基于VISSIM仿真的一种桥下 道路环形交叉口设计思路

摘要 在进行城市高架桥桥下道路建设时，经常会出现由于桥桩等构筑物的影响而形成的特殊交叉口，造成交通流线错位，从而影响交叉口整体通行能力，形成堵塞节点。文章针对该类情况，通过对武汉东西湖区四环线桥下道路与壮志路交叉口采用VISSIM交通仿真，分析了相同流量下信号控制一般交叉口和环形交叉口的通行服务水平，验证该类交叉口采用环形交通组织形式的设计思路。

关键词 桥下道路;环形交叉口;VISSIM交通仿真;交通组织设计

中图分类号 U491文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）11-0049-03

引言

为了解决城市交通拥堵的问题，高架桥的建设出现在越来越多的城市干道上，城市土地寸土寸金，桥下空间的合理利用也越来越受到人们的关注。桥下空间的利用方式主要有：绿化景观、桥下道路、停车场地、仓储、市政设备构筑物、商业休闲设施等。其中桥下道路因其能更加充分地利用空間，同时能作为干路交通的补充和转移通道，是大部分桥下空间利用的首选方式。该文通过使用VISSIM软件对桥下道路特殊交叉口进行交通仿真，研究针对桥下道路交叉口的交通组织设计优化。

1 桥下道路平面交叉口设计

交叉口是两条或者以上道路在某处的交汇点，是实现车辆、行人汇集、转移、疏散等交通功能的重要节点。道路交叉口根据交叉形式的不同主要分为平面交叉口和立体交叉口两大类，其中平面交叉口根据其不同的交通组织形式又分为信号控制交叉口、无信号控制交叉口、环形交叉口等。

平面交叉口的设计要点主要为：匹配路段与交叉口进出口的通行能力;根据交通流量设计规划车道设置及信号控制;妥善处理机动车、非机动车、行人之间的干扰因素;满足车辆行驶视距的要求，避免障碍物遮挡视线;平面及竖向设计平缓，满足行车安全和排水通畅;节约用地，合理拆迁等。

桥下道路交叉口由于桥桩等构筑物的影响，造成交叉口异形错位，行车视距不足，车辆行驶流线不佳，交织冲突段增加，影响车辆转换相位的设置。最终导致桥下道路交叉口整体通行能力下降，成为整条道路的通行瓶颈，造成交通堵塞、延误[1]。针对这类交叉口，在进行交通组织设计时，应更加注意车辆行驶流线的安全与通畅，保障交叉口的整体通行能力。在进行交通组织设计时，可采用交通仿真模拟的形式，模拟车辆行驶情况，找到导致交通拥堵的症结所在，不断优化设计。

2 VISSIM交通仿真

VISSIM是德国PTV公司开发的一种微观的、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用以城市交通和公共交通运行的交通建模。它可以分析各种交通条件下，如车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具。

VISSIM软件针对交叉口可以自行定义车辆速度、行驶路线、车流量、交通信号配时等，能够模拟现实生活中的驾驶习惯，评估交叉口的排队时间、停车次数、延误时间等相关参数，从而判断交叉口的整体通行情况[2]。

3 实例分析

3.1 项目概况

工程位于武汉市东西湖区，为武汉四环线东西湖段桥下空间配套工程，现状四环线为宽度40.5 m的高架桥形式高速路，桥下空间设计为双向四车道，设计车速40 km/h的城市次干路。相交道路壮志路为城市次干路，红线宽度40 m，设计车速40 km/h。该次研究节点为四环线桥下道路与壮志路交叉口的交通组织设计优化。交叉口平面布置如图1所示。

3.2 存在的问题及解决思路

四环线桥下道路与壮志路交叉口东西向中心线错位，南北向道路断面不一致，且交叉口中心存在桥桩影响。按照一般交叉口设计，车辆交通流线不流畅，交织冲突点众多，车辆左转困难，直接造成交叉口通行能力下降。

交叉口北侧为四环线桥下道路，为双向四车道，每条车道均由桥桩位置的绿化带隔离开，南侧为四环线桥下道路，为双向四车道，车道位于桥桩两侧，进口道和出口道由整个38 m桥桩范围的绿化带隔离，东西侧为壮志路，断面一致，为一块板双向六车道，

根据当地交通局的要求，要保留交叉口的左转功能，尽可能优化交通路线，减少车辆冲突点。考虑到交叉口两条道路均为新建道路，且项目地点为东西湖区新城区，短期内交通量不大，故考虑将该交叉口设计为环形交叉口，实现完善的交通功能，同时通过配置信号控制，能够有效增加环形交叉口的通行能力。环岛中心为椭圆形，长轴37.5 m，短轴31 m，设置3条环形车道，环形交叉口交通组织布置平面如图2所示。

3.3 VISSIM交通仿真分析

通过VISSIM交通仿真软件，对交叉口高峰小时交通量进行仿真模拟，运用参数对照验证环形交叉口的可行性及对交叉口通行能力提升的价值。该次拟对照2种交通组织形式进行仿真模拟，第一种为理想模型下信号控制一般交叉口，即不考虑车辆实际的转弯半径等需求，将该交叉口设计为由信号控制下的一般十字交叉口，该模型虽不具备实际实施条件，但可作为其他交叉口形式通行能力的理想对照。第二种为环形交叉口交通组织，同时在环形交叉口基础上进行信号控制优化，以提升交叉口整体通行能力。

由于相交两条道路均为新建道路，根据交通预测结论，近期2026年四环线桥下道路高峰小时交通量为1 048 pcu/h，壮志路为1 320 pcu/h，道路路段服务水平均为A级。故该次仿真分析按此预测高峰小时交通量进行，左转、直行、右转比例分别暂定为20%、60%、20%。各进口道交通流量分布如表1所示。

3.3.1 理想模型下信号控制一般交叉口仿真分析

不考虑车辆转弯所需的转弯半径，充分利用桥桩之间的距离，建立理想情况下一般信号十字交叉口的仿真模型。东西向设置左、右转专用车道，南北向进口两条车道分别为直左车道和直右车道，错位车道通过桥桩之间的空间通行。8FCF7DE9-F5F6-47F8-9F54-16AF475F9C61

采用Webster 配时方法对该交叉口进行信号相位配时计算和优化。通过计算得出最佳相位周期为118 s，共设置三个相位，其中一相位40 s为东西直行相位，二相位14 s为东西左转相位，三相位55 s为南北通行相位，黄灯时间3 s，不设置全红时间。

将流量数据和信号配时方案输入VISSIM仿真运行，由于仿真开始时车辆到达交叉口需要一定时间，车流不稳定，待系统车流稳定后进行评价。仿真时间600 s，数据采集时间为100～500 s，每250 s采集一次数据，选取平均排队长度、最大排队长度、平均延误时间、平均停车次数4个参数指标对交叉口整体通行能力进行评价，得出仿真结果如表2所示。

根据信号交叉口服务水平分级标准可知，理想模型下的信号控制十字交叉口的服务水平为一级。

3.3.2 环形交叉口仿真分析

将该交叉口交通组织形式改为环形交叉，车辆驶入环岛作逆时针单向行驶，直至到路口离岛驶出。环形交叉口具有冲突点少、车辆连续、行驶安全、便于管理等优点。对于交通量不大的交叉口，环岛设计是一种良好的交通组织形式。

按相同的交通流量进行仿真运行，不设置信号控制的情况下，环形交叉口的仿真结果如表3所示。

根据我国无信号交叉口服务水平等级划分标准，不设置信号控制的环线交叉口平均延误大于30 s，服务水平降为二级。

由仿真结果分析，由于该交叉口中心岛半径过小，车辆环行距离较短，且不受信号管制，当交通量较大时，进入环岛车辆就将行驶缓慢，排队滞留，甚至直接锁死，造成交通堵塞，严重影响交叉口的通行能力。

为解决环形交叉口在交通流量较大时产生拥堵的问题，可以采用信号控制的方式，周期性地分配各个方向的通行权，避免同时进入环岛的车辆过多而造成排队滞留。

常用的环岛信号控制主要分为进口信号控制和左转二次信号控制等方式，左转二次信号控制由于车辆进出环岛要受两次信号控制，信号配时复杂，更加适合于大交通流量和大型环岛交叉口使用。结合该例情况，四环线桥下道路—壮志路环形交叉口采用两相位的进口单重信号控制方式。

该环形交叉口设置东西方向和南北方向两个通行相位，由于两个相位流量基本相当（南北向交通流量为1 048 pcu/h，东西向除去独立右转流量为1 056 pcu/h），采用Webster配时方法进行信号相位配时计算[3]，两个相位均为50 s，黄灯时间3 s，不设置全红时间，相位周期为106 s。

将流量数据和信号配时方案输入VISSIM仿真运行，仿真时间600 s，数据采集时间为100～500 s，每250 s采集一次数据，得出仿真结果如表4所示。

根据信号交叉口服务水平分级标准可知，信号控制环形交叉口的服务水平为一级，能够满足新建交叉口的通行要求。

3.3.3 仿真结果对比分析

通过对上述交通组织模型的仿真运行，可以看出不设置信号控制的环形交叉口在交通流量较大的情况下，交叉口的整体通行能力下降较明显，而通过对环形交叉口增加信号控制，可以改善这种状况。对比情况如表5所示。

信号控制的环形交叉口与理想模型十字交叉口仿真结果对比，环形交叉口平均排队长度增加6.295 m;由于十字交叉口模型东西向直行与左转交织长度过长，环形交叉口最大排队长度减少8.23 m;环形交叉口平均延误时间增加10.585 s;环形交叉口平均停车次数增加0.86次。总体情况，在较大交通流量的交叉口交通组织设计中，环形交叉口的通行能力通常不如信号控制的一般交叉口，但通过对环形交叉口进行信号控制，合理调整信号相位配时，可以基本接近一般信号交叉口的通行服务水平，达到设计要求。后期随着交通流量的增加，依旧可以通过调整信号相位配时方案、更改信号控制方式等措施对交叉口通行能力进行相应提升[4]。

4 结语

该文以武汉四环线桥下道路与壮志路交叉口交通组织设计为例，通过VISSIM交通仿真软件，建立信号控制的一般十字交叉口和环形交叉口的仿真模型，在预测相同交通流量的情况下，针对软件得出的参数指标评价交叉口的整体通行能力和服务水平。通过对比分析，得出对于桥下道路交叉口，由于受桥桩等构筑物影响而使得交通组织不畅的情况下，可以考慮环形交叉口的交通组织形式，通过增加信号控制，也能够达到与信号控制的一般交叉口基本相当的通行服务水平，满足设计需求。

参考文献

[1]严静星. 城市高架桥下地面道路交通组织设计研究[J]. 建筑技术开发， 2020（13）： 130-131.

[2]谢正全. 基于VISSIM的实时数据交通仿真技术的应用研究[D]. 成都：西南交通大学， 2010.

[3]薛昆， 杨晓光， 白玉. 给定周期条件下环型交叉口优化控制方法研究[J]. 公路交通科技， 2004（21）： 83-87.

[4]刘南云. 信号控制环形交叉口微观交通流信息采集与分析[D]. 重庆：重庆交通大学， 2016.

收稿日期：2022-03-24

作者简介：陈尧（1988—），男，硕士研究生，工程师，研究方向：路桥设计。8FCF7DE9-F5F6-47F8-9F54-16AF475F9C61