城市快速路出入口間距合理性仿真研究

徐俊軍

(東南大學建筑設計研究院有限公司，江蘇 南京 210096)

1 概 述

出入口是影響城市快速路整體運行效率的關鍵因素，現行的規范對城市快速路出入口間距最小值的規定，僅考慮設計速度單一影響因素，但在實際工程應用中，出入口的設置往往受到路網規劃、地塊開發、工程投資等眾多因素的限制，不能滿足規范要求。本文通過交通仿真軟件模擬出入口的運行情況，細化出入口最小間距的合理取值，為以后的設計工作提供借鑒。

2 出入口組合型式及交通運行特性

根據相鄰出入口型式，可分為以下四種組合形式：(1)連續出口；(2)連續入口；(3)先出后入；(4)先入后出；交通運行特征如下：

2.1 連續出口

駛出車輛均提前變換至最外側車道，導致最外側車道車輛集中；同時連續的出口標志，間距短，指示信息過多，均影響主路正常通行。

2.2 連續入口

第一個入口匝道的車輛，剛匯入主路，正處于加速階段，容易受到第二個入口匝道車輛的影響，需要減速或者向內側車道變換。

2.3 先出后入

出口和入口與主路的沖突點分別位于出入口上、下游，沖突點互相獨立，車輛運行基本無影響。

2.4 先入后出

出、入口匝道與主路的沖突均集中在交織段完成，沖突點集中，對主路正常通行干擾大，是最不利的出入口組合型式，規范中最小間距值要求也最大。

根據出入口組合交通運行特征的分析，選取先入后出型式作為本文的研究對象。

3 出入口間距影響因素分析

根據出入口最小間距影響因素的性質，可分為定性因素和定量因素兩類：

3.1 定性因素

(1)路網規劃——出入口布設應滿足交通規劃和交通轉換需求。

(2)沿線土地開發——兼顧地塊出行的同時，避讓規劃用地，避免對兩側地塊的阻隔。

(3)交通標志布置——保證交通標志最小識別距離。

(4)環境景觀——避讓環境敏感點，與周邊環境融合，較小對自然景觀的破壞。

(5)工程經濟性——滿足交通功能的基礎上，減少工程投資。

3.2 定量因素

(1)路段交通量

路段交通量小時，車頭視距較大，車輛變換車道較容易，交通量大時，出入口車輛很難找到空隙，導致車輛交織長度較長。

(2)出入口交通量

出入口交通量大，與主線車輛頻繁交織，對主線車輛的正常行駛產生較大干擾，導致服務水平降低、匝道車輛排隊等不利影響。

3.3 主要影響因素選定

實際工程中，首先根據路網規劃、地塊開發等情況，從交通需求角度，布設出入口位置，再根據交通量預測結果，進行適應性分析，因此本文選用路段和出入口交通量作為主要控制因素需求。

4 仿真分析

本文選用德國PTV公司開發的VISSIM軟件，基于時間間隔和駕駛行為，通過動態交通分配，向用戶直觀顯示車輛及道路運行狀況。

4.1 仿真模型建立

按快速路常用技術標準，主路采用雙向六車道，設計速度80 lm/h。選取最不利的先進后出的組合型式，出入口匝道采用單向雙車道，設計速度40 km/h，采用平行式變速車道，出入口之間全線設置輔助車道。

主路建立了上游、入口、交織段、出口、下游五個路段，出入口匝道建立上、下游兩個路段，共設置四個連接器聯通。入口匝道處，主路車輛具有優先通行權，出口匝道處，輔助車道車輛具有優先通行權。

4.2 仿真模型標定

(1)車輛跟馳模型

根據城市快速路的交通特性，選用與城市Wiedemann 74模型。

(2)車道變換模型

車道變換模型運用：必要車道變換和自由車道變換，選用更符合交織段車輛實際行駛的自由車道變換模型。

(3)交通組成

根據已建快速路的交通管理情況，大部分快速路進行了貨車管制，交通組成采用95%小汽車和5%的大客車及小貨車。

(4)車輛加減速度

本文以小型汽車為主，主要對小汽車的加、減速度指標進行標定。根據相關研究，車輛的最大加、減速度均采用6 m/s2。

(5)期望速度

主路最大期望速度為85 km/h，最小期望速度為75 km/h；匝道最大期望速度為45 km/h，最小期望速度為35 km/h。

(6)最小車頭時距

實際調查數據顯示，車輛變換車道最小間隙為3～4 s行程。

4.3 評價指標

根據VISSIM軟件常用輸出數據，本文選用出入口影響范圍路段內車輛的平均速度作為評價指標。根據城市快速路設計規程要求，路段采用三級服務水平，速度≥54.5 km/h。

4.4 出入口最小間距仿真結果

根據《城市快速路設計規程》(CJJ 129-2009)，主路采用三級服務水平，交通量飽和度V/C為0.5～0.8；出入口按立交匝道服務水平為II2級，V/C為0.37～0.67。將主路交通量和匝道交通量分別輸入至已建模型中，得出在不同交通量組合條件下，出入口最小間距推薦值如表1。

表1 雙車道出入口最小間距值(m)

圖1 雙車道出入口最小間距值

5 實例驗證

揚州市萬福路是揚州市規劃“五橫七縱”快速路網中重要的“一橫”，連接揚州中心城區、新城核心區與江都新區，是揚州主城與江都快速路網銜接的重要體現。本文研究范圍從京杭北路到沙灣路，長約1.3 km，相交道路沙灣路近期為城市主干路，交通量預測結果見表2。

圖2 萬福路研究路段路網圖

表2 特征年高峰小時交通量預測(pcu/h)

根據快速化總體方案，為雙向六車道高架快速路，設計速度80 km/h；地面為雙向四車道城市主干路，設計速度40 km/h。

根據規劃，沿線以商業用地為主，出入口的布設主要考慮兩側河道之間地塊的出行方便。考慮兩種菱形立交布置方案：

方案一：完整菱形立交

在京杭北路和沙灣路各設置一處菱形立交，兩條道路間距僅1.3 km，距離較近，兩立交之間的交織段長度僅400 m。根據交通預測結果，主路遠景年高峰小時交通量達到3 471 pcu/h，匝道交通量為1 199 pcu/h。根據前文仿真模擬結果，采用內插法，求得交織段平均速度為32 km/h，遠景年處于四級服務水平，不滿路規范要求。

圖3 方案一匝道布置示意圖

方案二：組合式立交

取消京杭北路東側和沙灣路西側的一對落地匝道，形成組合式菱形立交。該方案出入口之間無交織，快速路服務水平較高，出入口交通集中至京杭北路和沙灣路，遠景年交叉口服務水平達到D級，滿足快速路出入口需求。

圖4 方案二匝道布置示意圖

通過以上兩種匝道布置方案的比選，方案一服務功能更強，但交織段長度不足，導致路段及出入口的服務水平較低，不能充分發揮快速路功能；方案二出入口較少，但是通過交叉口渠化設計，也能滿足出入口交通需求，經綜合比較，推薦采用方案二。

6 結 論

通過VISSIM軟件，對先進后出型式的快速路出入口交通運行狀況進行了仿真分析，得出雙車道出入口在不同的主路交通量飽和度和出入口交織比組合下的出入口最小間距推薦值。但在實際工程中，出入口間距還收受到相鄰快速路和被交路情況、道路平縱幾何線形、交通安全設施、天氣等因素的影響，建議出入口最小間距值按高一級指標選取。