城市道路平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法探討

柴皓

（中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430056）

1 引言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)不斷完善和城鎮(zhèn)化持續(xù)推進(jìn)，道路工程作為重要的交通樞紐，其建設(shè)步伐也日益加快。不同等級(jí)的城市道路相互交錯(cuò)，在設(shè)計(jì)期間多條道路難免會(huì)產(chǎn)生交叉口。道路之間的平面交叉口屬于各種車(chē)輛及行人集散地，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接干擾路網(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)造成嚴(yán)重的交通擁堵現(xiàn)象，影響行車(chē)安全性和舒適度，嚴(yán)重情況下可能造成局部路網(wǎng)的癱瘓[1]。為了改善道路服務(wù)水平，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際交通量級(jí)規(guī)劃需求，通過(guò)渠化和信號(hào)控制方案兩方面對(duì)平面交叉口展開(kāi)優(yōu)化。因此，研究平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法具有十分重要的工程意義和社會(huì)價(jià)值。

2 道路平面交叉口類(lèi)型及適用性

道路平面交叉口通常是指2條或2條以上道路在同一平面的相交位置，屬于各種類(lèi)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(lèi)型平面交叉口適用性的前提下，才能更好地針對(duì)平面交叉口提出優(yōu)化措施。

2.1 平面交叉口類(lèi)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(lèi)型，詳見(jiàn)表1。

表1 道路平面交叉口類(lèi)型

2.2 平面交叉口適用性

不同類(lèi)型交叉口適用性的情況也并不相同，在選擇平面交叉口時(shí)應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)小時(shí)交通量、交通組成、自然條件、工程造價(jià)等因素綜合考慮，并開(kāi)展技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，以確定最優(yōu)的平交口方案。筆者以交通組織方式為依據(jù)，總結(jié)了無(wú)信號(hào)、有信號(hào)及環(huán)形平面交叉口使用工況如下[2]。

1）無(wú)信號(hào)燈控制交叉口

無(wú)信號(hào)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2種方式，前者要求交通量＜800 pcu/h，后者要求交通量＜800～1 500 pcu/h。

2）有信號(hào)燈控制交叉口

該平面交叉口是通過(guò)信號(hào)燈來(lái)對(duì)交叉口進(jìn)行控制，確保車(chē)輛不出現(xiàn)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取得了廣泛應(yīng)用。

3）環(huán)形交叉口

環(huán)形交叉口是布置在平面交叉口的中間，總交通量不宜過(guò)大，一般＜2 000 pcu/h。環(huán)形交叉口內(nèi)的車(chē)輛是沿著同一方向行駛，能確保車(chē)流的連續(xù)性。但工程造價(jià)較高，通常用于左轉(zhuǎn)交通量較大路口或美化城市環(huán)境。

3 道路平面交叉口優(yōu)化思路和原則

3.1 平面交叉口優(yōu)化思路

經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展使車(chē)輛的增長(zhǎng)速率和交通需求遠(yuǎn)超過(guò)道路提供的交通供給，加劇交通供需矛盾，必須對(duì)道路平面交叉口交通進(jìn)行優(yōu)化處理。平面交叉口的優(yōu)化思路是從宏觀交通組織和微觀交通組織2個(gè)方面入手：前者要求交通流在時(shí)間上要削峰填谷，空間上控密補(bǔ)稀；后者要求平面交叉口的信號(hào)控制燈要提高車(chē)輛通行效率或采用一定的渠化措施來(lái)充分利用平交口空閑時(shí)間和空間[3]。

3.2 平面交叉口優(yōu)化原則

1）交通分離

不同流向、不同種類(lèi)交通流應(yīng)在各自的空間行駛，如行人不得在機(jī)動(dòng)車(chē)道漫步、機(jī)動(dòng)車(chē)不得在非機(jī)動(dòng)車(chē)道行駛等，以提高車(chē)輛的通行效率，降低各種類(lèi)型交通流發(fā)生沖突的可能性。

2）交通負(fù)荷均勻

平面交叉口在交通優(yōu)化期間應(yīng)對(duì)交通流進(jìn)行疏導(dǎo)，確保各路段交通壓力不會(huì)達(dá)到峰值。即：將交通負(fù)荷較大路口的交通流轉(zhuǎn)移到交通壓力小的路口，盡量使交通負(fù)荷均勻分布，避免某一路段交通壓力過(guò)大而導(dǎo)致?lián)矶隆?/p>

3）方便出行

平面交叉口的交通組織優(yōu)化不能單純地為了方便道路管理，而是應(yīng)當(dāng)以方便市民出行為主要原則。由于相同的路面范圍內(nèi)，不同類(lèi)型的交通流對(duì)交通需求是不同的，甚至是相互矛盾的。因此，在進(jìn)行平交口交通組織時(shí)應(yīng)首先弄清楚按照行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)、機(jī)動(dòng)車(chē)的交通需求，并在此基礎(chǔ)上換位思考，分析不同交通流的路權(quán)分配是否合理。

4）動(dòng)靜交通組織結(jié)合

傳統(tǒng)的道路平面交叉口通行資源配置往往是基于靜態(tài)交通組織方案，沒(méi)有考慮到車(chē)輛行駛期間路網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)交通流負(fù)荷的變化，也就無(wú)法根據(jù)交通流的流向?qū)Σ煌?jié)點(diǎn)的交通壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，這樣，平面交叉口發(fā)生交通擁堵的可能性大大提高。

4 道路平面交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 平面交叉口渠化設(shè)計(jì)

1）渠化設(shè)計(jì)原則

城市道路平面交叉口在開(kāi)展渠化時(shí)應(yīng)遵循以下幾方面的原則[4]：第一，簡(jiǎn)潔明了。交叉口的渠化方案應(yīng)簡(jiǎn)潔明了，便于理解，否則會(huì)大幅提高交叉口的危險(xiǎn)性。第二，滿足規(guī)范要求。交叉口范圍內(nèi)各種標(biāo)志標(biāo)線、交通島的顏色、尺寸必須嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，禁止任意修改。第三，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。第四，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)階段劃分

道路平面交叉口渠化就是利用交通標(biāo)志、導(dǎo)流線、交通島等措施來(lái)引導(dǎo)交通流，確保（非）機(jī)動(dòng)車(chē)、行人等能互不干擾，安全有序前行。平面交叉口渠化設(shè)計(jì)過(guò)程比較復(fù)雜，主要可劃分成交通調(diào)查階段、渠化設(shè)計(jì)階段、方案確定階段。各階段的具體工作內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 平面交叉口渠化設(shè)計(jì)階段與內(nèi)容

3）機(jī)動(dòng)車(chē)道渠化

城市道路機(jī)動(dòng)車(chē)道的優(yōu)化涉及進(jìn)口車(chē)道、出口車(chē)道、平面交叉口內(nèi)部渠化等內(nèi)容。進(jìn)口車(chē)道渠化一般是進(jìn)行車(chē)道拓寬，具體措施包括外加平行車(chē)道、壓縮中央分隔帶等；出口車(chē)道渠化應(yīng)盡可能和上游各進(jìn)口道同一相位流入的最大進(jìn)口車(chē)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(chē)流量、地形地勢(shì)等因素確定，以避免行駛車(chē)輛的軌跡沖突。

4）非機(jī)動(dòng)車(chē)道渠化

城市道路非機(jī)動(dòng)車(chē)道渠化方法包括設(shè)計(jì)非機(jī)動(dòng)車(chē)左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道、停車(chē)線前移等。在非機(jī)動(dòng)車(chē)道上設(shè)置左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道的標(biāo)志，可以保證非機(jī)動(dòng)車(chē)跟隨機(jī)動(dòng)車(chē)的左轉(zhuǎn)車(chē)流通過(guò)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(chē)道的停車(chē)線前移，能確保綠色信號(hào)燈亮?xí)r非機(jī)動(dòng)車(chē)先駛進(jìn)平交口，減小機(jī)非車(chē)輛在轉(zhuǎn)向時(shí)的沖突碰撞。

4.2 平面交叉口信號(hào)控制

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

1）信號(hào)相位方案

道路平面交叉口信號(hào)相位設(shè)計(jì)既要考慮不同相位間的組合，還應(yīng)該確保相位之間有序銜接。優(yōu)化時(shí)的幾個(gè)要點(diǎn)闡述如下：第一，不同相位之間盡量保持時(shí)間上的連續(xù)性；第二，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；第三，如果拓寬車(chē)道進(jìn)口左轉(zhuǎn)車(chē)輛多，宜選擇先左轉(zhuǎn)后直行的相序，如果直行車(chē)輛多，宜選擇先直行后左轉(zhuǎn)的相序；第四，左轉(zhuǎn)與直行軌跡長(zhǎng)度不等的車(chē)道，應(yīng)避免相位尾首過(guò)渡時(shí)段車(chē)輛在交叉口擁堵。

2）信號(hào)配時(shí)

目前，道路平面交叉口信號(hào)配時(shí)主要基于Webster信號(hào)模型，受交通量干擾程度大。交通量過(guò)小時(shí)信號(hào)配時(shí)周期短，影響行車(chē)安全性。交通量過(guò)小時(shí)信號(hào)配時(shí)周期長(zhǎng)，行車(chē)等候時(shí)間長(zhǎng)，使得平面交叉口通行效果差[6]。同時(shí)，Webster信號(hào)模型考慮的因素不夠全面，僅以“車(chē)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，筆者基于延誤時(shí)間、停車(chē)次數(shù)、周期時(shí)長(zhǎng)等參數(shù)提出一種多目標(biāo)配時(shí)優(yōu)化模型，并利用Matlab軟件中的粒子群優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行求解。

5 道路平面交叉口的評(píng)價(jià)方法

道路平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)效果好壞必須選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。

1）平面交叉口評(píng)價(jià)指標(biāo)

平面交叉口設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)較多，沒(méi)有必要全部考慮進(jìn)來(lái)，應(yīng)分清主次，否則會(huì)大幅增加評(píng)價(jià)工作量和評(píng)價(jià)成本[7]。平面交叉口的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)按照交叉口類(lèi)型選擇，可參考表3。

表3 道路平面交叉口評(píng)價(jià)指標(biāo)

2）平面交叉口評(píng)價(jià)方法

道路平面交叉口的評(píng)價(jià)方法可采用價(jià)值分析法。該方法計(jì)算簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，先根據(jù)指標(biāo)的重要性程度來(lái)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。具體可按式（1）計(jì)算：

式中，V為平面交叉口的總價(jià)值；wi為交叉口單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)價(jià)值；vi為交叉口單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，可邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家進(jìn)行打分得到。

6 結(jié)語(yǔ)

在總結(jié)道路平面交叉口類(lèi)型和適用性的基礎(chǔ)上，分析了平交口的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路、原則及渠化、信號(hào)控制等內(nèi)容，并提出了平交口評(píng)價(jià)方法，主要得到以下幾個(gè)方面的結(jié)論：（1）城市道路平面交叉口優(yōu)化時(shí)應(yīng)考慮設(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，并開(kāi)展技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比；（2）平面交叉口優(yōu)化時(shí)應(yīng)堅(jiān)持交通分離、交通負(fù)荷均勻、方便出行、動(dòng)靜交通組織結(jié)合等原則；（3）平面交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要從機(jī)動(dòng)車(chē)渠化、非機(jī)動(dòng)車(chē)道渠化、信號(hào)燈控制等方面著手，并采用價(jià)值分析法對(duì)其優(yōu)化效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。