成都天府国际机场陆侧交通仿真与评价研究

胡卫荣

(北京晶众智慧交通科技股份有限公司, 北京 100012)

1 成都天府国际机场概况

成都天府国际机场规划分为近期、远期2个阶段:近期规划目标为2025年,满足年旅客吞吐量4 000万人次、货邮吞吐量70万t、飞机起降量32万架次的目标设计;远期规划目标年为2045年,满足年旅客吞吐量9 000万人次、货邮吞吐量200万t、飞机起降量75万架次.

成都天府国际机场1期建设3条跑道,采用2条远距离平行跑道+1条与主向垂直的侧向跑道,具体如图1所示. 建设北侧航站区,由2个对称单元航站楼组成T1航站楼位于西侧,供国际和国内进出港旅游使用,T2航站楼位于东侧,供国内进出港旅客使用. 机场采用贯穿式中央机场路,分南北两个出入口,分别向北连接成都市机场高速,向南连接第3绕城高速,航站楼之间建设交通中心,涵盖城市轨道、停车、长途大巴等多种交通方式,并通过智能小车系统衔接远距离停车场. 建设北侧工作区,在靠近本期航站区的西一跑道北侧集约发展本期货运区,满足货运区本期发展需求,设置货运专用通道. 在北一跑道东北侧设置机务维修区满足航线维修及飞机大修需求.

图1 成都天府国际机场陆侧交通分布图

2 机场陆侧交通仿真与评价目标

按照“多场景、全综合、细流线、大网络”的原则,针对正常条件、恶劣天气、紧急事件、高峰客流等多种场景,在全面综合考虑通道结构组成、车型、车速、驾驶行为等因素及设计参数的基础上,细化分析各种车辆交通流线的构成、相互作用及其影响,确保对进出场区域交通网络实现多层级的仿真模拟、评估及优化.

主要目标为基于机场客流预测、现场调查及理论分析的结果,对进出航站楼区域的高架桥、空港大道、地面道路、GTC周边车行通道等区域进行全尺寸仿真模拟和评估.

1) 对照机场运营要求,对航站楼进出主要通道的参数设计、潜在拥堵区域、路网容错能力等效能进行评估分析.

2) 对进出主通道及周边区域(含远端停车区、GTC出入口区域、出租车排队候车区域、大巴上下客区域等)的通行能力、车辆交通组织、设施布局等进行仿真分析.

3) 结合仿真模型和评估评价结果,分析指出进出主通道区域潜在的通行瓶颈、设计缺陷等问题,并提出改进策略.

3 机场陆侧交通仿真与评价指标

评价指标及参考依据如表1所示.

表1 机场交通设施及评价指标及参考依据

4 机场陆侧交通仿真与评价分析

4.1 仿真与评价技术路线

成都天府国际机场为新建项目,周围路网条件及基础设施并不完善,所以首先需要通过宏观交通仿真对未来年的交通量,路网承载量,路网服务水平进行评估,并给出优化设计方案. 本次交通仿真主要借助VISUM软件进行研究分析,并将车流数据直接导入对应的微观仿真平台VISSIM中,从而实现宏微观交通仿真一体化,技术路线如图2所示.

图2 仿真与评价技术路线

4.2 路网层面(宏观)交通仿真与评价

以路网运行瓶颈路段分析和特殊天气条件下路网运行分析为例.

4.2.1 路网运行瓶颈路段分析

在近期4 480万人次的需求背景下,根据对宏观交通场景的设计,通过不同的车流来源方向分担比以及不同交通方式分担比的组合,加之流量的加压测试,从而找出路网主通道运行状况以及最大通行能力,可得出如表2所示结论.

表2 路网服务水平评价

1)在近期4 480万人次的需求背景下,机场主通道可满足服务水平C的要求;2)在近期4 480万人次基础上继续加压50%的流量,当成都方向分担比达到70.4%时,进离场隧道将服务水平将达到临界D状态;3)在近期4 480万人次基础上继续加压80%的流量,当成都方向分担比不低于60.4%时,空港大道将服务水平将达到临界D状态;4)在近期4 480万人次基础上继续加压80%的流量,当成都方向分担比达到65.4%时,进离场隧道将服务水平将出现严重拥堵的E状态.

4.2.2 雨雪天气条件下路网运行分析

参照HCM2000[8]第22章中不同天气条件下自由流速度折减系数,本次仿真对于中小雨天气,期望速度折减10%,对于大雨、小雪天气,期望速度折减15%. 该评价路段主要分为3部分,第1部分为抽检场至航站楼,全长3.4 km;第2部分为航站楼内出租车接客段,全长1.6 km;第3部分为航站楼至抽检场,全长3.4 km. 评价结果如图3所示.

图3 不同天气下各路段车速变化

自由流速度折减10%时,抽检场至航站楼路段平均运行速度下降11.3%,航站楼至抽检场路段平均运行速度下降14.7%;当自由流速度折减15%时,抽检场至航站楼路段平均运行速度下降47.7%,航站楼至抽检场路段平均运行速度下降38.1%. 出租车接客路段位于航站楼内,其平均运行速度受天气影响较小.

以上结果表明,在大雨天气下,由于受到视距不良、路面附着系数低等因素影响,车辆整体运行缓慢,高峰时段,进场隧道及离场隧道内车辆运行受影响较大. 在特殊天气下,隧道内发生交通事故的概率也会增大,因此确保隧道内车流平稳运行是雨雪天气下交通管控的关键一环.

4.3 道路层面(中观)交通仿真与评价

以通道瓶颈点分析为例,在仿真软件可实时输出路段车流密度及车辆运行速度,根据值的大小分配不同的颜色. 基础场景下机场路网行车密度和车辆运行速度如图4所示.

图4 机场路网行车密度及车辆运行速度

由图4可见:主进场道路及主离场道路为路网中的繁忙路段,车辆运行速度较低,车流密度大,由于所有进出航站楼接送客车流必须经过进离场隧道,因此进离场隧道成为整个机场的咽喉要道. 进场隧道发生拥堵,所有进入航站楼方向车流受到影响,可能导致乘客登机延误,同时,由于接客车辆无法进入航站楼,将导致到港人流聚集. 离场隧道发生拥堵,接送客车辆无法驶出航站楼,将导致大量车流、人流在航站楼聚集,到港旅客消散困难. 在仿真过程中同样也发现,进离场隧道为整个路网最繁忙路段,因此进离场隧道阈值,也将会是整个机场在近期的运行阈值,进离场隧道是否能满足设计年限高峰小时需求对于整个机场运行至关重要.

进场隧道的现状设计方案中车道数为4,原始方案隧道内不允许车辆变换车道,出隧道口后交织段为5车道,该段长度51 m. 分别从3种情况分析:

1)方案1没有任何诱导措施,只有少部分车辆在进入隧道口前变换车道,大部分车辆出隧道口后才意识到变换车道,交织流量比大.

2)方案2车流进入隧道前便进行诱导,诱导遵从率在50%～60%.

3)方案3车流进入隧道前进行多级诱导,诱导遵从率在80%以上,使大部分车辆在进入隧道前完成变道,只有少部分车辆在出隧道口变换车道,交织区交织流量比小.

仿真结果如图5所示,方案1交织路段仅有51 m,可供车辆变道距离短,在高峰时段,驾驶员对路网熟悉的情况下,进场隧道阈值为3 800 pcu/h;

图5 进场隧道流量阈值

对于方案2,增加交织区长度至71 m,车辆经过菱形立交交织区后便进行诱导换道,诱导进入航站楼高架层的车辆在最外侧2车道行驶,去往航站楼地面层的车辆在最内侧行驶,减少在出隧道口后的换道行为,此时通行能力最大为4 300 pcu/h;

对于方案3,增加交织区长度至81 m,同时在进入隧道口前诱导,最大通行能力为4 500 pcu/h.

当隧道内允许变道时,加压测试分析,进场隧道阈值4 600 pcu/h左右,可满足高峰小时需求(进场高峰:4 411 pcu/h).

根据以上分析结果,保守估计路网阈值为4 100 pcu/h,而在实际运行过程中,受以下因素影响,路网阈值可达4 500 pcu/h以上.

1)在仿真过程中,隧道内不允许车辆变道,部分低速行驶车辆将对整个车流产生较大影响,而在实际运行过程中,少部分车辆会在隧道内变道.

2)对于公共类车辆(机场大巴、长途大巴、出租车),其占比在50%以上,此部分车辆驾驶员对路网较熟悉,其中大部分会在进入隧道之前完成变道,减小在隧道出口的交织流量比.

4.4 节点层面(微观)交通仿真与评价

以进/离场隧道交织区为例,过境车辆指的是不以送客、接客或在机场工作为目的,而利用空港大道和穿场隧道直接通过机场区域的车辆. 进/离场隧道交织区的局部车流交织情况如图6所示,其中红色箭头代表过境车辆的路线,黄色箭头代表进场与离场车辆的路线. 进/离场车辆与过境车辆的流线存在交织,对车流运行产生干扰.

图6 进/离场隧道交织区的局部车流交织示意图

参考《Highway Capacity Manual 2010》[8],选取交织区的车道密度、平均行程时间、平均行程速度为评价指标. 当交织区长度约235 m,仿真评价结果如图7～9所示. 其中,西侧交织区是指车辆从空港大道北端进入的交织区,东侧交织区是指车辆从穿场隧道进入的交织区.

图7 交织区车道密度评价

图8 交织区行程车速评价

图9 交织区行程时间评价

根据交织区车道密度评价结果,西侧交织区的车道密度高于东侧交织区,尤其是在空港大道与穿场隧道的流量之比较小时更加明显. 当空港大道与穿场隧道的流量之比为70%/30%、增加30%的过境交通量时,西侧交织区的车道密度比东侧交织区的高19.3%. 如果控制过境交通量不变,降低空港大道与穿场隧道的流量比,则西侧与东侧的交织区车道密度均上升. 例如当过境交通量为0%时,空港大道与穿场隧道的流量比为70%/30%与94%/6%的情形相比,西侧交织区的车道密度增加了24.4%、东侧交织区的增加了21.6%. 如果控制空港大道与穿场隧道的流量比不变,增加过境交通量,则车道密度同样会上升. 当空港大道与穿场隧道的流量比为70%/30%时,过境交通车辆比例每增加10%,则西侧交织区的车道密度平均增加9.8%.

根据交织区平均行程速度的评价结果,西侧交织区的行程速度容易受到干扰,东侧则变化不明显. 当空港大道与穿场隧道的流量之比较大时,西侧交织区的行程速度更高;当流量比下降时,西侧交织区的行程速度降低. 以过境交通量占0%的情形为例,空港大道与穿场隧道的流量比为70%/30%与94%/6%的情形相比,西侧交织区的行程速度下降了21.3%. 过境交通量的影响略低于流量比变化造成的影响,但是过境交通量增加时仍然会造成西侧交织区平均行程的速度略微下降,尤其是在过境交通量比例较小时,下降趋势更加明显. 以空港大道与穿场隧道的流量比70%/30%为例,过境交通量增加30%与无过境车辆的情形相比,西侧交织区的平均行程速度降低了6%.

根据交织区平均行程时间的评价结果,西侧交织区的平均行程时间较东侧交织区的更加容易受到影响. 平均行程时间最短的仿真情形是空港大道与穿场隧道的流量比为94%/6%并且没有过境交通量的情形. 随着空港大道与穿场隧道的流量比减小以及过境交通量增加,平均行程时间快速增加,特别是在过境交通量较大时,交织区的平均行程时间增加很快. 当空港大道与穿场隧道流量比为70%/30%时,增加30%与0%过境交通量的情形相比,西侧交织区的平均行程时间增加了35%.

保持空港大道与穿场隧道的流量比较大、同时减小过境交通量,有助于降低交织区的车道密度、提高交织区平均行程速度以及降低交织区的平均行程时间.

当交织区长度约335 m时,以交织区速度55 km/h为阈值,利用交通仿真找出不同情景下的过境交通量比例阈值及通行能力,如表3所示. 阈值的确定参考了《城市道路工程设计规范》CJJ37—2012[7],设计速度为80 km/h时,路段平均行程速度低于55 km/h则脱离稳定流,进入饱和流.

表3 交织区过境交通量比例阈值及通行能力

对于进/离场隧道交织区,应尽量减少过境车辆. 这部分车辆将增加机场主机场及主离场道路的负荷,增加机场区域道路拥堵的概率,必须进行管理与控制. 根据交织区仿真结果,当过境交通量增大时,将会造成交织区的车道密度提高、平均行程速度降低以及平均行程时间增长. 因此提出两种需求管理建议:一方面,可在机场外围道路设置诱导屏,实时显示机场内部道路的交通运行状态,并且为驾驶员提供外围道路的通行路径;另一方面,可考虑利用车辆检测手段,对从机场区域过境的车辆征收费用,利用价格杠杆的作用,减少部分过境交通量.

5 结论和建议

本文基于宏、微观交通仿真软件对成都天府国际机场的陆侧道路交通进行宏微观一体化的交通仿真分析与评价. 从路网层面分析,整体路网容错性好,进场隧道分流区为机场瓶颈点,雨雪天气下进场隧道及离场隧道内车辆运行受影响较大,建议适当设置可变限速车道,提高路网整体运营水平,以及适当设置可变情报板,便于及时发布路况信息;从通道层面分析,机场周边路网承载阈值为4 100 pcu/h,进场隧道分流区为机场瓶颈点,会制约整个机场的服务水平,建议通过诱导车辆提前换道能显著提高瓶颈点通行能力;从节点层面分析,进离场交织区通行能力大于现状高峰小时需求,不会产生拥堵,建议适度控制过境交通量,降低过境交通对机场主通道的影响.