基于VISSIM的地下交通关键节点通行能力评估与优化

表 3 各节点高峰小时仿真服务等级 Table 3 Simulation service level of each node in
以上海市某老港区改造后新建的超大型地下 空间为例，利用 VISSIM 微观仿真软件，构建其地 下停车的交通流组织，确定了评估的关键节点和 通行能力指标参数，然后运用指数函数对各个节 点的通行能力进行评估。最后利用仿真环境下的 车辆延误来评价停车场关键节点的服务水平等级， 并结合数学规划方法进行地下空间停车疏导优化。 最后通过工程应用表明，该方案技术合理且效果 良好，可为类似工程提供技术参考。 1 项目概况
该方案技术合理且应用良好，可为类似工程提供技术参考。
关键词：老港区；地下空间交通；关键节点；指数函数
中图分类号：U656
文献标志码：A
文章编号：2095-7874（2021）07-0015-04
doi：10.7640/zggwjs202107004
Capacity evaluation and optimization of underground space traffic nodes based on VISSIM
3. Shanghai International Shipping Service Center Development Co., Ltd., Shanghai 200082, China）
Abstract： Taking a large three story underground space build in an old port zone in Shanghai as an example, the micro simulation software of VISSIM was used to study the traffic organization design of underground space, and the key nodes and capacity index parameters for evaluation were determined, and then exponential function was adopted to evaluate the capacity of each node. Finally, the level of service of the key nodes in the parking lot was evaluated by the vehicle delay in the simulation environment, and the parking guidance of underground space was optimized by combining with the mathematical programming method. The technology of the scheme is reasonable and well applied, which can provide technical reference for similar projects. Key words：old port area; underground space traffic; key node; exponential function
WANG Shou-sheng1, HUANG Tian-rong2*, LU Wen-tao3
（1. Shanghai Municipal Engineering Design and Research Institute (Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China; 2. School of Civil and Traffic Engineering, Shanghai Urban Construction Vocational College, Shanghai 200438, China;
图 1 关键节点 1A 示意 Fig. 1 Key node of 1A
限于篇幅，对 B2、B3 两层逐一进行 VISSIM 仿真模拟，识别出其所有关键节点，并将所有各 层关键节点统一标记如下：
B1 层：1A B2 层：2A，2B，2C，2D B3 层：3A，3B，3C 包含字母 A 或 B 的为进出口，包含字母 C 的 为有多向车流的交叉口，包含字母 D 的为车流量 相对较大区域。在运营中可根据实际需要设置安 全警示标识，妥善安排人员、车流疏导与控制。
序号 7 8 9 10 11 12
x=q/c 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
延误/s 12.2 13.7 19.5 21.4 28.1 33.0
采用回归方法来估计节点延误模型的参数， 结果如图 2 所示。由于相关系数 R2 为 0.980 3， 表明了回归模拟的结果良好。最后，得到 1A 节 点的平均延误回归模型表达式如下： Tdelay = 3.429exp（1.897x）
2021 年第 7 期
王寿生，等：基于 VISSIM 的地下交通关键节点通行能力评估与优化
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3 数学模型及评价
3.1 平均延误模型 对于地下空间的交通通过能力，关键节点延
误时间可较全面地反映综合作用因素影响大小。
为此本研究提出采用指数函数构建节点平均延误
模型进行合理评估与优化，其数学表达式如下：
70
60
50
40
y=3.429exp（1.897x） R2=0.980 3
30
20
10
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 （当前流量 q /高峰流量 c）/%
图 2 关键节点 1A 平均延误模型回归结果
Fig. 2 Average delay model regression results of
数值仿真试验，得到其对应的仿真结果，如表 1
所示。
表 1 节点 1A 仿真数值结果
Table 1 Simulation results of node 1A
序号 1 2 3 4 5 6
x=q/c 0.1 0.2s 3.3 5.6 6.1 8.8 10.3 10.4
key node 1A
采用同样的方法，可得到 B2、B3 各节点对 应的平均延误回归模型参数，限于篇幅，此处不
再一一列举。 3.3 服务水平评价
根据 JTG B01—2014《公路工程技术标准》， 我国采用四级服务水平评价模式，即一级、二级、 三级及四级服务水平，且从一级到四级交通需求 持续增大并趋于不稳定流状态。类似地，鉴于交 叉口通常用车辆延误来描述其服务水平，本研究 采用车辆延误时间 T 来评价地下交通关键节点服 务水平等级，制定等级标准如表 2 所示。
通仿真系统[9]，是一种微观、基于时间间隔和驾驶 行为的仿真建模工具。在 VISSIM 软件中车辆纵向 运动采用德国 Karlsruhe 大学 Wiedemann 教授于 1974 年建立的生理-心理驾驶行为模型，横向运 动采用 Willmann 和 Sparmann 提出的基于行为阈 值的换车道模型。 2.2 路网构建
表 2 服务水平等级表 Table 2 Service level table
项目
评价结果 颜色显示
T >120 s 差 红色
延误时间 T
120 s逸T > 60 s 60 s逸T > 30 s
一般
较好
橙色
黄色
T臆30 s 很好 绿色
根据以上制定的地下交通关键节点服务水平 等级标准，结合前述基于数值模拟建立的平均延 误模型，得到停车场各楼层在高峰小时的平均延 误时间及服务等级，如表 3 所示。
某老港区改造项目[8]位于上海市北外滩地区、 上海国际客运中心以东、秦皇岛路以西、南临黄 浦江，沿江滨水岸线将近 800 m。项目占地面积 约 103 000 m2，建设以上海新航运服务大厦为代 表的 14 幢建筑，总建设面积近 630 000 m2，项目 通过船闸、港池与地下空间三位一体的独特设计， 形成了别具一格的滨水景观港口建筑群，将原来 废弃的老港区打造成多功能的现代航运服务集聚 区。其地下建筑面积约 210 000 m2，有 3 层地下 结构，属于超大型地下空间结构。由于地下空间 面积特别大，周边为市中心交通繁忙区域，区位 特殊，其交通组织合理性极为重要，项目方提出 专项研究的需求，以确保该区域功能完善与交通 顺畅。 2 仿真模型建立
进行 VISSIM 模拟仿真时，需要根据实际情况 在 VISSIM 软件中建立实际停车场内部道路仿真路 网，具体步骤包括：导入背景图、创建 Link、创 建 Connector、设置冲突点优先规则、设置交通需 求以及其他辅助元素等。 2.3 关键节点
模型建立后，运用 VISSIM 软件对地下停车场 每一层的道路交通情况进行仿真模拟，逐一发现 并锁定潜在的安全冲突点。这些点的特征主要包 括：靠近进出口、车流量相对较大、交叉口有多 向车流。为方便后续研究与分析，现将这些点定 义为关键节点。图 1 给出了 B1 层关键节点 1A。
随着计算机仿真模拟技术的迅猛发展，利用 微观仿真模拟并结合数学规划的方法兼具了定性 与定量分析的优点，具有一定的创新性。因此本 研究采用 VISSIM 进行交通仿真模拟，然后结合数 学规划工具进行优化，形成定性与定量相结合的 模式，以达到分析更精准与合理的目的。 2.1 VISSIM 软件
VISSIM 是由德国 PTV 公司开发的一款微观交
0 引言 港区是占有一定面积的空间，承担着内部物
流与外部联系等诸多功能，因而其交通组织设计 是港口设计建造中需着重解决的关键问题之一。 自 2009 年交通运输部提出老港区改造以来，众多
港口城市纷纷将中心区域的老码头转型升级，积 极打造成集航运、金融、商务、旅游与休闲等多 功能于一体的现代航运服务区。由于地处城市中 心，现代航运服务区通常设计为具有地下空间的 综合体以解决土地资源短缺问题，而地下空间的
摘 要：以上海某老港区改造新建的大型三层地下空间为例，利用 VISSIM 微观仿真软件研究了其地下空间交通组织
设计，确定了评估的关键节点和通行能力指标参数，然后运用指数函数对各个节点的通行能力进行评估。最后利用
仿真环境下的车辆延误来评价停车场关键节点的服务水平等级，并结合数学规划方法进行地下空间停车疏导优化。
中国港湾建设
2021 年第 7 期
交通组织往往也较为复杂。前人已开展了自动化 集装箱码头港内交通组织[1]、港口道路集疏运系 统[2]以及自动化集装箱码头交通仿真模拟[3]等港口 领域的交通组织探索，同时也围绕地下空间停车 效率[4]、路径规划[5]、路径诱导[6]及泊车行为[7]等核 心问题进行了研究，取得了丰硕成果并促进了港 口的发展。但纵观当前研究，有关港口领域地下 空间交通组织的研究还比较少，为了促进老港区 转型升级与空间再生，对老港区地下空间交通组 织加以研究具有现实意义与应用价值。
第 41 卷 第 7 期 2021 年 7 月
中国港湾建设
China Harbour Engineering
Vol. 41 No.7 Jul. 2021
基于 VISSIM 的地下交通关键节点 通行能力评估与优化
王寿生 1，黄天荣 2*，陆文韬 3
（1. 上海市政工程设计研究总院 （集团） 有限公司，上海 200092；2. 上海城建职业学院土木与交通工程学院， 上海 200438；3. 上海国际航运服务中心开发有限公司，上海 200082）
收稿日期：2021-04-10 修回日期：2021-04-23 基金项目：上海市一流专业建设项目 （YZ-2019-F-01） 作者简介：王寿生 （1978 — ），男，安徽桐城人，硕士，高级工程师，隧道及地下工程专业。
*通讯作者：黄天荣，E-mail：tinyo_huang@
窑16窑
y = 琢e茁x
（1）
式中：y 为因变量；x 为自变量且 x=q / c；q 为当前
停车场车流量，辆/h；c 为停车场高峰车流量，
辆/h；琢、茁 为模型待定参数。
3.2 模型参数确定
节点通行能力评估的延误函数模型包含有待
标定的参数，对于不同节点的参数也会有差异。
以 B1 层节点 1A 为例 ，通过一系列 VISSIM 交通