南京快速內環限速值合理性研究

方利君

(蘇交科集團股份有限公司，南京 210019)

經過20多年建設，南京主城區道路形成“井字三環、軸向放射、組團快聯”的快速路系統，以低于10%的道路網里程承擔了40%以上 “車·公里”機動車交通量，有效緩解了地面道路交通壓力。根據南京市交管部門發布的2019年12月交通出行狀況大數據分析可知，南京快速路系統尤其快速內環擁堵狀況不斷加劇[1-2]。

南京快速內環隧道連續成群：內環西線4段隧道，東線3段隧道，北線2段隧道。隧道段限速60 km/h，超速現象較為普遍，限制車速已對南京快速路效能發揮作用出現限制性影響，亟須對快速路系統及其運行效能開展專題研究，深入分析存在的問題和癥結，對南京快速路進行系統科學評估，合理確定限制車速以及相關的優化設計和管制措施。

1 快速內環發展現狀

1.1 快速內環分布及限速現狀和相交道路現狀

南京主城區規劃快速路網85 km，已建成快速路里程70 km，其中內環總里程23.3 km，已建成快速路密度0.25 km/km2。

快速內環主要由城西干道(虎踞路)、城東干道(龍蟠路)、緯三路(模范馬路)、緯七路及其延伸的8條放射性道路等組成，形態呈“井”字。西環、北環、東環主要采用隧道段-地面段的快速通過形式，南環、鳳臺南路、玄武大道則主要采用高架橋段-地面段的快速通過形式；賽虹橋立交橋、古平崗立交橋、新莊立交橋、雙橋門立交橋是快速內環重要的樞紐，承載著快速內環之間大量交通流量的轉換[3-5]。南京主城快速內環道路設施如表1所示。

表1 南京主城快速內環道路設施

1.1.1 限速現狀

快速路作為城市不同組團之間的快速聯系通道，限速值主要根據設計指標確定，總體而言，高架橋段限速60～80 km/h，隧道段限速60 km/h，匝道限速40 km/h。南京主城快速路限速情況如表2所示。

表2 南京主城快速路限速情況 (km/h)

1.1.2 相交道路現狀

南京快速路與周邊主干路相交路口較多，車輛匯入、匯出隧道主線與地面輔道的車流交織變道頻繁，排隊嚴重。如內環西線由南至北方向，隧道入口與北京東路、清涼門大街、漢中門大街、水西門大街、集慶門大街等5條城市主干道相交；內環東線由南至北方向，隧道入口與北京東路、中山東路、大光路等3條城市主干路相交。

1.2 地點車速分析

根據路側激光車速調查儀結果分析，草場門隧道、清涼門隧道、集慶門隧道由南向北方向，隧道出入口上下游地點車速分布特征如下：

(1) 平峰時段，草場門隧道、清涼門隧道車輛速度值較高，部分車輛在隧道內超速行駛。以草場門隧道為例，平均車速58.5 km/h，85分位車速68.9 km/h，最高車速77.8 km/h。

(2) 集慶門隧道距賽虹橋立交橋較近，車輛進入隧道后，再進入賽虹橋立交橋交織區道路較短，分流車因需轉入下行輔道或匝道而減速行駛，車輛行駛速度較慢，個別車輛幾乎停止，分流或合流會影響內側3車道快速路的平均速度。實測隧道上下游內側快速路速度分布如表3所示。草場門隧道快速路車速分布如圖1所示。

表3 實測隧道上下游內側快速路速度分布 (km/h)

(a) 北出口合流區

1.3 快速內環交通流量現狀

分析早高峰(7:00—9:00)、晚高峰(17:00—19:00)和部分路段的全天流量，南京快速路交通量呈現如下特征：

(1) 擁堵向全天蔓延。南京主城“井”字形快速路流量大，各條道路之間聯系緊密，主干路流量大，主輔路之間車流交織頻繁，嚴重影響車流速度。

(2) 空間分布上，高峰期南京快速內環呈現全線擁堵態勢；平峰期車輛順暢通行，交通量約為高峰期的45%～55%。

(3) 西線隧道密集、交織段距離過短，交織比僅為0.1～0.3，擁堵黑點主要集中在漢中門隧道交織區、集慶門隧道交織區；東線隧道較少，交織比高，達到0.3～0.4，擁堵黑點為隧道出入口交織區。

(4) 進出隧道大型客車比例較低，約為1%～4%。

2018年主城快速路斷面交通量數據如表4所示。

表4 2018年主城快速路斷面交通量數據

2 南京快速內環限速技術參數

2.1 設計指標參數

參考《城市道路工程設計規范》(CJJ 37—2012)[6]，基于安全的不同限速標準，分析平縱線形指標所需滿足的數值指標，不同限速指標如表5所示。

表5 不同限速指標

2.2 隧道指標參數

南京快速內環隧道指標均按照設計速度60 km/h，結合最大縱坡、平曲線最小半徑等指標可知：

(1) 九華山隧道、西安門隧道、通濟門隧道、草場門隧道、集慶門隧道線型指標滿足限速80 km/h一般值要求。

(2) 玄武湖隧道線型指標滿足設超高限速70 km/h一般值要求。

(3) 清涼門隧道、新模范馬路隧道線型指標滿足限速70 km/h設超高極限值要求。

(4) 水西門隧道線型指標滿足不設超高，限速60 km/h一般值要求。

快速內環隧道縱斷面指標數據[7-9]如表6所示。

表6 快速內環隧道縱斷面指標數據

(續表)

3 南京市快速內環限速仿真研究

3.1 仿真模型建立

3.1.1 隧道限速仿真

以草場門交叉口下穿隧道為參考背景，在Vissim軟件中建立典型下穿隧道的仿真模型。隧道前后有地面路段過渡隧道段的長度各200 m，坡度設置為4%，隧道內長度為350 m。為不受上下游影響，隧道前后各連接760 m地面路段。由于隧道中不能換道，仿真模型設為單車道，且車型全部設置為小汽車。單車道下穿交叉口隧道仿真模型示意如圖1所示。

圖1 單車道下穿交叉口隧道仿真模型示意(單位：m)

仿真模型按限速60 km/h和80 km/h進行模擬，對比因隧道上下坡對通過能力產生的影響，尤其是上坡段會使車流減速。限速60 km/h工況下隧道上游入口來車速度按(40.0，60.0)近似正態分布設置；車流在隧道下坡段的整體加速(不超過限速)由Vissim軟件自行處理，將隧道出口上坡路段設置為減速區，期望速度分布按英國曲率和坡度對速度影響公式設置為(31.2，51.2)。

限速80 km/h工況下入口處速度分布為(50.0，80.0)，隧道出口上坡路段期望速度分布為(41.2，71.2)。仿真中單車道輸入車流量的變化為1 500～2 200 veh/h。下穿隧道通過能力仿真結果如表7所示，由于仿真全部采用標準小車，并不考慮駕駛員與車輛的隨機因素，仿真結果即為通行能力的極限值。

由表7可知，在穩定交通流情況下，限速80 km/h 的隧道通過能力大于限速60 km/h的隧道通行能力。限速60 km/h工況在單車道車流量1 800 pcu/h時開始堵車，限速80 km/h工況在單車道車流量2 100 pcu/h以后才開始堵車。

表7 下穿隧道通過能力仿真結果 (pcu/h)

3.1.2 快速路交織區仿真

交織區內有4股車流，分別是快速路的非交織過境車流，輔道非交織過境車流、上行交織車流和下行交織車流。我國交織區通過能力和車流速度的計算方法尚未有專門規范，主要參考美國《道路通行能力手冊》。5車道交織區仿真模型示意如圖2所示。

圖2 5車道交織區仿真模型示意

《道路通行能力手冊》(2000)規定，當交織段長度大于750 m時，該交織段不稱為交織區，上行和下行車流視為獨立的合分流行為，無相互影響。南京快速內環隧道之間路段長度普遍較短，故其都屬于A型交織區。《道路通行能力手冊》(2010)明確了高速公路交織區參量的計算方法，以高速公路為研究對象，固定了自由流速度為120 km/h，僅適用于部分城市快速路。

由于南京城市快速內環地面段采用單向3車道，與其平行并列的2車道或3車道輔道兼匝道和加減速區，不屬于快速路，考慮到快速路的建設指標低于高速公路相關標準，對3車道快速路加2車道輔道的交織區采用高速5車道交織區通過能力值可能偏大，故適當折減估算交織區的通過能力。

為估算交織區通過能力，參考《道路通行能力手冊》(2000)不同自由流速度，交織比VR=0.1或0.2，雙向5車道交織區通行能力如表8所示，其中80 km/h自由流速的通過能力由數值變化規律計算所得。

表8 雙向5車道交織區通行能力 (pcu/h)

高速公路通行能力折減0.90后，得到自由流速度80 km/h、交織流量比0.1和0.2時不同長度交織區的通行能力。

快速內環交織區交通服務量如表9所示。隨著交織流量比增加，交織區單車道通行能力下降；交織長度越長，通行能力越高。

表9 快速內環交織區交通服務量 (pcu/ln/h)

3.1.3 建立模型

模型范圍為南起軟件大道高架橋與鳳臺南路交匯處、北止草場門隧道出口(古平崗立交橋)，全程快速路，主線3車道，由南向北的車流運行狀況。交織區輔道大多為2車道，部分為3車道。立交橋和下穿隧道的坡度與平曲線按設計圖紙布設，道路走向按百度地圖設置。高峰期流量由調查確定，平峰流量在高峰流量基礎上折算而得，車流下行匝道分流比例不變。

依據現場實測車輛速度，快速路車速接近正態分布。限速60 km/h時車速為(40，70)分布；限速80 km/h時車速為(50，90)分布。由于交織區下行匝道下游交通控制復雜，下行匝道按2車道無反射設置，上行匝道則由上行交通量控制，匝道上過境流量暫不考慮。仿真兩種工況通行能力如表10所示。

表10 仿真兩種工況通行能力 (pcu/h)

結合實測數據和部分推算結果，確定仿真中各交織區的交織比為0.14～0.35，城市中心區的交織比較大，內環線交織區交織比如表1所示。

表11 內環線交織區交織比

3.2 內環西線仿真

3.2.1 高峰期仿真

高峰小時仿真選擇早高峰7:30—8:30時段的實測值，西線車流由南向北全線限速分別為60 km/h、70 km/h、80 km/h，恒定加載早高峰流量。高峰期內環西線限速提高，總體服務水平略高。

(1) 限速值越高，車輛平均運行速度越大。

(2) 限速值越高，道路通行能力提高幅度越大。

(3) 限速70 km/h對全線服務水平提高幅度更為明顯：限速70 km/h道路通行能力提高幅度10%，限速80 km/h道路通行能力提高幅度12%。

內環西線早高峰恒定加載仿真結果如表12所示，其主線長度為5 739.1 m。

表12 內環西線早高峰恒定加載仿真結果

由表12可知，當道路潛在的擁堵節點(如交織區或分流匯流點)的交通量小于其最大通過能力時，限速值的提高會提升道路的通過能力。當交通量接近或已達到潛在擁堵節點的通過能力，提高限速值可能會加快上游來車的速率，使潛在點發生擁堵，降低道路的通過能力。因此，當高峰期道路發生擁堵時，限速值已沒有意義，車流無法按限速值行駛。

3.2.2 平峰期仿真

平峰期仿真選擇11:30—12:00的實測交通值，西/東線車流由南向北，北線車流由西向東。全線限速設置為60 km/h、70 km/h、80 km/h，恒定加載流量，平峰期交通量占高峰期交通量的55%～65%，部分區域甚至更高，內環交通開始呈現平峰不平的特點。內環西線平峰恒定加載仿真結果如表13所示。

表13 內環西線平峰恒定加載仿真結果

仿真結果表明，限速80 km/h與限速70 km/h、60 km/h相比，快速路各斷面的車速明顯提高，限速80 km/h對全線總體的服務水平提升效果更顯著。

(1) 限速值越高，車輛平均運行速度越大。

(2) 限速值越高，道路通行能力提高幅度越大。

(3) 平峰期內限速80 km/h對內環西線通行能力提高幅度更為明顯。限速70 km/h道路通行能力提高幅度11%，限速80 km/h道路通行能力提高幅度20%。

3.3 仿真結果對比

南京快速內環限速仿真結果如表14所示。

表14 南京快速內環限速仿真結果

3.3.1 內環西線

根據不同情景輸入，對比快速內環西線仿真結果，平峰期限速70 km/h服務水平高。內環西線隧道平均速度增加13.7%，主線平均行程時間縮短10.4%。

3.3.2 內環東線

平峰期，限速70 km/h服務水平高，隧道(九華山隧道、通濟門隧道、西安門隧道)平均速度增加9.5%；主線平均行程時間縮短8.5%。

3.3.3 內環北線

平峰期，限速80 km/h服務水平高。隧道(玄武湖隧道、新模范馬路隧道)平均速度增加20.5%；主線平均行程時間縮短14.7%。

3.3.4 小結

與限速80 km/h對比，快速內環限速70 km/h對道路的通行能力提高幅度更為顯著，快速內環隧道段限速值由60 km/h提升至70 km/h是合理的。快速內環通行能力對比如圖3所示。

(a) 高峰期

由圖3可知：

(1) 高峰期，限速70 km/h時，內環東線、西線和北線，道路的通行能力提高5%～11%，增幅更顯著。

(2) 平峰期，限速70 km/h時，內環東線、西線和北線道路通行能力增幅8%～11%。

4 南京市快速內環限速合理限速值建議

草場門隧道、集慶門隧道、九華山隧道、西安門隧道、通濟門隧道限速值可由60 km/h提高至70 km/h；水西門隧道、清涼門隧道、玄武湖隧道、新模范馬路隧道可維持限速60 km/h不變，若限速值提高至70 km/h，需要采取工程措施。

4.1 內環西線

草場門隧道、集慶門隧道線型條件較好，限速值可由60 km/h提高至70 km/h，隧道內匝道等特殊路段限速不變。

水西門隧道、清涼門隧道平曲線半徑較小。其中，清涼門隧道在設置超高情況下，滿足限速70 km/h 極限值要求；水西門隧道最小平曲線半徑滿足不設超高限速60 km/h要求；水西門隧道、清涼門隧道可維持限速60 km/h不變，若限速值提高至70 km/h，需要采取工程措施，改造路面材料，提高摩阻力。

4.2 內環北線

玄武湖隧道、新模范馬路隧道平曲線半徑較小，在設置超高情況下，分別滿足限速70 km/h一般值和極限值的要求，若提高限速值至70 km/h，需要采取工程措施，改造路面材料，提高摩阻力。

4.3 內環東線

九華山隧道、西安門隧道、通濟門隧道線型條件較好，限速值可由60 km/h提高至70 km/h。隧道內匝道段等特殊路段限速不變。南京快速內環限速值建議如表15所示。

表15 南京快速內環限速值建議

5 總結

本文重點研究南京快速內環限速值提高的必要性和可行性。從南京快速內環限速技術參數著手，對比相關設計規范要求，分析限速值提高的可行性。通過Vissim軟件仿真，分別驗證60～80 km/h 不同限速值情形下，南京快速內環路網交通運行效果。研究結果表明南京快速內環部分隧道限速值提升至70 km/h，符合相關設計規范的要求，但提升效率有限，需在主輔路交織段行駛安全、全線交通通行貫通性、隔離設施規范符合性等方面開展專項研究。