城市道路交叉口設(shè)計過程質(zhì)量控制研究

廖堅

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程快速發(fā)展，以城市道路為主要載體的交通出行壓力也越來越大，道路交叉口是城市道路工程中重要的節(jié)點(diǎn)，道路平面交叉口的設(shè)計及質(zhì)量控制的優(yōu)劣直接影響著城市交通系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量。本文以城市平面交叉口設(shè)計過程為研究對象，在明確城市道路平面交叉口的實(shí)際需求基礎(chǔ)上，對其設(shè)計思路與設(shè)計過程控制進(jìn)行分析，提出設(shè)計過程質(zhì)量控制相關(guān)對策，以此來闡明城市道路平面交叉口設(shè)計過程質(zhì)量控制的重要性，為高質(zhì)量的城市道路設(shè)計工作提供參考。

1 城市道路平面交叉口的實(shí)際需求分析

1.1 直行

1.2 轉(zhuǎn)彎

轉(zhuǎn)彎是道路平面交叉口的通行需求之二，是指車輛行駛到與原方向不同向的車道，對于掉頭的需求也可與轉(zhuǎn)彎合并考慮。這種需求就需要通過平面交叉口連接兩個相交叉的車道，且對于同一車道的不同方向也需要在交叉口位置貫穿以滿足掉頭需求。此需求同樣作為根本通行需求，在后續(xù)質(zhì)量校驗過程中轉(zhuǎn)彎問題是最有可能影響設(shè)計質(zhì)量控制的要素之一。

1.3 直行與轉(zhuǎn)彎的沖突校驗

對于城市道路平面交叉口而言，同時具有直行和轉(zhuǎn)彎的通行需要，且需考慮以交叉口為端點(diǎn)向4 個（或3 個）不同方向進(jìn)行輻射的車道，其同時均具有直行與轉(zhuǎn)彎的需求，直行與轉(zhuǎn)彎是否沖突，則是決定設(shè)計方案質(zhì)量的因素之一。若直行與轉(zhuǎn)彎存在潛在沖突，則認(rèn)為該設(shè)計方案不具使用意義。

2 城市道路平面交叉口設(shè)計過程質(zhì)量控制研究

2.1 設(shè)計過程質(zhì)量控制模型

為了確保城市道路平面交叉口設(shè)計過程質(zhì)量控制工作的全面進(jìn)行，本文提出了設(shè)計過程質(zhì)量控制模型，如圖1所示。該模型將設(shè)計工作的質(zhì)量控制分解為若干步驟，首先需要根據(jù)用戶需求明確設(shè)計目標(biāo)，并從專業(yè)技術(shù)的角度來明確實(shí)現(xiàn)該設(shè)計目標(biāo)所需要的技術(shù)內(nèi)容，該過程中的質(zhì)量控制工作，包括檢查資料的完備性、設(shè)計質(zhì)量計劃、確定工程技術(shù)指標(biāo)、交叉口位置通道的宏觀規(guī)劃等內(nèi)容。一系列技術(shù)指標(biāo)確定之后，即可進(jìn)入概念設(shè)計階段，該過程中為了控制質(zhì)量，可從通行能力、沖突類型、轉(zhuǎn)彎車道、公交設(shè)施等幾個層面進(jìn)行方案的調(diào)研工作，這也是設(shè)計方案合理合規(guī)的重要前提，審核通過能夠確保設(shè)計方案的宏觀質(zhì)量可靠性。至此所有關(guān)于設(shè)計方案的前置準(zhǔn)備工作已經(jīng)全部完成，即可進(jìn)入初步設(shè)計環(huán)節(jié)。

圖1 設(shè)計過程質(zhì)量控制模型

初步設(shè)計，根據(jù)前期所確定的一系列指標(biāo)及參考資料出具設(shè)計方案，在該設(shè)計方案中，除了明確基本的通行需求指標(biāo)外，還需檢驗設(shè)計方案與實(shí)際應(yīng)用場景的匹配度，以此來確保該設(shè)計方案的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。該過程中的主要工作內(nèi)容有，出具初步設(shè)計圖，對信號控制策略加以明確，檢驗行人等待時間和通行能力的匹配程度，同時對本部分存在的質(zhì)量問題進(jìn)行詳細(xì)記錄，并提出初步解決措施。進(jìn)行完善的檢驗與問題收集之后即可開展最終的詳細(xì)設(shè)計工作，根據(jù)工程實(shí)際需求，將前續(xù)工作成果加以收集整理，并確定詳細(xì)方案。

在該質(zhì)量管理模型的體系下，首先根據(jù)工程實(shí)際需求，將質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行分解，明確各個目標(biāo)之間的協(xié)同關(guān)系，并進(jìn)行初步設(shè)計，初步設(shè)計完成之后即開始初次校驗，一次循環(huán)往復(fù)，采取針對性的質(zhì)量優(yōu)化措施，最終輸出高質(zhì)量的設(shè)計方案。

2.2 設(shè)計質(zhì)量校檢

2.2.1 通行能力

（1）直行效果

滿足直行需求的必要因素就是確保通過平面交叉口將兩段車道連接起來，兩段車道之間也不能具有障礙物或會使行車轉(zhuǎn)向減速的影響因素，在進(jìn)行質(zhì)量控制的過程中，可直接校驗整體通行能力，保障沒有影響直行效果的因素出現(xiàn)。

如圖5，通過窗寬自適應(yīng)形心修正算法對ADC采樣得到的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)f(x,y)飽和點(diǎn)進(jìn)行判斷，fs是ADC的飽和值，若f(x,y)= fs則視為飽和點(diǎn)，記錄飽和點(diǎn)的數(shù)目m，圖中三個波形的飽和點(diǎn)數(shù)分別為m0、m1、m2，窗寬自適應(yīng)形心修正算法利用飽和點(diǎn)數(shù)m和非飽和波形的原始窗寬W0根據(jù)圖4所示的關(guān)系自動調(diào)整窗寬以適應(yīng)飽和波形，調(diào)整后的窗寬為

（2）轉(zhuǎn)彎效果

轉(zhuǎn)彎的質(zhì)量控制在檢驗過程中需要明確道路平面交叉口，是否將兩條車道進(jìn)行連接，是否能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)彎及掉頭的需要。在進(jìn)行質(zhì)量控制過程中，判斷轉(zhuǎn)彎路線和調(diào)頭路線是否為通路，判斷其余工程或非工程設(shè)施是否會對相應(yīng)需求造成影響。

（3）通行沖突

通行沖突除了最基本的直行與轉(zhuǎn)彎沖突之外，還需考慮機(jī)動車與非機(jī)動車之間的沖突。當(dāng)前城市的非機(jī)動車數(shù)量越來越多，大部分道路在規(guī)劃過程中也劃分了非機(jī)動車專屬車道，這種看似毫無交叉的形式，但在機(jī)動車轉(zhuǎn)彎過程中，會對直行的非機(jī)動車產(chǎn)生一定影響，通行沖突示意圖如圖2所示。

圖2 沖突示意圖

如何控制這種影響問題，避免通行沖突的發(fā)生是設(shè)計方案質(zhì)量控制校驗中所要考慮的問題。當(dāng)前車道的排列，基本上最右側(cè)為非機(jī)動車道，次右側(cè)為右轉(zhuǎn)車道，與之垂直的右前方車道也會采取類似的形式排列，而在右轉(zhuǎn)過程中，根據(jù)交通指示，非機(jī)動車可能處于直行階段，對向的非機(jī)動車也會直行，在設(shè)計過程中就需采取對應(yīng)方案來減少不同行車方向的車輛在交叉口位置的沖突，不僅能夠提高交通安全，也能使通行效率更高。

（4）通行時間

上文中已經(jīng)明確通行時間對行人尤為敏感，正常人的步行速度為每秒1.2m，但在交通條件下，行人須經(jīng)過左右張望確認(rèn)安全，已經(jīng)過線的車輛也需等待其完成通行，此外還可能涉及提物、帶孩子、推自行車等特殊場景，另外部分身體行動能力有限的老年人，其步行速度也會大大降低。這樣在進(jìn)行考慮的過程中一般所設(shè)置的通行時間在計算過程中將步行速度考慮為1m/s 為宜。同時對于馬路較長的交叉路口，也可通過在中間位置設(shè)置過渡區(qū)的形式來保障長距離通行。對于通行方案的校驗可參考公式（1）。

式（1）中：為車流量；為信號周期；為綠燈間隔時間；為飽和車頭時距。

2.2.2 排水、路燈等附屬設(shè)施

為了保障道路工程的正常使用,排水設(shè)施與路燈等附屬設(shè)施一般情況下均是較為重要的。排水設(shè)施能夠保障在自然降水條件下路面的干燥，減少因路面積水所帶來的交通安全隱患，路燈設(shè)施是保障夜間行車進(jìn)行照明的必要設(shè)施。交叉口位置的道路可能破壞概率更高，造成排水系統(tǒng)的不暢，對于此處排水設(shè)施的設(shè)置數(shù)量及位置，可能需要專項優(yōu)化；交叉口位置對角線長度較長，單個路燈的照明覆蓋有效范圍有限，而在道路中央增設(shè)路燈也是不現(xiàn)實(shí)的方案，這種情況下在設(shè)計過程中運(yùn)用何種方式解決也關(guān)乎未來使用體驗。

3 案例研究

3.1 案例概況

以上海某街區(qū)內(nèi)的城市道路平面交叉口設(shè)計為案例，該交叉口為十字交叉路口，東西走向為雙向4車道，南北走向為雙向6 車道，道路級別為城市主干道，車流量屬中等交通水平，在早高峰及晚高峰時車流量較高，其余時段一般不會經(jīng)停超過一個紅綠燈的時間，平面交叉口優(yōu)化改造設(shè)計圖如下圖3所示。

圖3 平面交叉口優(yōu)化改造設(shè)計示意圖

該位置目前遇到的實(shí)際問題有：一是路口轉(zhuǎn)彎位置的路面產(chǎn)生明顯塌陷，雨天會出現(xiàn)積水問題，由于路面不平，排水措施無法排出塌陷位置的積水，此處行車較為顛簸，對于交通安全有一定隱患；二是該路口規(guī)劃的轉(zhuǎn)彎并沒有預(yù)備車道，僅能夠通過直角轉(zhuǎn)彎的形式完成轉(zhuǎn)彎動作，而直角轉(zhuǎn)彎過程中，又至少會跨越兩個非機(jī)動車道（同向位置與垂直位置），可能存在交通安全隱患；三是對于車道規(guī)劃在轉(zhuǎn)彎位置并不清晰，該十字交叉路口不具備任何車道劃分，甚至有出現(xiàn)在高峰時期，占用對向車道位置進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的情況；四是街角路燈覆蓋不全，僅在東北角和西南角兩個角落有小功率路燈，在東南及西北兩個角落會形成照明真空，夜間行車安全體驗不佳；五是整體道路較寬，且在道路中間位置未設(shè)立緩沖區(qū)，對于行動緩慢的行人偶爾會出現(xiàn)單個綠燈無法完全通行所造成的尷尬局面，也具有一定安全隱患。

3.2 設(shè)計方案及其質(zhì)量控制

對于該案例道路平面交叉口設(shè)計，在進(jìn)行改造優(yōu)化過程中給出了以下幾點(diǎn)設(shè)計質(zhì)量控制對策：

其一，路面工程設(shè)計的過程中考慮到轉(zhuǎn)彎位置使用強(qiáng)度大同時易于磨損，再進(jìn)行施工時采用增加初始強(qiáng)度的形式來延長使用壽命。通過轉(zhuǎn)彎位置的工程力學(xué)分析，在其薄弱位置及容易形成凹陷的位置，增設(shè)了排水措施，在未來發(fā)生工程質(zhì)量下滑的情況下，也可保證排水工程正常使用，能夠直接規(guī)避該案例中出現(xiàn)的工程層面問題。

其二，轉(zhuǎn)彎過程會跨越非機(jī)動車道的問題在設(shè)計之初并未顯現(xiàn)，如今非機(jī)動車數(shù)量增多成為當(dāng)前所需解決的主要問題。經(jīng)綜合考慮，采取了機(jī)動車與非機(jī)動車分別設(shè)置紅綠燈的形式，能夠確保機(jī)動車右轉(zhuǎn)、非機(jī)動車直行時起到機(jī)動車先停后走、非機(jī)動車后停先走的效果，通過這個簡單的時間長，即能夠避免右轉(zhuǎn)車輛對非機(jī)動車道正常行駛造成沖擊，規(guī)避交通安全問題的發(fā)生。

其三，高峰時期轉(zhuǎn)彎難以控制的問題，通過路面規(guī)劃轉(zhuǎn)彎預(yù)備區(qū)，十字路口中央位置設(shè)立安全區(qū)的形式來明確了交叉路口的交通規(guī)則，在不影響正常通行及緊急情況的前提下，能夠使轉(zhuǎn)彎車輛通行有序，避免轉(zhuǎn)彎過程中進(jìn)行超車變道等情況發(fā)生，也能夠增加十字路口的通行效率。

其四，街角路燈的問題，在該路口設(shè)計過程中解決較為容易，綜合考量后，通過增設(shè)路燈數(shù)量的形式解決當(dāng)前問題，路燈選取了具有太陽能發(fā)電和儲能功能的新能源路燈，采取智能控制的形式，滿足照明需求的同時，對環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約有一定作用。

其五，由于東西走向為雙向4 車道，為了保險起見，在馬路中設(shè)置一過渡區(qū)，這樣能夠確保行動緩慢的人群在橫跨馬路時可采取二次過街的形式。

4 結(jié)語

城市道路系統(tǒng)是保障出行安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要形式，道路交叉口作為城市道路中的重要結(jié)構(gòu)具有諸多特殊要點(diǎn)。對其展開專項設(shè)計，能夠保障道路交叉口工程多種特殊需求的順利實(shí)現(xiàn)，這也是提升道路工程整體品質(zhì)的重要工作。規(guī)范城市道路平面交叉口設(shè)計工作的開展，并對其質(zhì)量進(jìn)行檢驗是很有必要的，這也是本文研究的主要目的。本文還結(jié)合了一項工程實(shí)例用來明確設(shè)計方案質(zhì)量控制的大致思路與具體內(nèi)容。隨著市政工程行業(yè)的發(fā)展，當(dāng)前城市道路的設(shè)計工作有著更多特殊需求與注意要點(diǎn)，開展設(shè)計工作過程中，對設(shè)計方案的質(zhì)量進(jìn)行全面調(diào)研，也能夠保障該設(shè)計方案可滿足工程實(shí)際需求，促進(jìn)城市交通健康發(fā)展。