龍 元

(長沙市規(guī)劃勘測設計研究院，湖南 長沙 410000)

0 引言

城市交通樞紐具有規(guī)劃周期長、建設要求高、參與部門多、審批流程復雜的特點?，F(xiàn)行《高速鐵路設計規(guī)范》及《城市道路樞紐站設計規(guī)范》主要是原則性確定樞紐的規(guī)劃方針，在工程方面進行規(guī)定并明確設施配置需求。交通樞紐的設計能力滿足交通需求即可，未考慮落客平臺、分流匝道、公交場站進出口、出租車待客區(qū)等重要設置布局的影響，也沒考慮各類車流量時空變化與交織點對運行效率的影響?，F(xiàn)有規(guī)范要求的評估方式難以預見樞紐實際運營中出現(xiàn)的問題。

長沙西站樞紐是一個具有多類型交通參與者和多層次交通環(huán)境的復雜系統(tǒng)，有必要通過交通仿真來對規(guī)劃方案進行評估和分析，在規(guī)劃設計階段預判運行時可能出現(xiàn)的節(jié)點，通過不斷的“仿真-評估-修改”流程優(yōu)化設計，獲得效率更高的樞紐交通設計方案。

1 仿真的工具與參數(shù)

交通仿真軟件VISSIM模擬所有交通參與者及他們的交互活動，是一種時間驅(qū)動、基于駕駛行為的仿真建模工具，可以使用戶模擬在交通系統(tǒng)中的任何一種幾何特性的路段，以及任何一種駕駛行為。車輛的縱向運動采用了心理-物理跟馳模型(psycho-physical car following model)，橫向運動采用了基于規(guī)則(rule-based)的算法。VISSIM主要利用三維動畫渲染和表現(xiàn)道路交通運行的狀況，有利于觀察者直觀感受交通運行狀況。

交通仿真自動更改隨機條件、多次運行輸出平均指標，能夠預見常態(tài)和極端狀況下的交通運行水平，避免宏觀模型中對交通參與者過于理想化的行為模式預測，有助于發(fā)現(xiàn)規(guī)劃缺陷尤其是微觀層面的交通問題，能夠更好的分析交叉口延誤、地塊進出口影響、交通組織流線沖突等問題。樞紐仿真流程圖見圖1。

仿真中的駕駛行為由跟馳模型決定，跟馳模型采用Wiedemann74跟車模型為基礎，這種模型的基本思想基于駕駛意識，高速行駛車輛的駕駛員當達到與前方行駛車輛的感知閾值時開始剎車。由于駕駛員不能非常準確的估計出前方行駛車輛的速度，那么他的車速將降低至前方行駛車輛的速度以下，當達到感知閾值后他將再次略微加速，這將導致不斷的略微加速和減速。借助速度和距離狀態(tài)的劃分，可以考慮駕駛員的不同行為?，F(xiàn)行跟車模型依據(jù)卡爾斯魯厄大學(TH)交通學院的大量測繪校準[1]。

駕駛員行為是車輛行為模型中的一部分，對駕駛員在不同的交通環(huán)境中所采取的各種細節(jié)性行為進行管理，包括加減速、車道變換、車頭時間、合流、讓行和其他行為進行仿真，以保障微觀仿真模型的精確性，減小仿真結(jié)果與實際情況之間的誤差[2]。實際仿真中為獲得更準確的運行效果，相關參數(shù)將進行本地化調(diào)整，包括停車間距、跟車距離、反應時間、跟車速度差等。實例中將樞紐相關道路分為快速路、匝道、支路等級，并根據(jù)實地調(diào)查結(jié)果將停車間距、跟車速度差等調(diào)整為本地數(shù)值(見表1)。

表1 長沙西站主要本地化參數(shù)設置

2 仿真的策略

2.1 設計方案展現(xiàn)

用視頻展示設計方案效果，包括交通運行是否順暢、交通樞紐是否可以承載交通需求、交通流的交織情況，并暴露場站設施進出口的設計問題。

2.2 為方案評估提供數(shù)據(jù)支撐

交通仿真可對接上層模型的數(shù)據(jù)預測結(jié)果，從仿真中驗證設計方案的承載能力，輸出指標與理想指標作對比，計算路段通行能力的缺口，評估方案的運行效率和可行性，并提出有量化數(shù)據(jù)支撐的改善建議，以優(yōu)化方案設計。

3 樞紐仿真案例分析

3.1 仿真案例簡介

本案例仿真樞紐為規(guī)劃長沙西站，是集多種交通方式于一體的綜合性多功能鐵路樞紐。長沙西站站房包括地下3層與地上4層，地上第3層為候車層；長沙西站周邊約4 km2的范圍屬于站區(qū)，設計了交通集疏運系統(tǒng)，設有東西兩處落客平臺，與快進快出匝道相連，車輛送客到站后通過快進快出匝道疏散至外部道路或轉(zhuǎn)場至停車場或候客區(qū)域(見圖2)。

3.2 仿真模型輸入

3.2.1 仿真模型

道路是車輛行為的主要約束條件，在虛擬交通環(huán)境中，道路模型既需要表現(xiàn)路網(wǎng)的宏觀結(jié)構(gòu)，又應能夠表達出每個車道的細節(jié)信息[3]。長沙西站仿真根據(jù)設計方案構(gòu)建道路模型，包括快進快出匝道系統(tǒng)與地面道路系統(tǒng)。站區(qū)內(nèi)共布置有7個停車場，南側(cè)布置1個小汽車停樓，東南側(cè)為出租車蓄車樓，環(huán)站房道路單向逆時針通行，其他市政道路雙向通行(見圖3)。

3.2.2 車流分類

在長沙西站交通場站設施多層布設的前提下，車輛通過快進快出系統(tǒng)的組織實現(xiàn)上下客與候客，可分為小汽車、出租車(網(wǎng)約車)、巴士(長途車/公交車)三大類型。

3.2.3 交通組織

不同車型有不同的交通組織路線，不同車型的“送客-進場-蓄車-接客-離場”流程具有不同的行程長度。仿真中小汽車與出租車(網(wǎng)約車)經(jīng)快進快出高架系統(tǒng)在東西落客平臺下客后再通過快進快出系統(tǒng)回轉(zhuǎn)至場內(nèi)接客或返回市區(qū)；巴士(長途車/公交車)根據(jù)西站設計客流量求得高峰車次，按照設計時間間隔沿固定路線進出場站。小汽車車型設計交通流線如圖4所示。

3.2.4 車流量數(shù)據(jù)

首先從宏觀模型中切出樞紐所在片區(qū)的道路網(wǎng)模型，在中觀模型的基礎上，運用子區(qū)域萃取模型，將子區(qū)域的基礎道路交通設施網(wǎng)絡以及對應的交通需求提取出來，作為微觀仿真的基礎路網(wǎng)[4]。假設西站達到滿負荷運營，高峰小時樞紐單向交通約3 900 pcu/h，高峰日系數(shù)1.5，高峰小時系數(shù)10%。其中東落客平臺約通行2 000 pcu/h，西落客平臺約通行700 pcu/h，其他交通量由地面道路進入站區(qū)。

3.2.5 評估指標

交通仿真在站房初步設計階段進行，評估樞紐站區(qū)各類交通設施布局是否合理、設施規(guī)模是否滿足需求、交通流線設計與快進快出系統(tǒng)是否有較高的運行效率。選取的評估指標主要有交叉口延誤、排隊長度、行程時間、行程車速、路段流量、路段飽和度。

3.3 評價標準

1)行程時間。不同車型的行程車速等于行程長度除以行程時間，行程時間越短，表明車輛在站區(qū)內(nèi)完成接送客的速度越快、道路集散效率越高。2)路段車速。仿真方案主要評估長沙西站落客平臺和主要集散路段的車速，根據(jù)地方標準，如路段平均車速低于15 km/h，表明道路出現(xiàn)擁堵，需要找出交通問題，調(diào)整交通設計，進行疏解。3)車流沖突點。評價車流沖突點出現(xiàn)的數(shù)量、位置，以評估交通設施的規(guī)模、進出口位置、功能布局是否合理。

3.4 仿真分析

3.4.1 指標分析

仿真指標分析：站區(qū)平均延誤約212 s，平均行程車速約13 km/h。

出租車從高架至蓄車場、蓄車場至上客區(qū)(4,5)排隊長度超過800 m，平均車速約10 km/h，出租車離場站前東路(1)排隊長度130 m，平均車速低于10 km/h。

小汽車在望城大道北往南段出現(xiàn)擁堵，平均車速僅為6 km/h(見表2)。

3.4.2 擁堵問題分析

1)出租車蓄車場至上下客區(qū)周轉(zhuǎn)里程長，空駛距離長。2)望城大道北往南車流需求超過通行能力，擁堵嚴重。3)站前東路并列四處進出口，高峰小時需通過2 600 pcu，路段設計通行能力僅2 000 pcu/h，車流量超過通行能力。路段與站前北路交叉口擁堵嚴重，兩處進出口車流在站前東路出現(xiàn)復雜的交織(如圖5所示)。

3.4.3 改善建議

1)建議增設出租車蓄車場至上客區(qū)的專用通道，或?qū)⒊鲎廛囆钴噲隹拷峡蛥^(qū)，減少原繞行路段的交通壓力，縮短出租車周轉(zhuǎn)距離。2)調(diào)整站前東路兩處進出口的設置，拓寬站前東路，優(yōu)化與站前北路交叉口的交通設計。3)望城大道涉鐵段設置主線下穿，并拓寬紅線。4)站前南路拓寬以應對繞行返回站區(qū)接客的車流，西北角長途大巴站將進出口分別設置在站前西路兩側(cè)(見圖6)。

表2 交通仿真指標輸出表

3.4.4 方案對比

改善方案將出租車蓄車樓改至東南角，原蓄車樓改為小汽車停車場，原站前東路上的兩處進出口調(diào)整位置，增設上跨通道，消除原車流交織點，望城大道主線下穿。此時交通仿真得到以下指標結(jié)果。

1)平均延誤約106 s，平均行程車速約23 km/h，平均延誤減小50%，平均車速提升77%。2)出租車周轉(zhuǎn)距離大大減小，從高架至蓄車場入口排隊長度縮短至50 m以內(nèi)，平均車速提升至20 km/h以上。3)高架匝道排隊長度縮短，車速提升至21 km/h,18 km/h。4)出租車、小汽車離場基本不用排隊，車速提升至18 km/h(見表3)。

表3 改后方案仿真輸出指標及與原方案指標對比

改善后仿真運行效果見圖7，優(yōu)化后高峰小時運行車速示意圖見圖8。

結(jié)論：參考仿真預測結(jié)果，調(diào)整場站位置，重新設計場站進出口，增加路段通行能力，能夠消解原有車流沖突，減少周轉(zhuǎn)里程，提高樞紐總體運行效率。

4 結(jié)語

綜合性樞紐的交通組織復雜多樣，僅按照規(guī)范要求進行設計易忽略微觀問題，運營的實際效率無法保證。利用VISSIM交通仿真對樞紐集疏運系統(tǒng)進行評估，找出擁堵節(jié)點，分析擁堵產(chǎn)生原因，并針對問題提出合理改善建議，可以為優(yōu)化設計方案提供數(shù)據(jù)支撐，使交通樞紐設計不斷完善。