樞紐上客區(qū)車道邊泊位設(shè)置與通行能力研究

郭淑霞，吳?？。?濤，姜 恒

(北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京 100082)

0 引言

樞紐上落客區(qū)是樞紐換乘銜接體系中最容易形成“瓶頸”的區(qū)域，因此上落客區(qū)車道功能的正常運行是樞紐保持良好運行的重要因素[1].在交通樞紐的出發(fā)層，出租車完成落客作業(yè)后，會立即駛離，不存在車等人或者人等車的情況；但是在樞紐到達層，往往存在人等車或者車等人的情況，尤其是在乘客到達的高峰期，到達乘客具有更強的涌現(xiàn)性特征，因此樞紐到達層車道邊面臨著更大的乘客疏散壓力.

目前，該領(lǐng)域的研究主要集中在以排隊論文為主的數(shù)學模型和系統(tǒng)仿真2種方法.耿中波等[2]為了比較(2×2)×6和(3×2)×6兩種斜列式車道邊的通行效率，采用VISSIM的微觀交通仿真模型，模擬獲得36個(每組18個)斜列式上客車位的通行能力以及24個斜列式上客車位的通行能力.吳嬌蓉等[3]比較依次發(fā)車、單獨發(fā)車和并列多車道發(fā)車3種形式的出租車上客區(qū)通行能力.楊永平等[4]從工程投資及客流特征等定性的角度，比較了蛇形布局、分列島式布局、矩陣式和組合(人行天橋和島式發(fā)車相結(jié)合)4種出租車上客區(qū)模式的效率.張勝等[5]給出了單排平行式、并排平行單點式、并排平行兩點式和斜列式4種上客區(qū)車道邊的車位區(qū)間和服務能力.俞春輝等[6]針對依次發(fā)車和單獨發(fā)車2種典型的泊位設(shè)置模式，以最小化出租車和乘客的綜合平均排隊時間為目標，建立了同時考慮泊位設(shè)置模式和規(guī)模的集成優(yōu)化模型.孫健[7]對單車道、多車道(矩陣式)和斜列式3種出租車上客系統(tǒng)進行了計算機建模.黎冬平[8]在出租車上客區(qū)運行特征的基礎(chǔ)上，建立了出租車上客區(qū)規(guī)模的Monte Carlo仿真計算方法.在實際運營管理中，樞紐上客區(qū)隨機干擾因素包括：樞紐管理者對車道邊使用的管理方式、乘客選擇車輛的隨機性、乘客上車時間的隨機性、出租車?？坎次坏碾S機性等，因此結(jié)合管理方式和考慮隨機因素的樞紐上客區(qū)研究非常困難.

本文選擇航空樞紐、火車站、汽車站3種類型樞紐，挑選不同的上客區(qū)車道布置形式，觀測乘客上車時間、車輛周轉(zhuǎn)時間數(shù)據(jù)，并與相應的管理模式相結(jié)合.根據(jù)實際調(diào)查數(shù)據(jù)，抽取典型上客區(qū)車道邊形式和車位數(shù)，利用VISSIM建立上客區(qū)車道仿真模型，并采用VISVAP實現(xiàn)對仿真模型中車輛管理的控制.基于仿真模型設(shè)計仿真測試方案，通過對方案的測試比較，分析獲得上客區(qū)停車泊位的閾值以及車道通行能力表.

1 樞紐上客區(qū)車道邊設(shè)置形式及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

車道邊布置形式主要有：單排平行式、并排平行式、矩陣式、斜列式4種類型.一般而言，長途汽車站由于出租車選擇比例低，發(fā)車位需求少，通常采用單排平行式；鐵路樞紐以并排平行式和矩陣式為主；航空樞紐以斜列式和矩陣式為主.

表1 樞紐上客區(qū)車道邊布置形式

圖1 上客區(qū)車道邊類型示意圖

上客區(qū)車道邊通行能力定義為在一定的上客泊位條件下，上客區(qū)出口道斷面高峰小時能夠通過的最大車輛數(shù).因此，調(diào)研時段選擇車輛和乘客均充足的高峰時段，保證上客區(qū)出口道車流能夠形成連續(xù)流.分別選擇以上4種上客區(qū)車道邊形式進行了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，包括車位數(shù)、每輛車平均載客人數(shù)、高峰小時通過車輛數(shù)、平均車位周轉(zhuǎn)時間.

表2 樞紐上客區(qū)車道邊特征參數(shù)調(diào)查

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)分析：

1)單排平行式 昆明長水機場與天津站后廣場數(shù)據(jù)差別較大，主要是因為昆明長水機場乘坐出租車人數(shù)較少，經(jīng)常出現(xiàn)車等人的情況，導致高峰小時服務車輛數(shù)并不飽和.排除管理時間因素以及車輛空等時間等因素，對昆明長水機場出租車從駛?cè)肷峡筒次坏诫x開上客泊位的時間進行了單獨統(tǒng)計，車位占用約為48 s，加上車輛縱向干擾等因素，與天津站后廣場平均車位周轉(zhuǎn)時間相近.

2)并排平行式 北京西站與北京南站的管理方式相同，均采用批量放車的管理方式，即所有進入車位的出租車載客離開后，放行第1批出租車進入上客車位.虹橋火車站的管理模式與北京西站和北京南站不同，虹橋火車站共設(shè)置2組上客區(qū)車道邊，兩組上客區(qū)車道邊相距約100 m，形成相對獨立的兩組上客區(qū)，每組車道邊使用5個車位，作為“具有超車功能的單排平行式上客區(qū)車道邊”，由管理員協(xié)調(diào)2組車道邊的使用.

3)矩陣式 虹橋機場實際劃線矩陣式車位為4×5，即4車道，每車道5個停車位，但是實際空間每個車道可停7輛車，因此可利用的車位為20～27個，車位周轉(zhuǎn)時間為92～128 s.

4)斜列式 虹橋機場共8個上客車位，但是進行了分組管理(5+3)，其中上客區(qū)和候車區(qū)分別進行管理，即進口道獨立、上客區(qū)獨立，因此車位周轉(zhuǎn)效率較高.

通過調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，上客區(qū)車道邊布置形式、車位數(shù)、組織管理方式均會影響車道邊的通行效率和服務車輛數(shù)，因此，需要在制定仿真模型時，確定影響上客區(qū)車道邊效率的相對穩(wěn)定因素和隨機因素，并在仿真模型中實現(xiàn).

2 樞紐上客區(qū)仿真模型設(shè)計

2.1 仿真規(guī)則

1)系統(tǒng)規(guī)則 出租車蓄車區(qū)車輛充足，候車人員充足，不存在“車等人”或者“人等車”的情況.

2)車輛規(guī)則 車輛速度按照場區(qū)路5～15 km/h，車輛按照車位數(shù)批量放行，依次進入停車位，車輛在每個車位的停車時間服從標準正態(tài)分布，無行車道的平行式(單排平行式、并排平行式、矩陣式)停車位需等待前車離開后，才能駛離；斜列式停車位乘客上車后即可獨立離開停車位.車輛批量離開后，再執(zhí)行下一批的放行規(guī)則.

3)乘客乘車規(guī)則 待車輛停入車位后，優(yōu)先選擇距離排隊區(qū)近的車輛上車.

以“單排平行式仿真方案”為例說明仿真規(guī)則：車輛按照順序排隊進上客車位，優(yōu)先進入1號車位，順次后排，乘客上車后，只要無前車阻擋，即可離開；第一批車輛清空后，再批量放車進入停車位.

圖2 仿真規(guī)則示意圖

2.2 仿真方案設(shè)計

綜合考慮各類型上客區(qū)車道邊樞紐車位數(shù)調(diào)查結(jié)果以及車道管理人員的可視范圍等因素，共設(shè)計了47個仿真方案，方案見表3所示：

表3 樞紐上客區(qū)車道邊仿真方案設(shè)計

仿真規(guī)則通過微觀仿真軟件VISSIM和VISSIM的二次開發(fā)程序VISVAP實現(xiàn)，上客車位前后設(shè)置檢測器，末端設(shè)置信號燈，當末端檢測器檢測到進入車輛數(shù)與停車泊位匹配后，末端信號燈控制車輛繼續(xù)駛?cè)耄斳囕v全部駛離車位后，繼續(xù)放行車輛進入車位.因此，信號燈和檢測器充當上客區(qū)車道邊管理員的角色，車輛進入車位的順序通過設(shè)置車位的吸引力實現(xiàn)，車輛在車位上的停留時間通過標定車位的停車時間均值和標準差實現(xiàn)，定義車輛在車位上按照正態(tài)分布隨機?？?，每個車位的停車時間為車輛從停入停車位至離開停車位的時間，由2部分時間構(gòu)成：乘客從排隊區(qū)行至車輛的時間(主要取決于車位與排隊區(qū)域出口的距離、步行速度等)、乘客放置行李上車關(guān)車門等一系列動作時間(車位之間的均值差別不大，可視為相同).因此，確定影響上客區(qū)車道邊效率的相對穩(wěn)定因素為以上兩部分時間的均值，隨機因素為乘客行李多少、是否有老人或幼兒同行等，通過標定車位停留時間的標準差實現(xiàn).

3 樞紐上客區(qū)車道邊泊位數(shù)與通行能力分析

3.1 單排平行式

單排平行式包含了2種形式：不帶超車道的并排平行式以及帶超車道的并排平行式，共設(shè)計了14個仿真方案，仿真結(jié)果如表4所示：

表4 單排平行式上客區(qū)仿真結(jié)果

根據(jù)仿真結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

1)隨著車位的增加，斷面通過車輛數(shù)呈遞增趨勢，但是當車位數(shù)>8時，斷面車輛增加數(shù)逐漸減少，增長曲線近乎平緩，主要是因為隨著車位數(shù)量的增加，車輛的縱向干擾增大，對通行能力的削弱效果明顯.

2)單排平行式出租車上客區(qū)合理泊位數(shù)宜取值4～8個，通行能力值為200～300 pcu/h.

進一步地，將單排平行式上客區(qū)布置為一條上客車道和一條超車道形式，進行通行能力方案比較，通過比較，得到結(jié)論如下：

1)如果采取依次發(fā)車的管理模式，則單車道的單排平行式上客區(qū)與帶超車道的單排平行式上客區(qū)通行能力差別不大；

2)如果采取單獨發(fā)車的管理模式，即有空車位就能發(fā)車，則通行能力提高約20%.

3.2 并排平行式

并排平行式包括了7個仿真方案，單車道車位數(shù)從4～7進行仿真測試，測試結(jié)果見表5：

根據(jù)仿真結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

1)隨著車位的增加，斷面通過車輛數(shù)呈遞增趨勢，當單車道車位數(shù)>7時，通過車輛數(shù)反而下降，主要是因為車位超過7個之后，仿真系統(tǒng)出現(xiàn)了紊亂，即后車因為等待前車停留時間過長，當行駛到前車位時，發(fā)生了二次停車現(xiàn)象.

2)根據(jù)仿真結(jié)果，并排平行式上客區(qū)每車道合理泊位設(shè)置建議為4～7個，即總泊位為8～14個，通行能力值為350～500 pcu/h.

3.3 矩陣式

矩陣式包括3車道和4車道2種形式，其仿真結(jié)果為：

表5 并排平行式上客區(qū)仿真結(jié)果

表6 3車道矩陣式上客區(qū)仿真結(jié)果

表7 4車道矩陣式上客區(qū)仿真結(jié)果

根據(jù)仿真結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

1)3車道平行式合理泊位數(shù)取15～21個，通行能力為530～600 pcu/h；

2)4車道平行式合理泊位數(shù)取12～24個，通行能力為540～770 pcu/h;

3)3車道和4車道平行式上客區(qū)仿真中分別對出口車道數(shù)進行了仿真測試，結(jié)果表明：出口車道數(shù)為2～4車道對通行能力的影響不大，但是應有足夠的過渡段.

3.4 斜列式

斜列式設(shè)計了單車道1個車位和單車道2個車位的仿真方案，仿真結(jié)果見表8：

表8 單車道1車位斜列式上客區(qū)仿真結(jié)果

單車道1車位斜列式上客區(qū)仿真的主要結(jié)論為：

1)與其他上客區(qū)車道邊布置形式相比，斜列式具有更高的周轉(zhuǎn)效率；

2)采取批量放行的管理方式，單車道1個車位的斜列式上客區(qū)合理泊位數(shù)為5～7個，通行能力為300～370 pcu/h；

3)如果采取更為靈活的管理方式，比如：將乘客排隊出口布置在車位中間，有空車位即由管理員指揮車輛和候車人員進入車位，則其通行能力可提高15%～20%.

同樣對斜列式上客區(qū)單車道2個車位的仿真方案進行測試，仿真結(jié)果為表9：

表9 單車道2車位斜列式上客區(qū)仿真結(jié)果

單車道2車位斜列式上客區(qū)仿真的主要結(jié)論為：

1)采取批量放行的管理方式，單車道2個車位的斜列式上客區(qū)合理泊位數(shù)為10～16個，通行能力為470～560 pcu/h；

2)如果采取靈活的管理方式，比如：將乘客排隊出口布置在車位中間，有空車位即由管理員指揮車輛和候車人員進入車位，則其通行能力可以提高約15%～20%.

4 結(jié)束語

本文結(jié)合實地調(diào)研情況，設(shè)計了針對樞紐上客區(qū)單排平行式、并排平行式、矩陣式和斜列式4種車道邊形式的仿真方案，利用仿真軟件VISSIM和VISVAP實現(xiàn)了對上客車位車輛的管理和控制，根據(jù)仿真模擬，獲得不同上客區(qū)形式、不同車位數(shù)的上客區(qū)車道邊通行能力以及推薦的上客車位數(shù).在并排平行式和斜列式上客區(qū)車道邊方案中，比較了批次放行車輛與根據(jù)空車位數(shù)放行車輛2種管理手段下的通行效率.

在樞紐上客區(qū)車道邊設(shè)計時，應考慮以下幾點：公路客運樞紐以及出租車客流需求較小的樞紐可采用單排平行式上客區(qū)車道邊布置形式，管理更方便；鐵路樞紐一般采用并排平行式出租車上客車位，當出租車泊位超過8個時，建議采用分區(qū)管理方式，提高上客區(qū)車位周轉(zhuǎn)效率；出租車需求量較大的鐵路樞紐，如果用地條件允許，宜采用3車道或4車道的矩陣式出租車上客區(qū)車位布置形式，其出口車道應至少為2車道；航空樞紐如果用地條件允許，可采用斜列式布置形式，但每組斜列式車道數(shù)不宜超過8條，否則應進行出租車上客分區(qū)設(shè)計.