基于VISSIM仿真的高鐵樞紐片區交通規劃設計

朱 健

(南京市城市與交通規劃設計研究院股份有限公司，南京 210016)

隨著高鐵的迅猛發展，高鐵樞紐站的規劃設計變得更加重要。高鐵樞紐站的規劃設計是一項非常繁雜的課題，涉及多學科多專業技術的協同組織[1]。高鐵樞紐站是城市交通系統的一部分，高鐵樞紐站的規劃設計不僅要考慮樞紐自身交通組織設計，也需要考慮與城市交通的銜接問題[2]，因此需要將包含周邊道路的樞紐片區作為樞紐站的研究對象，對其方案進行論證。

高鐵樞紐站規劃設計研究方面，裴劍平等[3]利用VISSIM仿真軟件對滬寧城際常州站綜合客運樞紐進行交通仿真，定量分析了樞紐站機動車車流密度、乘客通道客流密度和通行能力等參數。王中岳[4]在客運中心交通組織設計方案中引入仿真技術，并基于現狀調研數據標定駕駛行為等參數，以平均車速和平均延誤為評價指標，優化原設計方案。趙光華等[5]結合設計方案建立樞紐站仿真模型，以擁堵路段和節點的延誤時間、排隊長度為評價指標，優化周邊交通組織，將各種交通方式的流線干擾降至最低。麻旭東等[6]對高鐵站接駁組織進行精細化建模，對周邊路網和高峰時段接送客流進行仿真評價，以平均延誤、平均車速和排隊長度為評價指標，優化接駁組織方案。

本文利用3d Max和VISSIM仿真軟件對樞紐片區進行精細化建模，并對機動車交通運行情況進行仿真模擬。通過分析平均延誤、排隊長度和運行車速等指標，對原規劃設計方案進行初步調整設計，并對優化方案進行驗證。

1 樞紐概述

寧杭高速鐵路又名寧杭客運專線，是一條聯系江蘇省南京市與浙江省杭州市的高速鐵路，全長256 km，設11站。溧水站是寧杭高速鐵路的其中一站，位于南京市溧水區，溧水站區位如圖1所示。溧水站是南京鐵路樞紐中重要區域級客運樞紐之一，輻射溧水副城、柘塘新城及周邊區域，規劃軌道、公交匯集，是溧水對外重要的綜合性交通樞紐。

圖1 溧水站區位(單位：km)

溧水站通過寧杭鐵路客運專線聯系南京、杭州和寧杭生態經濟帶其他節點城市。建設溧水站對促進寧杭生態經濟帶融合，加強寧杭、溧水-余杭合作發展具有重大意義。充分利用溧水站樞紐高效的交通集散和換乘功能，樞紐內設置旅游集散中心，通過城市軌道站點的設置與道路交通的梳理，加強樞紐與南部田園景區尤其是無想山、東廬山等的銜接。

根據手機信令和綜合交通規劃數據預測，遠期寧溧間日均聯系強度為24萬人次，年聯系強度約 8 760 萬人次。根據規劃，溧水站未來30 min可輻射20 km，覆蓋近100萬人口，寧杭高速鐵路班線年發送旅客量為480萬人次，市域(郊)鐵路班線年發送旅客約730萬人次。溧水站1 h等時圈如圖2所示。

圖2 溧水站1 h等時圈

2 樞紐片區交通設計方案

2.1 交通設計理念

在交通建筑設計中，一般遵循效率優先、樞紐運作、體驗為上、綜合開發等訴求。根據國內外高鐵樞紐片區成熟發展經驗，溧水站將打造快進快出、便捷換乘、空間分離的樞紐集疏運交通系統[7]。

設施布局方面，優化客流進出站形式和交通設施布局，減少進出站交通，避免人車交通沖突；換乘服務方面，通過完善城市軌道設施、旅游集散中心、城市航站樓、公交首末站等設施，進一步提高高鐵站對城市景點、重要樞紐的可達性；人車分流方面，樞紐片區通過地面地下設施分離、地面機非分離等方式實現人車分流[8-9]。

2.2 布局方案

樞紐片區由周邊路網和樞紐站點組成，片區區域面積約60 hm2，由交通路、溧白路、龍山路和站前路圍合而成。樞紐片區整體布局示意如圖3所示。

圖3 樞紐片區整體布局示意

樞紐站共分為3層，包括云軌站臺層、地面層和地下一層。云軌站臺層主要組織公共交通；地面層以公共交通、步行為主，由云軌站廳、換乘大廳、集散廣場、公交首末站、旅游集散中心、航站樓組成；地下一層以樞紐片區上落客和地下停車為主。樞紐站布局示意如圖4所示。

圖4 樞紐站布局示意

樞紐快速通道為雙向進出，站前小循環；地塊地下道路為兩進兩出、單向主循環和地塊微循環。樞紐地下一層布設出租車、小汽車落客區和小汽車停車場，采用雙側落客、雙側進出，簡化地下交通組織。樞紐站地下一層示意如圖5所示。

圖5 樞紐站地下一層示意

3 VISSIM仿真模型構建

3.1 交通仿真參數輸入和校正

本試驗仿真涉及溧水站樞紐片區交通，考慮到片區內交通組織較為復雜，此次仿真以機動車為主，評價片區地面和地下機動車道的運行服務水平[10-11]。

樞紐片區交通仿真前需要對主要交通參數進行輸入和校正，包括流量數據、路徑信息、車型數據、駕駛模型、期望速度分布和其他默認參數等。流量數據來源于高峰時段路網靜態分配成果，車型以小汽車、出租車、公交車和貨車為主，設置落客區平均?？繒r間為40 s。

道路車速方面，主干路期望速度設置為40～60 km/h，次干路期望速度為30～40 km/h，支路期望速度為20～30 km/h。駕駛模型采用Wiedemann 74，以模擬城市道路駕駛行為。期望速度分布校正以現狀樞紐周邊實測數據為參考，進行校正調整[12-13]。仿真時長4 500 s，前900 s為模型預熱時間，模型運行時間為3 600 s。

相對延誤是VISSIM軟件常用指標，其值為路段延誤時間與行程時間比值。相對延誤設置圖例情況如圖6所示。

圖6 相對延誤設置圖例情況

數據采集方面，樞紐片區地面層，在主要路段設置檢測器，檢測路段和節點的排隊長度、平均延誤和車速分布等情況，進而重點分析交叉口渠化設計、信號配時設計合理性。樞紐片區地下一層，以通行效率和安全性為導向，著重關注主要進出口車流延誤時長、排隊長度等，分析落客區和主要合流點、分流點原設計方案的車流運行情況[14]。

3.2 交通仿真模型

交通系統仿真是再現交通流運行規律，對交通系統進行管理、控制和優化的重要實驗手段和工具。交通仿真技術已被應用到交通規劃、交通設計領域，成為交通工程領域不可缺少的分析工具。

結合溧水站樞紐片區設計方案，利用3d Max軟件構建片區建筑、路網三維模型，利用VISSIM軟件V3DM功能模塊，建立樞紐片區動態交通模型。樞紐片區地面交通模型如圖7所示。

由圖7可知，樞紐片區路網為“四橫三縱”格局，地面動態交通模型由樞紐站、主次支路網、各類機動車(小汽車、公交車、大巴車和貨車)組成，能真實模擬地面各路段、交叉口、分流合流點的車流運行情況。通過分析主要瓶頸點的延誤時長、排隊長度和車速分布等參數，可有效定位地面交通擁堵多發點，從而與設計方案形成正向反饋，并提出相應交通設計和交通組織改善方案[15]。

圖7 樞紐片區地面交通模型

樞紐片區地下交通模型如圖8所示。地下環路包括樞紐快速通道和地塊地下道路，由樞紐上落客區、地塊地下停車場、小汽車和出租車組成。地下動態交通模型與地面動態交通模型通過隧道口相連，兩者形成聯動，從而能真實有效地仿真樞紐片區地面、地下車流運行情況。

圖8 樞紐片區地下交通模型

4 仿真結果

4.1 樞紐片區地面層

樞紐片區整體呈現“四橫三縱”路網體系，為有效分析片區高峰時段機動車整體運行狀況，利用VISSIM軟件進行仿真，獲取主要交叉口延誤、排隊長度和車速分布等數據，道路仿真情況如圖9所示。

(a) 交通路-溧白路

以交通路-溧白路為例，交通路原方案和優化方案對比如圖10所示。

(a) 原方案

通過對原方案進行仿真測試，結果顯示，原方案存在西出口分流合流點距離較短，西進口左轉車道與直行車道交織嚴重，東進口直行車道數量不足，信號配時不合理等問題。針對上述問題，對原方案中的路段、交叉口渠化設置、信號配時和車輛運行規則進行調整優化，例如增加地面道路合流點與隧道敞口段距離、調整左轉車道和直行車道位置、調整交叉口信號配時和統籌分配交叉口直行、左轉車道數等。優化前后交通路路段及交叉口延誤對比如圖11所示，西出口分流合流點、西進口及東進口擁堵明顯緩解。其他交叉口優化前后延誤對比如圖12所示。

(a) 優化前

(a) 龍山路-溧白路優化前 (b) 龍山路-溧白路優化后

樞紐片區優化前后平均延誤分布如圖13所示。優化前路網存在多處瓶頸路段及交叉口，優化后，路網整體運行狀況良好。

(a) 優化前

對主要交叉口平均延誤均值進行分析，樞紐片區主要交叉口平均延誤如圖14所示。優化后主要交叉口整體運行良好，車均延誤下降3 s左右。優化后，交通路-溧白路、交通路-站前路交叉口平均延誤為35 s和22 s，服務水平均為C。站北路規劃為次干路，仿真數據顯示，站北路-溧白路交叉口平均延誤為22 s，服務水平為C。龍山路-溧白路交叉口是站前區域主要節點，仿真數據顯示，龍山路-溧白路交叉口平均延誤為55 s, 服務水平為D。龍山路-站前路交叉口平均延誤為19 s，服務水平維持為B。

圖14 樞紐片區主要交叉口平均延誤

優化前后樞紐片區運行車速分布如圖15所示，優化前路網多處路段車速較低，車速維持在8～16 km/h。優化后，隧道出入口、高架出入口匝道處和其余路段運行情況基本良好，車速提升至16～32 km/h，有效證明了樞紐片區渠化設置、信號配時設置方案的合理性。

(a) 優化前

4.2 樞紐片區地下一層

樞紐片區地下一層由地塊停車場、樞紐片區上落客平臺和停車場組成。樞紐片區地下一層車流運行的瓶頸點通常為隧道入口、分流點、合流點、落客區和停車場等位置。為真實有效模擬地下一層車流運行情況，結合地下道路出入口標高、關鍵點豎向控制和轉彎半徑等設置規范，驗證方案的合理性。

根據仿真結果，樞紐片區地下一層存在以下問題。

(1) 地塊停車場一處右轉延誤較大，易產生排隊現象，排隊上溯至臨近停車場入口。

(2) 兩處樞紐上落客平臺處延誤較大，車輛排隊長度較長，對后續車流影響較大。

結合初始方案仿真結果，對地下通道和樞紐上落客平臺進行優化。優化措施為：

(1) 地下通道右轉瓶頸點增設1條車道。

(2) 樞紐片區地下西落客平臺增設1條落客車道，內側車道結合出租車停車場設置為出租車專用落客通道。

(3) 樞紐片區地下東落客平臺由原方案單側落客改為雙側落客，提高落客區服務效率。

優化調整后，樞紐地下一層布設出租車、小汽車落客區和小汽車停車場，采用雙側落客、雙側進出，簡化地下交通組織。仿真數據顯示，樞紐上落客平臺車輛平均延誤為50 s(含停靠時間)。高峰時期樞紐地下通道服務水平為C，可以滿足樞紐機動車交通的快進快出需求。優化前后地下道路整體延誤對比如圖16所示，服務水平維持為B和C。

5 結論

本文構建了高鐵樞紐片區地面和地下精細化模型，利用VISSIM軟件進行了動態模擬仿真分析。通過分析平均延誤、排隊長度和運行車速等指標，對原方案進行分析調整。優化后主要交叉口整體運行良好，車均延誤下降3 s左右，瓶頸段運行車速由8～16 km/h提升至16～32 km/h，樞紐地下一層上落客平臺和地塊停車場瓶頸點得以消除。本次VISSIM仿真實現了對原方案的正向反饋，創新研究了樞紐片區交通規劃設計靜態、動態相結合的方法，具有一定的實用性和前瞻性。

(a) 優化前