引入Vissim仿真的樞紐互通改造方案研究

文章探討了樞紐互通改造方案的基本原則，通過實測同古樞紐互通的交通量，分析其適應(yīng)性，提出改造設(shè)計思路，綜合考慮各方面因素，選取了三個最有價值方案進行比選，并通過Vissim仿真分析得到最優(yōu)方案。

高速公路；樞紐互通改造；Vissim仿真

U412.35+2.1A200614

作者簡介：

郭" 懿（1984—），高級工程師，主要從事道路工程設(shè)計工作。

0" 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國高速公路建設(shè)進入快速發(fā)展的階段，高速公路交通量也隨之快速增長。樞紐互通是高速公路間交通轉(zhuǎn)換的必要節(jié)點，由于交通情況復(fù)雜、車流相互交織、交通出行習(xí)慣的改變等原因，我國早期修建的部分樞紐互通已經(jīng)無法滿足交通量日益增長的需求，樞紐互通將成為“瓶頸路段”［1］，因此對大交通量路段的早期樞紐互通進行改造勢在必行。本文結(jié)合G65包茂高速公路桂林至梧州段同古樞紐互通改造工程實例，基于Vissim仿真分析進行了多方案的比選，探討了樞紐互通改造方案的基本原則和設(shè)計思路。

1" 概述

同古樞紐互通式立交位于賀州至巴馬高速公路（鐘山至昭平段）的起點，連接桂林至梧州高速公路、賀州至鐘山高速公路，見圖1。在鐘昭高速公路修建前，該處原為賀鐘高速公路與桂梧高速公路交叉設(shè)置的三肢樞紐互通，于2009年通車。鐘昭高速公路接入后，將原三肢樞紐互通改造為十字樞紐互通，并于2019年建成通車。桂梧高速公路的設(shè)計速度為120 km/h，路基寬度為28 m，鐘昭高速公路、賀鐘高速公路設(shè)計速度均為100 km/h，路基寬度均為26 m。

2" 交通量分析

根據(jù)對同古樞紐互通2022年全年及2023年春節(jié)期間進行交通量實測，同古樞紐互通高峰交通量出現(xiàn)在春運往返鄉(xiāng)期間，各個時間段交通量如圖2～5所示。

結(jié)合路網(wǎng)規(guī)劃，分析區(qū)域交通量發(fā)展趨勢，采用“四階段法”分析計算可得出同古樞紐互通未來特征年預(yù)測交通量［2］，預(yù)測結(jié)果如圖6所示。

3" 同古樞紐互通適應(yīng)性分析

3.1" 樞紐功能適應(yīng)性分析

G65包茂高速公路桂林至三江段和呼北高速公路資源至興安段建成通車后，行經(jīng)桂林—平樂—鐘山—賀州的高速公路成為貴州、四川、重慶、湘西方向往返廣東最便捷的通道，行車里程相比其他路線縮短了約100 km，成為貴州、四川、重慶、湘西方向往返廣東的首選路線，同古樞紐互通成為交通轉(zhuǎn)換的重要交叉節(jié)點。然而早期修建的同古樞紐互通桂林往返賀州、梧州往返賀州方向的匝道都是單車道匝道，設(shè)計行車速度指標(biāo)不高，通過能力有限，匝道通行能力遠不能滿足節(jié)假日交通高峰時段的交通通行需求。隨著交通量快速增長，該樞紐互通已成為“瓶頸路段”，嚴重影響交通暢通。

3.2" 匝道標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性分析

根據(jù)實測交通量及交通量預(yù)測結(jié)果，對同古樞紐互通匝道基本路段、分合流的連接部進行服務(wù)水平計算和通行能力分析，同古樞紐互通原有匝道標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性如下：現(xiàn)狀G、H、I和J匝道均采用單車道出入口的Ⅰ型匝道斷面，設(shè)計速度分別為60 km/h、40 km/h，G、I匝道連接部出入口以及G、H、I和J匝道斷面類型均已不滿足通行能力需求［3］。如圖7所示。

3.3" 行車安全適應(yīng)性分析

3.3.1" 次交通量左出

賀州往梧州方向的次交通流為左側(cè)流出，不符合行

駛習(xí)慣，干擾主流車輛運行，對交通安全造成一定影響［4］。

3.3.2" 與同古服務(wù)區(qū)較近

同古樞紐互通與同古服務(wù)區(qū)間距較近，約2.3 km，互通與服務(wù)區(qū)之間存在交織區(qū)，影響行車交通流。

4" 設(shè)計原則

（1）從充分認識同古樞紐互通功能定位出發(fā)，以滿足交通轉(zhuǎn)換需求為目標(biāo)，為適應(yīng)新的路網(wǎng)規(guī)劃和功能定位要求，提出樞紐互通改造方案［5］。

（2）樞紐互通改造應(yīng)以問題為導(dǎo)向，對通行能力不足的匝道、出入口形式及其間距進行優(yōu)化改造，對交織區(qū)路段采取改造措施，立交形式和匝道標(biāo)準(zhǔn)的選擇應(yīng)滿足交通量的需求。

（3）樞紐互通改造是在既有工程上進行改造，應(yīng)在保證樞紐互通功能的基礎(chǔ)上盡可能利用既有工程，節(jié)約資源，減少投資。

（4）改造方案應(yīng)充分考慮施工交通組織，在設(shè)計樞紐互通形式和匝道線形時盡可能減少對現(xiàn)有交通的影響，確保交通的順暢性，盡量減少影響且不中斷交通，確保交通組織方案可行性。

（5）貫徹“綠水青山就是金山銀山”的環(huán)境保護理念，改造方案盡量做到不占用基本農(nóng)田，堅持設(shè)計與環(huán)境相協(xié)調(diào)的原則。

5" 改造思路

結(jié)合上述論證分析和設(shè)計原則，根據(jù)地形條件及基本農(nóng)田分布情況，針對同古樞紐互通目前存在的問題，提出以下改造思路：

5.1" 桂林往返賀州主交通流方向改造

（1）新建賀州往桂林方向G匝道，13 m雙車道、設(shè)計時速80 km，不再利用原G匝道（廢棄拆除）。新G匝道采用首先與B匝道（昭平往桂林）合流，然后再匯入主線的方式。

（2）新建桂林往賀州方向Ⅰ匝道，13 m雙車道、設(shè)計時速80 km，不再利用原Ⅰ匝道（廢棄拆除）。

5.2" 梧州往返賀州次交通流方向改造

（1）新建梧州往賀州J匝道，10.5 m雙車道、設(shè)計時速60 km，不再利用同古互通原J匝道（廢棄拆除）。改造后，J匝道以單車道方式從右側(cè)接入鐘昭高速公路Z線合流。

（2）針對次交通流“左出不符合行駛習(xí)慣問題”，新建賀州往梧州H匝道出口路段，從右側(cè)分流。H匝道全線改造為設(shè)計時速60 km，路基寬度10.5 m。

5.3" 同古樞紐互通和同古服務(wù)區(qū)復(fù)合式設(shè)計

同古樞紐互通匝道改造后，同古樞紐互通與同古服務(wù)區(qū)凈距＜700 m，根據(jù)規(guī)范要求在二者之間增加一個輔助車道貫穿，進行復(fù)合式設(shè)計。如圖8所示。

基于上述改造思路，擬定了多個比選方案，并選出三個最有價值的方案進行比選論證，三者的B、G、H、J匝道改造方案均按上述思路進行設(shè)計，主要區(qū)別在于I、C匝道的分流方式和平面指標(biāo)。

6" 方案設(shè)計

6.1" 方案一

方案一中合并C、Ⅰ匝道出口，統(tǒng)一從桂梧高速公路流出，C匝道再從Ⅰ匝道右側(cè)流出，并接順現(xiàn)狀C匝道橋。見圖9、表1。

6.2" 方案二

方案二中Ⅰ、C匝道分別從桂梧高速公路流出，兩者的分流鼻間距約為600 m，充分保證了駕駛員識別出口、操作車輛的空間［5］。主交通流Ⅰ匝道出口作為連續(xù)分流的第一個出口，盡早從桂梧高速公路分流，減少對主線交通流的干擾。次交通流C匝道出口作為連續(xù)分流的第二個出口，從桂梧高速公路流出后接順現(xiàn)狀C匝道橋。見圖10、表2。

6.3" 方案三

方案三中合并C、Ⅰ匝道出口，統(tǒng)一從桂梧高速公路流出，C匝道再從Ⅰ匝道右側(cè)流出。本方案增大了Ⅰ匝道平面半徑，以滿足規(guī)范中80 km/h對應(yīng)的一般值，同時為了不侵占基本農(nóng)田，C匝道采用了“S型”曲線進行繞避，并接順現(xiàn)狀C匝道橋。見圖11、表3。

6.4" Vissim仿真分析

為了進一步論證上述三個方案的交通流情況，本文采用Vissim進行模擬仿真分析，建立仿真模型，結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)對模型相關(guān)參數(shù)進行修正和標(biāo)定，模擬各種非現(xiàn)實條件下的車流運行狀況，選取運行速度、延誤和主要斷面通過交通量作為仿真結(jié)果分析指標(biāo)，對三個方案的通行能力、行車速度和延誤指標(biāo)進行分析研究。見下頁圖12。

經(jīng)Vissim仿真分析，與現(xiàn)狀同古樞紐互通相比，上述三個方案中改造的分合流區(qū)最大通行能力提高了1.4～1.9倍，改造匝道的基本路段最大通行能力提高1.8～2.2倍，改造方案滿足通行能力和行車安全的需求。

為了進一步分析上述三個方案的差異性，選取桂梧高速公路出口交織區(qū)的漸變段、鼻端30 m處和鼻端250 m處作為檢測點，在輸入交通量為3 000 pcu/h和3 500 pcu/h的基礎(chǔ)下，采集得到在3個不同檢測點的平均運行速度和延誤指標(biāo)，具體如圖13、表4所示。

從表4可得，方案二的平均速度和延誤指標(biāo)最好，方案一次之，但方案二與方案三相差不大。

6.5" 方案比選

將上述三個方案進行比選，主要是C、Ⅰ匝道不同帶來的差異，具體見表5。

綜合上述方案比選情況，并結(jié)合Vissim仿真結(jié)果分析，三個方案均能滿足同古樞紐互通的交通轉(zhuǎn)換需求，保證行車安全，解決現(xiàn)狀同古樞紐互通存在的問題。方案一雖然占地少，但是其平面指標(biāo)較低，行車性舒適性較差；方案三不僅占地多，線形迂回，而且平均運行速度低、延誤率高；方案二占地較少，線形流暢，平縱指標(biāo)高，平均運行速度高、延誤率低，行車舒適性較好，工程規(guī)模較小。因此，綜合比選推薦采用方案二。

7" 結(jié)語

本文從實測交通量分析了同古樞紐互通的匝道適應(yīng)性，根據(jù)現(xiàn)狀同古樞紐互通的具體情況，結(jié)合設(shè)計原則，提出了其改造思路，綜合考慮功能定位、交通量、通行能力、交織區(qū)處理、基本農(nóng)田、現(xiàn)有工程利用、平縱指標(biāo)和規(guī)模等多個因素，從多個方案中選取了三個最有價值方案進行比選，并通過Vissim仿真分析三個比較方案，經(jīng)綜合比選后得到最優(yōu)改造方案。

［1］李迎春，韋" 劍，楊和平.高速公路多肢樞紐互通立交改擴建方案設(shè)計研究［J］.中外公路，2010，30（5）：7-10.

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［3］JTGC/T D21-2014，公路立體交叉設(shè)計細則［S］.

［4］JTG D20-2017，公路路線設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］曹文濤，胡" 皓.廣陵樞紐互通改擴建方案研究［J］.中外公路，2022，42（5）：263-268.

［6］潘兵宏，章澤龍，周" 乾，等.基于sigmoid換道模型的匝道連續(xù)分流間距［J］.長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2023，43（6）：37-48.

20240328