基于VISSIM仿真的高铁枢纽片区交通规划设计

朱 健

(南京市城市与交通规划设计研究院股份有限公司，南京 210016)

随着高铁的迅猛发展，高铁枢纽站的规划设计变得更加重要。高铁枢纽站的规划设计是一项非常繁杂的课题，涉及多学科多专业技术的协同组织[1]。高铁枢纽站是城市交通系统的一部分，高铁枢纽站的规划设计不仅要考虑枢纽自身交通组织设计，也需要考虑与城市交通的衔接问题[2]，因此需要将包含周边道路的枢纽片区作为枢纽站的研究对象，对其方案进行论证。

高铁枢纽站规划设计研究方面，裴剑平等[3]利用VISSIM仿真软件对沪宁城际常州站综合客运枢纽进行交通仿真，定量分析了枢纽站机动车车流密度、乘客通道客流密度和通行能力等参数。王中岳[4]在客运中心交通组织设计方案中引入仿真技术，并基于现状调研数据标定驾驶行为等参数，以平均车速和平均延误为评价指标，优化原设计方案。赵光华等[5]结合设计方案建立枢纽站仿真模型，以拥堵路段和节点的延误时间、排队长度为评价指标，优化周边交通组织，将各种交通方式的流线干扰降至最低。麻旭东等[6]对高铁站接驳组织进行精细化建模，对周边路网和高峰时段接送客流进行仿真评价，以平均延误、平均车速和排队长度为评价指标，优化接驳组织方案。

本文利用3d Max和VISSIM仿真软件对枢纽片区进行精细化建模，并对机动车交通运行情况进行仿真模拟。通过分析平均延误、排队长度和运行车速等指标，对原规划设计方案进行初步调整设计，并对优化方案进行验证。

1 枢纽概述

宁杭高速铁路又名宁杭客运专线，是一条联系江苏省南京市与浙江省杭州市的高速铁路，全长256 km，设11站。溧水站是宁杭高速铁路的其中一站，位于南京市溧水区，溧水站区位如图1所示。溧水站是南京铁路枢纽中重要区域级客运枢纽之一，辐射溧水副城、柘塘新城及周边区域，规划轨道、公交汇集，是溧水对外重要的综合性交通枢纽。

图1 溧水站区位(单位：km)

溧水站通过宁杭铁路客运专线联系南京、杭州和宁杭生态经济带其他节点城市。建设溧水站对促进宁杭生态经济带融合，加强宁杭、溧水-余杭合作发展具有重大意义。充分利用溧水站枢纽高效的交通集散和换乘功能，枢纽内设置旅游集散中心，通过城市轨道站点的设置与道路交通的梳理，加强枢纽与南部田园景区尤其是无想山、东庐山等的衔接。

根据手机信令和综合交通规划数据预测，远期宁溧间日均联系强度为24万人次，年联系强度约 8 760 万人次。根据规划，溧水站未来30 min可辐射20 km，覆盖近100万人口，宁杭高速铁路班线年发送旅客量为480万人次，市域(郊)铁路班线年发送旅客约730万人次。溧水站1 h等时圈如图2所示。

图2 溧水站1 h等时圈

2 枢纽片区交通设计方案

2.1 交通设计理念

在交通建筑设计中，一般遵循效率优先、枢纽运作、体验为上、综合开发等诉求。根据国内外高铁枢纽片区成熟发展经验，溧水站将打造快进快出、便捷换乘、空间分离的枢纽集疏运交通系统[7]。

设施布局方面，优化客流进出站形式和交通设施布局，减少进出站交通，避免人车交通冲突；换乘服务方面，通过完善城市轨道设施、旅游集散中心、城市航站楼、公交首末站等设施，进一步提高高铁站对城市景点、重要枢纽的可达性；人车分流方面，枢纽片区通过地面地下设施分离、地面机非分离等方式实现人车分流[8-9]。

2.2 布局方案

枢纽片区由周边路网和枢纽站点组成，片区区域面积约60 hm2，由交通路、溧白路、龙山路和站前路围合而成。枢纽片区整体布局示意如图3所示。

图3 枢纽片区整体布局示意

枢纽站共分为3层，包括云轨站台层、地面层和地下一层。云轨站台层主要组织公共交通；地面层以公共交通、步行为主，由云轨站厅、换乘大厅、集散广场、公交首末站、旅游集散中心、航站楼组成；地下一层以枢纽片区上落客和地下停车为主。枢纽站布局示意如图4所示。

图4 枢纽站布局示意

枢纽快速通道为双向进出，站前小循环；地块地下道路为两进两出、单向主循环和地块微循环。枢纽地下一层布设出租车、小汽车落客区和小汽车停车场，采用双侧落客、双侧进出，简化地下交通组织。枢纽站地下一层示意如图5所示。

图5 枢纽站地下一层示意

3 VISSIM仿真模型构建

3.1 交通仿真参数输入和校正

本试验仿真涉及溧水站枢纽片区交通，考虑到片区内交通组织较为复杂，此次仿真以机动车为主，评价片区地面和地下机动车道的运行服务水平[10-11]。

枢纽片区交通仿真前需要对主要交通参数进行输入和校正，包括流量数据、路径信息、车型数据、驾驶模型、期望速度分布和其他默认参数等。流量数据来源于高峰时段路网静态分配成果，车型以小汽车、出租车、公交车和货车为主，设置落客区平均停靠时间为40 s。

道路车速方面，主干路期望速度设置为40～60 km/h，次干路期望速度为30～40 km/h，支路期望速度为20～30 km/h。驾驶模型采用Wiedemann 74，以模拟城市道路驾驶行为。期望速度分布校正以现状枢纽周边实测数据为参考，进行校正调整[12-13]。仿真时长4 500 s，前900 s为模型预热时间，模型运行时间为3 600 s。

相对延误是VISSIM软件常用指标，其值为路段延误时间与行程时间比值。相对延误设置图例情况如图6所示。

图6 相对延误设置图例情况

数据采集方面，枢纽片区地面层，在主要路段设置检测器，检测路段和节点的排队长度、平均延误和车速分布等情况，进而重点分析交叉口渠化设计、信号配时设计合理性。枢纽片区地下一层，以通行效率和安全性为导向，着重关注主要进出口车流延误时长、排队长度等，分析落客区和主要合流点、分流点原设计方案的车流运行情况[14]。

3.2 交通仿真模型

交通系统仿真是再现交通流运行规律，对交通系统进行管理、控制和优化的重要实验手段和工具。交通仿真技术已被应用到交通规划、交通设计领域，成为交通工程领域不可缺少的分析工具。

结合溧水站枢纽片区设计方案，利用3d Max软件构建片区建筑、路网三维模型，利用VISSIM软件V3DM功能模块，建立枢纽片区动态交通模型。枢纽片区地面交通模型如图7所示。

由图7可知，枢纽片区路网为“四横三纵”格局，地面动态交通模型由枢纽站、主次支路网、各类机动车(小汽车、公交车、大巴车和货车)组成，能真实模拟地面各路段、交叉口、分流合流点的车流运行情况。通过分析主要瓶颈点的延误时长、排队长度和车速分布等参数，可有效定位地面交通拥堵多发点，从而与设计方案形成正向反馈，并提出相应交通设计和交通组织改善方案[15]。

图7 枢纽片区地面交通模型

枢纽片区地下交通模型如图8所示。地下环路包括枢纽快速通道和地块地下道路，由枢纽上落客区、地块地下停车场、小汽车和出租车组成。地下动态交通模型与地面动态交通模型通过隧道口相连，两者形成联动，从而能真实有效地仿真枢纽片区地面、地下车流运行情况。

图8 枢纽片区地下交通模型

4 仿真结果

4.1 枢纽片区地面层

枢纽片区整体呈现“四横三纵”路网体系，为有效分析片区高峰时段机动车整体运行状况，利用VISSIM软件进行仿真，获取主要交叉口延误、排队长度和车速分布等数据，道路仿真情况如图9所示。

(a) 交通路-溧白路

以交通路-溧白路为例，交通路原方案和优化方案对比如图10所示。

(a) 原方案

通过对原方案进行仿真测试，结果显示，原方案存在西出口分流合流点距离较短，西进口左转车道与直行车道交织严重，东进口直行车道数量不足，信号配时不合理等问题。针对上述问题，对原方案中的路段、交叉口渠化设置、信号配时和车辆运行规则进行调整优化，例如增加地面道路合流点与隧道敞口段距离、调整左转车道和直行车道位置、调整交叉口信号配时和统筹分配交叉口直行、左转车道数等。优化前后交通路路段及交叉口延误对比如图11所示，西出口分流合流点、西进口及东进口拥堵明显缓解。其他交叉口优化前后延误对比如图12所示。

(a) 优化前

(a) 龙山路-溧白路优化前 (b) 龙山路-溧白路优化后

枢纽片区优化前后平均延误分布如图13所示。优化前路网存在多处瓶颈路段及交叉口，优化后，路网整体运行状况良好。

(a) 优化前

对主要交叉口平均延误均值进行分析，枢纽片区主要交叉口平均延误如图14所示。优化后主要交叉口整体运行良好，车均延误下降3 s左右。优化后，交通路-溧白路、交通路-站前路交叉口平均延误为35 s和22 s，服务水平均为C。站北路规划为次干路，仿真数据显示，站北路-溧白路交叉口平均延误为22 s，服务水平为C。龙山路-溧白路交叉口是站前区域主要节点，仿真数据显示，龙山路-溧白路交叉口平均延误为55 s, 服务水平为D。龙山路-站前路交叉口平均延误为19 s，服务水平维持为B。

图14 枢纽片区主要交叉口平均延误

优化前后枢纽片区运行车速分布如图15所示，优化前路网多处路段车速较低，车速维持在8～16 km/h。优化后，隧道出入口、高架出入口匝道处和其余路段运行情况基本良好，车速提升至16～32 km/h，有效证明了枢纽片区渠化设置、信号配时设置方案的合理性。

(a) 优化前

4.2 枢纽片区地下一层

枢纽片区地下一层由地块停车场、枢纽片区上落客平台和停车场组成。枢纽片区地下一层车流运行的瓶颈点通常为隧道入口、分流点、合流点、落客区和停车场等位置。为真实有效模拟地下一层车流运行情况，结合地下道路出入口标高、关键点竖向控制和转弯半径等设置规范，验证方案的合理性。

根据仿真结果，枢纽片区地下一层存在以下问题。

(1) 地块停车场一处右转延误较大，易产生排队现象，排队上溯至临近停车场入口。

(2) 两处枢纽上落客平台处延误较大，车辆排队长度较长，对后续车流影响较大。

结合初始方案仿真结果，对地下通道和枢纽上落客平台进行优化。优化措施为：

(1) 地下通道右转瓶颈点增设1条车道。

(2) 枢纽片区地下西落客平台增设1条落客车道，内侧车道结合出租车停车场设置为出租车专用落客通道。

(3) 枢纽片区地下东落客平台由原方案单侧落客改为双侧落客，提高落客区服务效率。

优化调整后，枢纽地下一层布设出租车、小汽车落客区和小汽车停车场，采用双侧落客、双侧进出，简化地下交通组织。仿真数据显示，枢纽上落客平台车辆平均延误为50 s(含停靠时间)。高峰时期枢纽地下通道服务水平为C，可以满足枢纽机动车交通的快进快出需求。优化前后地下道路整体延误对比如图16所示，服务水平维持为B和C。

5 结论

本文构建了高铁枢纽片区地面和地下精细化模型，利用VISSIM软件进行了动态模拟仿真分析。通过分析平均延误、排队长度和运行车速等指标，对原方案进行分析调整。优化后主要交叉口整体运行良好，车均延误下降3 s左右，瓶颈段运行车速由8～16 km/h提升至16～32 km/h，枢纽地下一层上落客平台和地块停车场瓶颈点得以消除。本次VISSIM仿真实现了对原方案的正向反馈，创新研究了枢纽片区交通规划设计静态、动态相结合的方法，具有一定的实用性和前瞻性。

(a) 优化前