基于Vissim的地下車庫聯絡道交織區研究

應純杰

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海200433]

0 引言

隨著城市不斷地更新發展和外延擴張，各發達城市均誕生了一批高端的城市新核心區。此類核心區業態通常以高端商業、辦公、酒店、商住為主，具有容積率高、路網密集、路格間距小等規劃特點。但大體量、高密度的開發會產生大量的交通出行需求，不僅容易造成核心區的道路擁堵，還會產生較多的機非矛盾和人車矛盾，影響核心區的出行效率、出行環境及品質。地下車庫聯絡道可以貫通核心區地下車庫，共享地下停車資源，將出入地塊的車輛通過核心區外圍的出入口集中進出地下車庫，以減輕核心區地面支路網的壓力，提升支路車輛及人非通行品質[1]。

到發車輛在聯絡道內以連續流的交通組織通過與各個地塊的聯絡道進出口服務串聯的各個地塊，因此，在聯絡道主線容易形成多組交織區，而交織區的規劃設計性將直接影響地下車庫聯絡道的運行效率。地下車庫聯絡道的交織區相對于高快速路的交織區，具有速度低、交織距離短的特點，因此難以直接引用相關公式或參數。綜合以上情況，就地下車庫聯絡道主線交織區的相關參數結合vissim 仿真軟件進行了研究。

1 地下車庫聯絡道交通組織

地下車庫聯絡道屬于核心區立體交通體系中的到發端[2]。主要由接地出入口匝道、聯絡道主線以及與地塊車庫出入口三個要素構成。接地出入口匝道一般設置于核心區對外的主要通道道路，通常以進出分離的形式設置，少數地面道路條件受限時采用既進又出的形式，進出車道中間設置緊急停車帶進行分割，到發車輛經過接地出入口進出聯絡道的車行主線，進出分離的路側式聯絡道匝道如圖1所示。

圖1 進出分離的路側式聯絡道匝道

聯絡道主線通常以首尾閉合的環形形態串聯核心區各個地塊的地下車庫，主線車道由連續車道和輔助車道構成，環狀布局的聯絡道主線如圖2所示。其中連續車道通常位于主線斷面的中央車道，供到發車輛通行前往目標車庫。輔助車道通常設置于主線兩側近地塊出入口的車道作為車輛進出地塊的車道，作為到發車輛由主線進出車庫出入口的加減速過渡段。所有到發車輛可在聯絡道主線連續通行，形成單向逆時針通行的微循環，在臨近目標車庫時由主線連續車道變換至輔助車道駛向地塊車庫出入口，中間連續車道與兩側輔助車道如圖3所示。

圖2 環狀布局的聯絡道主線

與聯絡道連接的車庫出入口是到發車輛進出地塊的起終點，布置在主線兩側與輔助車道銜接，通常根據地塊進出車輛的規模及主線交織段的長短設置為既進又出型或進出分離型。

到達車輛利用地下車庫聯絡道進入目標地庫車庫的交通組織流程為：地面道路—聯絡道接地入口匝道—聯絡道連續主線車道—聯絡道輔助車道—聯絡道之目標地塊車庫入口—進入目標車庫。

離開車輛利用地下車庫聯絡道駛離核心區的交通組織流程為：起點車庫—車庫聯絡道出口—聯絡道輔助車道—聯絡道主線—接地出口匝道—地面道路。

車輛到達與離開組織如圖4所示。

圖4 車輛到達與離開組織

2 地下車庫聯絡道交織區

2.1 交織區定義

按照交通工程學的定義，行駛方向相同的兩股或多股交通流，沿著相當長的路段，不借助交通控制設施進行的交叉，定義為交織。當合流區后面緊跟著分流區，或當一條駛入匝道緊接著一條駛出匝道，并在二者之間有輔助車道連接時，就構成了交織區[3]。（HCM2010, chapter12,page12—1）如果入口和出口車行道都叫做“支路”，則從A 支路駛向D 支路的車輛必須穿過從B 支路駛往C 支路車輛的路徑。所以車輛路徑A-D 和B-C 叫做交織流，交織區車流如圖5所示。在這段路上還有A-C 和B-D 車流，不與其他車流交叉，因此，此類車流為“非交織車流”。

圖5 交織區車流

2.2 交織區構型

交織段構型根據車輛交織方向需要發生的變換車道數量通常可以分為三類。

A 類交織區：兩個方向的所有交織車輛必須進行一次車道變換；

B 類交織區：一組交織運行無須進行任何車道變換，其他方向的交織車輛至多變換一次車道才能完成交織運行；

C 類交織區：有一種交織可無須進行車道變換就可完成，其他的交織需要進行兩次或多次的車道變換。

2.3 車庫聯絡道常見交織區類別

地下車庫聯絡道根據其主線及連接地塊出入口的位置布局，一般形成“單邊服務”沿線地塊或“兩側服務”沿線地塊的連接形態。

對于“單邊服務”的區間，會形成到達進庫車輛與離開出庫車輛間的交織，即由聯絡道的連續車道向輔助車道變換前往車庫入口的到達車輛與從車庫出口經輔助車道變換至連續車道的離開車輛在兩個同側臨近車庫出入口之間的區間形成交織，此類交織為A型交織，也是地下車庫聯絡道最為常見且交織行為最多的交織類別，因此可以認為是地下車庫聯絡道的“主要交織構型”，單邊服務的交織區如圖6所示。

圖6 單邊服務的交織區

對于“兩側”服務的區間，其理論存在的交織車流為由某一車庫前往另一車庫的車流與主線連續通道正常通行的車流，當車輛需要從某車庫前往另一對向車庫時，需由一側輔助車道變換至中間連續車道，再變換至另一側的輔助車道，與主線上沿中間車道連續通行的車輛發生交織。該行為需要變換兩次車道，因此是C 類交織構型。從核心片區交通出行的角度分析，因為臨近兩個地塊的間距較近（核心區小街區密路網，地塊間距約150m 內），所以在兩個間距僅150m的地塊之間開車出行的行為是極少的，因此，此類聯絡道內的交織行為存在理論上的可能，但實際發生的概率較低，可作為地下車庫聯絡道的“次要交織構型”。兩側服務的交織區如圖7所示。

圖7 兩側服務的交織區

2.4 影響車庫聯絡道交織區運行效果的因素

影響交織區運行效果的因素較多，如交織類型、交織區長度、交織區內車道數及交織流量比（VR）等[4]。由于地下車庫聯絡道“主要交織構型”相對單一，為A 類型，并且常規的聯絡道車道規模為3 車道，因此影響地下車庫聯絡道運行效率的主要因素為交織區的長度和交織流量比。

交織區長度L，即交通分合流點的起點和重點之間的距離。地下車庫聯絡道的交織區為一個車庫的集散車道匯入連續車道的起點至臨近車庫由連續車道分流至集散車道的端點。交織長度決定了駕駛員完成所需要的全部車道變換可利用的時間和空間，因此交織區長度越長，越能降低交織區的紊亂程度，（HCM2010，page12-17）從而越有利于交織區的運行[5]。聯絡道交織區長度如圖8所示。

圖8 聯絡道交織區長度

交織區的流量比VR 是交織區的交織流率與總流率的比值。流量比VR 越大，交織區通行能力越小。車庫聯絡道的主流交織區即“單邊服務”的臨近車庫間的車流按照其起終點可分為4 類，聯絡道交織區車流類別如圖9所示。

圖9 聯絡道交織區車流類別

因此，對于地下車庫聯絡道的常見A 型交織區而言，其VR 值可以按照以下公式計算：

式（1）中：V主—主：由主線上游經主線連續車道前往下游的車輛，此類車輛為非交織車輛；

V主—庫B：由主線上游經連續車道變換至集散車道再駛入車庫B 的車流，此類屬交織車輛；

V庫A—主：由車庫A 經集散車道變換至連續車道前往主線下流的車流，此類屬于交織車輛；

V庫A—庫B：由車庫A 經集散車道前往車庫B 的車流，此類屬于非交織車輛，但此類交通流在實際場景中發生概率很少。

3 車庫聯絡道交織區仿真分析

3.1 仿真輸入與建模

相比于高快速路，地下車庫聯絡道有著設計速度低、交織區短等特點，既有的高快速路交織區的設計參數及評價方法難以應用于地下車庫聯絡道。因此，通過微觀仿真對聯絡道的交織進行分析。Vissim 是一種微觀的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，其跟車模型中的車速和空間閾值的隨機分布能夠體現出駕駛員的個性駕駛行為特性。因此，該研究通過Vissim 微觀交通仿真軟件對地下車庫聯絡道交織區進行了分析研究。具體參數設定如下：

車輛速度：根據《城市地下道路設計規程》，地下車庫聯絡道的設計時速為20km/h，因此本研究中的車輛平均車速按照20km/h 進行控制。

交織區構型及車道規模：地下車庫聯絡道常規采用3 車道規模，且最為常見的交織區由車輛從主線進出兩組單側臨近地塊的交織需求構成，因此，此次仿真構建按取3 車道A 型進行建模。

交織區長度L：由于地下車庫聯絡道一般設置于高密度小街區的核心區域，其平均路格尺寸約150m，在扣除各地塊出入口輔助車道的加減速段并結合過往項目經驗，因此本研究選取的交織區長度范圍從35m 至100m。

交織區上游流量：車庫聯絡道交織區的上游通常為兩車道到達，對于設計時速20km/h 的兩連續通行車道的設計通行能力計算公式如下：

式（2）中：Nm為交織區上游2 車道設計通行能力(pcu/h);N1為聯絡道一條機動車道的基本通行能力，1100pcu/h;Fn為機動車道數修正系數，1,85；η 為機動車道寬度修正系數，1。

因此，其理論設計通行能力約為2035pcu/h，但由于車庫聯絡道的外側車道受地塊接口影響，難以保持全線連續，因此外側車道車輛使用率低于中間的全程連續車道，所以本研究在設計通行能力基礎上進行折減，取值1835pcu/h。

交織區VR 值：車庫聯絡道的VR 值主要受交織區進出車庫的車流規模和上游到達車輛規模的影響。常規情況下，各車庫出入口設置1 處進或出閘機，采用車輛識別及集中付費技術后，其服務能力約400pcu/h，因此，對于某一同側交織區的進出庫總量上限約800pcu/h。因此，此次研究的VR 范圍為0.1至0.35。

3.2 仿真分析與結論

3.2.1 交織區長度與平均排隊長度

平均排隊長度可以較為直觀的反映聯絡道交織區的運行狀態。因此，當車道中的平均排隊長度大于臨近出入口間距時，將會影響臨近出入口的進出，進而引發主線的擁堵。平均排隊長度越長，對主線的影響越嚴重，交織區長度與平均排隊長度如表1所示。通過仿真模擬，平均排隊長度與交織區長度成反比關系，與VR 比成反比關系。由于車庫聯絡道各車庫出入口與主線接入段長度通常設置為40m，當平均排隊長度大于40m 時，會對臨近出入口進出產生影響，因此，建議對于交織行為造成的平均排隊長度應按照40m 進行控制。當VR 值小于等于0.2，交織區長度大于35m 均可滿足。當VR 值為0.3 時，其交織區長度應大于50m。當VR 值為0.35 時，其交織區長度應大于65m。

表1 交織區長度與平均排隊長度

3.2.2 交織長度與區間車輛密度

車輛密度是國內外對設計時速較高的高快速路服務水平的評價指標之一。根據仿真測試，車庫聯絡道交織區的車輛密度與交織區長度呈反比，與VR 值呈反比，交織區長度與交織區車輛密度如表2所示。以交織區密度值對照平均排隊長度的分析結果，當交織區車輛密度高于50pcu/(ln×km)時，容易產生影響臨近出入口和主線運行的排隊。當交織區密度小于45pcu/(ln×km)時，其行駛速度均可穩定在15km/h 以上的較好狀態。

表2 交織區長度與交織區車輛密度

3.2.3 交織長度與行車速度

根據仿真測試，車庫聯絡道交織區的行車速度與交織區長度呈正比，與VR 值呈反比，交織區長度與交織區平均車速如表3所示。國內對于同為連續流的高快速路三級服務水平時的車速與設計車速比值約為0.73，以此為參考，則對應車庫聯絡大平均車速為14.6km/h。當VR 值小于等于0.2 時，各交織長度情況下，車輛均能以較高的平均車速通過交織區。當VR 值為0.3 時，交織區長度需大于60m。當VR 值為0.35 時，交織區長度需大于70m。

表3 交織區長度與交織區平均車速

綜上，當車庫聯絡道主線以較大流量接近交織區時推薦不同VR 值，交織區長度建議如表4所示：

表4 交織區長度建議

4 結語

對地下車庫聯絡道的交通組織特征，交織區特點進行了分析，并選取了聯絡道中最常見的A 型交織區結合Vissim 微觀仿真軟件進行了研究。總結了交織區長度、交織區流量比對主線運行狀態的影響，并提出當聯絡道主線以較大規模車流接近交織區時不同交織程度下對于交織區長度的需求建議，為同類項目提供參考。