快速路出口匝道地面銜接區交織段交通影響因素分析

■鄒 彬 邱美華 方欣欣

（福建農林大學金山學院，福州 350002）

快速路具有很多優點， 如減少紅綠燈數量、縮減交叉口布建等，從而縮短行程時間，提高行程速度和效率[1]。 同時，快速路也能夠降低混合交通事故的發生[2]。 但交通擁堵的情況會影響快速路功能的發揮，從而影響與其相連道路上的交通流速度。 尤其是出口匝道的交通問題，當出口匝道交通出現擁堵時，車輛形成的排隊會延伸影響到快速路主路交通的通行，而匝道地面銜接區的交織情況對出口交通的影響是比較大的[3-5]。 因此要重視快速路對城市道路交通流運行的影響，尤其是在其出口匝道地面銜接區交織段。

1 交織段交通影響因素分析

根據對交織段交通的影響因素進行調查分析，發現以下6 個因素對出口匝道地面銜接區交織段的交通影響較大。

1.1 出口匝道橫向位置

出口匝道的橫向位置很大程度上決定著交織區交通流的復雜程度；它連接到輔路中部時，銜接段的交織程度由于輔路交通在上游分流而變低[6]。此外， 地面出口匝道常被連接到最里面的輔路，高架出口匝道常被連接到最外面或最中間的輔路。

1.2 出口匝道縱向位置

出口匝道縱向位置不僅影響出口匝道的銜接點，還影響輔路交叉口的銜接段長度[7]。 當司機駕車離開出口匝道匯入輔道交通流時，是交織段為司機駕車轉換車道提供空間，因而交織段長度對于分析交織段運行特征來說是非常重要的。

1.3 輔路的車道數

輔路車道數影響了輔路的通行能力，它與交織段車道數相同時，通行能力也相同[8]。

1.4 交通流量

影響交通流量的因素有出口匝道車流、輔道車流[9]。 輔道流量對司機駕車轉換車道影響較大，而出口匝道車流的順暢程度反映出交織段的交織程度。

1.5 連接交叉口的匝間交通比例

連接交叉口的匝間交通比例是“輔道的轉向交通量比”與“出口匝道的轉向交通量比”構成的[10]。它決定了交織段的交織頻率。

1.6 設計速度

司機駕車轉換車道需要找到一個合適的空隙才能完成交織運行。 而變道的基礎條件就是鄰道間距要大于司機駕車轉換車道的最小間隙[11]。 前后車距也是影響司機駕車速度的重要原因[12]。

2 交織段交通影響因素模型設計

根據交織段影響因素的分析及查閱文獻資料，建立交織段影響因素仿真模型，該模型選用了7 個變量，分別是輔路車道數、出口匝道縱向位置、輔路和出口匝道的交通量、 轉向交通比例以及設計速度。 （1）輔路車道數分析了2 到6 條，有5 種情況。（2）在研究分析出口匝道縱向位置時，選擇分析了100、140、180、220、260、300 m 等6 種交織長度。（3）交通量方面的研究主要分析了輔路和出口匝道的3 種服務水平，分別是暢通（飽和度0.4）、輕度擁堵（飽和度0.6）、和嚴重擁堵（飽和度0.9）。 （4）轉向交通比例則分析了“輔路/出口匝道”的4 種水平：輔路和出口匝道左轉∶直行∶右轉比例2∶1∶1、1∶1∶1、1∶2∶1和1∶1∶2。 （5）設計速度為20～60 km/h。 建立基本模型，設置車速的類別見圖1。設置需要評價行車延誤的路段長度見圖2。 基本模型建立完成見圖3。

圖1 VISSIM 模型車速設置

圖2 VISSIM 模型行車延誤區段長度設置

圖3 仿真運行圖

通過控制上述試驗變量進行仿真分析，該模型的因變量為“交織段內的車均延誤”，分別對自變量為“車道數”與因變量“交織段運內的均延誤”的仿真分析、“交織段長度”與因變量“交織段內的車均延誤”的仿真分析、“輔路飽和度”與因變量“交織段內的車均延誤” 的仿真分析等7 組仿真進行分析，通過控制變量的方法分析這7 個變量對交通延誤的單獨影響，仿真運行后輸出實驗數據結果。 進行單個影響因素仿真研究時取7 個變量中的1 個，其余6 個變量不變進行仿真，每次仿真時長為1 h，最后輸出仿真數據，對數據進行分析研究。

3 交織段交通影響因素模型分析

3.1 “車道數”與“交織段延誤”關系分析

當其他變量一致且車道數在“2～6”區間變化時，“車道數”越多“交織段內的車均延誤”越大（表1）。在實際工程中，為了防止輔路與駛離匝道的車輛交織在一起，當出現交通流量大、車道多的連接路段的情況時，往往采取的措施是將隔離措施設置在輔路與匝道車輛相銜接前，這樣做的目的是防止輔路與駛離匝道的車輛交織在一起，造成不必要的干擾使得延誤變大[13]。 根據信號控制交叉口或轉向下游路段以完成左轉，車輛可以離開坡道左轉。

表1 “車道數”與“交織段延誤”關系情況

3.2 “交織段長度”與“交織段延誤”關系分析

當其他變量一致且交織段長度在“100～300 m”變化時，“交織段長度”越大“交織段內的車均延誤”越?。ū?）。當車輛在入口處排隊時，若輔道相鄰交叉口和出口匝道銜接點的間距不夠導致沒有充足空間，將增加路段的交通沖突的現象，使交叉口和匝道出口的安全和交通效率受到很大影響。 因此，在設計入口匝道時，應充分設計交織段的長度。

3.3 “輔路飽和度”、“出口匝道飽和度”與“交織段延誤”關系分析

當其他變量一致且飽和度在“0.4、0.6、0.9”之間變化時，“輔路飽和度”和“出口匝道飽和度”越大“交織段內的車均延誤”越大（表3、4）。 在道路通行能力不變的情況下，當“輔路飽和度”高時，輔路的交通流密度大，因而前方車輛間距小，導致匝道上的車輛很難找到一個安全的空檔來變道。 當“出口匝道飽和度”高時，匝道上的車輛到達率高，因而匝道上的車輛要依次找到能插入出口的輔道， 導致在匝道上車輛容易排隊。 相對于“匝道飽和度”水平，輔道的通行能力越大，交織段的交織復雜程度越大。

3.4 “輔路轉向比例”、“出口匝道轉向比例”與“交織段延誤”關系分析

當其他變量一致且轉向比例在 “1∶1∶1、1∶2∶1、1∶1∶2、2∶1∶1”之間變化時，“輔路轉向比例”越大“交織段內的車均延誤”越大（表5）。 “出口匝道轉向比例”越大“交織段內的車均延誤”越?。ū?）。因為出口匝道的最外側車道在它的橫向位置的地方，在匝道轉彎比例增大時，離開匝道需要向左變道進入交織段的車輛比例減小，同時減少了交織段交通流的擁堵，進而減少了“交織段內的車均延誤”。

表4 “出口匝道飽和度”與“交織段延誤”關系情況

表5 “輔路轉向比例”與“交織段延誤”關系情況

3.5 “設計速度”與“交織段延誤”關系分析

當其他變量一致且設計速度在 “20～60 km/h”變化時，“設計速度”越大“交織段內的車均延誤”越小（表7）。 “設計速度”越高，車輛的行駛速度越高，車輛間的安全距離也需要越長，這樣可以讓車輛在變道時有更多的安全空隙進行選擇，所以“交織段內的車均延誤”越小，反之，行車速度變慢，車與車的間隔越小，不便于變道。

4 交織段長度研究

因為對交織段長度進行分析時，考慮的長度范圍是100～300 m，結果分析不是很顯著，所以再一次仿真分析“交織段長度”與“交織段內的車均延誤”在各種情形下的關系。

根據模型分析的結果可以體現交通量對交織段的影響極其顯著，為了進一步更加直觀的體現進行再一次組合仿真分析，選擇暢通飽和度、輕度擁堵飽和度和嚴重擁堵飽和度的服務水平來組合即0.4、0.6、0.9，產生9 種結果。該結果能夠反映匝道流量、輔路流量的情況（表8）。

表8 交通流量飽和度組合情況

基于上述試驗數據通過VISSIM 分析得出 “交織段內的車均延誤”在不同交織段長度和交通流量時的情況（圖4）。

圖4 “交織段車均延誤”與“交通流量飽和度組合”的關系曲線

由圖4 可知，在“交通量”相同的情況下，其他交通環境也一致時，單獨的使“交織段長度”增加會導致“交織段內車均延誤”先降低再逐漸穩定。 在“交織段長度”≤300 m 時即100、200、300 m 的交織段長度情況時，“交織段長度”的增加會導致“交織段內車均延誤”的程度明顯，特別是飽和度組合趨向于擁堵狀態時，行車延誤值的差異較大；在“交織段長度”＞300 m 時，“交織段長度” 的增加導致“交織段內車均延誤”的程度不明顯，此時的交織段長度對延誤的影響降低了，所有“交織段內車均延誤”＜5 s。 綜上分析，快速路出口匝道地面銜接區交織段長度最好＞300 m。

圖4 中還體現了組合5 的交通量是較為理想的交通量組合，即輔路飽和度以及出口匝道飽和度都達到輕度飽和時，受交織長度的影響不大且這時的延誤不高，組合5 之前的組合雖然延誤不高但是考慮到資源過剩的因素應該選取最合適的飽和度組合，組合5 之后的組合隨著飽和度的增加而延誤顯著增加。 因此，為了充分合理利用資源，輔路飽和度與快速路出口匝道飽和度均應控制在輕度擁堵飽和度水平，即0.6。

5 總結

本研究分析了交織段的影響因素，并利用VISSIM 仿真軟件建立模型，通過對仿真結果進行分析研究得出結論：快速路出口匝道地面銜接區交織段長度＞300 m，輔路飽和度與快速路出口匝道飽和度在輕度擁堵飽和度即0.6 時， 通行效率是最佳的。 研究成果可為快速路出口匝道地面銜接區交織段長度的布設提供設計依據。 但研究的主要對象是出口匝道地面銜接區域的交織段， 未考慮到路段上游以及臨近道路的交通運行狀況對交織區交通的影響， 后續可在此基礎上做進一步的深入研究。