快速路出口匝道地面衔接区交织段交通影响因素分析

■邹 彬 邱美华 方欣欣

（福建农林大学金山学院，福州 350002）

快速路具有很多优点， 如减少红绿灯数量、缩减交叉口布建等，从而缩短行程时间，提高行程速度和效率[1]。 同时，快速路也能够降低混合交通事故的发生[2]。 但交通拥堵的情况会影响快速路功能的发挥，从而影响与其相连道路上的交通流速度。 尤其是出口匝道的交通问题，当出口匝道交通出现拥堵时，车辆形成的排队会延伸影响到快速路主路交通的通行，而匝道地面衔接区的交织情况对出口交通的影响是比较大的[3-5]。 因此要重视快速路对城市道路交通流运行的影响，尤其是在其出口匝道地面衔接区交织段。

1 交织段交通影响因素分析

根据对交织段交通的影响因素进行调查分析，发现以下6 个因素对出口匝道地面衔接区交织段的交通影响较大。

1.1 出口匝道横向位置

出口匝道的横向位置很大程度上决定着交织区交通流的复杂程度；它连接到辅路中部时，衔接段的交织程度由于辅路交通在上游分流而变低[6]。此外， 地面出口匝道常被连接到最里面的辅路，高架出口匝道常被连接到最外面或最中间的辅路。

1.2 出口匝道纵向位置

出口匝道纵向位置不仅影响出口匝道的衔接点，还影响辅路交叉口的衔接段长度[7]。 当司机驾车离开出口匝道汇入辅道交通流时，是交织段为司机驾车转换车道提供空间，因而交织段长度对于分析交织段运行特征来说是非常重要的。

1.3 辅路的车道数

辅路车道数影响了辅路的通行能力，它与交织段车道数相同时，通行能力也相同[8]。

1.4 交通流量

影响交通流量的因素有出口匝道车流、辅道车流[9]。 辅道流量对司机驾车转换车道影响较大，而出口匝道车流的顺畅程度反映出交织段的交织程度。

1.5 连接交叉口的匝间交通比例

连接交叉口的匝间交通比例是“辅道的转向交通量比”与“出口匝道的转向交通量比”构成的[10]。它决定了交织段的交织频率。

1.6 设计速度

司机驾车转换车道需要找到一个合适的空隙才能完成交织运行。 而变道的基础条件就是邻道间距要大于司机驾车转换车道的最小间隙[11]。 前后车距也是影响司机驾车速度的重要原因[12]。

2 交织段交通影响因素模型设计

根据交织段影响因素的分析及查阅文献资料，建立交织段影响因素仿真模型，该模型选用了7 个变量，分别是辅路车道数、出口匝道纵向位置、辅路和出口匝道的交通量、 转向交通比例以及设计速度。 （1）辅路车道数分析了2 到6 条，有5 种情况。（2）在研究分析出口匝道纵向位置时，选择分析了100、140、180、220、260、300 m 等6 种交织长度。（3）交通量方面的研究主要分析了辅路和出口匝道的3 种服务水平，分别是畅通（饱和度0.4）、轻度拥堵（饱和度0.6）、和严重拥堵（饱和度0.9）。 （4）转向交通比例则分析了“辅路/出口匝道”的4 种水平：辅路和出口匝道左转∶直行∶右转比例2∶1∶1、1∶1∶1、1∶2∶1和1∶1∶2。 （5）设计速度为20～60 km/h。 建立基本模型，设置车速的类别见图1。设置需要评价行车延误的路段长度见图2。 基本模型建立完成见图3。

图1 VISSIM 模型车速设置

图2 VISSIM 模型行车延误区段长度设置

图3 仿真运行图

通过控制上述试验变量进行仿真分析，该模型的因变量为“交织段内的车均延误”，分别对自变量为“车道数”与因变量“交织段运内的均延误”的仿真分析、“交织段长度”与因变量“交织段内的车均延误”的仿真分析、“辅路饱和度”与因变量“交织段内的车均延误” 的仿真分析等7 组仿真进行分析，通过控制变量的方法分析这7 个变量对交通延误的单独影响，仿真运行后输出实验数据结果。 进行单个影响因素仿真研究时取7 个变量中的1 个，其余6 个变量不变进行仿真，每次仿真时长为1 h，最后输出仿真数据，对数据进行分析研究。

3 交织段交通影响因素模型分析

3.1 “车道数”与“交织段延误”关系分析

当其他变量一致且车道数在“2～6”区间变化时，“车道数”越多“交织段内的车均延误”越大（表1）。在实际工程中，为了防止辅路与驶离匝道的车辆交织在一起，当出现交通流量大、车道多的连接路段的情况时，往往采取的措施是将隔离措施设置在辅路与匝道车辆相衔接前，这样做的目的是防止辅路与驶离匝道的车辆交织在一起，造成不必要的干扰使得延误变大[13]。 根据信号控制交叉口或转向下游路段以完成左转，车辆可以离开坡道左转。

表1 “车道数”与“交织段延误”关系情况

3.2 “交织段长度”与“交织段延误”关系分析

当其他变量一致且交织段长度在“100～300 m”变化时，“交织段长度”越大“交织段内的车均延误”越小（表2）。当车辆在入口处排队时，若辅道相邻交叉口和出口匝道衔接点的间距不够导致没有充足空间，将增加路段的交通冲突的现象，使交叉口和匝道出口的安全和交通效率受到很大影响。 因此，在设计入口匝道时，应充分设计交织段的长度。

3.3 “辅路饱和度”、“出口匝道饱和度”与“交织段延误”关系分析

当其他变量一致且饱和度在“0.4、0.6、0.9”之间变化时，“辅路饱和度”和“出口匝道饱和度”越大“交织段内的车均延误”越大（表3、4）。 在道路通行能力不变的情况下，当“辅路饱和度”高时，辅路的交通流密度大，因而前方车辆间距小，导致匝道上的车辆很难找到一个安全的空档来变道。 当“出口匝道饱和度”高时，匝道上的车辆到达率高，因而匝道上的车辆要依次找到能插入出口的辅道， 导致在匝道上车辆容易排队。 相对于“匝道饱和度”水平，辅道的通行能力越大，交织段的交织复杂程度越大。

3.4 “辅路转向比例”、“出口匝道转向比例”与“交织段延误”关系分析

当其他变量一致且转向比例在 “1∶1∶1、1∶2∶1、1∶1∶2、2∶1∶1”之间变化时，“辅路转向比例”越大“交织段内的车均延误”越大（表5）。 “出口匝道转向比例”越大“交织段内的车均延误”越小（表6）。因为出口匝道的最外侧车道在它的横向位置的地方，在匝道转弯比例增大时，离开匝道需要向左变道进入交织段的车辆比例减小，同时减少了交织段交通流的拥堵，进而减少了“交织段内的车均延误”。

表4 “出口匝道饱和度”与“交织段延误”关系情况

表5 “辅路转向比例”与“交织段延误”关系情况

3.5 “设计速度”与“交织段延误”关系分析

当其他变量一致且设计速度在 “20～60 km/h”变化时，“设计速度”越大“交织段内的车均延误”越小（表7）。 “设计速度”越高，车辆的行驶速度越高，车辆间的安全距离也需要越长，这样可以让车辆在变道时有更多的安全空隙进行选择，所以“交织段内的车均延误”越小，反之，行车速度变慢，车与车的间隔越小，不便于变道。

4 交织段长度研究

因为对交织段长度进行分析时，考虑的长度范围是100～300 m，结果分析不是很显著，所以再一次仿真分析“交织段长度”与“交织段内的车均延误”在各种情形下的关系。

根据模型分析的结果可以体现交通量对交织段的影响极其显著，为了进一步更加直观的体现进行再一次组合仿真分析，选择畅通饱和度、轻度拥堵饱和度和严重拥堵饱和度的服务水平来组合即0.4、0.6、0.9，产生9 种结果。该结果能够反映匝道流量、辅路流量的情况（表8）。

表8 交通流量饱和度组合情况

基于上述试验数据通过VISSIM 分析得出 “交织段内的车均延误”在不同交织段长度和交通流量时的情况（图4）。

图4 “交织段车均延误”与“交通流量饱和度组合”的关系曲线

由图4 可知，在“交通量”相同的情况下，其他交通环境也一致时，单独的使“交织段长度”增加会导致“交织段内车均延误”先降低再逐渐稳定。 在“交织段长度”≤300 m 时即100、200、300 m 的交织段长度情况时，“交织段长度”的增加会导致“交织段内车均延误”的程度明显，特别是饱和度组合趋向于拥堵状态时，行车延误值的差异较大；在“交织段长度”＞300 m 时，“交织段长度” 的增加导致“交织段内车均延误”的程度不明显，此时的交织段长度对延误的影响降低了，所有“交织段内车均延误”＜5 s。 综上分析，快速路出口匝道地面衔接区交织段长度最好＞300 m。

图4 中还体现了组合5 的交通量是较为理想的交通量组合，即辅路饱和度以及出口匝道饱和度都达到轻度饱和时，受交织长度的影响不大且这时的延误不高，组合5 之前的组合虽然延误不高但是考虑到资源过剩的因素应该选取最合适的饱和度组合，组合5 之后的组合随着饱和度的增加而延误显著增加。 因此，为了充分合理利用资源，辅路饱和度与快速路出口匝道饱和度均应控制在轻度拥堵饱和度水平，即0.6。

5 总结

本研究分析了交织段的影响因素，并利用VISSIM 仿真软件建立模型，通过对仿真结果进行分析研究得出结论：快速路出口匝道地面衔接区交织段长度＞300 m，辅路饱和度与快速路出口匝道饱和度在轻度拥堵饱和度即0.6 时， 通行效率是最佳的。 研究成果可为快速路出口匝道地面衔接区交织段长度的布设提供设计依据。 但研究的主要对象是出口匝道地面衔接区域的交织段， 未考虑到路段上游以及临近道路的交通运行状况对交织区交通的影响， 后续可在此基础上做进一步的深入研究。