)的優(yōu)化設計圖

4.2 各匝道交通組織優(yōu)化

受占地面積的限制，廣匯立交橋各上、下匝道采用了雙向無分隔帶的匝道形式。根據(jù)匝道上的交通量分布情況，同時為了使各匝道的通行能力與交織區(qū)的通行能力進行匹配，將各匝道上的車道功能進行重新分配。具體為分別減少匝道1、匝道4、匝道5和匝道8的一個車道，分別增加到匝道2、匝道3、匝道6和匝道7，如下頁圖3所示。

5 優(yōu)化方案的Vissim仿真及評價

為評價優(yōu)化設計方案的效果，利用vissim微觀仿真軟件對廣匯立交橋的現(xiàn)狀和優(yōu)化設計方案進行仿真評價。仿真所用的交通量如下頁表2所示。交織區(qū)域交通量組成為90%小車和10%公交車。選擇交通擁堵比較嚴重的3個典型區(qū)段多次仿真后得到區(qū)段內(nèi)車輛的平均延誤和匝道出口處的排隊長度數(shù)據(jù)，如下頁表3～4所示。選擇的區(qū)段示意圖如下頁圖4所示。

(a)匝道1和匝道2

(b)匝道3和匝道4

(c)匝道5和匝道6

(d)匝道7和匝道8

圖4 延誤數(shù)據(jù)檢測區(qū)段圖

交通流向西向東集散車道直行車道東向西集散車道直行車道北向南主路輔道南向北主路輔道右轉(zhuǎn)460—416——480300左轉(zhuǎn)614—500——400450掉頭50—50——50—50直行2001692200169220001500400直行(橋下)500————500——合計18241692116616922000143024001200

表3 仿真結(jié)果對比-區(qū)段平均延誤表(s)

表4 仿真結(jié)果對比-排隊長度表(m)

從獲得的仿真參數(shù)可以看出，原來擁堵嚴重的交織區(qū)域、匝道6、匝道8和由北向南地面集散車道等區(qū)域的延誤時間明顯減少，擁擠狀況得到很好的緩解，匝道內(nèi)的擁堵現(xiàn)象也明顯下降。雖然交織區(qū)域東向西、西向東方向主線車道各減少了一個，但車道數(shù)與南外環(huán)路快速路其它區(qū)域的車道數(shù)保持了一致，由于車速快，通行能力大，主線車道上沒有發(fā)生擁堵現(xiàn)象。

6 結(jié)語

本文以改善烏魯木齊市廣匯立交橋擁堵為目的，參考國內(nèi)外互通立交橋設計方法和交織區(qū)域優(yōu)化案例，基于實際觀測數(shù)據(jù)研究車輛運行特征、立交橋幾何特性和交通組織情況，并提出了優(yōu)化設計方案。利用交通微觀仿真軟件Vissim對優(yōu)化前和優(yōu)化后的交通情況進行了仿真比較。優(yōu)化控制方案的仿真結(jié)果顯示立交橋區(qū)域交通擁堵情況得到了明顯的改善。從長遠來看，受苜蓿葉式立交橋本身結(jié)構特點和立交橋占地面積的限制，廣匯立交橋?qū)⒉荒苓m應持續(xù)增長的交通需求，可以考慮綜合利用附近的珠江路立交橋的分流功能來疏散部分交通流。

[1]彭 飛.互通式立交交織區(qū)段通行能力及服務水平分析[J].北方交通，2011(12)：24-27.

[2]任福田等，譯.道路通行能力手冊[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]陳小鴻，肖海峰.交織區(qū)交通特性的微觀仿真研究[J].中國公路學報，2001(14)：88-91.

[4]JTG D20-2006，公路路線設計規(guī)范[S].

Guanghui Overpass Traffic Congestion Improvement Plan Based on Traffic Simulation

Mamatjan Tursun

(Department of Automotive and Transportation Engineering，School of Mechanical Engineering，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830047)

Urumqi Guanghui overpass is the complete cloverleaf interchange，which is the typical traffic congestion point in this area.Through the traffic data investigation，this article analyzed the causes for the traffic congestion of this overpass，proposed the traffic organization optimization plan from the per-spective of optimizing the traffic flow of interweaving area and enhancing the ramp traffic capacity，and conducted the simulation comparison on the current traffic situation and optimization organization plan of this bridge by using the Vissim microscopic traffic simulation software.The simulation results showed that the regional traffic congestion of this overpass after the optimization has been significantly improved，and the research results can provide the reference for the traffic organization of similar over-pass.

Cloverleaf overpass；Vissim；Interweaving area optimization；Traffic congestion

買買提江·吐爾遜(1975—)，碩士，主要研究方向：汽車運用和微觀交通仿真。

U412.35+2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.017

1673-4874(2015)07-0075-04

2015-06-07