城市道路平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)與評價(jià)研究

梁大貴

貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的不斷完善和城鎮(zhèn)化的持續(xù)推進(jìn)，道路作為重要的交通樞紐，建設(shè)步伐也日益加快。不同等級的城市道路相互交錯(cuò)，設(shè)計(jì)期間多條道路難免會(huì)產(chǎn)生交叉口，而道路之間的平面交叉口是各種車輛和行人的集散地，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響路網(wǎng)的正常運(yùn)行。如果平面交叉口設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的交通擁堵，影響行車安全性和舒適度，嚴(yán)重的情況下可能造成局部路網(wǎng)的癱瘓[1]。為了提高道路服務(wù)水平，應(yīng)根據(jù)實(shí)際交通量級規(guī)劃需求，利用渠化和信號控制方案兩方面對平面交叉口進(jìn)行優(yōu)化。因此，研究平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)與評價(jià)方法具有十分重要的工程意義和社會(huì)價(jià)值。

1 道路平面交叉口的類型及適用性

道路平面交叉口通常是指兩條或兩條以上道路在同一平面相交的位置，是各種類型的交通流集散地，與單條道路交通特性有明顯區(qū)別。只有在充分理解各種類型平面交叉口適用性的前提下，才能更好地針對平面交叉口提出優(yōu)化措施。

1.1 道路平面交叉口的類型

道路平面交叉口根據(jù)其功能、平面相交形式、道路數(shù)量、交通組織方式等可劃分為多種類型，如表1所示[2]。

表1 道路平面交叉口類型

1.2 道路平面交叉口的適用性

不同類型的交叉口適用性的情況也不相同，在選擇平面交叉口時(shí)應(yīng)對設(shè)計(jì)小時(shí)交通量、交通組成、自然條件、工程造價(jià)等因素進(jìn)行綜合考慮，并開展技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性對比，以確定最優(yōu)的平面交叉口方案。筆者以交通組織方式為依據(jù)，總結(jié)無信號、有信號及環(huán)形平面交叉口的使用工況，具體如下[3]。

（1）無信號燈控制交叉口。無信號燈控制的平面交叉口通行能力小，服務(wù)水平低，包括不設(shè)置控制或者優(yōu)先選擇控制兩種方式，前者要求交通量小于800pcu/h，后者要求交通量在800～1500pcu/h。

（2）有信號燈控制交叉口。此類平面交叉口是通過信號燈對交叉口進(jìn)行控制，確保車輛不擁堵，周期性強(qiáng)，在交通流組成復(fù)雜且交通量較大的城市道路中得到了廣泛應(yīng)用。

（3）環(huán)形交叉口。環(huán)形交叉口布置在平面交叉口的中間，總交通量不宜過大，一般小于2000pcu/h。環(huán)形交叉口內(nèi)的車輛是沿著同一方向行駛，能確保車流的連續(xù)性，但工程造價(jià)較高，通常用于左轉(zhuǎn)交通量較大的路口或?yàn)槊阑鞘协h(huán)境而設(shè)計(jì)。

2 道路平面交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了提高城市道路平面交叉口的服務(wù)水平，應(yīng)對其開展優(yōu)化設(shè)計(jì)。平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在空間和時(shí)間2個(gè)維度上高效分離交叉口內(nèi)的交通流，空間交通優(yōu)化主要是在交叉口進(jìn)行渠化設(shè)計(jì)，時(shí)間交通優(yōu)化是在平面交叉口內(nèi)加強(qiáng)信號相位和信號配時(shí)的控制[4]。

2.1 道路平面交叉口渠化設(shè)計(jì)

交叉口渠化指利用交通標(biāo)志、導(dǎo)流線、交通島等設(shè)施引導(dǎo)交通流，確保機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車、行人等互不干擾，安全有序通行。

（1）渠化設(shè)計(jì)原則。城市道路平面交叉口在開展渠化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：①簡潔明了。交叉口的渠化方案應(yīng)簡潔明了，便于理解，否則會(huì)大幅度提高交叉口的危險(xiǎn)性。②滿足規(guī)范。交叉口范圍內(nèi)各種標(biāo)志、標(biāo)線及交通島的顏色、尺寸等應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，禁止任意修改。③保證視距。道路交叉口范圍的駕駛者與行人必須有足夠視距，如果交叉口附近的植物、市政設(shè)施妨礙了駕駛者與行人視距，應(yīng)當(dāng)及時(shí)拆除。④美觀醒目。平面交叉口范圍內(nèi)的渠化設(shè)施宜與自然景觀相協(xié)調(diào)。

（2）渠化設(shè)計(jì)方法。①機(jī)動(dòng)車道渠化。城市道路機(jī)動(dòng)車道的優(yōu)化涉及進(jìn)口車道、出口車道、交叉口內(nèi)部渠化等內(nèi)容。進(jìn)口車道渠化一般是進(jìn)行車道拓寬，具體措施包括外加平行車道、壓縮中央分隔帶等；出口車道渠化應(yīng)盡可能與上游各進(jìn)口車道同一相位流入的最大進(jìn)口車道數(shù)相匹配；平面交叉口內(nèi)部渠化通常是利用白色導(dǎo)流線，適用于行駛條件復(fù)雜的交叉口。導(dǎo)流線形式應(yīng)綜合考慮車流量、地形地勢等因素，以避免行駛車輛的軌跡沖突。②非機(jī)動(dòng)車道渠化。城市道路非機(jī)動(dòng)車道渠化方法包括設(shè)計(jì)非機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)專用車道、停車線前移等。在非機(jī)動(dòng)車道上設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道的標(biāo)志，可以保證非機(jī)動(dòng)車跟隨機(jī)動(dòng)車的左轉(zhuǎn)車流通過交叉口，在一定程度上減輕了道路交通擁擠現(xiàn)象；在交叉口處將非機(jī)動(dòng)車道的停車線前移，能確保綠色信號燈亮?xí)r非機(jī)動(dòng)車先駛進(jìn)平交口，減小機(jī)非車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)的沖突碰撞。

2.2 道路平面交叉口信號控制

交叉口的信號控制內(nèi)容包括信號相位和信號配時(shí)兩方面，其中信號相位方案是信號配時(shí)的前提，信號配時(shí)是信號控制的最終目標(biāo)[5]。

（1）信號相位方案。道路平面交叉口信號相位設(shè)計(jì)既要考慮不同相位間的組合，還應(yīng)確保相位之間有序銜接，優(yōu)化時(shí)需注意以下要點(diǎn)：①不同相位之間盡量保持時(shí)間上的連續(xù)性；②直行相位和左轉(zhuǎn)相位不宜與另一方向的直行相位和左轉(zhuǎn)相位相接；③如果拓寬車道進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛多，宜選擇先左轉(zhuǎn)后直行的相序，如果直行車輛多，則宜選擇先直行后左轉(zhuǎn)的相序；④左轉(zhuǎn)與直行軌跡長度不等的車道，應(yīng)避免相位尾首過渡時(shí)段車輛在交叉口擁堵。

（2）信號配時(shí)。目前，道路平面交叉口信號配時(shí)主要基于Webster信號模型，受交通量干擾程度深。若交通量過小時(shí)信號配時(shí)周期短，會(huì)影響行車安全性；若交通量過小時(shí)信號配時(shí)周期長，則行車等候時(shí)間長，使平面交叉口通行效果差。同時(shí)，Webster信號模型考慮的因素不夠全面，僅以“車輛延誤最小”為指標(biāo)，配時(shí)效果還可以進(jìn)一步優(yōu)化。鑒于此，基于延誤時(shí)間、停車次數(shù)、周期時(shí)長等參數(shù)提出一種多目標(biāo)配時(shí)優(yōu)化模型，并利用MATLAB軟件中的粒子群算法對其進(jìn)行求解，具體工作步驟如圖1所示。

圖1 信號配時(shí)優(yōu)化模型

3 道路平面交叉口評價(jià)

評價(jià)道路平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)效果時(shí)需選取合適的評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)方法。

3.1 道路平面交叉口評價(jià)指標(biāo)

平面交叉口設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)較多，沒有必要全部考慮，應(yīng)分清主次，否則會(huì)大幅增加評價(jià)工作量和評價(jià)成本。平面交叉口的評價(jià)指標(biāo)應(yīng)按照交叉口類型選擇，如表2所示。

表2 道路平面交叉口評價(jià)指標(biāo)

3.2 道路平面交叉口評價(jià)方法

道路平面交叉口的評價(jià)可采用價(jià)值分析法。該方法計(jì)算簡單，適用性強(qiáng)，是先根據(jù)指標(biāo)的重要性程度賦予單項(xiàng)指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重，再加權(quán)計(jì)算出平面交叉口的總價(jià)值，具體計(jì)算式如下：

式中：V為平面交叉口的總價(jià)值；wi為交叉口單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)價(jià)值；vi為交叉口單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，可邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家打分得到。

4 結(jié)論

文章在總結(jié)平面交叉口類型與適用性的前提下，探討了平面交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)與評價(jià)方法，得出如下結(jié)論：（1）平面交叉口可根據(jù)其功能、相交形式、道路數(shù)量、交通組織等劃分，確定交叉口方案前應(yīng)進(jìn)行技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性對比；（2）平面交叉口應(yīng)在遵循簡潔明了、滿足規(guī)范、保證視距、美觀醒目的原則下，對機(jī)非車道進(jìn)行優(yōu)化；（3）平面交叉口信號控制可基于多目標(biāo)配時(shí)優(yōu)化模型，并利用粒子群算法求解；（4）平面交叉口評級可用價(jià)值分析法，對評價(jià)指標(biāo)的選擇應(yīng)結(jié)合具體的交叉口形式。