惠州北站交通仿真應(yīng)用探索
摘要
贛深高鐵惠州北站經(jīng)過(guò)了多輪的規(guī)劃研究，但在“站城融合”背景下，提出了更精細(xì)化的設(shè)計(jì)要求。為了檢驗(yàn)、支撐交通設(shè)計(jì)方案，嘗試應(yīng)用VISSIM仿真技術(shù)，對(duì)惠州北站交通組織方案進(jìn)行建模與仿真。通過(guò)動(dòng)態(tài)、定量、精細(xì)化的仿真分析來(lái)評(píng)估道路的運(yùn)行狀況以及交通設(shè)施的服務(wù)能力，并提出優(yōu)化改進(jìn)建議，指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)落地。
1.初步設(shè)計(jì)方案
贛深高鐵惠州北站位于惠州市小金口片區(qū)，主要服務(wù)惠州全市域及臨界片區(qū)高鐵出行?；葜荼闭臼勤M深鐵路進(jìn)入珠三角的第一個(gè)大站，也是惠州市通向粵港澳大灣區(qū)的樞紐門(mén)戶(hù)。
圖1 惠州北站區(qū)位
惠州北站由贛深高鐵、莞惠城際構(gòu)成。其中贛深高鐵為5臺(tái)12線(xiàn)；莞惠城際為2臺(tái)4線(xiàn)，平行布置于贛深高鐵南側(cè)?；葜蒈壍澜煌?號(hào)線(xiàn)垂直于高鐵布設(shè)；惠州軌道交通5號(hào)線(xiàn)沿白石路敷設(shè)，位于1號(hào)線(xiàn)東側(cè)，與1號(hào)線(xiàn)L形換乘。
圖2 場(chǎng)站布局
惠州北站采用上進(jìn)下出的組織，從高架二層進(jìn)站，地下一層出站。遠(yuǎn)期規(guī)劃包含公交場(chǎng)站約3萬(wàn)平米，長(zhǎng)途（旅客）場(chǎng)站約2.3萬(wàn)平米，出租車(chē)場(chǎng)站以及社會(huì)車(chē)停車(chē)場(chǎng)等。
圖3 惠州北站鳥(niǎo)瞰圖（初期）
圖4 惠州北站鳥(niǎo)瞰圖（遠(yuǎn)期）
2. 微觀仿真精準(zhǔn)提能
惠州北站經(jīng)過(guò)了多輪的規(guī)劃研究，總體布局方案已落到工可和初步設(shè)計(jì)，但下一代樞紐更強(qiáng)調(diào)“站城融合”，提出了更精細(xì)化的設(shè)計(jì)要求。
面對(duì)以上問(wèn)題，微觀交通仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。交通仿真主要通過(guò)微觀層面動(dòng)態(tài)、定量、精細(xì)化的分析，檢驗(yàn)和優(yōu)化交通設(shè)計(jì)方案，形成規(guī)劃-設(shè)計(jì)-模型的閉環(huán)反饋，以此為設(shè)計(jì)方案提供支持，指導(dǎo)樞紐工程設(shè)計(jì)落地。交通仿真是規(guī)劃理念融合數(shù)據(jù)分析的過(guò)程；是定性判斷融合定量分析的過(guò)程；是透視未來(lái)，挖掘隱性問(wèn)題的過(guò)程。
因此，本項(xiàng)目引入交通仿真技術(shù)，通過(guò)微觀層面的動(dòng)態(tài)、定量、精細(xì)化仿真分析，挖掘與識(shí)別規(guī)劃設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并深度剖析原因。通過(guò)成熟的交通組織優(yōu)化手段優(yōu)化設(shè)施規(guī)模與布局，優(yōu)化交通組織流線(xiàn)等。并通過(guò)優(yōu)化前后仿真結(jié)果對(duì)比來(lái)驗(yàn)證改善效果。為交通設(shè)計(jì)方案及后續(xù)保障方案提供支持，指導(dǎo)樞紐基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
圖5 優(yōu)化思路
3.建模與問(wèn)題分析
(1)全面精細(xì)化建模，打造直觀展示效果
在本次模型應(yīng)用中，改變以往粗糙、單調(diào)的交通工程仿真，融合城市設(shè)計(jì)SU模型、建筑BIM模型等，構(gòu)建高精度仿真情景，多種交通方式相互融合，以模擬最為真實(shí)的樞紐交通流特征，為項(xiàng)目提供強(qiáng)力支撐。
圖6 整體運(yùn)行視頻
(2)通過(guò)動(dòng)態(tài)定量仿真分析，識(shí)別設(shè)計(jì)問(wèn)題
根據(jù)交通仿真運(yùn)行結(jié)果，樞紐整體運(yùn)行效果良好。初期2025年，惠州北站送客車(chē)流平均運(yùn)行速度23km/h；平均延誤31s；遠(yuǎn)期2050年，惠州北站送客車(chē)流平均運(yùn)行速度21km/h；平均延誤51s。
圖7 初期運(yùn)行水平與遠(yuǎn)期運(yùn)行水平
惠州北站整體運(yùn)行良好，但在微觀節(jié)點(diǎn)中仍然存在部分問(wèn)題，主要集中在白石路交叉口、停車(chē)場(chǎng)出人口以及送客平臺(tái)等。例如站西路-白石路效率過(guò)低，主輔道交織嚴(yán)重，通行能力有限，致使車(chē)輛擁堵。送客車(chē)輛駛離經(jīng)過(guò)此處最大排隊(duì)長(zhǎng)度可達(dá)約160米；例如停車(chē)場(chǎng)進(jìn)出車(chē)輛對(duì)主路（白石路）產(chǎn)生干擾，地下停車(chē)場(chǎng)入口距離白石路-站西路交叉口出口道僅160米，在該處路段，車(chē)輛緩行長(zhǎng)度達(dá)110米，車(chē)輛平均延誤時(shí)間11s。送客平臺(tái)能力接近飽和，初期按預(yù)測(cè)量1480pcu/h，送客平臺(tái)已經(jīng)產(chǎn)生排隊(duì)20米，約三輛車(chē)。原規(guī)劃20個(gè)斜列式停車(chē)位，不能滿(mǎn)足更高的送客需求。
圖8 問(wèn)題匯總
圖9 白石路-站西路矛盾點(diǎn)
4.方案優(yōu)化與評(píng)估
(1)針對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展多情景測(cè)試
惠州的城市軌道交通等相關(guān)交通基礎(chǔ)設(shè)施仍處于規(guī)劃階段，未來(lái)存在波動(dòng)性變化風(fēng)險(xiǎn)，繼而影響軌道交通分擔(dān)率，小汽車(chē)出行率等等。為了確保樞紐設(shè)施服務(wù)能力可以彈性適應(yīng)未來(lái)，開(kāi)展了不同情景，不同方案的仿真，共包括三個(gè)情景。
情景一：送客平臺(tái)極限壓力測(cè)試
針對(duì)送客匝道開(kāi)展不同交通流量、?？课贿M(jìn)行多情景仿真，找出效能最大的匝道配置方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在20落客位基礎(chǔ)上，增加10個(gè)落客車(chē)位可提高送客能力約400pcu/h。相同送客交通量，30送客位方案可以減少排隊(duì)長(zhǎng)度約40米。
圖10 排隊(duì)長(zhǎng)度記錄對(duì)比
圖11 排隊(duì)長(zhǎng)度分析圖
圖12 30落客位方案運(yùn)行效果
情景二：綠波交通效果測(cè)試
增加綠波交通的對(duì)比測(cè)試，驗(yàn)證綠波效果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，無(wú)綠波延誤東側(cè)交叉口西進(jìn)口平均延誤60秒，有綠波延誤47秒，優(yōu)化效果約13秒。無(wú)綠波平均停車(chē)次數(shù)1.08次，有綠波平均停車(chē)0.66次。綠波交通對(duì)提高送客車(chē)輛行程速度效果顯著。
圖13 綠波效果對(duì)比（延誤指標(biāo)）
情景三：為應(yīng)對(duì)軌道建設(shè)時(shí)序不確定風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)展擁堵風(fēng)險(xiǎn)分析
基于不同交通量進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，探索公交調(diào)整比例。結(jié)果顯示，如遠(yuǎn)期地鐵未開(kāi)通時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)提高常規(guī)公交分擔(dān)比例至50%才可以避免大面積擁堵。
圖14 測(cè)試場(chǎng)景
(2)改善方案及評(píng)估測(cè)試
針對(duì)惠州北站存在的問(wèn)題及情景測(cè)試結(jié)果，以提升效率和通行能力為策略，共提出15條時(shí)空優(yōu)化措施。優(yōu)化方案主要包括對(duì)主要交叉口進(jìn)行優(yōu)化，提高交叉口通行能力，減少車(chē)輛延誤；對(duì)送客匝道進(jìn)行優(yōu)化，增加送客車(chē)位至30個(gè)，提升能力；對(duì)主要車(chē)場(chǎng)出入交通組織進(jìn)行優(yōu)化，提高車(chē)輛進(jìn)出效率；對(duì)主要送客車(chē)流，設(shè)置綠波交通，保障送客時(shí)效。
圖15 優(yōu)化措施匯總圖
經(jīng)過(guò)優(yōu)化前后對(duì)比測(cè)試，優(yōu)化效果顯著。初期2025年，惠州北站送客車(chē)流平均運(yùn)行速度35km/h，相比之前提高52%；平均延誤18.5s，相比之前減少了41%。遠(yuǎn)期2050年，惠州北站送客車(chē)流平均運(yùn)行速度31km/h，相比之前提高41%；平均延誤31s，相比之前減少了39%。白石路兩個(gè)主要交叉口服務(wù)水平由D、E均提升至C級(jí)。
圖16 優(yōu)化后延誤對(duì)比
圖17 優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對(duì)比
5.展望
通過(guò)VISSIM對(duì)惠州北站交通組織方案進(jìn)行仿真，并進(jìn)行交通組織優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化前后評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ?，?yàn)證了改進(jìn)方案的有效性。使VISSIM在高鐵站交通設(shè)計(jì)與仿真中發(fā)揮了不可替代的作用。
注：此模型僅僅對(duì)惠州北站接駁組織進(jìn)行交通仿真，站在學(xué)術(shù)和交通的角度驗(yàn)證了VISSIM在高鐵接駁客流仿真中的應(yīng)用。文中出現(xiàn)的方案不代表最終方案，不可用于他用。惠州北站場(chǎng)站設(shè)施布局規(guī)劃等信息一切以官方正式文件為準(zhǔn)！