基于BIM和VISSIM的信號交叉口交通組織優化研究

曹洪斌 常麗君 徐占杰

摘? 要：信號交叉口是新時代城市交通中的重要節點，交叉口的交通組織能力成為道路交通網絡能力當中的重要指標，設計的科學合理可以降低事故發生，保障道路網絡通行能力，從而保證整個城市交通網絡的順暢。如果設計不合理、不恰當則可能成為影響城市交通網絡的瓶頸。基于BIM和VISSIM的信號交叉口交通組織優化利用了現代仿真模擬軟件針對網絡獲取的交通大數據進行模擬與仿真測試評估，最終確定高性能信號交叉口交通組織方案，對于解決城市信號交叉口改善城市交通有著重要作用。該文針對這一方案提出了相關技術路線：利用BIM對信號交叉口及其關聯路段進行三維建模、將BIM軟件所做的三維路網圖導入VISSIM軟件中作為底圖、運用VISSIM軟件仿真進行信號交叉口優化設計。

關鍵詞：BIM? VISSIM? 信號交叉口? 交通組織優化

中圖分類號：U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（b）-0038-03

Traffic Organization Optimization of Signalized Intersection Based on BIM and VISSIM

CAO Hongbin? ?CHang Lijun? ?XU Zhanjie

（Jilin University of Architecture and Technology， Changchun， Jilin Province， 130111? China）

Absrtact：? Signalized intersection is an important node of urban traffic in the new era. The traffic organization capacity of intersection has become an important index of road traffic network capacity. Scientific and reasonable design can reduce accidents， ensure the traffic capacity of road network， and ensure the smooth traffic network of the whole city. If the design is unreasonable and inappropriate， it may become a bottleneck affecting the urban traffic network. The traffic organization optimization of signalized intersection based on BIM and VISSIM uses the modern simulation software to simulate and evaluate the traffic big data obtained from the network， and finally determines the traffic organization scheme of high-performance signalized intersection， which plays an important role in solving the problem of urban signalized intersection and improving urban traffic. Aiming at this scheme， this paper puts forward the relevant technical route： Using BIM to carry out three-dimensional modeling of signalized intersection and its associated sections， importing the three-dimensional road network map made by BIM software into VISSIM software as the base map， and using VISSIM software to simulate the optimization design of signalized intersection.

Key Words： BIM; VISSIM; Signalized intersection; Traffic organization optimization

1? 研究背景

近些年，我國城市交通發展迅速，城市車輛迅速增加，各大中小城市信號交叉口數量逐年增多。信號交叉口是新時代城市交通中的重要節點，交叉口的交通組織能力成為道路交通網絡能力當中的重要指標，設計得科學合理可以降低事故發生，保障道路網絡通行能力，從而保證整個城市交通網絡的順暢。如果設計不合理、不恰當則可能成為影響城市交通網絡的瓶頸。當前是智能時代，隨著信息技術網絡技術的不斷發展，對于信號交叉口的交通組織設計也有了更多智能工具應用于其中。因要積極利用現代化工具進行信號交叉口交通組織設計的優化管理，在對交叉口通行車輛運行狀況科學合理分析基礎上，判斷交叉口交通不暢的根本原因，并進行優化設計，從而改善交通口運行環境，全面提高風險能力[1]。只有每一個信號交叉口都車輛通行順暢，才能保證整個城市交通網絡的運行能力，對于城市的發展建設有著重要的意義。

2? 技術路線

當前隨著智能技術的進一步發展在交通組織優化方面可以選擇BIM和VISSIM軟件相結合進行模擬設計。通過平臺模擬運行效果，評價設計方案，根據模擬運營情況進行方案的優化與修改，從而確定最佳方案[2]。以保證信號交叉口交通有序組織、提高通行能力。

2.1 利用BIM對信號交叉口及其關聯路段進行三維建模

BIM軟件是建筑信息建模軟件，模擬項目由前期策劃、初期設計、施工建設、運營管理以及拆除規劃的全過程，可以進行道路信息建模。利用BIM軟件可以構建信號交叉口的三維立體視圖即對信號交叉口及其線路交通情況進行組織建模。傳統技術下將現場勘查數據進行數據建模時缺乏科學性，有效運用BIM軟件可將現場路況進行立體化、直觀化建模。同時BIM軟件當中還集成GIS衛星定位系統，可以對分析復雜交通路況進行大數據分析[3]。

2.2 將BIM軟件所做的三維路網圖導入VISSIM軟件中作為底圖

為了更好地模擬道路交叉口運行情況，需要將BIM平臺所模擬的信號交叉口及其關聯路段三維建模以地圖的形式導入到VISSIM軟件中。VISSIM仿真軟件作為一種基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，具有分析、評估、優化交通流量和比較交通設計等功能，用以模擬公共交通與城市交通的運行情況[4]。

2.3 運用VISSIM軟件仿真進行信號交叉口優化設計

通過VISSIM軟件進行信號的仿真測試為優化方案提供依據。圖1是運用VISSIM軟件仿真進行信號交叉口優化設計流程。

（1）設置路網線路。首先在基于BIM軟件所做的三維路網圖導入底圖中設置網路線路。

（2）模型建立與檢驗。在VISSIM軟件中進行模型的建立與檢驗，其中會將交通流特性、運行狀態、駕駛員行為作為參數進行輸入，并完成檢驗。

（3）模擬數據輸入。首先基于交叉口現有交通數據對交叉口未來交通數據進行預測，將仿真數據輸入平臺。其中包括運行規則、幾何參數、行人參數、機動車參數、控制類型、環境參數這幾個方面。

（4）信號交叉口交通組織模擬設定。將信息交叉口交通組織數據進行模擬設定，如交通燈設定規則、路標設置等數據進入輸入設定。

（5）信號交叉口交通組織模擬評價。針對以上模擬設定數據進行模擬仿真運行，分析方案是否合理。如果方案不合理則會出現擁堵情況，此時要進行擁堵原因分析。根據導據進進行信號交叉口交通組織的模擬設定，利用VISSIM軟件對信號交叉口交通組織模擬設定進行運行評價。

（6）優化控制策略。在上一步針對模擬結果進行評定，如果評價不合格，則進行信號交叉口交通組織方案進行優化，提出優化控制策略。直至合理后再進行交叉口信號交通組織方案的提交。利用VISSIM仿真軟件分析擁堵原因，如行駛中的沖突問題嚴重、信號燈控制不合理、路標設置不合理等。此時，應盡量進行充分調研，分析更多種造成擁堵的可能原因，為后續優化控制策略提供基礎[5]。具體優化控制策略包括：①交通信號燈設置。交通信號燈一直是解決城市交通擁堵的重要設施之一。科學的交通通信號燈設置與調控對于改善交通緩解擁堵有著至關重要的作用。因此，在進行優化策略控制時首先考慮信號燈的設置，通過增加、減少、升級信號燈設施、調節信號控制等措施，對改善交叉口道路交通起著重要作用。因此，一方面應該增資金投入保障道路交叉信號燈的基本需求，另一方面要加強對于信號燈的信號研究。如增加左轉信號燈、增加挑頭信號燈等。針對相關網絡平臺的大數據進行分析將高峰、平峰、低谷時段采用針對性信號配時策略，從而最大限度地提升道路通暢程度。如針對不同路口采用不同策略配置左轉燈與直行燈的先后與時長等。②左轉交通設計。對信號交叉口車輛通行情況進行科學分析，發現左轉交通是引起道路交叉口交通擁堵的重要原因之一。因此，可以在VISSIM平臺當中嘗試模擬進行左轉交通的進一步設計。如增加專用左轉車道并配合左轉信號燈;為保證主干路交通通暢，對于部分路口可以采用禁止左轉設計。③交通渠化設計。交通渠化設計也是影響城市交叉口交通的重要指標，因此可以根據模擬效果針對交通渠化進行再設計[6]。可以增加安全島、重新規劃道路交通標志、標線。尤其針對交通指示牌、信號燈的設置位置進行重新審定，檢查評估周圍綠化帶、植物、橋梁、廣告牌等是否有遮擋情況。科學合理規劃人行道線、機動車導流線、停車線以及路邊停車位劃線等。④車道數量調整。車道數量是影響交叉口交通情況的重要指標，調整道路交通車道數量是解決交通擁堵的重要手段之一[7]。增加雙向車道數量可以減少交叉口交通擁堵情況，但涉及到道路加寬問題解決起來需要一定的時間，或受到規劃限制無法實施[8-9]。另外，針對當前城市車輛停車困難的基本情況，在部分需求較大的非主干路段，還要合理設計路邊停車位，以解決停車困難問題。

（7）信號交叉口交通組織方案提交。利用VISSIM軟件進行信號交叉口交通組織的多次模擬設定與評價，最終形成優化方案并提交。

3? 結語

基于BIM和VISSIM的信號交叉口交通組織優化利用了現代仿真模擬軟件針對網絡大數據進行模擬與仿真測試評估，最終確定高性能信號交叉口交通組織方案，對于解決城市信號交叉口改善城市交通有著重要作用。

參考文獻

[1] 張自荷.基于VISSIM仿真的平面信號交叉口交通組織優化[J].山東工業技術，2018（21）：143.

[2] 常麗君，嚴貴龍.基于BIM和VISSIM的城市BRT運行效果評價[J].中外企業家，2018（17）：117.

[3] 高笙.基于BIM技術下的市政道路優化設計策略[J].四川建材，2020，46（6）：177-178.

[4] 周海娟.基于VISSIM仿真的城市信號交叉口交通組織優化研究[D].長安大學，2015.

[5] 常麗君，張梓煜，孫佳斌.基于BIM和VISSIM的信號交叉口交通組織優化設計研究[J].科技資訊，2020，18（29）：26-27，30.

[6] 曹洪旺.基于車輛平均延誤模型的區域交通協調優化控制研究[D].南京郵電大學，2020.

[7] 孫晨.基于多源數據的區域交通信號控制動態子區劃分方法研究[D].中國人民公安大學，2020.

[8] 黃靖博.基于道路瘦身理念的交通組織方案研究[D].中國人民公安大學，2020.

[9] NGUYEN HOANG SON.基于VISSIM的越南河內市典型信號交叉口交通信號設計及交通組織優化研究[D].西南交通大學，2018.