冯 宝

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

为衔接枢纽建筑本体与外围集疏运路网，建设专用、封闭的快速集散道路系统，为枢纽建筑本体客运提供快速集散服务。枢纽快速集散系统与一般城市快速路集散系统有所区别。枢纽快速集散道路承担进出枢纽的道路交通需求，高峰时段交通量集中，交织段车流量很大。同时，枢纽内部用地紧凑，道路设施密集，各项设计指标趋于极限。枢纽快速集散道路连接外围快速道路与内部车道边，设计车速体现了衔接过渡的功能，低于城市快速路。其中，高架循环圈为40 km/h，匝道为30～40 km/h。

现有快速路设计规范《城市快速路设计规程》（CJJ 129—2009）中，关于各类交织段相关规定，仅对主线设计车速为60/80/100 km/h的情况有所研究。枢纽快速集散系统设计标准低于城市快速路主线，且高于一般立交，为解决设计中面临的参数选择问题，需要对枢纽快速集散系统相关参数取值进行深入研究。

1 枢纽交织段

1.1 定义

从狭义的角度来看，行驶方向相同的两股或多股交通流，不借助交通控制设施实现车道交叉变换的过程，在相当长的路段上即构成了交织行为[1]。枢纽快速集散道路主要由服务不同方向车流主线和匝道组成。匝道的行驶特性在集散道路整体运行中占据十分重要的地位。从广义的角度来看，凡是因车辆的车道变换而引发的紊乱和交织冲突行驶区间都可纳入枢纽快速集散道路交织段的研究范畴。

1.2 组成

枢纽快速集散道路交织段与连续流运行状态下的普通高速公路类似，由合流区或分流区构成。来自不同方向的车流在连接点处汇合，形成合流区；前往不同方向的车流在连接点处分离，形成分流区。由于驾驶员必须进入适合他们的车道，在合流处寻找可插空隙，或在分流处车道重新分布的过程中发生车道变换，则形成受紊流支配的交织区（见图 1、图 2）。

图1 典型交织段示意图

1.3 分类

枢纽快速集散道路交织段的构型涉及路段的入口车道和出口车道的相对位置和数量，并且对必须在路段上进行车道变换的次数存在重大影响，是决定交织性能的关键几何特性。

图2 典型交织段运行示意图

根据车辆从支线道路进出主线道路的顺序，可将枢纽快速集散道路交织段分为“驶入-驶出式”、“驶入 - 驶入式”、“驶出 - 驶入式”、“驶出 -驶出式”等4种基本方式。在枢纽集散道路中，交织段的宽度在设计中会根据上下游路段的情况调整，由此将导致进出主线的车辆在交织段范围出现需要并道、分道行驶或上下游车道数一致两种情况。基于交织段上下游的车道平衡情况，将4种基本布置方式进一步细化为8种类型（见图3）。

图3 枢纽集散道路交织段的分类

2 交织段通行能力

交织段通行能力的影响因素众多，如交织区类型、交织区长度、交织区内车道数及交织流量比等，使得交织段不像基本路段那样有所谓的理想条件。运用当前比较成熟的交通流理论模型和交通仿真模型，结合部分实测数据，通过实验方案设计，改变输入条件，即可得到不同条件组合下的通行能力参考值，具有较好的适用性。

2.1 通行能力的影响因素

枢纽快速集散道路交织段为连续流，通行能力受外界因素的影响较小。影响因素主要为自身的几何构型和交通运行条件。

2.1.1 几何构型条件

交织段的长度L，即交通分合流点的起点和终点之间的距离（见图4）。它对交织段运行的影响表现为驾驶员驾驶汽车通过交织段时的操作紧迫程度。枢纽快速集散道路中交织段的主要研究范围为 40～200 m。

图4 交织段长度示意图

2.1.2 交通运行条件

交织段的总流率Q，即交织段的交通需求。枢纽快速集散道路交织段的交通需求取决于主线和匝道的流量、流向。

交织段的交通量比VR，即交织车流与总流率的比值。一般情况下，交通量比VR越大，交织段通行能力越小。本研究中，枢纽快速集散道路中选取交通量比VR=0.25～1.0作为研究参数。图5为交织比分别为0和1的交织行为示意图。

图5 交织量比分别为0和1的交织行为示意

交织段的设计车速V，即主线和支线的车辆设计速度。通常，车速越高，通行能力越大。枢纽快速集散道路中交织段的主线设计速度一般为40 km/h和60 km/h，匝道设计速度为主线速度的0.5～0.7。

交织区内车型比例，即交织段内运行的不同车辆类型及其比率。枢纽快速集散道路中交织段运行的车辆主要为小客车和大客车，比率分别为90%和10%。

2.1.3 其他因素

其他因素还包括平面线形、纵向坡度、交通标志诱导等。通常在平面线形较好、纵坡小、先前有较好引导的情况下，交织段的通行能力会大一些。

2.2 交织段通行能力仿真

本研究采用微观仿真模型VISSIM，以单个车辆单元为分析单位，细致反映车辆的跟车、换车道行为，以车辆单元间的相互制约关系为函数关系，确定车辆某一时刻具体的位置、速度、加速度等车辆参数。

参照虹桥综合交通枢纽高架快速集散系统的设计，对枢纽快速集散道路的交织段按照8种不同的结构类型，40 km/h和60 km/h两种设计速度，不同的交织段长度进行交叉分类，并利用微观交通仿真软件VISSIM构建不同的交织段模型，分析不同交通运行状况下的通行能力[3]。

3 交织段设计参数

3.1 服务水平

交通设施对应不同的交通需求和运行特征，提供不同的服务质量。服务水平是对特定交通需求下交通设施所提供的服务质量的度量。服务水平的评价通常可得到密度、速度、延误、饱和度和服务交通量等指标。它们通常适用于不同类型的道路。

本研究将交织段的服务水平划分为A至D共4个级别，其中A级服务水平运行状况最好，D级最差。每一级对应不同的驾驶条件和交通状况。表1为枢纽快速集散道路交织段服务水平等级建议值。

表1 枢纽快速集散道路交织段服务水平等级建议值

3.2 设计参数

基于前面的仿真分析，可得到A、B、C、D 4级服务水平下8种不同类型交织段、不同设计长度时的通行能力。

VR取其他值时，可以上述仿真分析结果为依据，运用HCM的交织段“密度-流量”计算公式得到对应服务水平的通行能力：

式中：Wi为交织段的行车密度，pcu/km/ln；VR为交织段的交通量比；Q为交织段的总流率，pcu/h；N为交织段的车道数，条；L为交织段的长度，m；a，b，c，d 为计算参数。

图6为交织段密度-VR关系图。图7为不同长度交织段的通行能力。

图6 交织段密度-VR关系

图7 不同长度交织段的通行能力

通过与已有规范《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012）、《城市快速路设计规程》（CJJ 129—2009）对比分析，本研究中提出的枢纽快速集散道路交织段设计建议值（见表2），基本介于《城市快速路设计规程》（CJJ 129—2009）关于城市快速路主线与《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012）关于立交匝道的标准之间[1，3]，即枢纽快速集散道路的交织段，其运行车速相对快速路主线而言期望值降低，确保通行能力而不追求高的车速。但是，相对立交匝道出入口而言，标准则有所提高，使得枢纽快速集散道路系统能够维持一定的服务水平，满足枢纽地区快速集散的需求。

4 交织段安全分析评价

4.1 交织段安全运行影响因素

对交织段安全运行影响因素进行分析，主要包括交织段长度、交织段车道数、交织流量比及交织段构造类型。这些对交织段的运行安全性具有重要影响，是分析交织段运行的重要因素。主要考虑到：交织段运行速度与交织段长度及交织段内车道数具有正相关关系，而与交织流量比和总交通量具有负相关关系。

表2 交织段长度设计参数建议值

式中：ATC为平均当量小客车公里冲突数，次/（pcu·km）；TC为时均冲突次数，次；Q为交通量，pcu/h；L为交织区长度，km。

4.2.3 交织段交通冲突仿真

根据对枢纽快速集散道路交织段长度设计参数的研究，对于8种类型的交织段，考虑不同交织段长度下的C级服务水平情况，对交织段ATC指标进行仿真评价。基于枢纽快速路通行能力和服务水平考虑的交织段长度建议取值见表3。

表3 基于交通运行的交织段长度设计建议取值

根据不同类型交织段在不同交织区长度C级服务水平下的交通流参数进行仿真，得出不同类型交织段在不同交织段长度下的ATC相对减少率（相对于最小交织段长度）。

以第三级交织段长度作为一般值，以第四级交织段长度作为推荐值，给出以下枢纽快速集散道路交织段长度设计的建议取值（见表4）。

4.2 基于冲突仿真的交织段安全评价方法

4.2.1 交通冲突仿真方法

采用以VISSIM仿真软件为分析数据提供平台的 SSAM（Surrogate Safety Assessment Model）安全间接评价模型。SSAM模型是一种基于网格的冲突识别分析模型，其主要分析指标有TTC（冲突发生时间）、PET（前后两车的车头时距）、ΔS（两车相对速度）等。它是通过对交通仿真软件输出的车辆轨迹运行文件进行处理，结合各项冲突分析指标阈值，来判断交通冲突状态[4]。

4.2.2 交织段安全评价指标

为了更加客观地反映交织区交通安全状态，选择冲突数与通过量、路段长度的比值，即平均车公里冲突数（Average Traffic Conflict，简称 ATC）作为评价的指标。其中，交通量为在一定的交通条件下，单位时间内通过交织区某一断面的车辆数。

表4 基于交通安全的交织段长度设计建议取值

5 实证分析

5.1 交织段评价

虹桥枢纽快速集散道路的设计速度为40 km/h，小客车与大客车的比例为1∶9。为减少汇入或驶出车流直接对主线构成冲击，需要构造驶入-驶入型以及驶出-驶出型交织段的路段，均已采用分级设置出入口予以解决。枢纽内部集散道路的交织段类型主要包括驶入-驶出型和驶出-驶入型两种[3]。

5.1.1 驶入-驶出型

在枢纽内部快速集散系统4个独立逆时针循环圈中，存在12个主要的驶入-驶出型交织段，其中I类交织段4个，II类交织段8个（见图8和表 5）。

图8 虹桥枢纽快速集散系统驶入-驶出型交织段分布

表5 集散系统循环圈驶入-驶出型交织段统计

在快速集散系统中，驶入-驶出型交织段的宽度一般为3车道，部分直接连接车道边的交织段为4车道。交织段长度均保持在110 m以上。在2030年的预测交通流量下，各交织段的服务水平比较理想，除交织段2、3、6、9为C级服务水平外，其余交织段均位于B级服务水平以上，能够满足虹桥枢纽的快速集散需求。但是，交织段6和交织段9在流量较大的情况下，因受到车道边停靠车辆干扰而导致实际用于交织的车道数目减少时，容易发生拥堵。

5.1.2 驶出-驶入型

在枢纽内部快速集散系统4个独立逆时针循环圈中，存在8个主要的驶出-驶入型交织段，其中V类交织段3个，VI类交织段5个（见图9和表6）。

图9 虹桥枢纽快速集散系统驶出-驶入型交织段分布

在快速集散系统中，驶出-驶入型交织段的宽度一般为2车道，交织段一般在入口或出口至少有一端保持车道平衡，交织段长度控制较好，基本保持在150 m以上。在2030年的预测交通流量下，各交织段均位于B级服务水平以上，能够有效满足虹桥枢纽的快速集散需求。

表6 集散系统循环圈驶出-驶入型交织段统计

5.2 采取的优化措施

对于虹桥交通枢纽集散道路，在其设计阶段就考虑了交织段的优化，并针对交织段运行中可能存在的一些问题，从宏观、中观和微观层面分别采取了不同的应对措施，以降低大量交织段给集散系统可能带来的负面影响。

（1）宏观措施。从路网形态考虑，均衡集散道路系统流量，通过南北分行、分块循环的方式进行交通组织。

（2）中观措施。合理安排交织流线，避免主要流向在交织段形成瓶颈。基于分块循环的前提，合理布设交通流线，利用工程措施将进场流线与离场流线尽可能分离，减少交织。

（3）微观措施。对集散道路交织段开展优化设计，采用分合流点分级布设，通过立体组织改变交织型式等方法提高交织段与快速路的通行能力。

6 结 语

文章对枢纽快速集散道路交织段设计方法及指标进行了研究，完善了大型综合交通枢纽的规划设计理论体系，总结出枢纽快速集散路网交织段设计的关键参数，为相关设计指南或规范的编制提供基础。