西區門戶計畫-忠孝西路永久路型車流模擬及路網績效評估

 

第一章、前言

1.1 計畫目的

以往道路為改善瓶頸及易肇事地點之交通壅塞情況,係透過土木工程、交通工程及交通管理等手段進行改善,如土木槽化工程、號時制調整及車流管制措施等方案改善交通壅塞及肇事情況,以達到路口路段交通服務水準提升及減少肇事率之目的。

現行針對瓶頸及易肇事地點之交通改善方案,大部份係由單一路口或路段著手進行,惟往往被改善之路口成效良好卻造成鄰近路口之壅塞情況,為求整體路網交通服務水準最佳化,本計畫將以路網為觀點著手進行改善,並藉由微觀車流模擬模式衡量整體交通措施改善前後之成效,進行後續交通改善工程之規劃與施工。基於此臺北市因而辦理「西區門戶計畫-忠孝西路永久路型車流模擬及路網績效評估」之計畫。

本計畫執行主要目的:

1.  藉由微觀車流模擬模式衡量整體交通措施改善前後之成效。

2.  作為後續交通改善工程規劃與施工之參考依據。

1.2 計畫範圍

因考慮計畫完整性及微觀模擬模式建構之需要,因此分為兩個層次:

1.  微觀模擬範圍

範圍涵蓋北至市民大道/鄭州路、東至林森南北路、南至忠孝東西路、西至環河南北路以及承德路1(南京-鄭州)所建構之路段與路口,另沿線影響整體交通運作之人行干擾亦納入研究範疇,如圖1。透過擬相關交通管制配套措施,尋求適管制方式及作為評估依據。

2.  巨觀分析範圍

此為考慮計畫完整性及微觀模擬模式建構之需要所劃定。由於區域交通之改善,對於車流之轉移、轉向變換及車流量變化,均會受到連動影響,本計畫將透過巨觀暨整體運輸規劃模式進行分析,並做相關交通量分派,以獲得不同方案情境下之車流變化情形,並作為微觀模擬模式分析範圍之車流輸入資料。初步劃定的巨觀分析範圍,如圖1

 

1 計畫範圍

 

1.3 計畫內容

1.  現況交通資料蒐集及評估範圍路網建置

(1) 微觀模擬路網構建-依微觀模擬範圍建置主次要道路之路網及交通量轉向資料。

(2) 模擬路網輸入資料建置-前述路網建置應包括各主次要道路路口之號時制、轉向交通量及現況交通設施、管制措施。

(3) 模擬路網資料補充調查-前述各項交通現況資料若有不足部分,派員進行調查補足資料如:號時制、轉向交通量、現況交通設施、管制措施

2.  微觀車流模擬分析

(1) 模式校估-依現況調查進行微觀車流模擬模式之校估,產出各項路網績效指標如:行駛速率、旅行時間、延滯時間、等候長度..等

(2) 績效評估-配合機關議之各項改善方案評估事後效益。包括:交通量移轉、動線分析、路網平均速率、平均每車延滯時間、路段/口交通量、流量變化情形、旅行速率、延滯時間、服務水準、道路績效微觀模擬3D影片。

1.4 計畫流程

為使本案能順利完成,其作業流程如圖2所示。其中,有關實質特性資料蒐集與調查部分,本計畫將針對號時制、交通設施及管制措施等方面進行資料蒐集與調查。

另所模擬之各項改善方案均由機關研議後,本計畫配合模擬評估事後效益。並於模擬作業前,聯繫機關召開工作會議(每月至少一次)確認評估範圍、改善方案並報告工作進度及模擬績效,並依工作會議指示配合修正工作方向。

 

 

2 計畫流程圖

 

第二章、模擬路網與模式建置

2.1 交通模擬作業

交通模擬作業將區分為兩大方向,第一部份係先透過巨觀的交通量指派模組產生不同方案之交通量分析結果,作為輸入微觀車流模擬交通之依據,第二部分為車流微觀模擬。詳細作業流程請參見圖3

3 交通模擬作業流程

1.  交通路網巨觀模擬分析

(1) 交通路網分析之必要性

由於本計畫將會根據不同交通改善目標訂定不同方案,例如單行道改為雙向道或封閉某道路等交通措施,將會使交通動線、各路段交通量及各路口轉向交通量產生相應之影響,因此需要透過交通量指派模組進行交通量分析。

(2) 路網分析

北都會交通運輸規劃模式為TRTSIV惟其路網涵蓋北都會區,因此透過運輸規劃軟體之次區域模組來攫取路網,以利於交通路網分析作業。本公司以TransCad運輸規劃軟體作為分析工具,利用TransCad次區域模組建構分析範圍路網及OD起訖量,作為後續分析之基礎。

2.  微觀車流分析工具

本計畫將採用德國PTV公司所發展車流微觀模擬軟體VISSIM作為本計畫之車流微觀模擬之分析工具。VISSIM為目前國內普遍使用之軟體,相關參數也在國內多數研究單位研究比較。過去本公司也在本計畫研究範圍應用過,將再參酌過去經驗,透過完整巨觀路網分析及微觀車流模擬,對研究範圍提出更精之交通分析結果。

3.  基礎路網建置

車流微觀模擬分析作業包括路網建構、既有路段幾何設定、路段連結、路口號、轉向設定及偵測器設定等,此外也包括模擬車流參數設定,車流間距、流量等等。就整體模擬作業而言,最重要之基礎即為建立基年模式,能使模擬結果與調查結果相互比較並回饋修訂模擬參數,才能獲得穩定的模擬結果,作為後續作業之基礎。合理的模式校估與驗證才是車流模擬結果之品質保證。另為避免初始階段整體路網車流量過少影響模擬結果,本計畫設定暖機時間為15分鐘,此段時間之模擬績效將不納入正式模擬績效評估中。

2.2 巨觀路網與模式建置分析

依據本計畫巨觀模擬之結果,將研究範圍劃分成為25周界交通分區(如圖4所示),以利後續微觀模擬之進行,從台北都會運輸規劃模式合併成為25分區路網,再經過現況交通量校估成為研究範圍之OD矩陣。以為未來交通動線改變做為道路交通量預測之基礎。

圖3

4 研究範圍交通分區圖

2.3 微觀車流模擬路網建置與分析

1.  車流微觀模擬之路網建置作業

微觀車流模擬屬於每一單獨車輛車流在路網中運作狀態,因此路網需要與實際道路狀態相同,包括每路段車道數,路段轉向車道、路口號或無號,或路口優先權等。路網建置過程首先需要實地調查道路幾何屬性,交通設施等,建置在模擬路網中。透過VISSIM模擬軟體提供之各種屬性工具,可以將現況道路設施有很大比例可以模擬在路網。根據本計畫作業過程中,路網建置必須要特別注意項目說明如下。

(1) 路口右轉車道速度限制,根據實際道路駕駛行為,車流右轉速度通常低於10公里小時以下,因此需要將此一特性加以模擬。

(2) 車流模擬屬於數學計算方法,因此車流交織現象模擬與現象差異較大,路網建置可能需要考慮方式與實際道路狀態不盡相同,例如右轉專用車道或左轉專用道,在實際道路中,其長度並不需要很長,但在模擬路網中需要盡可能拉長距離,才比較能順利進行變換車道。

(3) 機車兩段式左轉車道可以模擬,但是模擬兩段左轉車道線形無法與實際道路線形相同。

(4) 機車待轉區也可以設置模擬區域,相同模擬結果並無法與實際使用完全相同,通常實際在待轉區交通量大於模擬能提供之數量。

2.  車流微觀模擬之模式校估與驗證作業

(1) 車流行為參數設定

就市區道路而言,車流微觀模擬主要影響因素包括:跟車模式參數、車輛前方與後方可視距離、變換車道參數、橫向特性參數。各參數設定如表1。其中「觀察鄰近車輛」之定義為影響路網中的駕駛員如何預測其他車輛運行以及做出相應反應之能力。

 

1 軟體參數設定一覽表

駕駛行為

參數

大型車

小型車

機車

車輛特性

車長(m)/車寬(m)

11.54/2.5

5.50/2.10

1.65/0.64

期望速率分佈(KPH)

[35,45]

[45,55]

[35,45]

最大加速率分佈(m/s2)

[1.2,250]

[3.5,250]

[6.0,160]

期望加速率分佈(m/s2)

[1.2,250]

[3.5,250]

[6.0,160]

最大減速率分佈(m/s2)

[-7.5,-5.1]

[-7.5,-5.1]

[-7.5,-6.0]

期望減速率分佈(m/s2)

[-0.8]

[-3.0]

[-4.0]

跟車行為

觀察鄰近車輛

4

4

4

靜止時車輛間距(m)

2.5

1.0

0.3

安全距離附加部分(m)

2.0

1.0

0.5

安全距離倍加部分(s)

3.0

2.0

1.0

變換車道

最大減速度(本身的車)(m/s2)

-4.0

-4.0

-4.0

最大減速度(被超越的車)(m/s2)

-3.0

-3.0

-3.0

同車道
操作特性

車道中期望位置

車道中

車道中

任意位置

同車道超車行為

禁止

禁止

可以(0.3)

可超越那些車種

禁止

禁止

可以

(2) 錯誤資訊之更正

完成車流模擬後,系統若有錯誤訊息時會產生錯誤訊息檔案,需要根據此一檔案內容來進行路網修正作業,使模擬作業更完善,檢核內容如下:

(a) 路網幾何、速度、號等檢核。

(b) 輸入交通量、轉向等檢核。

(c) 路段車流行為、車流組成等檢核。

(3) 模式校估與驗證

模式校估與驗證之主要目的,在於建立可靠的模擬計算結果,以及確認選用的參數是否適用。模式校估首先要檢核輸入與輸出的交通量,除此之外,速度、旅行速度等參數也需要檢核。除了以數據檢核之外,亦可透過圖像化資料進行輔助,如觀察延滯長度、壅塞路段時間、駕駛行為等,是否與實際狀態相符。

3.  飽和容量模擬計算

根據前述參數值設定,號周期200秒,綠燈時間95秒,計算可以通過汽機車交通量。其中,以單一車道3.5公尺為例,其每分鐘可通過路口之汽、機車量統計如圖5所示,機車每小時可通過3,600輛,汽車可通過1,200輛。

 

5 本計畫用此模擬參數試算汽機車飽和容量示意圖

 

第三章、初步方案模擬成果與績效評估

3.1 現況路網模擬績效分析

依據現況道路實質狀態及現況調查之路口交通量,並以本計畫使用模擬參數進行模擬驗證工作,主要驗證方式為檢核各路口於現況調查與路網模擬中通過各路口交通量之差異。主要包括忠孝西寧路口、忠孝中華路口、忠孝重慶路口、忠孝館前路口、忠孝中山路口、鄭州西寧路口、鄭州塔城路口、鄭州延平北路口等。以晨昏小時模擬結果詳見表2。現況路網模擬校估驗證結果,各路口之誤差值均於10%以內。

 

2 模擬驗證路口交通量統計表

路口名稱

調查交通量(X)

模擬交通量(Y)

現況與模擬交通量差異驗證結果(Y-X)/X

汽車
(
)

大客車
(
)

機車
(
)

汽車
(
)

大客車
(
)

機車
(
)

汽車

大客車

機車

汽車

大客車

機車

忠孝西路
/
西寧南路

3,581

177

8,594

3,246

162

8,182

-335

-15

-412

-9.4%

-8.5%

-4.8%

忠孝西路
/
中華路

5,949

578

8,256

5,827

578

7,914

- 122

-

- 342

-2.1%

0.0%

-4.1%

忠孝西路
/
重慶南路

4,504

503

1,765

4,423

524

1,590

-81

21

-175

-1.8%

4.2%

-9.9%

忠孝西路
/
館前路

4,881

540

679

4,711

501

720

-170

-39

41

-3.5%

-7.2%

6.0%

忠孝西路
/
中山南路

5,687

486

3,692

5,642

503

3,626

-45

17

-66

-0.8%

3.5%

-1.8%

鄭州路
/
西寧南路

961

26

3,786

952

25

3,500

-9

-1

-286

-0.9%

-3.8%

-7.6%

鄭州路
/
塔城街

1,183

92

3,524

1,183

90

3,398

-

-2

-126

0.0%

-2.2%

-3.6%

鄭州路
/
延平北路

2,176

139

8,475

1,970

138

7,881

-206

-1

-594

-9.5%

-0.7%

-7.0%

合計

28,922

2,541

38,771

27,954

2,521

36,811

- 968

- 20

-1,960

-3.3%

-0.8%

-5.1%

 

3.2 永久路型網模擬績效分析

忠孝西路永久路型之微觀車流模擬整體路網如圖6所示。

 

y6

6 忠孝西路永久路型整體模擬路網示意圖

 

1.  路型說明

永久路型各路口車道配置情形詳圖7~9

2.  路口號時制計畫

於永久路型方案,部分路口之車道配置情形與現況有所差異,為因應其所造成之車流轉移現象,本計畫號誌時制乃參考現況時制,並依據永久路型之交通特性進行數值計算,再利用微調方式求得最佳時制。

其中,忠孝西路/西寧路口因左轉專用道之設置增加左轉專用時相提供左轉汽、機車使用,另於橋上左轉時相開放時,平面側車道之車輛亦可通行。

忠孝西路/中華路與忠孝西路/延平北路則配合永久路型路之調整重新規劃時制計畫。另考量永久路型方案中華路改為銜接塔城街,將造成鄭州路交通量轉移,因此於鄭州路/塔城街口設置往西方向之早開時相,原鄭州路/延平北路口往西方向之早開時相則予以取消。

另北平西路/重慶南路口因應北西站於10511月拆除,原有進出該站區之時相將配合取消。

3.  市區公車服務路線

因永久路型方案道路型與配置之改變及因應未來交六交七停靠站之設置,計畫範圍周邊之市區公車服務路線將有所調整,本計畫依據臺北市公共運輸處所提供之資料,包含停靠交六交七之公車路線資料彙整及計畫周邊市區公車行駛動線調整說明,進行微觀車流模擬分析,以提供相關單位做為後續規劃之參考。

7 忠孝西路/西寧北路車道配置圖

 

8 忠孝西路/中華路/延平北路車道配置圖

 

9 忠孝西路/重慶南路車道配置圖

4.  模擬結果說明

(1) 忠孝西路(忠孝橋引道至西寧北路段)

因忠孝橋引道往東方向於永久路型之車道配置為3直行車道、1左轉專用道以及1機車左轉專用道。所增加之左轉車流將減少直行車流之有效綠燈時間,相較於現況,雖然所設之車道數增加,但其車流順暢度反較差。另機車左轉專用道亦無法於所配置之綠燈時間內完全紓解,因此,於晨昏、峰時段之服務水準均呈現F級。

(2) 忠孝西路(中華路至重慶北路段)

本路段車流行為與交通配置情形與現況相較之差異如下

(a) 因北門與綠地槽化設計,延平北路與忠孝西路將為一T字路型,博愛路僅能右轉忠孝西路無法銜接延平北路,使得博愛路北上之交通量轉移至中華路。

(b) 塔城街往北4車道,與現況延平北路比較,減少機車專用道。

(c) 中華路左轉忠孝西路之左轉專用車道,由現況兩車道縮減為一左轉專用車道。

從模擬結果顯示,塔城街與鄭州路路口車流影響塔城街右轉車道之車流順暢度。忠孝西路與中華路口往東方向於紅燈時段,車隊停等至忠孝西路216巷口,與目前狀態接近。

(3) 忠孝西路(重慶北路至中山北路)

永久路型配置兩外車道作為公車專用道,南側有3處公車站區,北側則有交6及交7處公車站區,因公車轉運區設置之正面效果,忠孝西路(館前-公園路)往西路段交通擠情形減輕。車流順暢程度比現況好。

(4) 現況與永久路型路口績效比較

l   現況與永久路型方案之路口績效彙整如表3所示。

l   於永久路型方案,忠孝西路/館前路之晨峰時段與鄭州路/延平北路晨、昏峰時段之路口績效均有明顯提升。

l   永久路型方案之鄭州路/西寧南路之晨峰時段與鄭州路/塔城街晨、昏峰時段之路口延滯時間均有明顯增加。

l   另因延平北路之車流量轉移至塔城街,鄭州路/塔城街與鄭州路/延平北路兩路口績效所受之影響較為明顯。

(5) 現況與永久路型路段績效比較

本計畫針對現況路型與永久路型之晨、昏峰進行績效比較分析,其績效指標包含各路段之平均旅行速率及每車旅行時間。

l   總體而言,現況與永久路型各路段績效差異不大。

l   而就各路段績效結果顯示,忠孝西路(公園路至重慶北路段)之大客車績效有明顯改善(平均旅行速率提升約36%)

 

3 現況與永久路型方案之路口績效彙整表

路口名稱

現況

永久路型方案

備註

晨峰

昏峰

晨峰

昏峰

晨峰

昏峰

路口

平均延滯(/pcu)

服務

水準

路口

平均延滯(/pcu)

服務

水準

路口

平均延滯(/pcu)

服務

水準

路口

平均延滯(/pcu)

服務

水準

忠孝西路/西寧南路

99.9

F

73.7

E

102.5

F

76.3

E

忠孝西路/中華路

91.0

F

81.3

F

93.6

F

83.6

F

忠孝西路/延平北路

-

-

-

-

46.1

D

56.3

D

-

-

忠孝西路/重慶南路

46.5

D

50.6

D

45.9

D

48.4

D

忠孝西路/館前路

56.5

D

52.2

D

45.2

D

49.6

D

忠孝西路/中山南路

66.6

E

66.0

E

68.5

E

64.5

E

鄭州路/

西寧南路

31.6

C

65.3

E

52.9

D

64.4

E

鄭州路/

塔城街

49.3

D

62.7

E

111.6

F

81.4

F

鄭州路/

延平北路

105.7

F

83.9

F

64.0

E

61.9

E

環河路/

忠孝西路

69.9

E

68.9

E

69.8

E

68.9

E

-

環河路/

鄭州路

81.7

F

83.5

F

84.2

F

84.7

F

承德路/

鄭州路

67.9

E

67.1

E

71.6

E

72.0

E

北平西路/

重慶南路

57.7

D

58.1

D

56.2

D

56.0

D

: “表為變好; 表為變差

 

(6) 現況與永久路型路網整體績效比較

現況與永久路型方案之整體路網模擬績效如表4所示。其結果顯示現況與永久路型方案之整體路網績效差異不大。

另就各車種績效而言,公車之總績效明顯改善,永久路型方案於晨、昏峰時段,總延滯時間減少46~49/輛;平均速率提升約2.9~3.1公里/小時,平均旅行時間則減少近8/輛。

本計畫另針對永久路型整體路網所節省之旅行時間進行計算,其中各車種之乘載率假設機車之乘載率為1.1人;小型車之乘載率為1.2人;公車為之乘載率25人進行計算。結果顯示永久路型之總人旅行時間於晨峰可節省130.0小時,昏峰可節省128.2小時;總人延滯時間於晨峰可節省798.6小時,昏峰可節省765.7小時。

 

4 現況與永久路型方案之整體路網模擬績效表

模擬績效指標

車種

模擬績效值

現況

永久路型方案

晨峰

昏峰

晨峰

昏峰

平均延滯

(/)

所有車種

135.6

128.6

135.3

128.4

公車

304.1

301.7

255.3

255.1

小型車

103.9

97.4

103.5

97.3

機車

161.9

158.3

161.6

157.8

平均速率

(公里/小時)

所有車種

17.7

18.2

18.0

18.2

公車

10.3

10.1

13.2

13.2

小型車

20.4

21.1

20.4

21.1

機車

15.6

16.1

15.8

16.1

平均旅行時間

(/)

所有車種

296.1

294.4

294.9

294.1

公車

252.8

252.4

244.8

244.6

小型車

543.3

532.4

542.8

532.2

機車

343.8

344.4

343.1

344.3

 

第四章、結論

1.  交通工程之興建與交通工程措施之施行所需花費龐大的時間與經費,若施作後才發現其中之弊端,後續改善工程往往需花費更多時間、精神與經費,因此,若能於實施前先針對交通情境進行模擬預測,使設計者與決策者能預先了解、發現可能產生之問題與結果,提前預防改善,不僅可避免不當設計缺陷之發生,減少後續改善之需求,亦可提升整體建設之完善度。

2.  永久路型與現況路型之路口績效差異不大,但就安全考量,均建議以永久路型方案優於現況路型。

3.  針對忠孝西路/館前路口往西方向之公車專用道設置評估結果,因右轉車流與直行公車之交織情形嚴重,於路口績效評估中,以永久路型規劃之公車專用道設置方式優於階梯式公車專用道設置方式,因此,建議未來規劃可以永久路型方案之公車專用道設置方式(即於距離路口100公尺處取消原公車專用道)

4.  針對重慶南路開放左轉之情境,因左轉專用道設置於最內側車道時將產生嚴重之交織問題,無論就模擬績效抑或交通安全之考量,均以左轉專用道設置於外二車道之情境較左轉專用車道設置於最內側車道之情境為佳,因此,若於開放公車左轉重慶南路之情境下,建議行左轉專用道設置於外二車道之方案。

5.  永久路型方案之時制計畫規劃結果可作為初期交通號時制設置之依據,未來在實際運作過程,建議仍需定期蒐集道路交通資料,進行檢討調整,以期路口運作更具效率。