城市道路環(huán)形交叉口改十字信號(hào)交叉口案例分析

蘇春敏，洪啟智，周新年，周成軍，劉富萬，盧秀琳，賴阿紅

（福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建福州　350002）

城市道路環(huán)形交叉口改十字信號(hào)交叉口案例分析

蘇春敏，洪啟智，周新年，周成軍，劉富萬，盧秀琳，賴阿紅

（福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建福州350002）

結(jié)合福州市羅星西路與青洲路環(huán)形交叉口改造工程，經(jīng)多方案、多因素比選確定環(huán)形交叉口改為十字信號(hào)交叉口方案.詳細(xì)分析了此城市環(huán)形交叉口改為十字信號(hào)交叉口案例，利用理論計(jì)算飽和度與Vissim仿真相結(jié)合的定量分析方法進(jìn)行驗(yàn)證.結(jié)果顯示:該優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可以顯著提高交叉口的通行效率；在交叉口景觀設(shè)計(jì)方面，提出渠化島植樹思路，分析了渠化島植樹的效益及適用條件，闡述了植樹位置、樹種配置、行車橫向凈距、行車安全凈空及相應(yīng)交通管制措施的要求，以適應(yīng)特殊地區(qū)的交叉口景觀設(shè)計(jì)，為渠化島上等待信號(hào)燈過馬路的行人及非機(jī)動(dòng)車駕駛者遮陰納涼.

環(huán)形交叉口；十字信號(hào)交叉口；交通仿真；上跨下穿；景觀設(shè)計(jì)

【引用格式】蘇春敏，洪啟智，周新年，等.城市道路環(huán)形交叉口改十字信號(hào)交叉口案例分析［J］.北華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，17（3）:402-408.

目前，城市交通出行問題日益嚴(yán)重，無論是對(duì)各類車輛限速限行的分流控制，還是對(duì)交叉口交通信號(hào)配時(shí)方案的優(yōu)化，都旨在緩解大中城市道路交通擁堵狀況.隨著機(jī)動(dòng)車保有量的持續(xù)上升，道路通行能力已臨近飽和，上下班高峰時(shí)段更是趨于癱瘓狀態(tài).研究者將環(huán)形交叉口改造歸納為3種方案.

方案1:拆除環(huán)島，設(shè)置渠化島和右轉(zhuǎn)專用車道.具體措施包括按《城市道路交叉口設(shè)計(jì)規(guī)程》中規(guī)定的設(shè)計(jì)車速、車型及行車軌跡拓寬道路進(jìn)口道、增加進(jìn)口車道數(shù)；設(shè)置交通島；開辟右轉(zhuǎn)專用車道；按《道路交通標(biāo)志標(biāo)線》設(shè)置交通標(biāo)志標(biāo)線；實(shí)行多相位信號(hào)控制.

方案2:增加信號(hào)控制.根據(jù)環(huán)形交叉口可容納的交通空間，按其左轉(zhuǎn)控制方式的不同，可以分為一般信號(hào)控制、左轉(zhuǎn)1次信號(hào)控制、左轉(zhuǎn)2次信號(hào)控制［1-2］.直徑或長(zhǎng)軸大于100m的環(huán)形交叉口，由于交織段較長(zhǎng)，左轉(zhuǎn)車輛可利用交織段進(jìn)行停車排隊(duì)，一般采取左轉(zhuǎn)2次信號(hào)控制方式與兩相位信號(hào)放行方式［3-4］.

方案3:立交，主要包括環(huán)形立體交叉和一般平面立體交叉.環(huán)形立體交叉在保留環(huán)島情況下，使交通量大的主干路上跨或下穿環(huán)島.根據(jù)不同的道路等級(jí)、交通量與地區(qū)，相交道路可分為兩層式、三層式和多層式，而一般平面立體交叉是將環(huán)島拆除.

本研究通過考察上述3個(gè)方案對(duì)實(shí)際環(huán)形交叉口進(jìn)行改造，通過比較通行能力、工程量及造價(jià)3個(gè)指標(biāo)來選取最佳方案，并在交叉口景觀設(shè)計(jì)方面提出渠化島植樹的思路.

1　交叉口概況

1.1交叉口及周邊環(huán)境

福州市馬尾區(qū)羅星西路與青洲路環(huán)形交叉口的半徑為20m，各道路紅線寬度均為40m，雙向四車道.環(huán)形交叉口道路現(xiàn)狀見表1，交通組織平面圖見圖1.大量裝載集裝箱的大型拖掛車、貨車從G104國(guó)道駛?cè)?，?jīng)過羅星西路與青洲路環(huán)形交叉口開往福州保稅區(qū)①；羅星中路北與青洲路東象限區(qū)域有海峽水產(chǎn)品交易中心②；羅星中路北還有盛輝物流集團(tuán)③、正大集團(tuán)大福公司④等；青洲路西與羅星西路南象限區(qū)域在建青年活動(dòng)中心⑤、城市中心廣場(chǎng)⑥、中環(huán)廣場(chǎng)⑦都吸引了大量人流、車流.在缺乏有效交通控制設(shè)施與交通管理措施情況下，該交叉口已成為馬尾區(qū)的交通瓶頸.

表1　環(huán)形交叉口道路現(xiàn)狀Tab.1　Road situation of roundabouts

1.2進(jìn)口道交通流量

將2015年9月10日測(cè)得的交通流量換算成當(dāng)量小客車流量（pcu/h）［5-6］，再按彈性系數(shù)法預(yù)測(cè)，得到設(shè)計(jì)年限各進(jìn)口道機(jī)動(dòng)車高峰流量，見表2.

表2　各進(jìn)口道機(jī)動(dòng)車高峰流量Tab.2　Peak hour flow of vehicle on all approaches

1.3交通問題

交叉口處交通標(biāo)線損壞嚴(yán)重且未及時(shí)重新施畫，交通量以大型拖掛車、貨車為主，導(dǎo)致入環(huán)車輛與環(huán)道車輛往往不在相應(yīng)的車道上行駛，易造成交通事故.

高峰時(shí)段，機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車與人流集聚此處，由于缺乏必要的交通管理設(shè)施，路權(quán)分配不清晰，導(dǎo)致非機(jī)動(dòng)車和行人秩序混亂，嚴(yán)重阻礙機(jī)動(dòng)車的有效通行，造成了安全隱患.

調(diào)查發(fā)現(xiàn):進(jìn)出口道的車道數(shù)量、通行能力不能匹配，特別是青洲路西進(jìn)口道、羅星中路北進(jìn)口道的拖掛車和貨車，分別占該相位總交通量的30%和38%，經(jīng)常造成該方向的交通擁堵.

2　環(huán)形交叉口方案比選

根據(jù)環(huán)形交叉口的3個(gè)基本改造方案，在立項(xiàng)過程中，交通工程師、道路工程師和造價(jià)師等綜合分析各項(xiàng)因素，對(duì)3個(gè)方案在工程量、造價(jià)與通行能力等方面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明:環(huán)形交叉口半徑為20m，大型拖掛車、貨車比例大，行駛軌跡長(zhǎng)，方案2只適宜選擇一般信號(hào)控制的環(huán)形交叉口，雖然造價(jià)最低，工程量小，占地少，能緩解環(huán)島交通秩序問題，但對(duì)于通行能力的提高效果不大，因此不可行；方案3可以顯著提高交叉口的通行能力，但受到道路紅線寬度限制，改造拆遷量過大，因此可行性較?。话捶桨?改造后，交叉口的通行能力介于兩者之間，但其在工程量、造價(jià)等方面都可滿足需求，所以將方案1作為工程改造方案.方案比選見表3.

3　交通組織及優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1交通組織與渠化設(shè)計(jì)

根據(jù)《城市道路交叉口設(shè)計(jì)規(guī)程》CJJ 152—2010中的規(guī)定，本改造的交叉口屬于次干道與次干道交叉，采用平A1類，展寬段長(zhǎng)度為60m，漸變段長(zhǎng)度為30 m.結(jié)合遠(yuǎn)期交通量進(jìn)行車道渠化:各入口均改造為4進(jìn)3出，每個(gè)入口處增設(shè)1個(gè)掉頭車道，除青洲路西進(jìn)口人行道保持不變外，其余各進(jìn)出口人行道均只做壓縮，能保證機(jī)非分隔，實(shí)現(xiàn)非機(jī)動(dòng)車道的無縫順接，見圖2.

3.2信號(hào)控制設(shè)計(jì)

羅星西路/青洲路口信號(hào)相位見圖3.相位相序設(shè)計(jì):采用4相位信號(hào)控制，其中相位1為機(jī)動(dòng)車東進(jìn)口直左右（圖3 a）；相位2為機(jī)動(dòng)車西進(jìn)口直左右（圖3 b）；相位3為機(jī)動(dòng)車北進(jìn)口直左右（圖3 c）；相位4為機(jī)動(dòng)車南進(jìn)口直左右（圖3 d）.

配時(shí)設(shè)計(jì):根據(jù)各流向交通量的需求，采用HCM 2000方法進(jìn)行信號(hào)配時(shí)的參數(shù)計(jì)算［7］，得出該交叉口信號(hào)周期T=128 s，配時(shí)方案見圖4.

4　方案評(píng)價(jià)

目前環(huán)形交叉口的分析軟件主要有兩類:第1類依賴于確定的數(shù)學(xué)模型，如aaSIDRA和RODEL等；第2類通過建立微觀仿真模型來模擬環(huán)島運(yùn)行，如Paramics，Vissim等.前者的移植性較差，只適合于獨(dú)立交叉口，無法對(duì)大規(guī)模路網(wǎng)或復(fù)雜交叉口進(jìn)行分析；后者有較強(qiáng)的隨機(jī)性，可對(duì)復(fù)雜交叉口進(jìn)行建模，但需對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定以提高仿真精度和可靠性［8-9］.在使用Vissim進(jìn)行路網(wǎng)建模時(shí)，無信號(hào)環(huán)形交叉口建模需要考慮“入環(huán)讓行”規(guī)則，通常設(shè)置優(yōu)先規(guī)則或沖突區(qū)域來實(shí)現(xiàn)［10-11］.為了驗(yàn)證交叉口改造效果，本研究采用微觀交通仿真軟件Vissim，以設(shè)置沖突區(qū)域方式對(duì)現(xiàn)環(huán)形交叉口和改造后的交叉口進(jìn)行仿真，得出仿真參數(shù)，進(jìn)而對(duì)改造后的交叉口進(jìn)行定量評(píng)價(jià).

4.1仿真輸入

交通仿真試驗(yàn)是用來比較改造前和改造后的交通運(yùn)行狀態(tài).交通流量的輸入采用通過預(yù)測(cè)得到的設(shè)計(jì)年限交通流量，車輛比例按照實(shí)測(cè)的比例輸入，仿真時(shí)長(zhǎng)取3 600 s，以保證交通運(yùn)行的穩(wěn)定性.

4.2仿真結(jié)果

運(yùn)用微觀交通仿真軟件Vissim得出延誤、平均停車時(shí)間等參數(shù).對(duì)環(huán)形交叉口進(jìn)行交通仿真時(shí)，軟件在運(yùn)行過程中出現(xiàn)交叉口“鎖死”，即仿真無法繼續(xù)運(yùn)行，造成輸出的仿真數(shù)據(jù)不完整（圖5），這與現(xiàn)狀交叉口高峰時(shí)段出現(xiàn)車輛擁堵，車輛無法通行相符合.

在十字信號(hào)交叉口仿真期間，車輛有序行駛，交叉口并無擁堵（圖6）.在飽和度計(jì)算中運(yùn)用文獻(xiàn)［12］的簡(jiǎn)化方法分別取左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)車道的基本飽和流量為1 500，1 600，1 500 pcu/h，進(jìn)而計(jì)算出每個(gè)車道的通行能力，如直行車道通行能力為C=N×1 600×gei/c0，其中:C為車道通行能力；N為車道數(shù)量；gei為有效綠燈時(shí)間；c0為信號(hào)周期，可以求出東、西、南、北每個(gè)入口的通行能力為1 356，1 906，1 356，969 pcu/h，再結(jié)合表2預(yù)測(cè)高峰小時(shí)流量（V）的數(shù)據(jù)計(jì)算飽和度.仿真參數(shù)輸出見表4.

由表4可知:交叉口左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)平均延誤為43.8，41.1，4.2 s；平均停車時(shí)間為37.3，36.2，2.0 s；平均停車次數(shù)為0.91，1.08，0.30次/輛.依據(jù)CJJ/T 141—2010《建設(shè)項(xiàng)目交通影響評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》按飽和度對(duì)信號(hào)交叉口機(jī)動(dòng)車劃分服務(wù)水平，得出東、西、南、北的交通服務(wù)水平為B，C，C，B，改造交叉口的通行效率明顯提高.

表4　改造交叉口通行效率評(píng)價(jià)Tab.4　Evaluation of traffic efficiency on reconstructed intersection

5　交叉口景觀設(shè)計(jì)

城市道路交叉口景觀是由道路交叉口本體、周圍建筑、廣場(chǎng)、小品、綠地與人的活動(dòng)，以及各種變動(dòng)因素組成的多樣性綜合體［13］.《城市道路交叉口設(shè)計(jì)規(guī)程》CJJ 152—2010中規(guī)定了平面交叉口視距三角形范圍內(nèi)，不得有任何高出路面1.2 m妨礙駕駛員視線的障礙物，但渠化島一般都在視距三角形范圍內(nèi)，其景觀設(shè)計(jì)必然受到影響.

5.1渠化島現(xiàn)狀

許多大城市交叉口渠化島景觀單調(diào)、雷同、乏味，為避免影響交叉口的行車視線，城市綠化管理部門采取的方法是全部取消在渠化島上種植喬木，因此，低矮的灌木成了目前交叉口渠化島綠化的主要形式.

福州市屬于全國(guó)幾大“火爐”之一，夏日高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，戶外溫度高，渠化島上的行人不得不頂著烈日長(zhǎng)時(shí)間等待信號(hào)燈過馬路，常常造成非機(jī)動(dòng)車和行人違反交通規(guī)則.對(duì)此，相關(guān)部門采取的主要措施是在交叉口渠化島上安置遮陽(yáng)傘、固定鋼結(jié)構(gòu)雨棚等臨時(shí)裝置，使等待信號(hào)燈過馬路的行人免受夏日高溫的炙烤，然而設(shè)置這些臨時(shí)裝置會(huì)造成交叉口景觀不協(xié)調(diào)，安全性也受到影響.

5.2渠化島植樹的效益

景觀效益.通過種植適當(dāng)?shù)膯棠緲浞N，渠化島能顯著提升城市交叉口的綠化檔次，營(yíng)造出“一點(diǎn)一樹一景”的城市景觀，提升城市品質(zhì).此外，在渠化島植樹還有其他特殊的文化景觀效益.

生態(tài)效益.隨著城市的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)已開始引起重視，人們更加向往接近大自然的生活環(huán)境而不是鋼筋水泥構(gòu)筑的森林.樹木能起到減弱噪聲，凈化空氣，降低風(fēng)速，減少粉塵，調(diào)節(jié)城市小氣候等作用，在渠化島植樹有助于改善城市生態(tài)效益.

人文效益.渠化島是城市交叉口中行人和非機(jī)動(dòng)車的重要中轉(zhuǎn)點(diǎn).行人和非機(jī)動(dòng)車往往要在渠化島上等候較長(zhǎng)時(shí)間，通過在渠化島上植樹的方法可以為過往行人撐起一把“樹傘”，起到遮陰納涼的作用，減少行人橫穿馬路違反交通規(guī)則現(xiàn)象的發(fā)生.

5.3渠化島植樹的安全影響

無信號(hào)控制交叉口.車輛受到的約束少，人流與車流都有相對(duì)自由的通行空間，在車輛即將駛?cè)虢徊婵趦?nèi)時(shí)，駕駛員在距交叉口一定距離內(nèi)根據(jù)所見到的道路情況提前做出判斷，做出減速讓行或直接通過的決策，而駕駛員的決策取決于在駛?cè)虢徊婵谥暗缆穬蓚?cè)的通視范圍.交通安全主要靠交叉口上良好的通視范圍來保證，即視距三角形范圍內(nèi)不能有阻擋駕駛員視線的障礙物.由于渠化島的位置一般處在視距三角形范圍內(nèi)，缺乏必要的交通管制，必然會(huì)造成交通安全隱患.

有信號(hào)控制的交叉口.有信號(hào)控制和交通標(biāo)志、標(biāo)線約束的道路交叉口，人流和車流都會(huì)根據(jù)交通指示有秩序地移動(dòng)，路權(quán)明確，各進(jìn)口道的車輛行進(jìn)出受到信號(hào)燈的控制，此時(shí)交叉口內(nèi)的車輛行駛速度低且直接沖突少，對(duì)視距的要求相對(duì)小.因此，在有交通管制下的渠化島植樹是可行的.

5.4渠化島植樹的技術(shù)措施

5.4.1植樹位置

在渠化島上植樹時(shí)必須考慮樹木的種植位置、分枝點(diǎn)高度以及冠幅，以滿足行車安全凈空的要求，要防止樹木枝葉對(duì)信號(hào)燈及交通標(biāo)志形成遮擋.因此，植樹位置選擇可參考城市道路綠化相關(guān)規(guī)范中行道樹的種植標(biāo)準(zhǔn)，在原有植樹區(qū)域合理位置設(shè)置樹池，同時(shí)要避免影響交叉口管線.

5.4.2樹種配置

渠化島上的樹種按照以下標(biāo)準(zhǔn)來選擇:樹干挺拔、根深、枝葉茂盛，適合在本地區(qū)正常生長(zhǎng)；分枝點(diǎn)足夠高，樹冠整齊，主枝往上生長(zhǎng)而不會(huì)深入路面空間，葉片緊密從而能形成濃蔭；易生長(zhǎng)且抗病蟲害，移栽后容易成活且恢復(fù)生長(zhǎng)速度快，易于養(yǎng)護(hù)管理且養(yǎng)護(hù)費(fèi)用不高；優(yōu)先選擇能吸收汽車尾氣的樹種，或是帶有適度花香的樹種，從而起到凈化、美化城市空氣，提升城市品質(zhì)的作用；盡量選擇夏季能遮陽(yáng)，冬季又不受影響的落葉喬木，在福州推薦選擇大葉榕、鳳凰木等.

5.4.3行車橫向凈距

要降低對(duì)駕駛員行車視線的影響，考慮安全行駛所需橫向凈距.《城市道路綠化規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定:喬木樹干中心到兩側(cè)道路緣石外側(cè)距離不宜小于0.75 m（圖7）.車輛行車軌跡受到行車速度的影響，所以不同設(shè)計(jì)速度的交叉口內(nèi)的栽植距離應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整，防止樹的分枝與車輛產(chǎn)生刮碰.

5.4.4行車安全凈空

通過查閱大量資料及實(shí)地調(diào)查，對(duì)于渠化島植樹的豎向凈空要因地制宜.根據(jù)道路周圍環(huán)境以及道路性質(zhì)的不同進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，采用不同的標(biāo)準(zhǔn).若在渠化島植樹，枝下高度建議采用CJJ 75—1997《城市道路綠化規(guī)劃與設(shè)計(jì)規(guī)范》5.3.2節(jié)的規(guī)定.汽車在行車的狀態(tài)下，其凈高自路面起必須在4m以內(nèi)，再加上0.5m的安全區(qū)域，得出4.5m的道路行車安全凈空最低值.

5.4.5安全措施

在渠化島上植樹的安全措施分為前期措施和后期措施，前期措施指樹種配置和位置擇優(yōu)等；后期措施指根據(jù)植樹后的交叉口交通環(huán)境狀況有針對(duì)性地采取一些安全措施，即在渠化島植樹位置前方適當(dāng)距離處豎立輔助標(biāo)志，提醒車輛注意渠化島上有植樹，注意規(guī)范行車等；定期對(duì)樹木進(jìn)行修剪，使其滿足橫向凈距與凈空要求.

6　結(jié)論與討論

在進(jìn)行城區(qū)環(huán)形交叉口改造設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)相交道路等級(jí)、周邊環(huán)境、交通流向及流量大小，并考慮經(jīng)濟(jì)性等因素進(jìn)行多方案比選.本研究在對(duì)現(xiàn)交叉口進(jìn)行仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于交通量太大，仿真無法得到完整的數(shù)據(jù)；對(duì)改造交叉口采用了文獻(xiàn)［12］理論計(jì)算飽和度和Vissim仿真數(shù)據(jù)相結(jié)合的定量分析方法，得出更可靠的通行效率評(píng)價(jià)，即東、西、南、北的交通服務(wù)水平為B，C，C，B；在景觀設(shè)計(jì)方面提出了在渠化島植樹的思路，為渠化島上等待信號(hào)燈過馬路的行人及非機(jī)動(dòng)車駕駛者遮陰納涼.對(duì)交叉口仿真時(shí)沒有考慮人流和非機(jī)動(dòng)車的影響，在進(jìn)行渠化島植樹的安全性分析時(shí)沒有考慮不同形式的交叉口與過街行人心理活動(dòng)等.因此，今后在渠化島植樹研究中，應(yīng)進(jìn)行分類細(xì)化，通過景觀仿真及實(shí)踐加以驗(yàn)證.參考文獻(xiàn)：

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［13］劉平.城市道路平面交叉口景觀設(shè)計(jì)研究:以福州市為例［D］.福州:福建農(nóng)林大學(xué)，2010:18-19.

【責(zé)任編輯：郭偉】

A Case Study of Urban Road Roundabouts to Cross Signal Intersection

Su Chunmin，Hong Qizhi，Zhou Xinnian，Zhou Chengjun，Liu Fuwan，Lu Xiulin，Lai A’hong
（College of Transportation and Civil Engineering，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou 350002，China）

Combining with roundabouts of engineering practice between Luoxing west road and the Qingzhou road in Fuzhou city，the author put forward a scheme that roundabouts should be changed to cross signal intersection after the comparison of multiple solutions and multiple factors and analyzed the cases that roundabouts were changed to signal intersections in this city carefully.In addition，by using the theoretical calculation of saturation and Vissim simulation combined with quantitative analysis，the author verified the optimized design scheme could significantly improve the traffic efficiency of the intersection.In terms of the intersection of landscape design，the author put forward a thinking about channelized traffic island which is planting，analyzed the benefits and suitable conditions of channelized traffic island planting and elaborated the planting locations，the configuration of tree species，driving transverse spacing，safety clearance and the requirement of corresponding traffic control measures to adapt to the intersection of landscape design of this special area and provide shade for pedestrians and nonmotor vehicles drivers waiting for the signal to cross the road in channelized traffic island.

roundabouts；cross signal intersection；traffic simulation；span and down-traversing；landscape design

U491.23

A

1009-4822（2016）03-0402-07

10.11713/j.issn.1009-4822.2016.03.028

2015-11-23

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（30972359）；福建農(nóng)林大學(xué)高水平大學(xué)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目（113-612014018）.

蘇春敏（1990-），男，碩士研究生，主要從事交通運(yùn)輸規(guī)劃研究，E-mail:710322992@qq.com；通信作者:周新年（1951-），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事交通運(yùn)輸規(guī)劃和工程索道研究，E-mail:284649785@qq.com.