高速公路與城市道路銜接適應(yīng)性研究

高速公路與城市道路銜接適應(yīng)性研究

0高速公路進出口與城市道路銜接影響因素分析從本質(zhì)上講，道路是指根據(jù)城市空間規(guī)劃的相關(guān)交通條件，主要為城市及其自身服務(wù)的道路。城市道路交通是城市的生命線，是城市經(jīng)濟活動的重要動態(tài)載體。高速公路則主要是連接城市與鄉(xiāng)村、城市與城市之間的交通要道綜合目前的研究及實踐狀況，國內(nèi)外學(xué)者及決策管理部門對于高速公路進出口與城市道路的銜接做了很多工作，既有宏觀層面的規(guī)劃控制選點和規(guī)?？刂?、中觀層面的路網(wǎng)形態(tài)布局(1）從宏觀角度看，高速公路與城市道路銜接受到區(qū)域交通發(fā)展規(guī)劃、城市空間形態(tài)等因素影響，主要是從銜接理論與方法、功能定位等角度進行分析，歸納并總結(jié)了銜接的關(guān)鍵點。吳兵、黃國柱、高健智等人(2）從微觀角度看，主要是對銜接部通行能力、服務(wù)水平等指標(biāo)進行分析，并提出通行能力計算模型。廖固國內(nèi)外很多學(xué)者在銜接互通的規(guī)劃布局等方面的理論研究與實踐成果已經(jīng)十分豐富，本文則主要綜合國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗和湖南省公路與城市道路管理體制，在實際調(diào)研數(shù)據(jù)與仿真實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從微觀角度分析高速公路與城市道路銜接要點，并提出銜接部的一般性適用要求，希望對讀者有一定的參考價值。1連接道路和城市的目標(biāo)和影響因素1.1高速公路銜接優(yōu)化的必要性由于城鎮(zhèn)體系的劇烈變化、城市規(guī)模的大幅度擴張，不可避免的使高速公路進出口與城市道路在功能銜接、結(jié)構(gòu)銜接和通行能力銜接方面的問題日益增多，并在短期內(nèi)集中顯現(xiàn)。其銜接優(yōu)化對于提高高速公路運行效率，改善城市建設(shè)環(huán)境、提升居民交通安全具有重要意義。從解決實際問題和有利于城市長遠發(fā)展的角度出發(fā)，高速公路與城市道路銜接必須要有效緩解高速公路出入口交通擁堵和降低事故發(fā)生率，提高高速公路服務(wù)效率；同時，應(yīng)加強高速公路對城市的服務(wù)能力，為城市居民提供優(yōu)質(zhì)、可靠、便捷、安全的出行條件。在對高速公路與城市道路銜接優(yōu)化分析時，必須統(tǒng)籌考慮這兩個目標(biāo)，以獲得綜合利益最大化。1.2關(guān)于高速公路與城市道路銜接問題高速公路與城市道路銜接體系是一個綜合體系，其影響因素多。一方面，在對城市道路交通體系進行規(guī)劃時，需從構(gòu)建區(qū)域交通發(fā)展圈的角度出發(fā)，認(rèn)真考慮高速公路與城市道路銜接問題；另一方面，我們還需對城市空間發(fā)展問題進行深入研究，以保證城市遠期空間擴展的需要。銜接工程往往伴隨著大型的多層立交而具有獨特的交通與環(huán)境特征，必須充分重視它與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，保持和延續(xù)城市特色與文明，滿足資源節(jié)約和環(huán)境友好的要求。同時，從交通工程角度出發(fā)，銜接工程還應(yīng)滿足通行能力相互匹配的功能要求。2高速公路與城市道路連接的適應(yīng)性分析2.1高速公路出入口的一般要求高速公路是連接市（縣）主要城鎮(zhèn)、旅游景點、港口、碼頭和車站等交通的紐帶。大量的理論研究表明函數(shù)擬合R以上規(guī)律表明，城市經(jīng)濟總量越大，城市對外出行需求越高，要求高速公路出入口數(shù)量越大。為此，筆者結(jié)合湖南省各市州近幾年的經(jīng)濟總量數(shù)據(jù)，對不同城市設(shè)置出入口提出一般性適應(yīng)要求如下：對于經(jīng)濟總量小于200億元的絕大多數(shù)小城市，應(yīng)設(shè)置一處落地互通；對于經(jīng)濟總量200～500億元的中等城市，設(shè)置兩處落地互通為宜；對于經(jīng)濟總量為500～1000億元的城市，至少設(shè)置三處落地互通；對于經(jīng)濟總量在1000～2000億元的城市，至少設(shè)置四處落地互通；對于經(jīng)濟總量在2000億元以上的城市，至少設(shè)置六處落地互通。上述結(jié)論源于實際數(shù)據(jù)的簡單分析，根據(jù)函數(shù)擬合的結(jié)果提出了不同城市高速公路出入口規(guī)模的基本要求。下面從微觀層面分析每個落地互通與城市道路銜接的問題，旨在解決落地互通通行能力瓶頸，降低互通出行的擁堵概率。2.2匝道效率與匝道流場分析為提高分析的科學(xué)性，我們獲取了湖南省404個互通收費站的進出口流量數(shù)據(jù)與收費站收費車道組成數(shù)據(jù)。同時，根據(jù)規(guī)范將收費站分為A和B型，其中A型收費站是指三個進口道五個出口道收費站，B型收費站指五個進口道七個出口道收費站。目前，湖南省絕大部分收費站基本為A型收費站，且一般由2個ETC收費車道和6個MTC車道構(gòu)成。經(jīng)統(tǒng)計分析，湖南省收費站出入口平均日交通量在2000～7000輛/天，各出入口流量分布如圖2所示。一般情況下，收費站MTC車道排隊長度比ETC車道長，因此，在本文中我們僅選取MTC車道進行收費站排隊長度分析，并通過排隊長度指標(biāo)判別城市道路與高速公路銜接部的銜接適應(yīng)程度。為使研究成果更具針對性，分析湖南省2019年3～5月ETC和MTC車道車輛分布情況，并在本文中取平均值，即全省收費站ETC車輛數(shù)和MTC車輛數(shù)比例為33.4:67.6。根據(jù)《公路聯(lián)網(wǎng)收費技術(shù)要求》規(guī)范要求式中，λ,μ,s三個輸入?yún)?shù)代表車輛到達率、車輛平均服務(wù)率和MTC車道數(shù)。為此，以湖南省各收費站的流量為基礎(chǔ)，分別計算得到A、B型收費站的排隊長度，如圖3所示。由圖3可以得到以下結(jié)論：匝道高峰小時流量低于300pcu/h時，“三進五出”標(biāo)準(zhǔn)收費站平均等候車輛數(shù)為3輛及以下，此時收費廣場運行正常；當(dāng)高峰小時流量超過300pcu/h時，排隊長度會繼續(xù)增加，收費廣場出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象；當(dāng)高峰小時流量達到450pcu/h時，排隊溢出，服務(wù)水平大大下降，應(yīng)采用“五進七出”收費站。值得一提的是，采用排隊論計算等候車輛數(shù)，當(dāng)車輛到達達到臨界點時，排隊長度會迅速增加。為科學(xué)驗證該理論模型計算排隊長度的準(zhǔn)確性，本文采用德國PTV公司的VISSIM交通仿真軟件進行情景建模分析，并在此基礎(chǔ)上進一步分析了匝道與城市道路的銜接能力問題?？紤]到不同仿真參數(shù)帶來不同的仿真結(jié)果，本研究仿真實驗中的參數(shù)原則上采用規(guī)范設(shè)計值、實際調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計分布函數(shù)或者統(tǒng)計平均值等在仿真模型中，設(shè)置兩組排隊檢測器：其中第一組檢測器編號(1)(2)分別檢測斷面A（收費廣場處）排隊長度，第二組檢測器編號(3)(4)檢測斷面B（城市道路交叉口處）排隊長度?？紤]到目前高速公路匝道一般為單向單車道或單向雙車道，仿真只建立了單車道匝道模型，如果仿真中單車道匝道出現(xiàn)大面積擁堵，則認(rèn)為此時應(yīng)采用雙車道匝道以提高通行能力。同理，采用湖南省“三進五出”的標(biāo)準(zhǔn)形式的收費站（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)收費站）進行仿真實驗。仿真實驗分析匝道高峰小時流量（單位pcu/h）變化區(qū)間為[100,800]（參考湖南省匝道數(shù)據(jù)流量分布特征形成該變化區(qū)間），以及收費站連接的城市道路車道數(shù)變化區(qū)間為[1,4]情形下，斷面A和斷面B的排隊長度變化如圖5和表1所示。根據(jù)仿真實驗輸出結(jié)果，得出以下規(guī)律：（1）匝道高峰小時流量達到300pcu/h時，標(biāo)準(zhǔn)“三進五出”收費站排隊長度為2.8輛，此時收費站仍運行正常；（2）匝道高峰小時流量達到500pcu/h時，標(biāo)準(zhǔn)收費站排隊長度為8.3輛，此時收費站持續(xù)排隊，出現(xiàn)輕微擁堵現(xiàn)象；匝道流量低于600pcu/h時，采用單向雙車道城市道路銜接可滿足通行能力要求，此時交叉口排隊長度為0～4輛；當(dāng)匝道流高于600pcu/h時，應(yīng)采用單向三車道城市道路銜接以滿足通行能力要求。（3）匝道高峰小時由600增加到700pcu/h時，排隊長度激增，收費站擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重；（4）匝道高峰小時流量達到800puc/h時，收費站基本癱瘓；（5）匝道高峰小時流量低于300pcu/h時，可采用單向單車道的城市道路與收費站相連，但由于銜接功能不搭配，因此不推薦單車道；（6）當(dāng)匝道流量高于800pcu/h時，排隊長度溢出，應(yīng)采用雙車道匝道以提高通行能力，防止高速主線出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。從VISSIM交通仿真結(jié)果來看，當(dāng)流量低于某一臨界點（本文中“三進五出”收費站的臨界點為450pcu/h），采用排隊論M/M/S模型計算結(jié)果基本上可信。但當(dāng)高于臨界點時，采用排隊論計算出來的排隊長度與仿真有一定的差異，后續(xù)將進一步對該模型進行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整與修正。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢愿鶕?jù)以上分析，總結(jié)高速公路與城市道路通行能力銜接一般性適用要求如表2所示：4高速