基于VISSIM仿真的长距离高架快速路平行式下桥匝道地面联结段交通改善研究——以二环线汉口段下桥匝道为例

何 丹，汪 峰，黄又清，蒋 乐，周 俊

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430023）

0 引言

城市快速路是城市道路交通的主动脉。主线高架桥结合地面辅路是城市快速路的常用断面形式之一。其能在有限的道路红线范围内，充分利用空间，增大交通供应，弥补城区道路交通用地的不足，是缓解日益增长的交通供需矛盾的主要建设方式。长距离高架快速路一般可通过沿线立交与平行式上下桥匝道实现与整个路网的交通联系，其中，下桥匝道接入地面道路后，通过地面相交路口实现交通转换。城市高架快速路交通拥堵多是下桥匝道至路口联结段交通拥堵导致的二次拥堵，并进而影响周边区域道路交通系统。

1 VISSIM仿真下的平行式下桥匝道交通问题分析

1.1 总体情况

武汉市二环线全长52 km，围成面积184 km，占主城区面积的27%，是新一轮《武汉市城市总体规划（2006~2020）》中确定的“四环十八射”快速路系统的重要组成部分。

二环线汉口段西起江汉二桥，东止于建设大道，全长约11.1 km。按照主辅路型式进行建设，双向主线6车道、辅路6车道，主线设计车速为50~60 km/h，辅路设计车速 30~40 km/h。其中高架段长约9.7 km，通道段长1.1 km，地面段0.3 km。全线共设复兴村立交、唐家墩立交、竹叶山立交等3座互通式立交，7对上下桥匝道，其中下桥匝道1~7均是通过灯控道口实现与周边路网的联系[1-2]，如图1所示。

1.2 平行式下桥匝道联结段情况

二环线汉口段7处下桥匝道联结段长度，如表1所列。其中匝道1（下桥匝道简称匝道，后文同）和匝道5为内侧接地，其余匝道均为外侧接地，如图2、图3、表2所示。

表1 下桥匝道联结段距离(单位：m)

1.3 下桥匝道与地面紧邻路口交通流量

根据预测，2020年二环线汉口段主线高架桥高峰小时交通量 4 600~5 600 pcu/h，下桥匝道地面联结段高峰小时流量以及下桥匝道与地面紧邻路口高峰小时交通量如表3所列[2]。

交通流中各类交通方式如表4所列。

1.4 VISSIM交通仿真及问题分析

使用VISSIM软件对二环线汉口段的交通流进行仿真分析，建立路网模型，赋予相应的路网流量，在联结段的起止端设置区间运行时间的测量器，具体结果见表5。

表2 联结段交织形式

表3 2020年高峰小时交通量(单位：pcu/h)

表4 2020年二环线汉口段交通方式比例（标准车）

从表5可见，运行状况最好的是匝道2，其次为匝道3，有如下特点：联结段长度均在110 m以上，交织段内总交通流量均在2 000 pcu/h以下。

运行状况较差联结段有4处，平均速度均在20 km/h以下，有如下特点：联结段长度较短，其中匝道4、5、7的交织段长度都小于70m；联结段内总交通量较大，匝道4、5、7的流量均超过2 000 pcu/h，其中匝道5的流量高达2 913 pcu/h；匝道6的交织量较大，达到了450 pcu/h。

根据仿真结果，联结段的运行状况与联结段长度、衔接交叉口的通行能力以及交织流量有着密切的关系。主要表现为：

表5 联结段仿真结果

（1）当联结段长度较短时，交织运行车辆无法顺利进行车道变换，行驶所受限制逐渐加大，车道变换出现强制性行为。随着排队车辆长度的增加，交织长度逐渐缩小，交织仅能在车流起动时横向穿插，如匝道5、匝道6及匝道7。

（2）当衔接交叉口交通流量较大时，其通行能力不足以容纳地面和匝道的车流量，交叉口进口道排队长度会逐渐增加，导致交织长度逐渐减小。这样，匝道左转车辆（Ⅰ型）变换车道时，就容易阻塞。如匝道5就是这种情况。

（3）当交织段长度一定时，联结段交织流量越大，车辆交织产生交通紊流越严重，将使进口车道的通行能力下降；同时，通行能力的折减又会使进口道排队长度更长，交织段变得更短，饱和流量进一步降低。这样随着交织流量的增加，要达到相同服务水平时，所需交织段更长。

综上所述，联结段长度、衔接交叉口通行能力、交织流量对于联结段运行状况的影响不是孤立、单一的，它们之间是相互影响、相互作用的。3种要素中有一个不能满足通行的要求，都将会破坏动态稳定状态，不仅会造成下桥匝道衔接交叉口拥堵，甚至会导致高架桥的拥堵。其中，联结段的长度直接决定了交织段的长度，对联结段运行状况影响最大。

2 汉口段下桥匝道道路交通优化

2.1 汉口段下桥匝道优化——规划设计阶段

根据仿真结果及问题分析，汉口段7条匝道中，匝道4、5、6、7联结段的服务水平较低。以下我们主要通过改变联结段长度和匝道型式来进行优化。

（1）改变联结段长度

保持交叉口交通渠化和组织方式不变，增加联结段长度。采用VISSIM仿真验证运行效果，得出联结段长度为150 m时，匝道4和匝道7服务水平可以提高至C，匝道5和匝道6联结段可提高至D级服务水平，如表6所列。

表6 不同联结段长度下的服务水平

（2）改变匝道型式

匝道5和匝道6在联结段长度为150 m时，服务水平仍只有D级水平。在此基础上，保持相应的路网流量不变，改变匝道接地方式，从而改变联结段内的交通流交织方式。采用VISSIM软件仿真验证运行效果，匝道6选用外侧接地无交织型联结段（Ⅲ型），消除了交通流交织行为，交织量为零，可以大大改善联结段交通运行状况；而匝道5选用内侧接地无交织型联结段（C型），同样是消除交织，服务水平反而下降了。具体评价结果见表7。

表7 不同交通组织方式下的服务水平

这主要是因为消除了交织区，一定程度上缓解了交织段造成的交通无序和阻塞，而同样因为分离了下桥匝道车流和地面车流，进口道受到同向车流在各车道分布不均衡的影响(不均衡系数σ=匝道下桥流量/地面车道流量)，单位绿灯时间内能够通过的车辆数却降低了，在总流量相等的情况下，该方向的车流需要更长的绿灯时间来通过交叉口，变相增加了交叉口的交通压力，当不均衡系数偏离1较大时，折减了现有设施的利用率[5]。匝道6的不均衡系数为0.92，与1较接近，选择外侧接地无交织型联结段（Ⅲ型）运行效果较好；而匝道5的不均衡系数为0.41，与1偏离较远，不适宜选用内侧接地无交织型联结段（C型）。

匝道5可通过周边路网分流部分交通流量，降低联结段的饱和度，保证匝道5地面联结段的顺畅运行，或者在道路设计指标及用地允许的情况下，将联结段长度延至 200 m。

从以上分析可以看出，建议二环线下桥匝道4、5、6、7采用以下方式进行改善，具体如表8所列。

表8 二环线下桥匝道改善方式汇总

2.2 汉口段下桥匝道优化——建成后

以上优化措施都是以二环线汉口段尚未建设为前提，在设计阶段进行优化。目前二环线汉口段已建成通车，想通过改变联结段长度、匝道接地方式的手段来解决交通拥堵已不太现实。以下主要针对确定匝道位置和型式，对路口的交通管理与控制方式进行优化。

结合各匝道的接地位置和型式，对下桥匝道车流和地面车流采取如表9的交通管理与控制措施，采用VISSIM仿真进行分析。仿真结果显示，除匝道5地面联结段服务水平为D外，其余均提升至了C级服务水平。同时，周边路网交通压力有所增加。

匝道5相衔接的道口位于火车站门口，其路口交通流量本身就较大，这也是采取了交通管理与控制措施之后，改善效果不如其余下桥匝道联结段显著的原因。匝道4、5、6、7的联结段服务水平的改善都是基于限制了部分车流的转向需求，但这些转向需求是不会消失的，只能通过相交路网来实现。这也是周边路网交通压力增加的原因。

表9 各匝道优化后的服务水平

2.3 小结

从武汉市二环线汉口段长距离高架下桥匝道联结段的交通优化分析，可以看出，在规划设计阶段就应充分考虑长距离高架下桥匝道位置和接地型式，可以避免项目建成后，通过限制道路的某些转向功能来缓解交通拥堵，削弱了道路原应承担的功能。

3 长距离高架下桥匝道道路交通优化要点

通过对二环线汉口段的分析，可以看出联结段长度、联结段交织形式、衔接交叉口交通组织直接影响了地面道路的交通运行状况，间接也会影响高架桥上的快速交通的运行。因此，应从规划、设计、管理3个阶段给予充分重视（见图4）。

3.1 规划阶段

（1）规划工程师应结合交通需求和规划路网，合理选择高架与相交道路交通流转换的方式。当高架与相交道路交通转换流量大时，应选择互通或部分互通式立交，而不是平行式下桥匝道。

（2）规划工程师应结合项目的规划方案，预留好相应的道路红线，避免增加项目建设成本和难度。

（3）规划工程师应协调好地下管线、地上杆线、周边单位出入口、其他构筑物的关系。

3.2 设计阶段

（1）设计工程师应做好竖向曲线的设计，合理控制下桥匝道与地面道口（现状或者规划）的联结段长度，使联结段长度至少应满足150 m（美国认为距离应为121.9～ 182.8 m,而日本高速公路公团认为距离应不小于150 m[5]）。

（2）设计工程师应结合相应的预测流量和路口的红线宽度，合理选择匝道接地形式（内侧或外侧）以及做好相应地面路口的渠划。

3.3 管理阶段

规划和设计阶段都是以预测流量为依据，难免会出现偏差。在项目建成运行后，应根据实际交通流量调整交通管理和控制措施。

4 结语

二环线长距离高架平行式下桥匝道极具代表性，平行式下桥匝道的拥堵问题与不合适匝道型式和较短的联结段长度有密切的关系。这类交通问题应在工程规划、实施各个阶段加以考虑、规避。对国内外类似工程具有极强的借鉴意义。

同时，在本研究中，仅针对二环线汉口段下桥匝道联结段交织量以及长度进行定量研究，没有定量考虑联结段长度对道口饱和流量的影响程度，仅做了定性分析，在后续研究中会加以考虑。

[1]武汉市政设计研究院有限责任公司.二环线汉口段施工图设计[Z].武汉：武汉市政设计研究院有限责任公司，2009.

[2]武汉市城市综合交通规划设计研究院.二环线汉口段建设方案论证[Z].武汉：武汉市城市综合交通规划设计研究院.2008.

[3]美国交通研究委员会.Highway Capacity Manual 2000（道路通行能力手册）[Z].美国交通研究委员会,2000.

[4]陈峻，於昊，王炜，等.城市高架道路下匝道地面联结段交通分析与评价[J].中国公路学报，2000（7）:69-72.

[5]杨晓光，狄姗.城市高架道路出口匝道衔接路段交通组织方法研究[J].交通运输工程与信息学报,2007(12)：49-53.