朱 健

(南京市城市與交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，南京 210016)

隨著高鐵的迅猛發(fā)展，高鐵樞紐站的規(guī)劃設(shè)計(jì)變得更加重要。高鐵樞紐站的規(guī)劃設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常繁雜的課題，涉及多學(xué)科多專業(yè)技術(shù)的協(xié)同組織[1]。高鐵樞紐站是城市交通系統(tǒng)的一部分，高鐵樞紐站的規(guī)劃設(shè)計(jì)不僅要考慮樞紐自身交通組織設(shè)計(jì)，也需要考慮與城市交通的銜接問題[2]，因此需要將包含周邊道路的樞紐片區(qū)作為樞紐站的研究對(duì)象，對(duì)其方案進(jìn)行論證。

高鐵樞紐站規(guī)劃設(shè)計(jì)研究方面，裴劍平等[3]利用VISSIM仿真軟件對(duì)滬寧城際常州站綜合客運(yùn)樞紐進(jìn)行交通仿真，定量分析了樞紐站機(jī)動(dòng)車車流密度、乘客通道客流密度和通行能力等參數(shù)。王中岳[4]在客運(yùn)中心交通組織設(shè)計(jì)方案中引入仿真技術(shù)，并基于現(xiàn)狀調(diào)研數(shù)據(jù)標(biāo)定駕駛行為等參數(shù)，以平均車速和平均延誤為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化原設(shè)計(jì)方案。趙光華等[5]結(jié)合設(shè)計(jì)方案建立樞紐站仿真模型，以擁堵路段和節(jié)點(diǎn)的延誤時(shí)間、排隊(duì)長度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化周邊交通組織，將各種交通方式的流線干擾降至最低。麻旭東等[6]對(duì)高鐵站接駁組織進(jìn)行精細(xì)化建模，對(duì)周邊路網(wǎng)和高峰時(shí)段接送客流進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)，以平均延誤、平均車速和排隊(duì)長度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化接駁組織方案。

本文利用3d Max和VISSIM仿真軟件對(duì)樞紐片區(qū)進(jìn)行精細(xì)化建模，并對(duì)機(jī)動(dòng)車交通運(yùn)行情況進(jìn)行仿真模擬。通過分析平均延誤、排隊(duì)長度和運(yùn)行車速等指標(biāo)，對(duì)原規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行初步調(diào)整設(shè)計(jì)，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證。

1 樞紐概述

寧杭高速鐵路又名寧杭客運(yùn)專線，是一條聯(lián)系江蘇省南京市與浙江省杭州市的高速鐵路，全長256 km，設(shè)11站。溧水站是寧杭高速鐵路的其中一站，位于南京市溧水區(qū)，溧水站區(qū)位如圖1所示。溧水站是南京鐵路樞紐中重要區(qū)域級(jí)客運(yùn)樞紐之一，輻射溧水副城、柘塘新城及周邊區(qū)域，規(guī)劃軌道、公交匯集，是溧水對(duì)外重要的綜合性交通樞紐。

圖1 溧水站區(qū)位(單位：km)

溧水站通過寧杭鐵路客運(yùn)專線聯(lián)系南京、杭州和寧杭生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶其他節(jié)點(diǎn)城市。建設(shè)溧水站對(duì)促進(jìn)寧杭生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶融合，加強(qiáng)寧杭、溧水-余杭合作發(fā)展具有重大意義。充分利用溧水站樞紐高效的交通集散和換乘功能，樞紐內(nèi)設(shè)置旅游集散中心，通過城市軌道站點(diǎn)的設(shè)置與道路交通的梳理，加強(qiáng)樞紐與南部田園景區(qū)尤其是無想山、東廬山等的銜接。

根據(jù)手機(jī)信令和綜合交通規(guī)劃數(shù)據(jù)預(yù)測，遠(yuǎn)期寧溧間日均聯(lián)系強(qiáng)度為24萬人次，年聯(lián)系強(qiáng)度約 8 760 萬人次。根據(jù)規(guī)劃，溧水站未來30 min可輻射20 km，覆蓋近100萬人口，寧杭高速鐵路班線年發(fā)送旅客量為480萬人次，市域(郊)鐵路班線年發(fā)送旅客約730萬人次。溧水站1 h等時(shí)圈如圖2所示。

圖2 溧水站1 h等時(shí)圈

2 樞紐片區(qū)交通設(shè)計(jì)方案

2.1 交通設(shè)計(jì)理念

在交通建筑設(shè)計(jì)中，一般遵循效率優(yōu)先、樞紐運(yùn)作、體驗(yàn)為上、綜合開發(fā)等訴求。根據(jù)國內(nèi)外高鐵樞紐片區(qū)成熟發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，溧水站將打造快進(jìn)快出、便捷換乘、空間分離的樞紐集疏運(yùn)交通系統(tǒng)[7]。

設(shè)施布局方面，優(yōu)化客流進(jìn)出站形式和交通設(shè)施布局，減少進(jìn)出站交通，避免人車交通沖突；換乘服務(wù)方面，通過完善城市軌道設(shè)施、旅游集散中心、城市航站樓、公交首末站等設(shè)施，進(jìn)一步提高高鐵站對(duì)城市景點(diǎn)、重要樞紐的可達(dá)性；人車分流方面，樞紐片區(qū)通過地面地下設(shè)施分離、地面機(jī)非分離等方式實(shí)現(xiàn)人車分流[8-9]。

2.2 布局方案

樞紐片區(qū)由周邊路網(wǎng)和樞紐站點(diǎn)組成，片區(qū)區(qū)域面積約60 hm2，由交通路、溧白路、龍山路和站前路圍合而成。樞紐片區(qū)整體布局示意如圖3所示。

圖3 樞紐片區(qū)整體布局示意

樞紐站共分為3層，包括云軌站臺(tái)層、地面層和地下一層。云軌站臺(tái)層主要組織公共交通；地面層以公共交通、步行為主，由云軌站廳、換乘大廳、集散廣場、公交首末站、旅游集散中心、航站樓組成；地下一層以樞紐片區(qū)上落客和地下停車為主。樞紐站布局示意如圖4所示。

圖4 樞紐站布局示意

樞紐快速通道為雙向進(jìn)出，站前小循環(huán)；地塊地下道路為兩進(jìn)兩出、單向主循環(huán)和地塊微循環(huán)。樞紐地下一層布設(shè)出租車、小汽車落客區(qū)和小汽車停車場，采用雙側(cè)落客、雙側(cè)進(jìn)出，簡化地下交通組織。樞紐站地下一層示意如圖5所示。

圖5 樞紐站地下一層示意

3 VISSIM仿真模型構(gòu)建

3.1 交通仿真參數(shù)輸入和校正

本試驗(yàn)仿真涉及溧水站樞紐片區(qū)交通，考慮到片區(qū)內(nèi)交通組織較為復(fù)雜，此次仿真以機(jī)動(dòng)車為主，評(píng)價(jià)片區(qū)地面和地下機(jī)動(dòng)車道的運(yùn)行服務(wù)水平[10-11]。

樞紐片區(qū)交通仿真前需要對(duì)主要交通參數(shù)進(jìn)行輸入和校正，包括流量數(shù)據(jù)、路徑信息、車型數(shù)據(jù)、駕駛模型、期望速度分布和其他默認(rèn)參數(shù)等。流量數(shù)據(jù)來源于高峰時(shí)段路網(wǎng)靜態(tài)分配成果，車型以小汽車、出租車、公交車和貨車為主，設(shè)置落客區(qū)平均停靠時(shí)間為40 s。

道路車速方面，主干路期望速度設(shè)置為40～60 km/h，次干路期望速度為30～40 km/h，支路期望速度為20～30 km/h。駕駛模型采用Wiedemann 74，以模擬城市道路駕駛行為。期望速度分布校正以現(xiàn)狀樞紐周邊實(shí)測數(shù)據(jù)為參考，進(jìn)行校正調(diào)整[12-13]。仿真時(shí)長4 500 s，前900 s為模型預(yù)熱時(shí)間，模型運(yùn)行時(shí)間為3 600 s。

相對(duì)延誤是VISSIM軟件常用指標(biāo)，其值為路段延誤時(shí)間與行程時(shí)間比值。相對(duì)延誤設(shè)置圖例情況如圖6所示。

圖6 相對(duì)延誤設(shè)置圖例情況

數(shù)據(jù)采集方面，樞紐片區(qū)地面層，在主要路段設(shè)置檢測器，檢測路段和節(jié)點(diǎn)的排隊(duì)長度、平均延誤和車速分布等情況，進(jìn)而重點(diǎn)分析交叉口渠化設(shè)計(jì)、信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)合理性。樞紐片區(qū)地下一層，以通行效率和安全性為導(dǎo)向，著重關(guān)注主要進(jìn)出口車流延誤時(shí)長、排隊(duì)長度等，分析落客區(qū)和主要合流點(diǎn)、分流點(diǎn)原設(shè)計(jì)方案的車流運(yùn)行情況[14]。

3.2 交通仿真模型

交通系統(tǒng)仿真是再現(xiàn)交通流運(yùn)行規(guī)律，對(duì)交通系統(tǒng)進(jìn)行管理、控制和優(yōu)化的重要實(shí)驗(yàn)手段和工具。交通仿真技術(shù)已被應(yīng)用到交通規(guī)劃、交通設(shè)計(jì)領(lǐng)域，成為交通工程領(lǐng)域不可缺少的分析工具。

結(jié)合溧水站樞紐片區(qū)設(shè)計(jì)方案，利用3d Max軟件構(gòu)建片區(qū)建筑、路網(wǎng)三維模型，利用VISSIM軟件V3DM功能模塊，建立樞紐片區(qū)動(dòng)態(tài)交通模型。樞紐片區(qū)地面交通模型如圖7所示。

由圖7可知，樞紐片區(qū)路網(wǎng)為“四橫三縱”格局，地面動(dòng)態(tài)交通模型由樞紐站、主次支路網(wǎng)、各類機(jī)動(dòng)車(小汽車、公交車、大巴車和貨車)組成，能真實(shí)模擬地面各路段、交叉口、分流合流點(diǎn)的車流運(yùn)行情況。通過分析主要瓶頸點(diǎn)的延誤時(shí)長、排隊(duì)長度和車速分布等參數(shù)，可有效定位地面交通擁堵多發(fā)點(diǎn)，從而與設(shè)計(jì)方案形成正向反饋，并提出相應(yīng)交通設(shè)計(jì)和交通組織改善方案[15]。

圖7 樞紐片區(qū)地面交通模型

樞紐片區(qū)地下交通模型如圖8所示。地下環(huán)路包括樞紐快速通道和地塊地下道路，由樞紐上落客區(qū)、地塊地下停車場、小汽車和出租車組成。地下動(dòng)態(tài)交通模型與地面動(dòng)態(tài)交通模型通過隧道口相連，兩者形成聯(lián)動(dòng)，從而能真實(shí)有效地仿真樞紐片區(qū)地面、地下車流運(yùn)行情況。

圖8 樞紐片區(qū)地下交通模型

4 仿真結(jié)果

4.1 樞紐片區(qū)地面層

樞紐片區(qū)整體呈現(xiàn)“四橫三縱”路網(wǎng)體系，為有效分析片區(qū)高峰時(shí)段機(jī)動(dòng)車整體運(yùn)行狀況，利用VISSIM軟件進(jìn)行仿真，獲取主要交叉口延誤、排隊(duì)長度和車速分布等數(shù)據(jù)，道路仿真情況如圖9所示。

(a) 交通路-溧白路

以交通路-溧白路為例，交通路原方案和優(yōu)化方案對(duì)比如圖10所示。

(a) 原方案

通過對(duì)原方案進(jìn)行仿真測試，結(jié)果顯示，原方案存在西出口分流合流點(diǎn)距離較短，西進(jìn)口左轉(zhuǎn)車道與直行車道交織嚴(yán)重，東進(jìn)口直行車道數(shù)量不足，信號(hào)配時(shí)不合理等問題。針對(duì)上述問題，對(duì)原方案中的路段、交叉口渠化設(shè)置、信號(hào)配時(shí)和車輛運(yùn)行規(guī)則進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，例如增加地面道路合流點(diǎn)與隧道敞口段距離、調(diào)整左轉(zhuǎn)車道和直行車道位置、調(diào)整交叉口信號(hào)配時(shí)和統(tǒng)籌分配交叉口直行、左轉(zhuǎn)車道數(shù)等。優(yōu)化前后交通路路段及交叉口延誤對(duì)比如圖11所示，西出口分流合流點(diǎn)、西進(jìn)口及東進(jìn)口擁堵明顯緩解。其他交叉口優(yōu)化前后延誤對(duì)比如圖12所示。

(a) 優(yōu)化前

(a) 龍山路-溧白路優(yōu)化前 (b) 龍山路-溧白路優(yōu)化后

樞紐片區(qū)優(yōu)化前后平均延誤分布如圖13所示。優(yōu)化前路網(wǎng)存在多處瓶頸路段及交叉口，優(yōu)化后，路網(wǎng)整體運(yùn)行狀況良好。

(a) 優(yōu)化前

對(duì)主要交叉口平均延誤均值進(jìn)行分析，樞紐片區(qū)主要交叉口平均延誤如圖14所示。優(yōu)化后主要交叉口整體運(yùn)行良好，車均延誤下降3 s左右。優(yōu)化后，交通路-溧白路、交通路-站前路交叉口平均延誤為35 s和22 s，服務(wù)水平均為C。站北路規(guī)劃為次干路，仿真數(shù)據(jù)顯示，站北路-溧白路交叉口平均延誤為22 s，服務(wù)水平為C。龍山路-溧白路交叉口是站前區(qū)域主要節(jié)點(diǎn)，仿真數(shù)據(jù)顯示，龍山路-溧白路交叉口平均延誤為55 s, 服務(wù)水平為D。龍山路-站前路交叉口平均延誤為19 s，服務(wù)水平維持為B。

圖14 樞紐片區(qū)主要交叉口平均延誤

優(yōu)化前后樞紐片區(qū)運(yùn)行車速分布如圖15所示，優(yōu)化前路網(wǎng)多處路段車速較低，車速維持在8～16 km/h。優(yōu)化后，隧道出入口、高架出入口匝道處和其余路段運(yùn)行情況基本良好，車速提升至16～32 km/h，有效證明了樞紐片區(qū)渠化設(shè)置、信號(hào)配時(shí)設(shè)置方案的合理性。

(a) 優(yōu)化前

4.2 樞紐片區(qū)地下一層

樞紐片區(qū)地下一層由地塊停車場、樞紐片區(qū)上落客平臺(tái)和停車場組成。樞紐片區(qū)地下一層車流運(yùn)行的瓶頸點(diǎn)通常為隧道入口、分流點(diǎn)、合流點(diǎn)、落客區(qū)和停車場等位置。為真實(shí)有效模擬地下一層車流運(yùn)行情況，結(jié)合地下道路出入口標(biāo)高、關(guān)鍵點(diǎn)豎向控制和轉(zhuǎn)彎半徑等設(shè)置規(guī)范，驗(yàn)證方案的合理性。

根據(jù)仿真結(jié)果，樞紐片區(qū)地下一層存在以下問題。

(1) 地塊停車場一處右轉(zhuǎn)延誤較大，易產(chǎn)生排隊(duì)現(xiàn)象，排隊(duì)上溯至臨近停車場入口。

(2) 兩處樞紐上落客平臺(tái)處延誤較大，車輛排隊(duì)長度較長，對(duì)后續(xù)車流影響較大。

結(jié)合初始方案仿真結(jié)果，對(duì)地下通道和樞紐上落客平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化措施為：

(1) 地下通道右轉(zhuǎn)瓶頸點(diǎn)增設(shè)1條車道。

(2) 樞紐片區(qū)地下西落客平臺(tái)增設(shè)1條落客車道，內(nèi)側(cè)車道結(jié)合出租車停車場設(shè)置為出租車專用落客通道。

(3) 樞紐片區(qū)地下東落客平臺(tái)由原方案單側(cè)落客改為雙側(cè)落客，提高落客區(qū)服務(wù)效率。

優(yōu)化調(diào)整后，樞紐地下一層布設(shè)出租車、小汽車落客區(qū)和小汽車停車場，采用雙側(cè)落客、雙側(cè)進(jìn)出，簡化地下交通組織。仿真數(shù)據(jù)顯示，樞紐上落客平臺(tái)車輛平均延誤為50 s(含?？繒r(shí)間)。高峰時(shí)期樞紐地下通道服務(wù)水平為C，可以滿足樞紐機(jī)動(dòng)車交通的快進(jìn)快出需求。優(yōu)化前后地下道路整體延誤對(duì)比如圖16所示，服務(wù)水平維持為B和C。

5 結(jié)論

本文構(gòu)建了高鐵樞紐片區(qū)地面和地下精細(xì)化模型，利用VISSIM軟件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬仿真分析。通過分析平均延誤、排隊(duì)長度和運(yùn)行車速等指標(biāo)，對(duì)原方案進(jìn)行分析調(diào)整。優(yōu)化后主要交叉口整體運(yùn)行良好，車均延誤下降3 s左右，瓶頸段運(yùn)行車速由8～16 km/h提升至16～32 km/h，樞紐地下一層上落客平臺(tái)和地塊停車場瓶頸點(diǎn)得以消除。本次VISSIM仿真實(shí)現(xiàn)了對(duì)原方案的正向反饋，創(chuàng)新研究了樞紐片區(qū)交通規(guī)劃設(shè)計(jì)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)相結(jié)合的方法，具有一定的實(shí)用性和前瞻性。

(a) 優(yōu)化前