广州市道路工程研究中心 510030
【摘 要】本文利用微观交通仿真工具Vissim研究城市桥梁通行瓶颈，获得真实反映桥梁瓶颈效应的基础模型。研究表明，随着桥梁车道数的增加，瓶颈效应逐步减小，桥梁每条车道的平均通行能力都在提高，道路资源获得更好的利用。
【关键词】桥梁；瓶颈；仿真
前言
本文主要研究城市桥梁产生的原发性通行瓶颈，且通行瓶颈引起常发性交通拥堵。通过对城市桥梁通行瓶颈开展研究，分析其拥堵机理，了解瓶颈效应规律，有利于制定相应的改善对策。
1.研究方法
建立围观仿真模型，通过逐步增加输入交通量，获得相应的输出交通量，重现现实交通状况，获取现场数据调查无法涵盖的所有情形，甚至模拟现实环境下难以实现的极限交通条件，从而描绘出完整的交通流特征数据曲线。交通仿真是研究桥梁瓶颈机理的有效手段，其获取的数据曲线很好的描述了瓶颈拥堵的产生和发展情况，有相关数据可计算出瓶颈的通行能力。
2.模型参数校正
在典型工作日交通高峰期，对研究对象交通流相关交通参数进行多次实地调查，并统计算术平均值，从而校正仿真模型参数。
3.模型建立
根据桥梁交通瓶颈的交通特点，确定研究范围起点为上桥位前200m，终点为上桥位后200m。将仿真模型总交通生成量作为外部变量，对研究范围的进入交通量和离开交通量进行研究，分析二者的数学关系。
交通量数据曲线的斜率和曲线间距离均有特定含义：斜率大、两曲线距离小的部分，表明道路交通顺畅，瓶颈路段没有车辆排队；斜率逐渐趋缓、两曲线距离逐渐增大的部分，表明交通拥堵已经产生，车辆在上桥位前排队并有蔓延的趋势；斜率接近0、两曲线距离接近恒定值的部分，表明瓶颈拥堵已经接近极限，输入交通量的继续增长对瓶颈已无影响。
4.多车道变换为1车道瓶颈研究
该类型桥梁瓶颈选取广州市解放路跨东风路高架桥作为研究对象，上桥位4车道变换为1车道，拥堵问题突出，高峰期车辆排队等候、插队抢道现象已成为常态。
交通量数据曲线
由上图可见，第1至7组数据交通量斜率较大，近乎直线增长趋势，且曲线基本重合，表明进入研究范围的交通量基本能离开，道路通行能力满足交通需求。
但由第7组数据开始，曲线斜率逐渐趋缓，进入、离开研究范围的交通量增长开始放缓，两曲线距离逐渐增大，交通拥堵开始产生，车辆在上桥位前排队并有蔓延的趋势。进入交通量由第9组数据开始趋于饱和，离开交通量由第7组数据开始趋于饱和，两条曲线斜率接近0，距离接近恒定值，表明瓶颈拥堵已经接近极限，该部分数据能反映桥梁瓶颈的通行能力。对第7-13组离开交通量取平均值，获得该上桥位的通行能力为1312veh/h，与实测数据偏差3%，两组数据吻合度较高。
5.多车道变换为2车道瓶颈研究
该类型桥梁瓶颈选取广州市江湾大桥作为研究对象，由于南往北上桥位仅为2车道，车道数由7变2，交通供需矛盾突出，形成常发性交通拥堵。
图中可见，第1至5组数据交通量趋势近乎直线增长，且曲线基本重合，表明进入研究范围的交通量基本能离开，道路通行能力满足交通需求。
第5至第12组数据两条曲线距离越来越大，增长率开始放缓，说明随着交通量的增加，交通拥堵开始产生，车辆在上桥位前形成的排队越来越长。
交通量数据曲线
由第12组数据开始，进入交通量与离开交通量均开始趋于饱和。对第12-17组离开交通量取平均值，获得该上桥位的通行能力为3175veh/h，与实测数据偏差2%，两组数据吻合度较高。
6.多车道变换为3车道瓶颈研究
该类型桥梁瓶颈选取广州市广州大桥作为研究对象。广州大桥北上桥位7车道变换为3车道，其通行能力不足导致交通拥堵的问题也日益突出。
交通量数据曲线
图中可见，第1至9组数据交通量趋势近乎直线增长，且曲线基本重合，表明进入研究范围的交通量基本能离开，道路通行能力满足交通需求。
第10至第16组数据两条曲线距离越来越大，增长率开始放缓，说明随着交通量的增加，交通拥堵开始产生，车辆在上桥位前形成的排队越来越长。
由第16组数据开始，进入交通量与离开交通量均开始趋于饱和。对第16-23组离开交通量取平均值，获得该上桥位的通行能力为4899veh/h，比实测数据大10%，在可接受范围内。
7.结论
城市桥梁通行瓶颈上下游车道数不匹配，在上桥位车道数减少，是容易产生交通拥堵的先天因素。此外，桥梁一般位于重要的交通走廊，其瓶颈位车道数跳跃大、交织段短、交织频繁等特点，进一步激化了交通供需的矛盾。微观交通仿真模型能较为真实地反映桥梁瓶颈的交通运行状况，重现交通流特性，形成量化的数据曲线，完整描述了瓶颈拥堵的产生和发展情况，是研究桥梁瓶颈的有效手段之一。
对3种类型桥梁瓶颈的通行能力进行比较，如下表。
随着桥梁车道数的增加，桥梁单向通行能力相应提高，同时每条车道的平均通行能力也在提高。“多车道变换为2车道”情形的通行能力大于“多车道变换为1车道”情形通行能力的2倍，以此类推。可见，随着桥梁车道数的增加，瓶颈效应逐步减小，各条车道的通行能力获得更好的利用。
论文作者:李知燊
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第6期
论文发表时间:2016/8/16
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