基于VISSIM模拟的老城区五岔路口交通优化策略研究

卞广萌, 颜 宁

(河北工业大学，天津 300401 )

1 概述

随着我国经济的飞速发展以及城镇化率的持续提高，不断攀升的机动车保有量造成了城市交通量爆发式增长，给城市交通系统运行带来了极大的压力。道路交通网的合理规划、既有道路的拓宽改造、发展多层次立体交通体系都是缓解城市交通压力的重要举措。城市道路交叉口为路网通行能力的瓶颈，尤其是老城区普遍存在的多岔路口更是交通拥堵和交通事故的多发点，所以做好多岔路口交通通行组织是提高整体路网通行能力的关键。基于此，本文选取天津市红桥区交通运行问题比较突出的一个五岔路交叉口，进行交通改善策略探究与优化设计。

2 工程概况

2.1 地理状况

天津红桥区由光荣道、红桥北大街、丁字沽一号路(以下简称一号路)以及丁字沽零号路(以下简称零号路)相交构成的五岔路交叉口(以下简称五盆口)，周边分布着大型居住社区、高校、大型公园以及大型商业设施等功能区，用地功能复杂多样，且人口稠密、交通量较大(见图1)。

图1 红桥北大街与光荣道交叉口

2.2 交通状况

在连接五岔口的道路中，红桥北大街为城市主干道，南接天津西站高架路，是红桥区通往天津西站以及天津市中心城区的必经之路。一号路为城市主干道，连接红桥北大街，疏解西站方向的车流。光荣道是红桥区西南至东北方向的主干路，连接京津公路快速路以及丁字沽区域大片居民区，早晚高峰有着大量通勤车流。零号路原为城市支路，远期将连接京津公路延长线，但工程目前处于长期停工状态，目前交通组织方式为单向西北通行。五岔口其他几何条件如表1所示。五岔口采用四相位定时信号控制，早晚高峰及平峰均采用相同的相位周期，信号灯相位周期136 s，现状信号灯配对相位如图2所示。

表1 五岔口几何条件相交道路进出口方向道路等级隔离形式设计车速/(km·h-1)车道数车道宽度/m光荣道西口进口道三块板33.5出口道23.5光荣道东口进口道三块板43.5出口道23.5城市主干道60红桥北大街进口道四块板63.5出口道33.5丁字沽一号路进口道三块板33.5出口道43.5丁字沽零号路出口道城市支路一块板3023.5

图2 现状信号灯配时相位图

笔者于2018年5月多次对五岔口进行现场踏勘，并运用人工观测法对五岔口的早高峰(7:30-9:00)、平峰(9:00-10:00)及晚高峰(16:00-19:00)进行了交通量调查，并根据《城市道路交叉口规划规范》(GB50647—2011)将不同车型的交通量转换为标准交通当量。本文选取调查时间5月15日(周二、天气晴)晚高峰期间交通量为基数，作为五岔口进行优化设计的分析依据(见图3)。

图3 交叉口流向图

3 五岔口现存问题剖析

五岔口周边区域用地体量偏大，从而造成路网间距过大、道路网密度偏低的情况。对于途经该交叉口的机动车驾驶员来说，无其他可替代路径方案，密集的交通量在五岔口形成了瓶颈，是导致高峰期交通拥堵的外部原因。而该五岔口自身也存在以下问题：

3.1 交通渠化不合理

红桥北大街南进口处共设有6条进口道，从左向右依次为左转、2条直行、右转、辅路左转与辅路右转车道，其中在主路与辅道之间设置1条分车带。由于一号路与零号路夹角过小，从红桥北大街直行去往上述2条路的车辆均按直行信号灯放行，2股车流在五岔口内形成冲突①(见图4)，影响了车流速度，也容易发生剐蹭事故；此外，由于红桥北大街主路右转车辆通行不受信号灯控制，当辅道左转车辆放行时，2股车流在交叉口内形成冲突②(如图4)，进而影响了辅道左转的通行能力。

图4 现状2种车流冲突

3.2 信号灯配时不合理

高峰时段，东侧光荣道进口道左转车辆排队过长，单绿信号相位时长不能满足通行需求，尚有车辆排队；南侧红桥北大街进口2条直行车道单信号周期可以满足直行车辆通行，但车辆排队过多流量接近饱和，若增加一条直行车道预计可以缩短信号周期，减少车辆延误；北侧一号路进口直行车辆过多，不能满足通行需求。

3.3 交通参与者安全意识淡薄

在实际交通运行中，行人和非机动车干扰也是影响交叉口通行效率的重要因素之一。实地调查发现，信号灯变为红灯时，尚有大量人群停留在交叉口范围内。一方面由于非机动车及行人交通安全意识较低，不按交通信号灯通行，同时机动车驾驶员不能做到礼让行人，甚至与非机动车和行人抢行，加剧了五岔路口的混乱程度；另一方面，由于五岔口几何尺寸过大，老人以及腿脚不便人士很难在信号周期内完成一次过街，设计人性化不足。

4 优化设计方案

4.1 优化交通组织，调整车道渠化

根据五岔口内2种主要车流冲突方式，对交叉口区域内车流交通组织做相关优化。据调查，进入零号路的车辆较少，即使限制部分车流进入也不会有太大影响。因此，通过渠化交通的方式在零号路进口前设置安全岛，既可限制红桥北大街向北直行以及光荣道西向东方向左转进入零号路的车流，避免交叉口内的车流冲突，也为行人过街提供了临时安全躲避设施。此外，将红桥北大街南进口辅道最右侧车道渠化为直右的方式，保证辅道的车辆能够顺利直行。

4.2 增设直行待行区

结合五岔口平面几何尺寸较大实际特征，利用交叉口闲置区域设置直行待行区，有利于提高交叉口通行能力，减少高峰延误。直行待行区的设置除了考虑充分利用道路交叉口内闲置空间，还应避免产生车流交叉。如图5所示。

图5 直行待行区长度设置原则

建立以下长度估算模型：

lsn=ln-d0

(1)

式中：lsn为第n条直行待行区长度(从右向左编号，n=1，2 …)，m；ln为对向左转待转车道中心线与直行待行区中心线交叉点到第n条直行车道第一停车线间距离(从右向左编号，n=1，2…)，m；d0为安全距离，取2 m。

经模型计算而得，本交叉口各进口道直行待行区设置长度如表2所示：

表2 直行待行区长度道路直行待行区长度/m车道1车道2红桥北大街南进口2123一号路北进口1618光荣道西进口2225光荣道东进口1720注:最内侧直行待行车道计为“车道1”,依此类推。

4.3 优化信号配时

据实地观测的交叉口各进口道流量以及车道饱和流量，结合现有交通分布特征，利用韦伯斯特配时法(Webster)对信号配时加以优化，表3为各流向饱和流量。

式中：C0为最佳周期长度,s；L为总损失时间,s；Y为交叉口交通流量比。

优化后信号配时相位如图6所示。

表3 各流向饱和流量pcu/h路口方向光荣道东进口光荣道西进口一号路北进口红桥北大街南进口左转直行左转直行左转直行左转直行交通量464415137279197563101654饱和流量2 7522 5872 5202 2762 2342 9872 4562 765

图6 优化信号配时相位图

优化后的信号配时利用Webster配时法，以最小化延误水平为目标，按实际路段交通量以及饱和流量进行优化配时，结合交叉口几何特征，设置2 s全红清空时间，南侧红桥北大街进口增设右转相位，解决了同时段辅路左转的车辆与主路右转车辆运行的干扰。

4.4 设计要点总结

结合丁字沽零号路交通量较少的现状，通过渠化设计使“五岔”为“四岔”，优化进入丁字沽零号路的车辆路径，解决交通组织困难现状；优化利用路口空间，施划行人二次过街安全岛，缩短行人过街距离，缓解因交叉口过大导致的行人过街困难问题；设置直行待行区，高效利用先后两相位通行时间差，车辆进入第二停车线等待放行，降低高峰时段直行车道饱和状态。综合以上改善措施，该五岔口综合改善方案如图7所示。

图7 五岔口综合改善方案

5 仿真评价

根据现状交通调查数据，利用交通仿真软件Vissim进行交通模拟。将实际交叉口调查的分向交通量、行驶车速、车型比例、信号配时数据输入，得到最贴近实际交通运行情况的仿真结果。五岔口优化前后仿真结果如表4所示。

表4 仿真评价结果仿真评价参数排队长度均值/m停车次数/次车辆延误均值/s服务水平现状19.490.6427.35C仅调整渠化和信号配时12.400.7521.69C综合改善方案9.171.2119.28B

根据仿真结果，调整信号灯配时和车道渠化条件仅能缓解部分进口道的拥堵状况，排队长度和车均延误水平相比于现状交叉口没有较大改善。在综合改善方案中，由于增设了直行待行区，交叉口的通行能力得到提升，排队长度以及行车延误指标均优于对比方案。此外，直行车辆需要到待行区第二停止线前等待放行，故停车次数均值指标要高于现状方案。综上所述，综合改善方案可以最大限度地提升交叉口通行能力，具有较高的设计参考价值。

6 总结

五岔路口因其交通冲突多、多路流线交叉的特征，一直是交通组织和管理的难点。常规的解决方案是在进口道设置单行或者禁行，但这样做往往不能解决实际问题，反而会陡增车辆绕行距离，给相邻路网带来更大的通行压力。解决交通问题，重在“疏”而不在“堵”，本文从车流通行的角度制订五岔口改造方案，合理确定车流路线组织，同时优化整合利用现有道路交叉口资源，保留一定的设计余量，防止因周围用地开发造成交通量爆发而加剧五岔口交通矛盾。