南京快速内环限速值合理性研究

方利君

(苏交科集团股份有限公司，南京 210019)

经过20多年建设，南京主城区道路形成“井字三环、轴向放射、组团快联”的快速路系统，以低于10%的道路网里程承担了40%以上 “车·公里”机动车交通量，有效缓解了地面道路交通压力。根据南京市交管部门发布的2019年12月交通出行状况大数据分析可知，南京快速路系统尤其快速内环拥堵状况不断加剧[1-2]。

南京快速内环隧道连续成群：内环西线4段隧道，东线3段隧道，北线2段隧道。隧道段限速60 km/h，超速现象较为普遍，限制车速已对南京快速路效能发挥作用出现限制性影响，亟须对快速路系统及其运行效能开展专题研究，深入分析存在的问题和症结，对南京快速路进行系统科学评估，合理确定限制车速以及相关的优化设计和管制措施。

1 快速内环发展现状

1.1 快速内环分布及限速现状和相交道路现状

南京主城区规划快速路网85 km，已建成快速路里程70 km，其中内环总里程23.3 km，已建成快速路密度0.25 km/km2。

快速内环主要由城西干道(虎踞路)、城东干道(龙蟠路)、纬三路(模范马路)、纬七路及其延伸的8条放射性道路等组成，形态呈“井”字。西环、北环、东环主要采用隧道段-地面段的快速通过形式，南环、凤台南路、玄武大道则主要采用高架桥段-地面段的快速通过形式；赛虹桥立交桥、古平岗立交桥、新庄立交桥、双桥门立交桥是快速内环重要的枢纽，承载着快速内环之间大量交通流量的转换[3-5]。南京主城快速内环道路设施如表1所示。

表1 南京主城快速内环道路设施

1.1.1 限速现状

快速路作为城市不同组团之间的快速联系通道，限速值主要根据设计指标确定，总体而言，高架桥段限速60～80 km/h，隧道段限速60 km/h，匝道限速40 km/h。南京主城快速路限速情况如表2所示。

表2 南京主城快速路限速情况 (km/h)

1.1.2 相交道路现状

南京快速路与周边主干路相交路口较多，车辆汇入、汇出隧道主线与地面辅道的车流交织变道频繁，排队严重。如内环西线由南至北方向，隧道入口与北京东路、清凉门大街、汉中门大街、水西门大街、集庆门大街等5条城市主干道相交；内环东线由南至北方向，隧道入口与北京东路、中山东路、大光路等3条城市主干路相交。

1.2 地点车速分析

根据路侧激光车速调查仪结果分析，草场门隧道、清凉门隧道、集庆门隧道由南向北方向，隧道出入口上下游地点车速分布特征如下：

(1) 平峰时段，草场门隧道、清凉门隧道车辆速度值较高，部分车辆在隧道内超速行驶。以草场门隧道为例，平均车速58.5 km/h，85分位车速68.9 km/h，最高车速77.8 km/h。

(2) 集庆门隧道距赛虹桥立交桥较近，车辆进入隧道后，再进入赛虹桥立交桥交织区道路较短，分流车因需转入下行辅道或匝道而减速行驶，车辆行驶速度较慢，个别车辆几乎停止，分流或合流会影响内侧3车道快速路的平均速度。实测隧道上下游内侧快速路速度分布如表3所示。草场门隧道快速路车速分布如图1所示。

表3 实测隧道上下游内侧快速路速度分布 (km/h)

(a) 北出口合流区

1.3 快速内环交通流量现状

分析早高峰(7:00—9:00)、晚高峰(17:00—19:00)和部分路段的全天流量，南京快速路交通量呈现如下特征：

(1) 拥堵向全天蔓延。南京主城“井”字形快速路流量大，各条道路之间联系紧密，主干路流量大，主辅路之间车流交织频繁，严重影响车流速度。

(2) 空间分布上，高峰期南京快速内环呈现全线拥堵态势；平峰期车辆顺畅通行，交通量约为高峰期的45%～55%。

(3) 西线隧道密集、交织段距离过短，交织比仅为0.1～0.3，拥堵黑点主要集中在汉中门隧道交织区、集庆门隧道交织区；东线隧道较少，交织比高，达到0.3～0.4，拥堵黑点为隧道出入口交织区。

(4) 进出隧道大型客车比例较低，约为1%～4%。

2018年主城快速路断面交通量数据如表4所示。

表4 2018年主城快速路断面交通量数据

2 南京快速内环限速技术参数

2.1 设计指标参数

参考《城市道路工程设计规范》(CJJ 37—2012)[6]，基于安全的不同限速标准，分析平纵线形指标所需满足的数值指标，不同限速指标如表5所示。

表5 不同限速指标

2.2 隧道指标参数

南京快速内环隧道指标均按照设计速度60 km/h，结合最大纵坡、平曲线最小半径等指标可知：

(1) 九华山隧道、西安门隧道、通济门隧道、草场门隧道、集庆门隧道线型指标满足限速80 km/h一般值要求。

(2) 玄武湖隧道线型指标满足设超高限速70 km/h一般值要求。

(3) 清凉门隧道、新模范马路隧道线型指标满足限速70 km/h设超高极限值要求。

(4) 水西门隧道线型指标满足不设超高，限速60 km/h一般值要求。

快速内环隧道纵断面指标数据[7-9]如表6所示。

表6 快速内环隧道纵断面指标数据

(续表)

3 南京市快速内环限速仿真研究

3.1 仿真模型建立

3.1.1 隧道限速仿真

以草场门交叉口下穿隧道为参考背景，在Vissim软件中建立典型下穿隧道的仿真模型。隧道前后有地面路段过渡隧道段的长度各200 m，坡度设置为4%，隧道内长度为350 m。为不受上下游影响，隧道前后各连接760 m地面路段。由于隧道中不能换道，仿真模型设为单车道，且车型全部设置为小汽车。单车道下穿交叉口隧道仿真模型示意如图1所示。

图1 单车道下穿交叉口隧道仿真模型示意(单位：m)

仿真模型按限速60 km/h和80 km/h进行模拟，对比因隧道上下坡对通过能力产生的影响，尤其是上坡段会使车流减速。限速60 km/h工况下隧道上游入口来车速度按(40.0，60.0)近似正态分布设置；车流在隧道下坡段的整体加速(不超过限速)由Vissim软件自行处理，将隧道出口上坡路段设置为减速区，期望速度分布按英国曲率和坡度对速度影响公式设置为(31.2，51.2)。

限速80 km/h工况下入口处速度分布为(50.0，80.0)，隧道出口上坡路段期望速度分布为(41.2，71.2)。仿真中单车道输入车流量的变化为1 500～2 200 veh/h。下穿隧道通过能力仿真结果如表7所示，由于仿真全部采用标准小车，并不考虑驾驶员与车辆的随机因素，仿真结果即为通行能力的极限值。

由表7可知，在稳定交通流情况下，限速80 km/h 的隧道通过能力大于限速60 km/h的隧道通行能力。限速60 km/h工况在单车道车流量1 800 pcu/h时开始堵车，限速80 km/h工况在单车道车流量2 100 pcu/h以后才开始堵车。

表7 下穿隧道通过能力仿真结果 (pcu/h)

3.1.2 快速路交织区仿真

交织区内有4股车流，分别是快速路的非交织过境车流，辅道非交织过境车流、上行交织车流和下行交织车流。我国交织区通过能力和车流速度的计算方法尚未有专门规范，主要参考美国《道路通行能力手册》。5车道交织区仿真模型示意如图2所示。

图2 5车道交织区仿真模型示意

《道路通行能力手册》(2000)规定，当交织段长度大于750 m时，该交织段不称为交织区，上行和下行车流视为独立的合分流行为，无相互影响。南京快速内环隧道之间路段长度普遍较短，故其都属于A型交织区。《道路通行能力手册》(2010)明确了高速公路交织区参量的计算方法，以高速公路为研究对象，固定了自由流速度为120 km/h，仅适用于部分城市快速路。

由于南京城市快速内环地面段采用单向3车道，与其平行并列的2车道或3车道辅道兼匝道和加减速区，不属于快速路，考虑到快速路的建设指标低于高速公路相关标准，对3车道快速路加2车道辅道的交织区采用高速5车道交织区通过能力值可能偏大，故适当折减估算交织区的通过能力。

为估算交织区通过能力，参考《道路通行能力手册》(2000)不同自由流速度，交织比VR=0.1或0.2，双向5车道交织区通行能力如表8所示，其中80 km/h自由流速的通过能力由数值变化规律计算所得。

表8 双向5车道交织区通行能力 (pcu/h)

高速公路通行能力折减0.90后，得到自由流速度80 km/h、交织流量比0.1和0.2时不同长度交织区的通行能力。

快速内环交织区交通服务量如表9所示。随着交织流量比增加，交织区单车道通行能力下降；交织长度越长，通行能力越高。

表9 快速内环交织区交通服务量 (pcu/ln/h)

3.1.3 建立模型

模型范围为南起软件大道高架桥与凤台南路交汇处、北止草场门隧道出口(古平岗立交桥)，全程快速路，主线3车道，由南向北的车流运行状况。交织区辅道大多为2车道，部分为3车道。立交桥和下穿隧道的坡度与平曲线按设计图纸布设，道路走向按百度地图设置。高峰期流量由调查确定，平峰流量在高峰流量基础上折算而得，车流下行匝道分流比例不变。

依据现场实测车辆速度，快速路车速接近正态分布。限速60 km/h时车速为(40，70)分布；限速80 km/h时车速为(50，90)分布。由于交织区下行匝道下游交通控制复杂，下行匝道按2车道无反射设置，上行匝道则由上行交通量控制，匝道上过境流量暂不考虑。仿真两种工况通行能力如表10所示。

表10 仿真两种工况通行能力 (pcu/h)

结合实测数据和部分推算结果，确定仿真中各交织区的交织比为0.14～0.35，城市中心区的交织比较大，内环线交织区交织比如表1所示。

表11 内环线交织区交织比

3.2 内环西线仿真

3.2.1 高峰期仿真

高峰小时仿真选择早高峰7:30—8:30时段的实测值，西线车流由南向北全线限速分别为60 km/h、70 km/h、80 km/h，恒定加载早高峰流量。高峰期内环西线限速提高，总体服务水平略高。

(1) 限速值越高，车辆平均运行速度越大。

(2) 限速值越高，道路通行能力提高幅度越大。

(3) 限速70 km/h对全线服务水平提高幅度更为明显：限速70 km/h道路通行能力提高幅度10%，限速80 km/h道路通行能力提高幅度12%。

内环西线早高峰恒定加载仿真结果如表12所示，其主线长度为5 739.1 m。

表12 内环西线早高峰恒定加载仿真结果

由表12可知，当道路潜在的拥堵节点(如交织区或分流汇流点)的交通量小于其最大通过能力时，限速值的提高会提升道路的通过能力。当交通量接近或已达到潜在拥堵节点的通过能力，提高限速值可能会加快上游来车的速率，使潜在点发生拥堵，降低道路的通过能力。因此，当高峰期道路发生拥堵时，限速值已没有意义，车流无法按限速值行驶。

3.2.2 平峰期仿真

平峰期仿真选择11:30—12:00的实测交通值，西/东线车流由南向北，北线车流由西向东。全线限速设置为60 km/h、70 km/h、80 km/h，恒定加载流量，平峰期交通量占高峰期交通量的55%～65%，部分区域甚至更高，内环交通开始呈现平峰不平的特点。内环西线平峰恒定加载仿真结果如表13所示。

表13 内环西线平峰恒定加载仿真结果

仿真结果表明，限速80 km/h与限速70 km/h、60 km/h相比，快速路各断面的车速明显提高，限速80 km/h对全线总体的服务水平提升效果更显著。

(1) 限速值越高，车辆平均运行速度越大。

(2) 限速值越高，道路通行能力提高幅度越大。

(3) 平峰期内限速80 km/h对内环西线通行能力提高幅度更为明显。限速70 km/h道路通行能力提高幅度11%，限速80 km/h道路通行能力提高幅度20%。

3.3 仿真结果对比

南京快速内环限速仿真结果如表14所示。

表14 南京快速内环限速仿真结果

3.3.1 内环西线

根据不同情景输入，对比快速内环西线仿真结果，平峰期限速70 km/h服务水平高。内环西线隧道平均速度增加13.7%，主线平均行程时间缩短10.4%。

3.3.2 内环东线

平峰期，限速70 km/h服务水平高，隧道(九华山隧道、通济门隧道、西安门隧道)平均速度增加9.5%；主线平均行程时间缩短8.5%。

3.3.3 内环北线

平峰期，限速80 km/h服务水平高。隧道(玄武湖隧道、新模范马路隧道)平均速度增加20.5%；主线平均行程时间缩短14.7%。

3.3.4 小结

与限速80 km/h对比，快速内环限速70 km/h对道路的通行能力提高幅度更为显著，快速内环隧道段限速值由60 km/h提升至70 km/h是合理的。快速内环通行能力对比如图3所示。

(a) 高峰期

由图3可知：

(1) 高峰期，限速70 km/h时，内环东线、西线和北线，道路的通行能力提高5%～11%，增幅更显著。

(2) 平峰期，限速70 km/h时，内环东线、西线和北线道路通行能力增幅8%～11%。

4 南京市快速内环限速合理限速值建议

草场门隧道、集庆门隧道、九华山隧道、西安门隧道、通济门隧道限速值可由60 km/h提高至70 km/h；水西门隧道、清凉门隧道、玄武湖隧道、新模范马路隧道可维持限速60 km/h不变，若限速值提高至70 km/h，需要采取工程措施。

4.1 内环西线

草场门隧道、集庆门隧道线型条件较好，限速值可由60 km/h提高至70 km/h，隧道内匝道等特殊路段限速不变。

水西门隧道、清凉门隧道平曲线半径较小。其中，清凉门隧道在设置超高情况下，满足限速70 km/h 极限值要求；水西门隧道最小平曲线半径满足不设超高限速60 km/h要求；水西门隧道、清凉门隧道可维持限速60 km/h不变，若限速值提高至70 km/h，需要采取工程措施，改造路面材料，提高摩阻力。

4.2 内环北线

玄武湖隧道、新模范马路隧道平曲线半径较小，在设置超高情况下，分别满足限速70 km/h一般值和极限值的要求，若提高限速值至70 km/h，需要采取工程措施，改造路面材料，提高摩阻力。

4.3 内环东线

九华山隧道、西安门隧道、通济门隧道线型条件较好，限速值可由60 km/h提高至70 km/h。隧道内匝道段等特殊路段限速不变。南京快速内环限速值建议如表15所示。

表15 南京快速内环限速值建议

5 总结

本文重点研究南京快速内环限速值提高的必要性和可行性。从南京快速内环限速技术参数着手，对比相关设计规范要求，分析限速值提高的可行性。通过Vissim软件仿真，分别验证60～80 km/h 不同限速值情形下，南京快速内环路网交通运行效果。研究结果表明南京快速内环部分隧道限速值提升至70 km/h，符合相关设计规范的要求，但提升效率有限，需在主辅路交织段行驶安全、全线交通通行贯通性、隔离设施规范符合性等方面开展专项研究。