地下道路復雜交織區交通組織優化及仿真

馬曉萌

(北京市市政工程設計研究總院有限公司， 北京 100082)

交織區是道路交通系統的典型瓶頸，嚴重影響道路交通系統的運行效率。尤其對于地下道路進出口密集、交通組織復雜的情況，如何確保交織區交通流組織有序，提升道路通行能力，避免交通擁堵是道路工程設計的重點研究內容。該文利用VISSIM微觀仿真技術對地下道路復雜交織區交通組織進行模擬仿真和分析評價，通過多方案比選，確定交織區合理交通組織形式。

1 研究背景及目的

深圳前海地區的發展目標是成為具有國際競爭力的現代服務業區域中心和現代化、國際化濱海城市中心，重點發展金融、現代物流、信息服務、科技服務和其他專業服務，故其建筑密集程度非常高。根據其發展規劃，地下道路工程連接前海與深圳城區，實現車流的快速到發與集散。因此，前海地下道路在規劃時就面臨出入口匝道較多、間距較小等問題，形成了地下道路復雜交織區。其中K1+600—K2+150段的問題最顯著，表現在：下行(南向北)方向，濱海大道(南山方向)入口匝道在K2+070處匯入主路，周邊地塊入口匝道在K1+830處接入地下道路輔路并開始與主路并行，主、輔路間由標線進行隔離；K1+680處主、輔路間設置出口一處，以便主路車流駛出與雙界河路方向出口匝道聯絡(見圖1)。原方案主路出入口采用先入后出的設置方式，車輛在主路內進行交織，對主路車輛的正常通行造成影響，且由于輔路設置為單車道，出口處主路駛出車輛與輔路車輛合流，易產生排隊，降低主、輔路交通流的通行效率。

根據地塊銜接的要求，需在該路段增設一處出口匝道(K1+870)。針對原方案存在的問題，新方案對出入口布設及交通組織進行優化：在主、輔路間增加隧道墻壁隔離，并將交織段輔路拓寬為兩車道，濱海大道(南山方向)入口匝道先接入輔路，并與地塊入口匝道合流；主、輔路間出入口調整為先出后入的形式，在K1+980處設置一處出口，在K1+550處設置一處入口，為保障主路出入口前后的車道數匹配，在入口之前壓縮主路車道，將三車道漸變為兩車道；在出口之前壓縮輔路車道，將兩車道壓縮為一車道(見圖2)。新方案出入口位置的改變可滿足周邊地塊增設出口的需求，提高路網的通達性。

圖1 地下道路復雜交織區原設計方案

圖2 地下道路復雜交織區新設計方案

2 車流速度仿真分析

2.1 檢測器的設置

速度檢測器主要檢測主路、入口及出口處車輛的速度變化。檢測器的設置位置見圖3，檢測內容見表1、表2。

2.2 結果與分析

兩方案下地下道路復雜交織區下行方向主路速度、出入口處速度仿真結果見表3～8。

(a) 原方案

(b) 新方案

表1 地下道路復雜交織區下行方向原方案速度檢測器的檢測內容

表2 地下道路復雜交織區下行方向新方案速度檢測器的檢測內容

表3 地下道路復雜交織區下行方向原方案主路速度仿真結果

表4 地下道路復雜交織區下行方向原方案入口處速度仿真結果

表5 地下道路復雜交織區下行方向原方案出口處速度仿真結果

表6 地下道路復雜交織區下行方向新方案主路速度仿真結果

表7 地下道路復雜交織區下行方向新方案入口處速度仿真結果

表8 地下道路復雜交織區下行方向新方案出口處速度仿真結果

2.2.1 整體速度對比

如圖4、圖5所示，兩方案下主路交通流速度基本保持穩定；由輔路進入主路的車流速度呈遞增趨勢，且速度值逐漸趨于主路車流速度；由主路駛出輔路的車流速度呈遞減趨勢，且速度值逐漸趨于輔路期望速度。新方案中由于連接出口輔路的為雙車道，車流速度未發生改變,主路、入口和出口的車速變化幅度新方案均比原方案小，說明新方案的交通組織方式能使路段交通流速度保持較好的連續性。

圖4 地下道路復雜交織區下行方向原方案整體速度

2.2.2 主路車速對比

主路路段交通流的速度變化見圖6。原方案中對主路車流速度的影響主要來自于由輔路匯入的車輛和由主路匯出的車輛，圖6中檢測器2、6分別代表這兩處的主路速度變化，可看出在交織點主路速度明顯減?。恍路桨钢袑χ髀匪俣犬a生影響的主要是由于主路車道數的漸變段，檢測器8、9顯示漸變段的主路速度略低于正常行駛速度，但速度降低幅度小于原方案。從主路速度總體變化趨勢來看，新方案更能保持主路車流速度的穩定性。

圖5 地下道路復雜交織區下行方向新方案整體速度

圖6 地下道路復雜交織區下行方向原方案與新方案主路速度對比

2.2.3 入口處輔路車速對比

圖7為輔路交通流匯入主路過程中輔路車輛的速度變化情況，其中檢測器6表示輔路入口交織點的斷面速度。由圖7可知：輔路車輛的正常行駛速度新方案高于原方案，在匯入主路前，原方案輔路交通流速度出現急劇增長趨勢，與主路車流交匯后速度增長趨勢變緩；而新方案輔路交通流速度在匯入主路前后保持穩定的增長趨勢，直至達到主路期望速度。說明新方案的交通組織方式使輔路交通流的速度變化更連續合理，由輔路匯入主路的車輛速度過渡更平穩。

圖7 地下道路復雜交織區下行方向原方案與新方案入口輔路速度對比

2.2.4 出口輔路速度對比

圖8為車輛駛出主路過程中的速度變化情況，其中檢測器5表示輔路出口交織段的斷面速度。由圖8可知：原方案駛出主路的車輛通過該斷面后速度逐漸減小至輔路期望速度；而新方案中由于連接出口輔路的為雙車道，為車流快速駛離主路提供了條件，新方案出口輔路的車流速度整體高于原方案。

綜上，與原方案相比，新方案下主路的運行速度更穩定，對于提高車輛行駛安全性具有顯著作用；新方案對于提高出入口的車流平均速度也有顯著作用，其中出口車速增長趨勢最明顯；新方案在入口處壓縮主路車道數的措施對主路車速的影響小于原方案在主路設置交織段對車速的影響。

圖8 地下道路復雜交織區下行方向原方案與新方案出口輔路速度對比

3 排隊長度仿真分析

3.1 檢測器的設置

排隊長度檢測器的設置位置見圖9。其中：檢測器CK-01、JK-01分別用來檢測車輛在出入口的排隊長度；檢測器CK-02用來檢測連接出口輔路上的排隊；檢測器FD-01用來檢測新方案中輔路車輛并線時產生的排隊；檢測器ZX-01用來檢測新方案中主路車輛并線時產生的排隊。

(a) 原方案

(b) 新方案

3.2 結果與分析

兩方案下地下道路復雜交織區下行方向最大排隊長度見表9。

表9 地下道路復雜交織區下行方向新舊方案最大排隊長度

由表9可知：實施主路壓縮車道，將三車道變換為兩車道，主路外側車道并線時會產生10.3 m排隊，但出口處輔路壓縮車道的交通組織方式并未影響輔路車流的正常行駛，出入口處的排隊長度均為零，主路及輔路的交通壓力均得到緩解。

4 行程時間仿真分析

4.1 檢測器的設置

行程時間及延誤檢測器的設置見圖10。其中：檢測器ZX-01用來檢測車輛通過主路路段的總行程時間，反映由于出入口設置位置的差異引起的主路車輛延誤；檢測器ZX-02用來檢測主路車輛通過入口匯流區的行程時間，主要反映入口處主路車輛延誤；檢測器ZX-03用來檢測主路車輛通過出口分流區的行程時間，主要反映出口處主路車輛延誤；檢測器JK-01用來檢測車輛由輔路進入主路過程的行程時間，主要反映入口處的車輛延誤；檢測器CK-01用來檢測車輛駛出主路、輔路過程的行程時間，主要反映出口處的車輛延誤。

(a) 原方案

(b) 新方案

4.2 結果與分析

兩方案下地下道路復雜交織區下行方向行程時間和延誤仿真結果見表10～13和圖11。

表10 地下道路復雜交織區下行方向原方案行程時間仿真結果

表11 地下道路復雜交織區下行方向新方案行程時間仿真結果

由表10～13和圖11可知：新方案下主路車流在通過入口匯流區的行程時間和延誤(ZX-02)比原方案略有增加，這是由新方案中主路車道數壓縮所致；其余四處路段的行程時間及延誤新方案均小于原方案，其中通過出口的行程時間改善幅度最大。

表12 地下道路復雜交織區下行方向原方案延誤仿真結果

表13 地下道路復雜交織區下行方向新方案延誤仿真結果

車輛在出口的通行效率提高后，駛出主路的車流不再產生停車延誤，避免了對分流區內主路車流的影響，主路車輛的行程時間及延誤總體上相應降低。

(a) 行程時間對比

(b) 延誤對比

5 結論

(1)調整主路出入口位置，采用先出后入的布置方式，不僅滿足增設地塊出口的需求，提高路網的通達性，還可避免主路交通流與匯入、匯出車輛的交織，主路車輛運行速度更平穩，主路交通流的安全性提高。

(2) 將交織段輔路拓寬為兩車道，使輔路車流匯入主路前、主路車流分流至輔路后都能及時調整車速，從而縮小輔路與主路交通流的速度差，使出入口處的車流速度變化更平穩，車輛的平均速度提高，通行時間減少，交通流通行效率提升。

(3) 改善后設計方案對提高路網總體運行效率具有顯著作用，能保證主路交通流的行車安全，并顯著提高出入口交通流的通行效率。但主路在車道數漸變段形成一定長度的排隊，通行時間略有增加。建議延長主路車道漸變段長度，以減小延誤，提高主路的通行效率。