基于VISSIM 仿真的城市快速路出入口間距適應性分析

■蔡亮華

（福建省交通規劃設計院有限公司，福州 350004）

1 緒論

快速路是城市道路網的重要組成部分，能夠緩解城市交通擁堵、實現不同功能區的快速連通。 但隨著經濟快速發展，城市機動車增加引起交通量的不斷增長，快速路的擁堵現象也越來越頻繁。 其中，快速路出入口間距設置不合理造成出入口堵塞，進而擴散到主線是造成快速路擁堵的重要原因之一。本研究在現有設計標準基礎上，對快速路出入口間距在不同交通條件下的適應性進行分析。

主輔路橫斷面設計的快速路出入口有4 種不同的形式，如圖1 所示。其中先出后入的形式可以避免在主線形成交織，是較為常見的設置形式。本文主要針對該類型出入口形式進行研究。 而對于該類型出入口的間距設置有許多推薦值，并不統一；且這些推薦值往往沒有說明交通流的適用范圍，故很難直接用于快速路出入口設計。基于此，本研究對先出后入形式的出入口間距通過VISSIM 仿真進行分析。

2 相關推薦值介紹

《城市快速路設計規程》（CJJ 129-2009）中規定了出入口的最小間距，但沒有說明所適用的主輔路交通量與駛出比等大小，是比較粗略的。 另外，有許多研究是根據經驗或模型得到的推薦值，例如和坤玲[1]在《城市快速路出入口最小間距確定》中根據具體車輛的出入口設計要求進行計算，得到不同主線設計速度下出入口間距推薦值；朱勝躍[2]在《城市快速路出入口設置探討》中根據不同的主線速度得到出入口的間距值。 王進[3]在《平面式快速路出入口最小間距研究》中分析了以快速路主線車道數、主線流量、出入口流量、輔道流量為輸入條件，嘗試通過該計算模型，計算滿足一定服務水平下的出入口最小間距值。

此外，推薦值的差異也比較大。 以先出后入形式為例，《城市快速路設計規程》（CJJ 129-2009）[4]中的最小間距規范值為210 m， 和坤玲的推薦值為150 m，王進的推薦值為260 m；而中國的推薦值與美國《道路通行能力手冊》建議值因出入口加速車道長度、減速車道長度等設計標準不同而不同。表1為主線設計速度80 km/h 時不同設計形式的推薦值。

由于標準不統一，且推薦值一般沒有說明所適應的道路與交通條件，再加上大城市快速路建設一般是在已有路網基礎上，快速路出入口位置往往與已有設施存在矛盾，設計者一般會采取一些妥協的辦法確定出入口設計方案。 但隨著交通量的不斷增加，這些地方逐漸成為了堵塞點，且向更大范圍蔓延。

3 仿真平臺構建

3.1 仿真背景及參數標定

VISSIM 是一款由德國PTV 公司開發的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用以分析在不同交通條件下城市交通的運行狀況，是評價規劃方案和道路設計的有效工具。 本研究以某市三環路道路設計為背景，采用VISSIM 仿真，對先出后入式的快速路出入口，當采用規范建議的最小間距值210 m 時，在不同的主輔路交通量與駛出比條件下的適應性進行分析。 該快速路主路采用雙向八車道、輔路采用雙向四車道，仿真模型參照該快速路，采用相同橫斷面及出入口形式，如圖2 所示。主路設計車速設置為80 km/h，輔路設計車速為40 km/h。

圖2 仿真平臺構建示意圖

本次仿真駕駛行為、跟車行為模型和車道變換選擇VISSIM 默認參數集合，考慮到快速路主路上的駕駛行為更接近高速公路，對于主路的模型參數選擇Freeway（free lane selection），輔路以及匝道則是選擇Urban（motorized）。 對于車輛加減速、顏色分布、重量分布等均采用默認設置，其他有待標定的參數均結合該市三環快速路實際運營情況進行標定。

道路幾何條件按照《城市快速路設計規程》（CJJ 129-2009），當快速路主輔路均為客貨混行時，主路每車道寬度3.75 m，輔路每車道寬度3.50 m。 通過現場實際調查該快速路獲得如下數據，主路四車道交通量為4680 veh/h，輔路雙車道交通量為1089 veh/h；主路駛出比，即主路通過出口道進入輔路交通量占主路交通量的比例，為15%；輔路駛出比，即輔路通過進口道進入主路交通量占輔路交通量的比例，為43%；主輔路的大車所占比例均為4%；主路小車期望車速分布在40～70 km/h，大車車速分布在35～50 km/h，輔路大小車車速分布均在20～50 km/h。

3.2 評價指標的確定

駕駛模型、跟車模型以及各項基本參數都確定后，還需選定本次研究的評價指標集，以此確定在仿真平臺中應布設的檢測器及其位置。 本次仿真中，共選擇了3 種參數作為評價指標[5]：（1）通過車輛數量。 選擇在快速路出口及入口處布設數據采集點的方式獲得在一定條件下能夠通過出入口的車輛數量，作為對出入口通行能力的評價指標。 （2）延誤時間。 該指標是為了衡量在車輛交織、車輛排隊所引起的時間延誤。 選擇在快速路主路及輔路上設置檢測器獲取延誤數據。（3）排隊長度。本次研究中，以起始車速5 km/h、結束車速10 km/h 的車輛定義為處于排隊狀態。 對于最大車頭間距，定義為保持車輛排隊的最大車頭間距為2 m。 本次研究均選擇平均排隊長度作為評價指標，而不考慮最大排隊長度和排隊車輛的停車次數。 選擇在快速路出口及入口排隊處設置檢測器獲取排隊長度數據。

在進行交通仿真時，設定仿真運行時間為0～5400 s，各檢測器數據檢測獲取的時間段規定為900～4500 s，通過這種方法，有效避免了仿真開始或者結束時車流運行的不穩定和道路出入口狀況特征不明顯對最終結果帶來的影響。

4 仿真分析

為了分析快速路出入口最小間距規范值（210 m）在不同的交通條件下的適應情況，本次仿真分別選擇以下參數進行研究：主輔路流量值、主路駛出比及輔路駛出比等。

4.1 出入口間距對輔路流量變化的適應性分析

設主路駛出比為15%，輔路駛出比為43%。 當輔路流量從100 veh/h 逐漸增加到2200 veh/h 時，可以得到各項評價指標值，如圖3～4 所示。

圖3 進出口道流量隨輔路流量變化圖

由圖3 可以看出，輔路流量由100 veh/h 按照100 veh/h 的量遞增到1400 veh/h 的過程中，進口道處的流量也基本保持線性上升趨勢； 而當輔路流量由1400 veh/h 遞增到2200 veh/h 時， 進口道處的流量呈現出上下波動狀態，基本保持不變。即保持其他條件不變，在選定的輸入參數下，能夠由輔路進入到主路的最大車輛數約629 veh/h。 由圖4 可以看出，輔路流量低于1400 veh/h 時，進口道處基本不存在排隊長度，輔路流量高于1400 veh/h 后，排隊現象明顯，排隊狀態已成常態；輔路流量低于1400 veh/h時，輔路上的延誤相差不大，均低于10 s，流量超過1400 veh/h 時，輔路上的延誤較大，雖然波動較大，但均車延誤均超過20 s，最大均車延誤為68.3 s。在輔路流量遞增過程中，對于主路影響較小，主路的延誤基本不超過20 s，出口道處通過的流量也幾乎不變且無明顯排隊長度。 綜上所述，輔路流量的變化對于出入口范圍內的快速路運行狀況影響重大，當輔路流量較大時， 導致輔路上產生嚴重交織，應重新考慮出入口間距以緩解交織。

圖4 進出口道排隊長度及主輔路延誤隨輔路流量變化圖

4.2 出入口間距對主路流量變化的適應性分析

主輔路駛出比與輔路流量不變的情況下，主路流量從4000 veh/h 逐步增加到6400 veh/h 時，評價指標值如圖5～6 所示。

圖5 進出口道流量隨主路流量變化圖

由圖5 可以看出，隨著主路流量由4000 veh/h遞增到5900 veh/h 的過程中，出口道的流量也呈線性遞增，當主路流量超過5900 veh/h 后，出口道流量反而開始下降。 由于主路上流量增大，造成輔路出入口之間的交織加劇，使得輔路上的車輛在輔路進口道前形成排隊。 由圖6 可以看出，在主路流量大于5900 veh/h 后，排隊現象非常明顯，平均排隊長度基本大于2 m；在主路流量低于5900 veh/h 時，主路上的延誤變化不明顯，漲幅不大，當主路流量大于5900 veh/h 后，主路上的延誤急劇增大，均車延誤已超過100 s。 綜上，主路流量的變化對于出入口范圍內的快速路運行狀況也有著重大影響，原因在于當主路駛出比不變，主路流量越大，由主路進入輔路的車輛就越多，交織也就越嚴重。

圖6 進出口道排隊長度及主輔路延誤隨主路流量變化圖

4.3 出入口間距對主路駛出比變化的適應性分析

主輔路流量及輔路駛出比不變的情況下，主路駛出比由10%逐步增加到29%，評價指標值如圖7～8 所示。

圖7 進出口道流量隨主路駛出比變化圖

圖8 進出口道排隊長度及主輔路延誤隨主路駛出比變化圖

綜合分析圖7～8 可以得到，在保持其他條件不變，出入口間距為210 m 的情況下，主路最大駛出比以不高于25%為宜。主路駛出比變化對于出入口范圍內快速路運行狀況的影響同主路流量變化的情形相似，同樣是由主路進入輔路的流量增大而導致輔路上的交織加劇，導致整體運行狀況的不良。

4.4 出入口間距對輔路駛出比變化的適應性分析

主輔路流量及主路駛出比不變的情況下，輔路駛出比由10%逐步增加到70%，評價指標值如圖9～10 所示。

圖9 進出口道流量隨輔路駛出比變化圖

圖10 進出口道排隊長度及主輔路延誤隨輔路駛出比變化圖

由圖9～10 可以得到，保持其他條件不變，輔路駛出比的變化對于主輔路以及進出口道的影響較小，只有當輔路駛出比超過60%時，輔路進口道處才會發生排隊現象，且此時輔路上的延誤開始快速增大。 綜上所述，輔路駛出比對出入口范圍內的快速路運行狀況也存在影響，設置快速路出入口間距時也應將其納入考慮范圍。

5 結論

本文通過VISSIM 仿真，定量分析了某市三環路出入口間距采用規范值時對于主輔路流量與駛出比等參數變化的適應性：得出以下結論：（1）當主路四車道流量為4680 veh/h，主路駛出比為15%，輔路駛出比為43%時，輔路雙車道流量以不超過1400 veh/h為宜；（2）當輔路雙車道流量為1089 veh/h，主路駛出比為15%，輔路駛出比為43%時，主路四車道流量以不超過5900 veh/h 為宜；（3）當主路四車道流量為4680 veh/h，輔路雙車道流量為1089 veh/h，輔路駛出比為43%時，主路駛出比以不高于25%為宜；（4）當主路四車道流量為4680 veh/h，輔路雙車道流量為1089 veh/h，主路駛出比為15%時，輔路駛出比以不高于60%為宜。 研究結果表明，道路交通條件是決定出入口間距的重要因素，在對快速路出入口進行設計時，應對交通流進行充分預測，對出入口間距的合理值開展充分論證，不宜簡單地套用標準。由于在現實中駕駛人的駕駛行為、跟車行為等受個體自身及外部環境因素的影響，較為復雜多變，VISSIM 所采用的理論模型具有一定局限性，無法做到完全模擬；同時本研究未考慮周邊路網條件、附近交叉口情況、出入口車道數及渠化情況等因素對出入口設置間距的影響，有待后續進一步研究。