城市道路平面交叉口優(yōu)化設(shè)計方法與案例

曹蘇隴，周志華

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

現(xiàn)階段，我國各大城市正處在經(jīng)濟(jì)、社會飛速發(fā)展的時期，隨著人口規(guī)模不斷增加，隨著而來的城市道路交通擁堵問題也逐步加劇。交通擁堵已經(jīng)逐步上升為限制城市發(fā)展最重要的問題之一。在造成交通擁堵的因素當(dāng)中，交叉口的規(guī)劃設(shè)計不合理、通行效率偏低、交叉口信號配時不準(zhǔn)確等因素是最為常見的，這幾個問題在經(jīng)過科學(xué)、系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整后，通常可以有所改善。

1 造成平面交叉口擁堵的常見問題

1.1 平面交叉口的規(guī)劃設(shè)計問題[1]

1.1.1 缺少左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)專用車道

許多城市道路交叉節(jié)點的在設(shè)計之初就缺少對未來年的交通量分析，沒有意識到未來年轉(zhuǎn)向交通量的增大而忽略了專用左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的車道的設(shè)置。這就造成直行車流在通行時會被大量左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)車輛阻擋，形成交通瓶頸，大大降低了交叉口通行能力。

1.1.2 左、右轉(zhuǎn)專用車道設(shè)置不合理

許多城市在設(shè)置了左、右轉(zhuǎn)專用車道的情況下，往往交叉口還是會發(fā)生擁堵，造成這種現(xiàn)象的原因是因為左、右轉(zhuǎn)車道是由之前的直行車道直接轉(zhuǎn)換過來的，缺少展寬過渡段，這樣就造成了大量轉(zhuǎn)彎車輛阻礙了直行車輛的通行，形成了擁堵節(jié)點。例如：原先是路段為3 車道直行的道路，在進(jìn)入交叉口后除中間車道外，兩側(cè)車道分別變成了左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)專用車道，這就使得原本外側(cè)兩條車道的直行車流必須在駛?cè)虢徊婵谇?，盡快匯集到中間車道上，這樣就嚴(yán)重降低了直行交通的通行能力，同時也帶來了一定的安全隱患。

1.1.3 部分交叉口的進(jìn)出口道設(shè)計不合理

目前，國內(nèi)許多城市的交叉口渠化在流線設(shè)計方面的都存在著一定問題。例如，在交叉口前后一定距離范圍內(nèi)，直行流線應(yīng)當(dāng)是是平順的直線或弧線過渡，不應(yīng)該形成偏折角。由于大量的偏折角或者直角轉(zhuǎn)彎問題，導(dǎo)致交叉口直行車流行駛的安全性和通行效率大大降低。

1.1.4 車行道線在交叉口前設(shè)置不連續(xù)

目前許多城市都存在車行道線在交叉口前端突然“斷開”的情況，這是因為部分交叉口因為進(jìn)行渠化展寬設(shè)計，存在車道由少變多的情況。但是由于導(dǎo)流線的缺失，造成了中間過渡段交通量沒有了路權(quán)的情況，車輛行駛完全靠習(xí)慣或者經(jīng)驗，才能找到自己對應(yīng)的車道。

1.2 平面交叉口的信號燈設(shè)置問題[1]

1.2.1 城市的信號燈設(shè)置不規(guī)范

現(xiàn)狀各地區(qū)不同城市對于信號燈設(shè)置的規(guī)范性有著不同的地方標(biāo)準(zhǔn)。這就造成了全國各城市的交管部門各自創(chuàng)立適用于本地的設(shè)置規(guī)范，這些規(guī)范在不同程度上存在著交通路權(quán)沖突矛盾，這沖突矛盾往往會導(dǎo)致交叉口范圍內(nèi)的交通流控制混亂，從而降低了通行效率。

1.2.2 大量錯誤的示意“箭頭”信號燈

交通信號燈通常包含“圓形”燈和“箭頭”燈，原則上前者應(yīng)該作為主要交通燈的一種形式，而后者只能夠在“獨有路權(quán)”情況下使用。但是目前“箭頭”等被很多城市的交管部門大量使用，產(chǎn)生了交通信號燈缺乏正確的路權(quán)分配以及路權(quán)沖突的問題。

1.2.3 阻擋右轉(zhuǎn)車輛的通行

通常右轉(zhuǎn)車輛應(yīng)該在“圓形”信號燈控制下，在保障行人、非機(jī)動車優(yōu)先條件的安全條件下，允許紅燈時右轉(zhuǎn)。但由于許多城市在非特定路權(quán)的情況下大量使用右轉(zhuǎn)“箭頭”信號燈，這樣就使得右轉(zhuǎn)車輛無法應(yīng)用紅燈右轉(zhuǎn)的條件，很大程度降低了右轉(zhuǎn)的通行效率。

2 平面交叉口優(yōu)化改造方法

交叉口是道路系統(tǒng)交通流沖突的關(guān)鍵節(jié)點，是目前我國交通事故頻繁發(fā)生的重點區(qū)域。設(shè)計較好的交叉口是通行能力高、安全性強(qiáng)和美觀的統(tǒng)一。在西部一些城市，道路平面交叉口設(shè)計普遍較為單一，采用與路段等寬的交叉口設(shè)計居多，缺乏合理正確的車道分配和左右車道設(shè)置、明晰的地面渠化措施和明確的交通標(biāo)志指引，這種簡單化的交叉口設(shè)計雖然較為方便，卻降低了交叉口通行能力，同時帶來了一定程度的交通隱患。

平面交叉口優(yōu)化改造的內(nèi)容包括：交叉口進(jìn)出口各個方向車道的設(shè)置和功能劃分；進(jìn)出口車道、人行道的寬度設(shè)置；交通導(dǎo)線、停止線位置和行人過街橫道位置；交通導(dǎo)流島、公交?？空镜冉煌ㄇO(shè)計以及各類標(biāo)志布置和交叉口信號控制方案設(shè)計等。

平面交叉口設(shè)計和交通管控的一般原則[1]：

（1）交叉口是交通沖突重點區(qū)域，為有效降低事故率，提高整體通行效率，在未設(shè)置信號燈的交叉口需要設(shè)置分車道標(biāo)志和相應(yīng)的地面標(biāo)線來分配路權(quán)；

（2）交叉口設(shè)計應(yīng)包含機(jī)動車、行人、非機(jī)動車的規(guī)范化設(shè)計，具體為：道路交通標(biāo)志設(shè)計、地面指示標(biāo)線設(shè)計、導(dǎo)流島及導(dǎo)流線設(shè)計、人行道設(shè)計及非機(jī)動車道設(shè)計；

（3）城市道路交叉口的進(jìn)出口道應(yīng)為人行過街或殘障人士的使用提供必要條件，例如：過街導(dǎo)流線、過街信號燈、二次過街安全島、緣石坡道以及盲道等；

（4）交叉口的信號燈控制應(yīng)根據(jù)交通量實際檢測模式，通過計算機(jī)程序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最大程度上提高各方向交通流通過交叉口的通行效率。

3 交叉口優(yōu)化改造實例

本文以甘肅省蘭州新區(qū)經(jīng)七路與緯四路、中川商貿(mào)街畸形交叉口改造方案為例。

3.1 現(xiàn)狀調(diào)查與分析

（1）改造交叉口位置

現(xiàn)狀錯位交叉口分別由商貿(mào)街與經(jīng)七路丁字路口、緯四路與經(jīng)七路丁字路口組成，兩個丁字路口距離較近。

（2）道路狀況

現(xiàn)狀錯位交叉口附近的主要道路分別為商貿(mào)一條街、經(jīng)七路以及緯四路，道路狀況見表1，交叉口現(xiàn)狀情況如圖1 所示。

表1 相交道路現(xiàn)狀概況

圖1 交叉口現(xiàn)狀情況

（3）現(xiàn)狀問題分析

根據(jù)現(xiàn)場踏勘調(diào)查，現(xiàn)狀錯位交叉口處機(jī)動車不按導(dǎo)向行駛現(xiàn)象嚴(yán)重，車輛行駛隨意，尤其以逆向行駛為主，造成了此節(jié)點交通沖突點多，極易發(fā)生交通事故。

現(xiàn)狀駛?cè)牒婉偝錾藤Q(mào)一條街的車輛存在著較為嚴(yán)重的逆向行駛現(xiàn)象，按照原有道路設(shè)計，駛出商貿(mào)一條街的車輛需遵循右進(jìn)右處的原則，并行至經(jīng)七路遠(yuǎn)端掉頭處進(jìn)行掉頭；由緯四路駛?cè)肷藤Q(mào)一條街的車輛也需按照指定掉頭位置掉頭繞行，而現(xiàn)狀卻選擇從經(jīng)七路北進(jìn)口道直接逆行進(jìn)入。

造成以上現(xiàn)象的原因主要有三個方面：一方面由于經(jīng)七路掉頭點設(shè)置較遠(yuǎn)，車輛需要行駛較長距離繞行；其次，該區(qū)域駕駛員不能嚴(yán)格遵循標(biāo)志標(biāo)線行駛，為避免繞行，逐漸形成了錯誤的駕駛習(xí)慣；第三，現(xiàn)狀交叉口處的信號燈未正常使用，臨時放置信號燈太小，識別起來較難，駕駛員基本不遵守該信號。

3.2 改造目的

（1）消除現(xiàn)狀存在嚴(yán)重交通隱患的15 處交通沖突點。通過對現(xiàn)狀錯位交叉口渠化設(shè)計，并配合信號燈控，有效控制機(jī)動車、非機(jī)動車流向，減少沖突點，規(guī)范行車軌跡，最大限度降低交叉口的安全隱患；

（2）有效保障主干路——經(jīng)七路的通行能力，弱化商貿(mào)一條街過境車流對經(jīng)七路的影響。通過交叉口信號配時控制以及交通誘導(dǎo)、限速等手段，弱化商貿(mào)一條街的交通功能；

（3）按照現(xiàn)場實際情況進(jìn)行設(shè)計改造，盡量將工程改造規(guī)?？刂频阶钚?。

3.3 改善方案設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)狀實際情況，該次改善方案從信號燈控、減少交通沖突點、控制行車導(dǎo)向等方面對現(xiàn)狀兩個丁字路口進(jìn)行合并，對該錯位交叉口進(jìn)行渠化設(shè)計，形成車流導(dǎo)向更為簡單的斜交十字交叉口，如圖2所示。

圖2 交叉口改造方案圖

（1）機(jī)動車道布局

南北進(jìn)口設(shè)置5 條進(jìn)口道，布局為4 直+1 左，并提前設(shè)置了右轉(zhuǎn)專用道；出口4 條車道。東進(jìn)口為4 條進(jìn)口道（3 直+1 左），提前設(shè)置了右轉(zhuǎn)專用道，出口道為三條車道。西進(jìn)口為3 條進(jìn)口道（2 直+1左），提前設(shè)置了右轉(zhuǎn)專用道；出口道為3 條車道。

（2）行人過街橫道布置

行人過街橫道的設(shè)置遵從盡量縮短行人過街長度的要求進(jìn)行設(shè)置，結(jié)合考慮行人路線的順直。與路緣相接處設(shè)無障礙設(shè)計。

該次人行過街采取燈控形式，并在過街距離較長的經(jīng)七路上設(shè)置了二次過街安全島。

3.4 信號相位方案

根據(jù)現(xiàn)狀經(jīng)七路、中川街、緯四路交通調(diào)查數(shù)據(jù)，得到經(jīng)七路左、直、右三個方向的轉(zhuǎn)向交通量，代入信號相位公式進(jìn)行計算：

（1）信號最佳周期時間[2]

式中：C0為信號最佳周期時間，s；L 為每個周期各相位損失時間，s；Y 為組成周期全部相位的最大飽和度之和，即

（2）Gg為有效綠燈時間[2]

圖3 交叉口改造相位圖

式中：Gg為有效綠燈時間，s；C0表示信號最佳周期時間，s；L 為每個周期各相位損失時間，s。

（3）各相位有效綠燈時間[2]

式中：gc為各相位有效綠燈時間，s；Gc表示周期有效綠燈時間s；yi表示第i 個相位的最大飽和度（流量比）。

（4）各相位綠信比[2]

式中：λ 為有效綠燈時間，s；C0為信號最佳周期時間，s。

（5）各相位顯示綠燈時間[2]

式中：gc為各相位有效綠燈時間，s；A 為黃燈時間，一般為3 s；L 為每個周期各相位損失時間，s。

最終得到以下信號配時（黃燈時間均為3 s）：

相位一：南北直行，40 s，同時南北方向行人及非機(jī)動車可直行；相位二：南北左轉(zhuǎn)，15 s；相位三：東西直行，20 s，同時東西方向行人及非機(jī)動車可直行；相位四：東西左轉(zhuǎn)，15 s；

經(jīng)七路南北向直行交通為主向交通，因此需要放行時間較長，其他方向交通量相對較小，因此通行時間也相對較少。上述四個相位中，所有方向右轉(zhuǎn)均不受信號燈限制。

3.5 該次渠化改造方案配套的部分工程

該次改造方案設(shè)計在原有道路設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行，并對現(xiàn)狀兩處丁字路口區(qū)域內(nèi)的人行道及綠化帶進(jìn)行了小幅調(diào)整，具體內(nèi)容如下：

（1）西進(jìn)口中央分隔帶向西壓縮13 m；

（2）拆除現(xiàn)狀商業(yè)一條街與經(jīng)七路丁字路處的兩處綠化帶；

（3）經(jīng)七路北進(jìn)口中央分隔帶向北壓縮7 m，經(jīng)七路南進(jìn)口增加中央分隔帶64 m；

（4）緯四路東進(jìn)口中央分隔帶向東壓縮7 m。

3.6 交叉口改造后的使用狀況

如4 圖所示，經(jīng)七路畸形交叉口按照該方案進(jìn)行改造后，車輛行駛較改造前更為合理有效，之前闖紅燈、逆行的違法行為大大降低，該交叉口區(qū)域內(nèi)的行車秩序和行車安全得到了良好的改善。

改造后該交叉口飽和度為0.24，交叉口延誤時間為20 s，綜合服務(wù)水平達(dá)到B 級服務(wù)水平，整體通行能力和交叉口安全性都得到了提升。

圖4 經(jīng)七路交叉口改造后實景衛(wèi)星圖

4 結(jié)語

城市交叉口的合理改造和優(yōu)化，能夠大大改善節(jié)點處的車輛通行能力及行駛安全性，對城市交通擁堵的治理起著非常重要的作用。在分析交叉口問題時，必須要著眼整體路網(wǎng)進(jìn)行分析和把控，綜合各方面因素進(jìn)行考慮，這樣才能找到正確的解決方法及合理的設(shè)計方案。