城市快速路出入口间距合理性仿真研究

徐俊军

(东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210096)

1 概 述

出入口是影响城市快速路整体运行效率的关键因素，现行的规范对城市快速路出入口间距最小值的规定，仅考虑设计速度单一影响因素，但在实际工程应用中，出入口的设置往往受到路网规划、地块开发、工程投资等众多因素的限制，不能满足规范要求。本文通过交通仿真软件模拟出入口的运行情况，细化出入口最小间距的合理取值，为以后的设计工作提供借鉴。

2 出入口组合型式及交通运行特性

根据相邻出入口型式，可分为以下四种组合形式：(1)连续出口；(2)连续入口；(3)先出后入；(4)先入后出；交通运行特征如下：

2.1 连续出口

驶出车辆均提前变换至最外侧车道，导致最外侧车道车辆集中；同时连续的出口标志，间距短，指示信息过多，均影响主路正常通行。

2.2 连续入口

第一个入口匝道的车辆，刚汇入主路，正处于加速阶段，容易受到第二个入口匝道车辆的影响，需要减速或者向内侧车道变换。

2.3 先出后入

出口和入口与主路的冲突点分别位于出入口上、下游，冲突点互相独立，车辆运行基本无影响。

2.4 先入后出

出、入口匝道与主路的冲突均集中在交织段完成，冲突点集中，对主路正常通行干扰大，是最不利的出入口组合型式，规范中最小间距值要求也最大。

根据出入口组合交通运行特征的分析，选取先入后出型式作为本文的研究对象。

3 出入口间距影响因素分析

根据出入口最小间距影响因素的性质，可分为定性因素和定量因素两类：

3.1 定性因素

(1)路网规划——出入口布设应满足交通规划和交通转换需求。

(2)沿线土地开发——兼顾地块出行的同时，避让规划用地，避免对两侧地块的阻隔。

(3)交通标志布置——保证交通标志最小识别距离。

(4)环境景观——避让环境敏感点，与周边环境融合，较小对自然景观的破坏。

(5)工程经济性——满足交通功能的基础上，减少工程投资。

3.2 定量因素

(1)路段交通量

路段交通量小时，车头视距较大，车辆变换车道较容易，交通量大时，出入口车辆很难找到空隙，导致车辆交织长度较长。

(2)出入口交通量

出入口交通量大，与主线车辆频繁交织，对主线车辆的正常行驶产生较大干扰，导致服务水平降低、匝道车辆排队等不利影响。

3.3 主要影响因素选定

实际工程中，首先根据路网规划、地块开发等情况，从交通需求角度，布设出入口位置，再根据交通量预测结果，进行适应性分析，因此本文选用路段和出入口交通量作为主要控制因素需求。

4 仿真分析

本文选用德国PTV公司开发的VISSIM软件，基于时间间隔和驾驶行为，通过动态交通分配，向用户直观显示车辆及道路运行状况。

4.1 仿真模型建立

按快速路常用技术标准，主路采用双向六车道，设计速度80 lm/h。选取最不利的先进后出的组合型式，出入口匝道采用单向双车道，设计速度40 km/h，采用平行式变速车道，出入口之间全线设置辅助车道。

主路建立了上游、入口、交织段、出口、下游五个路段，出入口匝道建立上、下游两个路段，共设置四个连接器联通。入口匝道处，主路车辆具有优先通行权，出口匝道处，辅助车道车辆具有优先通行权。

4.2 仿真模型标定

(1)车辆跟驰模型

根据城市快速路的交通特性，选用与城市Wiedemann 74模型。

(2)车道变换模型

车道变换模型运用：必要车道变换和自由车道变换，选用更符合交织段车辆实际行驶的自由车道变换模型。

(3)交通组成

根据已建快速路的交通管理情况，大部分快速路进行了货车管制，交通组成采用95%小汽车和5%的大客车及小货车。

(4)车辆加减速度

本文以小型汽车为主，主要对小汽车的加、减速度指标进行标定。根据相关研究，车辆的最大加、减速度均采用6 m/s2。

(5)期望速度

主路最大期望速度为85 km/h，最小期望速度为75 km/h；匝道最大期望速度为45 km/h，最小期望速度为35 km/h。

(6)最小车头时距

实际调查数据显示，车辆变换车道最小间隙为3～4 s行程。

4.3 评价指标

根据VISSIM软件常用输出数据，本文选用出入口影响范围路段内车辆的平均速度作为评价指标。根据城市快速路设计规程要求，路段采用三级服务水平，速度≥54.5 km/h。

4.4 出入口最小间距仿真结果

根据《城市快速路设计规程》(CJJ 129-2009)，主路采用三级服务水平，交通量饱和度V/C为0.5～0.8；出入口按立交匝道服务水平为II2级，V/C为0.37～0.67。将主路交通量和匝道交通量分别输入至已建模型中，得出在不同交通量组合条件下，出入口最小间距推荐值如表1。

表1 双车道出入口最小间距值(m)

图1 双车道出入口最小间距值

5 实例验证

扬州市万福路是扬州市规划“五横七纵”快速路网中重要的“一横”，连接扬州中心城区、新城核心区与江都新区，是扬州主城与江都快速路网衔接的重要体现。本文研究范围从京杭北路到沙湾路，长约1.3 km，相交道路沙湾路近期为城市主干路，交通量预测结果见表2。

图2 万福路研究路段路网图

表2 特征年高峰小时交通量预测(pcu/h)

根据快速化总体方案，为双向六车道高架快速路，设计速度80 km/h；地面为双向四车道城市主干路，设计速度40 km/h。

根据规划，沿线以商业用地为主，出入口的布设主要考虑两侧河道之间地块的出行方便。考虑两种菱形立交布置方案：

方案一：完整菱形立交

在京杭北路和沙湾路各设置一处菱形立交，两条道路间距仅1.3 km，距离较近，两立交之间的交织段长度仅400 m。根据交通预测结果，主路远景年高峰小时交通量达到3 471 pcu/h，匝道交通量为1 199 pcu/h。根据前文仿真模拟结果，采用内插法，求得交织段平均速度为32 km/h，远景年处于四级服务水平，不满路规范要求。

图3 方案一匝道布置示意图

方案二：组合式立交

取消京杭北路东侧和沙湾路西侧的一对落地匝道，形成组合式菱形立交。该方案出入口之间无交织，快速路服务水平较高，出入口交通集中至京杭北路和沙湾路，远景年交叉口服务水平达到D级，满足快速路出入口需求。

图4 方案二匝道布置示意图

通过以上两种匝道布置方案的比选，方案一服务功能更强，但交织段长度不足，导致路段及出入口的服务水平较低，不能充分发挥快速路功能；方案二出入口较少，但是通过交叉口渠化设计，也能满足出入口交通需求，经综合比较，推荐采用方案二。

6 结 论

通过VISSIM软件，对先进后出型式的快速路出入口交通运行状况进行了仿真分析，得出双车道出入口在不同的主路交通量饱和度和出入口交织比组合下的出入口最小间距推荐值。但在实际工程中，出入口间距还收受到相邻快速路和被交路情况、道路平纵几何线形、交通安全设施、天气等因素的影响，建议出入口最小间距值按高一级指标选取。