以留村枢纽为例互通立交安全评价的研究

董世胜

摘要：本论文拟通过调查留村枢纽的设计参数、环境景观、安全状况，通过建立仿真模型对公路设计的安全性进行验证分析,解决了公路设计指标参数不可能通过建造实物模型进行试验验证的缺陷，从而达到对互通立交进行安全评价的目的。

关键词：安全评价；研究

中图分类号：A715文献标识码： A

1、道路安全评价方法的研究现状

国内现有的交通仿真软件有很多例如: COR2SIM、SIMTRAFF IC、VISSIM、HUTSIM、PARAM ICS、IN2TEGRATION、A IMSUN、WATSIM、TEXAS等。

2004年长安大学的许金良等学者研究ADAMS(Automatic Dynamic Analysis

ofMechanical System) 软件为平台,通过建立汽车、驾驶员和三维道路等系统仿真模型,为公路设计安全评价提供虚拟对象。

2005年，杨宏志教授还对公路设计评价方法进行了研究, 提出了基于计算机仿真的公路设计安全评价方法, 提出了建立Multi-agent公路仿真系统。

2006年美国的M. Easa专家首先推导出的几何关系，与现有的视距参数曲线的垂直，垂直间隙，对立交桥曲线或切线位置，以及观察员和对象的位置。这些关系有助于建立视距的配置文件。可用的最小视距形式解，然后推导。

2004年，法国的Girma Berhanu制定了以亚的斯亚贝巴主干道收集的数据为基础的事故预测模型。泊松和负二项式回归方法用于关联的道路和交通流数据的解释变量的离散事故。结果表明，现有的道路基础设施不足和恶劣的道路交通行动是这次在亚的斯亚贝巴的公路运输不断增长的挑战的主要因素。

2008年，Keemin Sohn通过对首尔市、上海市和深圳市22座立交桥功能的研究，提出了著名的分类方法-K-均值和向量机（SVM）的辅助。

上述评价方法和影响因素各有特点,每种方法都具有一定的适用范围,因此在选择时要注意它的实际应用性。同时,应该从事故多发点、不同路线、不同区域三个层次对立交桥安全进行评价,最终形成综合评价系统。

2立交桥的主要形式及特征分析

互通式立交的基本形式分为T形、Y形和十字形三种，主要形式如下所示：

①喇叭形立交：喇叭形立交是T形立交最为普通的形式，在该立交两个左转弯匝道中，有一个方向的左转弯采用间接式(即苜蓿叶式)，而其他另一个左二轻局弯采用半定向形式。这种形式有如下优点:除有一条间接式左转匝道外，其他匝道都能为转弯车辆提供较高的行驶半径;行车方向容易辨别，没有冲突点和交织，通行能力大，行车安全。存在的缺点是:间接式左转匝道上车辆的行车速度低、绕行距离长。

②定向Y形交叉：这种形式的优点如下:对左转弯车辆能提供直接、无阻的定向运行，行车速度高，通行能力大;转弯形式路径短捷，运行流畅，方向明确;缺点是:正线双车道之间必须有足够的距离，以满足匝道纵断面布置的要求;当正线单向有两条以上车道时，左侧车道为超车道或快车道，使得左转车辆由左侧车道快速分离或由左侧快速汇入困难。

③苜蓿叶形 在两条较高等级道路相交时，苜蓿叶形立交是采用得较多的全互通式立交枢式，苜蓿叶式立体交叉其平面形似苜蓿叶，是通过四个对称的环圈式左转匝道来实现各方向左转车辆运行的全互通式立体交叉。这种形式的优点为:交通运行自然;无交叉冲突点;仅需一座跨线构造物，造价低。缺点为：左转匝道线形差行车速度低，左转弯车辆绕行距离长;上、下主线的左转弯匝道出入口之间存在交织运行，不但影响立交匝道的通行能力，而且对立交正线的车辆运行也有较大影响。故枢纽互通立体交叉应避免采用这种类型。

④环形：这种形式的立交桥的优点为:能保证主要道路快速、畅通，转弯行驶方向明确;无交叉式冲突点，行车安全方便，交通组织方便。缺点为:左转弯车辆存在交织运行，车速受到环岛半径和交织车辆的影响行车较低;左转弯车辆绕行距离长。在许多情况下，会采用组合的立交形式，即规划设计立交枢纽的某一部分采用上述某种基本立交形式，而另一部分采用另外一种基本立交形式。对于本次研究对象—留村枢纽，采用的是较常见通用的苜蓿叶立体交叉形式。

3 留村枢纽互通立交的实例运用

本次研究将利用一个实例，邢汾高速公路邢台至冀晋界段留村枢纽互通立交，把该互通立交相关线形设计指标在模型中进行标定，通过对仿真结果与实际工程中的设计速度的比较，从而验证本次仿真实验所建立的互通立交模型具有实用性。

3.1 路网交通流稳定性的研究

采用德国PTV 公司的微观仿真软件Vissim4.2 版建立了苜蓿叶型立体交叉口的仿真模型。该模型是以邢汾高速公路邢台至冀晋界段留村枢纽互通立交为基础上建立起来的，主要以上四个线形设计指标为研究对象，通过调整部分线形设计指标的大小，从而达到相应的各路段平均运行速度。则此时的线形设计指标大小均为留村枢纽互通立交中的已设计值。其中设计速度为100km/h,匝道最大半径为60m,匝道纵坡为3.85%，主线纵坡度为0.65%,变速车道长分别为332.483米、236.640米、350.954米。

首先是邢汾高速公路邢台至冀晋界段留村枢纽互通立交的设计图为基础，建立在Vissim4.2当中的互通立交规划路网图。

通过已构建的互通立交仿真结构图，在VISSIM4.20中设定留村枢纽互通立交的交通量分布图。从而得到初步仿真结果：

表3-1留村枢纽互通立交交通分布图（辆/日 小客车）

东出口 南出口 西出口 北出口 进口总流量

东进口 0 4012.5 54485.5 3170 61668

南进口 4012.5 0 2724 6085.5 12822

西进口 54485.5 2724 0 1133.5 58343

北进口 3170 6085.5 1133.5 0 10389

出口

总流量 61668 12822 58343 10389 143222

在已构建的仿真模型下，分别选择分离段、减速车道和加速车道为1、2、3特征路段，进行仿真，得到特征路段延误评价结果。

3.2 各路段运行速度的研究

在已构建的仿真模型下，采用留村枢纽互通立交的线形设计参数作为输入值，选取主线和匝道的平均运行速度作为评价的结果，运行该路网，得到如下结果。

表3-2 留村枢纽互通立交主线的仿真评价结果

数据采集点 平均运行速度

（km/h） 数据采集点 平均运行速度

（km/h）

1 106.4 5 104.1

2 107 6 104

3 107.1 7 103.7

4 107 8 102.9

平均运行速度 105.275

表3-3留村枢纽互通立交匝道的仿真评价结果

数据采集点 平均运行速度（km/h）

1 43.2

2 43.4

3 44.1

4 43.3

5 43.4

平均运行速度 43.48

经计算求平均值，得出在该仿真模型中，主线的平均运行速度为105.275

km/h。邢汾高速公路邢台至冀晋界段留村枢纽互通立交的主线设计速度为100km/h。实际运行速度与设计速度的误差为5.275%，相对误差控制在10%左右；匝道平均运行速度为43.38%匝道设计速度为40km/h。实际运行速度与设计速度的误差为8.7%，相对误差控制在10%以内，从而证明建立的立交仿真模型比较接近于互通立交实例，该模型具有较好的实用性。以及利用该模型得出立交线形设计指标推荐值的可行性。

结论：本次研究首先介绍了互通立交的基本形式以其特征分析，然后利用邢汾高速公路邢台至冀晋界段留村枢纽互通立交这一实例，把其相关线形设计指标在模型中进行标定，通过对仿真结果与实际工程中的主线和匝道设计速度的比较，相对误差控制均在10%以内，从而证明建立的立交仿真模型比较接近于互通立交实例，该模型具有较好的实用性，以及利用该模型得出立交线形设计指标的安全、可行性。