基于VISSIM仿真的一種橋下 道路環形交叉口設計思路

摘要 在進行城市高架橋橋下道路建設時，經常會出現由于橋樁等構筑物的影響而形成的特殊交叉口，造成交通流線錯位，從而影響交叉口整體通行能力，形成堵塞節點。文章針對該類情況，通過對武漢東西湖區四環線橋下道路與壯志路交叉口采用VISSIM交通仿真，分析了相同流量下信號控制一般交叉口和環形交叉口的通行服務水平，驗證該類交叉口采用環形交通組織形式的設計思路。

關鍵詞 橋下道路;環形交叉口;VISSIM交通仿真;交通組織設計

中圖分類號 U491文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）11-0049-03

引言

為了解決城市交通擁堵的問題，高架橋的建設出現在越來越多的城市干道上，城市土地寸土寸金，橋下空間的合理利用也越來越受到人們的關注。橋下空間的利用方式主要有：綠化景觀、橋下道路、停車場地、倉儲、市政設備構筑物、商業休閑設施等。其中橋下道路因其能更加充分地利用空間，同時能作為干路交通的補充和轉移通道，是大部分橋下空間利用的首選方式。該文通過使用VISSIM軟件對橋下道路特殊交叉口進行交通仿真，研究針對橋下道路交叉口的交通組織設計優化。

1 橋下道路平面交叉口設計

交叉口是兩條或者以上道路在某處的交匯點，是實現車輛、行人匯集、轉移、疏散等交通功能的重要節點。道路交叉口根據交叉形式的不同主要分為平面交叉口和立體交叉口兩大類，其中平面交叉口根據其不同的交通組織形式又分為信號控制交叉口、無信號控制交叉口、環形交叉口等。

平面交叉口的設計要點主要為：匹配路段與交叉口進出口的通行能力;根據交通流量設計規劃車道設置及信號控制;妥善處理機動車、非機動車、行人之間的干擾因素;滿足車輛行駛視距的要求，避免障礙物遮擋視線;平面及豎向設計平緩，滿足行車安全和排水通暢;節約用地，合理拆遷等。

橋下道路交叉口由于橋樁等構筑物的影響，造成交叉口異形錯位，行車視距不足，車輛行駛流線不佳，交織沖突段增加，影響車輛轉換相位的設置。最終導致橋下道路交叉口整體通行能力下降，成為整條道路的通行瓶頸，造成交通堵塞、延誤[1]。針對這類交叉口，在進行交通組織設計時，應更加注意車輛行駛流線的安全與通暢，保障交叉口的整體通行能力。在進行交通組織設計時，可采用交通仿真模擬的形式，模擬車輛行駛情況，找到導致交通擁堵的癥結所在，不斷優化設計。

2 VISSIM交通仿真

VISSIM是德國PTV公司開發的一種微觀的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用以城市交通和公共交通運行的交通建模。它可以分析各種交通條件下，如車道設置、交通構成、交通信號、公交站點等城市交通和公共交通的運行狀況，是評價交通工程設計和城市規劃方案的有效工具。

VISSIM軟件針對交叉口可以自行定義車輛速度、行駛路線、車流量、交通信號配時等，能夠模擬現實生活中的駕駛習慣，評估交叉口的排隊時間、停車次數、延誤時間等相關參數，從而判斷交叉口的整體通行情況[2]。

3 實例分析

3.1 項目概況

工程位于武漢市東西湖區，為武漢四環線東西湖段橋下空間配套工程，現狀四環線為寬度40.5 m的高架橋形式高速路，橋下空間設計為雙向四車道，設計車速40 km/h的城市次干路。相交道路壯志路為城市次干路，紅線寬度40 m，設計車速40 km/h。該次研究節點為四環線橋下道路與壯志路交叉口的交通組織設計優化。交叉口平面布置如圖1所示。

3.2 存在的問題及解決思路

四環線橋下道路與壯志路交叉口東西向中心線錯位，南北向道路斷面不一致，且交叉口中心存在橋樁影響。按照一般交叉口設計，車輛交通流線不流暢，交織沖突點眾多，車輛左轉困難，直接造成交叉口通行能力下降。

交叉口北側為四環線橋下道路，為雙向四車道，每條車道均由橋樁位置的綠化帶隔離開，南側為四環線橋下道路，為雙向四車道，車道位于橋樁兩側，進口道和出口道由整個38 m橋樁范圍的綠化帶隔離，東西側為壯志路，斷面一致，為一塊板雙向六車道，

根據當地交通局的要求，要保留交叉口的左轉功能，盡可能優化交通路線，減少車輛沖突點。考慮到交叉口兩條道路均為新建道路，且項目地點為東西湖區新城區，短期內交通量不大，故考慮將該交叉口設計為環形交叉口，實現完善的交通功能，同時通過配置信號控制，能夠有效增加環形交叉口的通行能力。環島中心為橢圓形，長軸37.5 m，短軸31 m，設置3條環形車道，環形交叉口交通組織布置平面如圖2所示。

3.3 VISSIM交通仿真分析

通過VISSIM交通仿真軟件，對交叉口高峰小時交通量進行仿真模擬，運用參數對照驗證環形交叉口的可行性及對交叉口通行能力提升的價值。該次擬對照2種交通組織形式進行仿真模擬，第一種為理想模型下信號控制一般交叉口，即不考慮車輛實際的轉彎半徑等需求，將該交叉口設計為由信號控制下的一般十字交叉口，該模型雖不具備實際實施條件，但可作為其他交叉口形式通行能力的理想對照。第二種為環形交叉口交通組織，同時在環形交叉口基礎上進行信號控制優化，以提升交叉口整體通行能力。

由于相交兩條道路均為新建道路，根據交通預測結論，近期2026年四環線橋下道路高峰小時交通量為1 048 pcu/h，壯志路為1 320 pcu/h，道路路段服務水平均為A級。故該次仿真分析按此預測高峰小時交通量進行，左轉、直行、右轉比例分別暫定為20%、60%、20%。各進口道交通流量分布如表1所示。

3.3.1 理想模型下信號控制一般交叉口仿真分析

不考慮車輛轉彎所需的轉彎半徑，充分利用橋樁之間的距離，建立理想情況下一般信號十字交叉口的仿真模型。東西向設置左、右轉專用車道，南北向進口兩條車道分別為直左車道和直右車道，錯位車道通過橋樁之間的空間通行。8FCF7DE9-F5F6-47F8-9F54-16AF475F9C61

采用Webster 配時方法對該交叉口進行信號相位配時計算和優化。通過計算得出最佳相位周期為118 s，共設置三個相位，其中一相位40 s為東西直行相位，二相位14 s為東西左轉相位，三相位55 s為南北通行相位，黃燈時間3 s，不設置全紅時間。

將流量數據和信號配時方案輸入VISSIM仿真運行，由于仿真開始時車輛到達交叉口需要一定時間，車流不穩定，待系統車流穩定后進行評價。仿真時間600 s，數據采集時間為100～500 s，每250 s采集一次數據，選取平均排隊長度、最大排隊長度、平均延誤時間、平均停車次數4個參數指標對交叉口整體通行能力進行評價，得出仿真結果如表2所示。

根據信號交叉口服務水平分級標準可知，理想模型下的信號控制十字交叉口的服務水平為一級。

3.3.2 環形交叉口仿真分析

將該交叉口交通組織形式改為環形交叉，車輛駛入環島作逆時針單向行駛，直至到路口離島駛出。環形交叉口具有沖突點少、車輛連續、行駛安全、便于管理等優點。對于交通量不大的交叉口，環島設計是一種良好的交通組織形式。

按相同的交通流量進行仿真運行，不設置信號控制的情況下，環形交叉口的仿真結果如表3所示。

根據我國無信號交叉口服務水平等級劃分標準，不設置信號控制的環線交叉口平均延誤大于30 s，服務水平降為二級。

由仿真結果分析，由于該交叉口中心島半徑過小，車輛環行距離較短，且不受信號管制，當交通量較大時，進入環島車輛就將行駛緩慢，排隊滯留，甚至直接鎖死，造成交通堵塞，嚴重影響交叉口的通行能力。

為解決環形交叉口在交通流量較大時產生擁堵的問題，可以采用信號控制的方式，周期性地分配各個方向的通行權，避免同時進入環島的車輛過多而造成排隊滯留。

常用的環島信號控制主要分為進口信號控制和左轉二次信號控制等方式，左轉二次信號控制由于車輛進出環島要受兩次信號控制，信號配時復雜，更加適合于大交通流量和大型環島交叉口使用。結合該例情況，四環線橋下道路—壯志路環形交叉口采用兩相位的進口單重信號控制方式。

該環形交叉口設置東西方向和南北方向兩個通行相位，由于兩個相位流量基本相當（南北向交通流量為1 048 pcu/h，東西向除去獨立右轉流量為1 056 pcu/h），采用Webster配時方法進行信號相位配時計算[3]，兩個相位均為50 s，黃燈時間3 s，不設置全紅時間，相位周期為106 s。

將流量數據和信號配時方案輸入VISSIM仿真運行，仿真時間600 s，數據采集時間為100～500 s，每250 s采集一次數據，得出仿真結果如表4所示。

根據信號交叉口服務水平分級標準可知，信號控制環形交叉口的服務水平為一級，能夠滿足新建交叉口的通行要求。

3.3.3 仿真結果對比分析

通過對上述交通組織模型的仿真運行，可以看出不設置信號控制的環形交叉口在交通流量較大的情況下，交叉口的整體通行能力下降較明顯，而通過對環形交叉口增加信號控制，可以改善這種狀況。對比情況如表5所示。

信號控制的環形交叉口與理想模型十字交叉口仿真結果對比，環形交叉口平均排隊長度增加6.295 m;由于十字交叉口模型東西向直行與左轉交織長度過長，環形交叉口最大排隊長度減少8.23 m;環形交叉口平均延誤時間增加10.585 s;環形交叉口平均停車次數增加0.86次?？傮w情況，在較大交通流量的交叉口交通組織設計中，環形交叉口的通行能力通常不如信號控制的一般交叉口，但通過對環形交叉口進行信號控制，合理調整信號相位配時，可以基本接近一般信號交叉口的通行服務水平，達到設計要求。后期隨著交通流量的增加，依舊可以通過調整信號相位配時方案、更改信號控制方式等措施對交叉口通行能力進行相應提升[4]。

4 結語

該文以武漢四環線橋下道路與壯志路交叉口交通組織設計為例，通過VISSIM交通仿真軟件，建立信號控制的一般十字交叉口和環形交叉口的仿真模型，在預測相同交通流量的情況下，針對軟件得出的參數指標評價交叉口的整體通行能力和服務水平。通過對比分析，得出對于橋下道路交叉口，由于受橋樁等構筑物影響而使得交通組織不暢的情況下，可以考慮環形交叉口的交通組織形式，通過增加信號控制，也能夠達到與信號控制的一般交叉口基本相當的通行服務水平，滿足設計需求。

參考文獻

[1]嚴靜星. 城市高架橋下地面道路交通組織設計研究[J]. 建筑技術開發， 2020（13）： 130-131.

[2]謝正全. 基于VISSIM的實時數據交通仿真技術的應用研究[D]. 成都：西南交通大學， 2010.

[3]薛昆， 楊曉光， 白玉. 給定周期條件下環型交叉口優化控制方法研究[J]. 公路交通科技， 2004（21）： 83-87.

[4]劉南云. 信號控制環形交叉口微觀交通流信息采集與分析[D]. 重慶：重慶交通大學， 2016.

收稿日期：2022-03-24

作者簡介：陳堯（1988—），男，碩士研究生，工程師，研究方向：路橋設計。8FCF7DE9-F5F6-47F8-9F54-16AF475F9C61