高速公路收费站潮汐车道交通仿真及车道布局应用分析

摘要：为了研究和分析高速公路收费站潮汐车道的应用及其前景，以广深沿江高速公路二期工程国际会展中心互通立交为项目背景，结合周边路网交通需求与交通仿真技术，详细分析潮汐车道在高速公路收费站的应用效果及其对周边路网交通运行情况的影响。研究表明，潮汐车道的应用不仅能有效提高道路通行能力，还能显著缓解互通立交周边路网的交通拥堵情况，具有广泛的应用前景。

关键词：收费站"潮汐车道"交通仿真"安全评估

Simulation"of"Tidal"Lane"Traffic"and"Application"Analysis"of"Lane"Layout"at"Expressway"Toll"Station

TIAN"Hao

Shenzhen"Expressway"Construction"Development"Co.，Ltd.，"Shenzhen，"Guangdong"Province，"518000"China

Abstract："This"article"aims"to"explore"and"analyze"the"application"and"prospects"of"tidal"lanes"at"expressway"toll"stations."Taking"the"International"Convention"and"Exhibition"Center"Interchange"as"the"project"background，"combined"with"the"traffic"demand"and"traffic"simulation"technology"of"the"surrounding"road"network，"the"application"effect"of"tidal"lanes"at"expressway"toll"stations"and"their"impact"on"the"traffic"operation"of"the"surrounding"road"network"are"analyzed"in"detail."The"research"shows"that"the"application"of"tidal"lanes"can"not"only"effectively"improve"road"capacity，"but"also"significantly"alleviate"the"traffic"congestion"of"the"network"around"the"interchange，"with"broad"application"prospects.

Key"Words："Toll"station;"Tidal"lane;"Traffic"simulation;"Safety"assessment

随着城市化进程的加快，交通拥堵问题日益严重，越来越多的城区高速公路也开始出现了拥堵的情况。收费站作为高速公路的瓶颈路段，进行收费作业时会造成行车延误和排队，在工作日早、晚高峰和节假日等时段，甚至会导致某一侧交通拥堵，产生明显的潮汐交通流现象，严重影响通行效率[1]。由于城市土地供应的限制，根据车流量的分析与建设成本的控制，收费站的建设规模无法满足会展高峰期间的爆发性车流。为了提高高峰期间的收费站通行能力，提升车辆的通行效率，本文依托广深沿江高速二期项目会展中心收费站设置潮汐车道的实例，以收费广场作为研究中心扩展延伸到周边路网，对其进行交通仿真技术分析，对参展高峰期间有、无潮汐车道和离展高峰期间有、无潮汐车道进行评估对比，通过车辆的平均排队长度指标来评估收费站的服务水平，探索在有限的建设规模下高效的收费站交通管理措施。

1""交通需求

会展交通是一种特殊形态的交通，潮汐现象特别明显。在现有道路资源基础上，若不采取相应的改善措施，则易在路网关键节点形成交通拥堵瓶颈。国际会展中心区域路网总体呈“一带+局部方格网状”布局，会展中心收费站直接对接国际会展中心，从收费站到达最近的展区，车程仅需2"min。

为了提高会展配套交通设施的利用率，避免造成浪费，深圳新国际会展中心常规配套交通设计需求为19.2万人次/d，高峰客流需求为"5.8万人次/h。极端高峰客流以增加临时交通设施供给的方式满足交通需求[2]。

基于会展中心开展吸引客流特征分析。极端情况下，高速收费站入口发车流为3"500"pcu/h，高速入口广场6条车道（含3条ETC车道）通行能力约为2"760"pcu/h（人工车道通行能力按420"pcu/h，ETC车道按500"pcu/h）；出口发车流为4"000"pcu/h，高速出口广场11条车道（含4条ETC车道）通行能力约为3"260"pcu/h（人工车道通行能力按180"pcu/h，ETC车道按500"pcu/h）。

据上可知，收费广场将是路网的关键节点之一。常规收费站出入口并未完全考虑展会期间交通流量的集中到达与离开的爆发性车流，容易导致车辆在收费闸口排队，进而影响会展中心周边路网。因此，亟需研究展会期间国际会展中心收费站出入口的交通供需情况，以提升通行效率。

2""潮汐车道方案

根据展会期间交通特性分析，借鉴城市交叉口逆向可变车道、借道左转车道等车道控制思想[3-4]，通过动态调整收费广场车道功能和切换车道收费方向，将其建立到一个统一的优化模型中，以适应不同流量场景。在不扩建收费广场的情况下，突破收费站出口或入口的容量限制，实现“智慧扩容”[5]。即在现有道路资源基础上设置潮汐车道，在不同时段调整出入口的数量，提高进出的交通运行效率，加快出入口的交通疏散。潮汐车道方案如下。

2.1"现状车道布局

收费站共设置17条车道，其中，入口6条车道，出口11条车道。在入口和出口车道中间布设隔离设施。

2.2"潮汐车道布局

2.2.1入口潮汐

根据交通模拟仿真数据，2025年，沿江高速收费站入口阵发车流为3"500"pcu/h。根据相关规范计算，极端情况下，入口需要10条车道。本项目原有6条入口，通过电动遥控底部，带动护栏根据线形设置进行不同移动距离，实现整体移动达到隔离效果。实现增加4条入口潮汐车道（如图1所示），同时，基于远期考虑，设置复式车道。

2.2.2"出口潮汐

沿江高速收费站出口阵发车流为4"000"pcu/h。根据相关规范计算，出口需要13条车道。本项目原有11条出口，通过电动遥控底部，带动护栏整体移动，达到隔离效果。实现增加2条出口潮汐车道（如图2所示）。

3"交通仿真实验设计与结果分析

3.1"交通仿真模型

本项目采用Vissim交通仿真软件，模型以收费广场作为研究中心，再扩展延伸到周边路网（节点—路段—全路网，即点—线—面）交通运行影响情况。仿真模拟时段以满展极端高峰时段为主，针对仿真软件中部分参数的设置与收费站实际交通参数存在的差别，结合实际数据和经验，选取了相关标定参数[6]。对两种模拟情景进行研究测试评估：参展高峰期间有无潮汐车道评估对比和离展高峰期间有无潮汐车道评估对比。

按照软件模块分别创建收费站微观交通仿真模型，一般参照输入模块、仿真运行模块、输出模块的顺序及各模块需要的项目信息进行建立。具体需要项目信息如表1所示。

3.1.1"输入模块

会展交通收费站在其收费广场处车辆行驶缓慢，车辆间相互影响严重，存在大量的车辆交织和换道行为。根据实际交通流状态，结合实际调查交通量及车辆比例的情况，对交通行为模型进行分析。使用软件中Wiedemann74模型，可以对收费站减速渐变段、收费服务段、加速渐变段的交通行为进行描述。在Vissim"软件中导入卫星地图后，建立收费站基础路网，使用软件中的路段和连接器，对高速基本路段到收费广场处进行路段过渡处理。

车辆参数设置中，不同路段区域的车辆期望车速设置十分重要。正确的车速设置能更加还原车辆实际行驶状态，还能对车辆的跟驰、换道产生影响。根据收费站前、后的道路限速标志，结合实际统计车速情况，分段建立车辆行驶期望速度，在Vissim"软件中定义不同期望速度分布曲线。

3.1.2"仿真模块

使用静态路径设置方法，能较好还原小范围的微观交通仿真中车辆行驶状态。静态路径设置可以拥有一个起始段和多个目标段。为了更好地模拟实际交通流与收费情况，需要针对实际交通流中的不同收费类型车辆分别进行设置。客货车车辆路径设置仅可以使用客货车车道和潮汐车道进行缴费，ETC车辆路径设置可以使用全类型收费车道进行缴费。

在车辆生成部分，根据车量调查情况，结合《收费公路车辆通行费车型分类》（JT/T"489—2019），在仿真模型中建立与实际交通流相符的车辆组成情况（见表3）。

3.1.3"输出模块

为了评价收费站的运行状态与车辆出行结果，需要获取不同评价指标结果。利用Vissim"软件内置的数据采集点、行程时间检测器与排队计数器，可以对多种指标进行输出。数据采集点、行程时间检测器、排队计数器的具体布设位置一般分别在收费站位置及收费广场边界。

3.2"仿真评价指标

目前，我国高速公路收费站的服务水平通常采用车辆的平均排队长度指标来划分，可分为一至四级[7]。延误可以更好地评估收费站的交通状况和服务质量，驾驶员和乘客对交通状况的感受直接取决于排队的时间和长度[8]。故收费广场的评价指标主要采用排队车辆数（或排队长度）进行效果评估。

3.3参展高峰时效果评估

（1）改善前：入口道通行能力富余，出口道通行能力明显有所不足。模型分析出口道车辆平均排队长度为73.9"m，最长可达96.89"m，偶尔会回堵到匝道。

（2）改善后：模型分析平均排队长度约为51.16"m，排队车辆极少回堵到匝道。入口服务水平变化不大。

3.4"离展高峰时段效果评估

（1）改善前：出口道通行能力富余，入口道通行能力明显不足，车辆缓行。模型分析入口车辆平均排队长度为302.38"m，最长可达506.73"m，排队车辆回堵至匝道的现象时常发生，并对周边路网造成较为严重的影响。

（2）改善后：模型分析平均排队长度约为47.31"m，排队车辆极少回堵到匝道。此外，收费站出口服务水平变化不大，运行效率良好。

4"交通安全评估

潮汐车道的投入使用还应考虑收费广场的交通安全问题，主要表现在收费站出入决策点上，即收费广场并流、交织、分流处，可能造成车辆频繁交叉行驶、运行速度不协调（即速差）等现象，也可能增加侧撞、追撞等事故风险。潮汐车道相应的交通安全设施完善、交通指引标志牌完善、交通标志标线合理，道路工程符合设计规范，车辆运行速度协调性较好，在驾驶员合理控制车速与提高行车注意力、收费站做好潮汐车道相关设施的布置工作、、不发生其他极端现象的情况下，高峰运行期间的交通安全均在可控范围内。

5"交通效率提升情况评估

根据收费站运行情况，展会期间车流量约为平峰期间的3倍，车流集中在高峰期间，符合设计分析情况。在启用潮汐车道情况下，收费广场仅出现少数几次车辆拥堵排队下高速情况，最长排队长队约为60～70"m，未对高速主线车辆通行造成影响，总体服务水平良好。

6"效益评估

针对国际会展中心交通流量单向相对集中的特点设置潮汐车道，在投资费用可控的条件下增加可变车道的数量[9]，解决了交通突然涌入收费站造成排队、拥堵的问题，提高了收费站通行能力，保障了社会交通的畅顺通行，减少了社会交通的出行时间，提升了交通顾客的满意度，具有良好的社会效益。同时，采用电动遥控护栏，提高了护栏的布设效率，减少了护栏布设时对交通的影响，降低了护栏布设时的交通安全隐患，保障了交通畅顺通行。

7""结-语

在不增加土地资源的前提下，高速公路收费站潮汐车道可以在安全、经济的范围内极大地提升具有明显潮汐车流特点的通行效率，其操作简单、便捷，可以有效提高道路通行能力，显著缓解周边路网的交通拥堵状况，具备一定的推广应用价值。潮汐车道也可以在形势发展成熟时接入车流量采集信息、拥堵信息等，增加大数据智能判断方法，进行提前预判、预调节、管理中心远程自动调节等，实现全自动、智慧交通的潮汐收费站车道调整。

参考文献

[1]乔建刚，李恩玉，刘怡美，等.智慧高速公路收费站潮汐车道的开放数量研究[J].河北科技大学学报，2023，44（1）：83-92.

[2]陈磊，徐惠农，蒋金勇，等.深圳市新国际会展中心交通疏解策略[C]//中国城市规划学会城市交通规划学术委员会.2017年中国城市交通规划年会论文集.深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司（深圳市交通信息与交通工程重点实验室），2017：11."[3].安实，宋浪，王健，等.非常规交叉口设计研究现状与展望[J].交通运输工程学报，2020，20（4）："1-20．

[4].宋浪，王健，杨滨毓，等.双开口式逆流左转车道几何设计及信号配时优化[J].交通信息与安全，2022，40（3）：75-85，107.

[5].宋浪，俞山川，王少飞，等.高速公路收费站车道功能及方向优化模型[J].科学技术与工程，2023，23（-3）：1278-1284.

[6].李思言.高速公路收费站车道优化配置研究[D].西安：长安大学，2022.

[7].汤洪波，刘向远，陈洪章，等.排队论在公路收费站服务台设计及管理中的应用[J]".四川建筑，2009，29（5）：76-78.

[8].赵子雪，郑磊.高速公路混合收费站车道通行能力研究[J].山东交通科技，2022（"4）：135-137.

[9].陈婷婷，贾顺平.综合考虑早晚高峰交通流特性的可变车道布置方案[J].科学技术与工程，2021，21（-9）：3822-3828.