現(xiàn)代環(huán)島在中國應(yīng)用案例研究

張園， 劉洪啟， 晁遂

(1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院， 北京市 100088； 2.北京中交華安科技有限公司， 北京市 100088)

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

(1) 安全性方面[1-3]，改造成現(xiàn)代環(huán)島后的事故率與改造前進(jìn)行對比，結(jié)果表明現(xiàn)代環(huán)島安全性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)交叉，平均事故率降低50%～90%，傷亡事故率降低70%～90%，并且單車道現(xiàn)代環(huán)島安全性高于雙車道和三車道現(xiàn)代環(huán)島。

(2) 駕駛行為方面[4]，研究的方法以視頻的車輛軌跡和速度提取為主，結(jié)果表明：① 部分研究結(jié)果表明車輛通過現(xiàn)代環(huán)島的速度是減速—加速過程，而不是指南中所提出的減速—穩(wěn)速環(huán)形—加速過程；② 現(xiàn)代環(huán)島預(yù)測方法預(yù)測的速度具有一定的指導(dǎo)性，但部分項目預(yù)測結(jié)果與實(shí)測結(jié)果差異較大。

(3) 非機(jī)動車與行人安全

現(xiàn)代環(huán)島的優(yōu)點(diǎn)在于通過控制車輛速度和沖突角度提升車輛間的安全，然而現(xiàn)代環(huán)島對非機(jī)動車和行人安全的影響卻有不同的聲音。多個研究提出了提升行人安全的對策，包括提升行人視距、分隔島用作安全島、人行橫道與出口距離大于1個車位等。

1.2 中國研究現(xiàn)狀

中國對于現(xiàn)代環(huán)島的研究主要集中于對傳統(tǒng)環(huán)形交叉的改進(jìn)與分析，對于現(xiàn)代環(huán)島主要是以引進(jìn)和描述為主，王赤心[5]等通過敘述環(huán)形交叉的發(fā)展歷程、國內(nèi)外應(yīng)用情況、現(xiàn)代環(huán)島的優(yōu)缺點(diǎn)，建議中國從比較簡單的形式開始試用，逐漸探索和發(fā)展適合中國國情的現(xiàn)代環(huán)島；張春雷[6]建議中國樹立正確環(huán)形交叉通行理念，減小環(huán)形交叉規(guī)模，在交通量適合范圍內(nèi)設(shè)立一定數(shù)量的環(huán)形交叉口。

1.3 需求分析

鑒于現(xiàn)代環(huán)島在降低交通事故率方面的明顯優(yōu)勢，國外對現(xiàn)代環(huán)島進(jìn)行了大量研究并廣泛應(yīng)用，中國有必要在借鑒國外研究的基礎(chǔ)上，通過實(shí)體工程研究驗(yàn)證現(xiàn)代環(huán)島在中國的適用性，為現(xiàn)代環(huán)島在中國的推廣提供支撐。

2 現(xiàn)代環(huán)島設(shè)計與實(shí)施

(1) 交叉現(xiàn)狀

某環(huán)島改造前平面交叉為采用分道轉(zhuǎn)彎方式的三岔交叉(圖1)，北入口與西入口為主流方向，相連道路為雙向兩車道；東入口交通量較少，相連道路為單車道。北、西、東入口的小時平均交通量分別為276、222及31輛，大貨車比例約為3%。

圖1 改造前交叉口

(2) 現(xiàn)狀問題

改造前交叉角不滿足規(guī)范要求，并且由于交叉口形式導(dǎo)致車輛在交叉口范圍內(nèi)速度較高，車輛間的沖突點(diǎn)較多。其中一岔位于彎道路段，且彎道內(nèi)側(cè)受山體影響，視距不良。

(3) 設(shè)計要求及改造方案

① 能夠控制車輛速度、降低交通沖突提高交通安全；② 該平面交叉受地形限制，調(diào)整岔路線形和交叉角難度較大，因此采用現(xiàn)代環(huán)島技術(shù)，設(shè)置環(huán)行交叉；③ 設(shè)置平面交叉相關(guān)標(biāo)志及渠化標(biāo)線。

(4) 環(huán)島設(shè)計指標(biāo)

結(jié)合現(xiàn)狀條件及中國國情對該交叉口進(jìn)行改造設(shè)計。環(huán)島入口設(shè)置分隔島、中心島設(shè)置貨車緩沖區(qū)。環(huán)島的實(shí)體島半徑為12.4 m，緩沖區(qū)半徑為2.6 m，環(huán)道寬度為5.8 m的單車道環(huán)島。環(huán)島施工設(shè)計圖如圖2所示。

圖2 現(xiàn)代環(huán)島渠化設(shè)計圖

3 現(xiàn)代環(huán)島實(shí)施效果評估與改進(jìn)

現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)據(jù)采集工作在現(xiàn)代環(huán)島通車3個月后開展。通過調(diào)研獲得了平面交叉車輛速度特性、駕駛行為、設(shè)施配置及現(xiàn)狀主要存在的問題，并進(jìn)行評估。評估的內(nèi)容包括實(shí)施前后速度對比、車輛連續(xù)速度變化、車輛繞行行為、貨車緩沖區(qū)使用情況等。

(1) 實(shí)施前后引道速度對比

北入口引道位于直線路段，采用研發(fā)的車輛連續(xù)速度觀測系統(tǒng)對入口引道的車輛速度進(jìn)行跟蹤觀測，以測試交叉改造前后引道速度變化情況。結(jié)果如圖3所示，改造后入口引道速度存在降低的現(xiàn)象，越接近現(xiàn)代環(huán)島入口，速度降低幅度越大。由此可以看出：現(xiàn)代環(huán)島入口線形的設(shè)計有效地降低了車輛入口速度，對提升平面交叉入口安全水平具有顯著的幫助。

同時對現(xiàn)代環(huán)島西入口運(yùn)行速度進(jìn)行了觀測，由于該入口位于曲線路段，無法采用車輛連續(xù)跟蹤觀測系統(tǒng)，因此采用激光測速槍對減速讓行位置改造前后車輛速度進(jìn)行了觀測，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見：改造后主要車型的運(yùn)行速度比改造前顯著降低，再次證明采用現(xiàn)代環(huán)島有利于控制車輛入口速度，提升交叉安全水平。

圖4 西入口處車輛運(yùn)行速度改造前后對比

圖3 北入口引道速度改造前后對比(注：橫坐標(biāo)0 m的位置表示入口減速讓行標(biāo)志位置，從左向右是接近入口方向)

(2) 現(xiàn)代環(huán)島出口、繞行和入口速度的一致性

根據(jù)現(xiàn)代環(huán)島設(shè)計理論，入口速度、環(huán)形速度和出口速度應(yīng)梯度增加，以保障現(xiàn)代環(huán)島的暢通性，避免車輛在環(huán)形道內(nèi)排隊而導(dǎo)致整個現(xiàn)代環(huán)島擁堵的情況。采用無人機(jī)設(shè)備對改造后的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行視頻采集，通過視頻分析，提取環(huán)島各進(jìn)口車輛連續(xù)變化的速度，分析車輛通過現(xiàn)代環(huán)島過程中速度變化情況。

選取典型的左轉(zhuǎn)方向?qū)ψ杂闪鬈囕v軌跡和連續(xù)速度進(jìn)行提取，如圖5所示。車輛在入口引道進(jìn)行了顯著減速，在減速讓行線的位置，車輛運(yùn)行速度降至最低，然后在環(huán)形道內(nèi)速度逐漸增加，直至駛出環(huán)島。由圖5可以看出實(shí)際運(yùn)行速度為減速—加速的過程，與設(shè)計理論基本保持一致。

圖5 西入口左轉(zhuǎn)車輛速度變化

(3) 車輛繞環(huán)行為

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及視頻觀測情況可知，99%以上車輛能夠按照現(xiàn)代環(huán)島運(yùn)行規(guī)則運(yùn)行，所有汽車能夠良好地遵守環(huán)島的繞行規(guī)則，只有小部分電動車、農(nóng)用車存在逆行情況，由此可見，現(xiàn)代環(huán)島設(shè)計能夠有效規(guī)范車輛的繞行行為。

(4) 貨車緩沖區(qū)應(yīng)用情況

為有效規(guī)范小型車輛繞行軌跡，同時保證貨車順利通過環(huán)島，在中心島外緣設(shè)置貨車緩沖區(qū)，如圖6所示。調(diào)研過程拍到的中國常規(guī)最大車型六軸貨車(包括空載和滿載情況)通過現(xiàn)代環(huán)島的情況，貨車前輪軌跡位于環(huán)形道范圍內(nèi)，貨車內(nèi)側(cè)后輪軌跡則占用貨車緩沖區(qū)通過現(xiàn)代環(huán)島，達(dá)到了設(shè)計的目的。

圖6 貨車緩沖區(qū)的應(yīng)用情況

(5) 問題討論及整改措施

為保護(hù)路面同時抑制小型車占用貨車緩沖區(qū)行駛，環(huán)形道與貨車緩沖區(qū)之間設(shè)置了高出行車道路面4 cm的花崗巖緣石。在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)存在部分非機(jī)動車不按規(guī)則在環(huán)形道內(nèi)行駛，而是尋找最短路徑在貨車緩沖區(qū)內(nèi)行駛，當(dāng)駛出貨車緩沖區(qū)時，緩沖區(qū)與環(huán)形道之間的高差容易導(dǎo)致車輛側(cè)滑摔倒。針對此情況對路緣石進(jìn)行了消磨，消磨平整后的路緣石如圖7所示，一方面增加了抗滑性；另一方面消除了高差，此措施整改后，電動車或摩托車在路緣石上的翻車現(xiàn)象基本消除。

圖7 削磨平整后的路緣石

4 結(jié)論

(1) 現(xiàn)代環(huán)島在中國部分地區(qū)可推廣應(yīng)用，但其適用條件如交通量、交通組成等需繼續(xù)進(jìn)行研究。

(2) 對于電動車、摩托車較多的路段，環(huán)島行車道和貨車緩沖區(qū)之間不宜設(shè)置錯臺，避免電動車和摩托車在錯臺位置滑倒，同時宜將貨車緩沖區(qū)路面通過刻槽或壓槽的方式設(shè)置為振動式，抑制電動車、摩托車、小客車在貨車緩沖區(qū)行駛。

(3) 現(xiàn)代環(huán)島較為復(fù)雜，對施工質(zhì)量要求較高，需要在實(shí)施時加強(qiáng)施工管理。

(4) 現(xiàn)代環(huán)島的安全運(yùn)營對沿線居民的安全意識要求較高，需要加強(qiáng)沿線居民安全意識教育，減少居民在環(huán)島范圍內(nèi)休息、停車及經(jīng)營。