城市道路交叉口設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制研究

廖堅(jiān)

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)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(lái)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(jì)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(jì)過(guò)程為研究對(duì)象，在明確城市道路平面交叉口的實(shí)際需求基礎(chǔ)上，對(duì)其設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)過(guò)程控制進(jìn)行分析，提出設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制相關(guān)對(duì)策，以此來(lái)闡明城市道路平面交叉口設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制的重要性，為高質(zhì)量的城市道路設(shè)計(jì)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(duì)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(guò)平面交叉口連接兩個(gè)相交叉的車道，且對(duì)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(yàn)過(guò)程中轉(zhuǎn)彎問(wèn)題是最有可能影響設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的要素之一。

1.3 直行與轉(zhuǎn)彎的沖突校驗(yàn)

對(duì)于城市道路平面交叉口而言，同時(shí)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(gè)（或3 個(gè)）不同方向進(jìn)行輻射的車道，其同時(shí)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(jì)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(jì)方案不具使用意義。

2 城市道路平面交叉口設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制研究

2.1 設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制模型

為了確保城市道路平面交叉口設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制工作的全面進(jìn)行，本文提出了設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制模型，如圖1所示。該模型將設(shè)計(jì)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(jì)目標(biāo)，并從專業(yè)技術(shù)的角度來(lái)明確實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)目標(biāo)所需要的技術(shù)內(nèi)容，該過(guò)程中的質(zhì)量控制工作，包括檢查資料的完備性、設(shè)計(jì)質(zhì)量計(jì)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(jì)階段，該過(guò)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(gè)層面進(jìn)行方案的調(diào)研工作，這也是設(shè)計(jì)方案合理合規(guī)的重要前提，審核通過(guò)能夠確保設(shè)計(jì)方案的宏觀質(zhì)量可靠性。至此所有關(guān)于設(shè)計(jì)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(jì)環(huán)節(jié)。

圖1 設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制模型

初步設(shè)計(jì)，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(jì)方案，在該設(shè)計(jì)方案中，除了明確基本的通行需求指標(biāo)外，還需檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的匹配度，以此來(lái)確保該設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。該過(guò)程中的主要工作內(nèi)容有，出具初步設(shè)計(jì)圖，對(duì)信號(hào)控制策略加以明確，檢驗(yàn)行人等待時(shí)間和通行能力的匹配程度，同時(shí)對(duì)本部分存在的質(zhì)量問(wèn)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(yàn)與問(wèn)題收集之后即可開(kāi)展最終的詳細(xì)設(shè)計(jì)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(gè)目標(biāo)之間的協(xié)同關(guān)系，并進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)完成之后即開(kāi)始初次校驗(yàn)，一次循環(huán)往復(fù)，采取針對(duì)性的質(zhì)量?jī)?yōu)化措施，最終輸出高質(zhì)量的設(shè)計(jì)方案。

2.2 設(shè)計(jì)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(guò)平面交叉口將兩段車道連接起來(lái)，兩段車道之間也不能具有障礙物或會(huì)使行車轉(zhuǎn)向減速的影響因素，在進(jìn)行質(zhì)量控制的過(guò)程中，可直接校驗(yàn)整體通行能力，保障沒(méi)有影響直行效果的因素出現(xiàn)。

如圖5，通過(guò)窗寬自適應(yīng)形心修正算法對(duì)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(gè)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(dòng)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(yàn)過(guò)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(guò)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(huì)對(duì)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(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車之間的沖突。當(dāng)前城市的非機(jī)動(dòng)車數(shù)量越來(lái)越多，大部分道路在規(guī)劃過(guò)程中也劃分了非機(jī)動(dòng)車專屬車道，這種看似毫無(wú)交叉的形式，但在機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，會(huì)對(duì)直行的非機(jī)動(dòng)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(wèn)題，避免通行沖突的發(fā)生是設(shè)計(jì)方案質(zhì)量控制校驗(yàn)中所要考慮的問(wèn)題。當(dāng)前車道的排列，基本上最右側(cè)為非機(jī)動(dòng)車道，次右側(cè)為右轉(zhuǎn)車道，與之垂直的右前方車道也會(huì)采取類似的形式排列，而在右轉(zhuǎn)過(guò)程中，根據(jù)交通指示，非機(jī)動(dòng)車可能處于直行階段，對(duì)向的非機(jī)動(dòng)車也會(huì)直行，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就需采取對(duì)應(yīng)方案來(lái)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(shí)間

上文中已經(jīng)明確通行時(shí)間對(duì)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(guò)左右張望確認(rèn)安全，已經(jīng)過(guò)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(chǎng)景，另外部分身體行動(dòng)能力有限的老年人，其步行速度也會(huì)大大降低。這樣在進(jìn)行考慮的過(guò)程中一般所設(shè)置的通行時(shí)間在計(jì)算過(guò)程中將步行速度考慮為1m/s 為宜。同時(shí)對(duì)于馬路較長(zhǎng)的交叉路口，也可通過(guò)在中間位置設(shè)置過(guò)渡區(qū)的形式來(lái)保障長(zhǎng)距離通行。對(duì)于通行方案的校驗(yàn)可參考公式（1）。

式（1）中：為車流量；為信號(hào)周期；為綠燈間隔時(shí)間；為飽和車頭時(shí)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(lái)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(duì)于此處排水設(shè)施的設(shè)置數(shù)量及位置，可能需要專項(xiàng)優(yōu)化；交叉口位置對(duì)角線長(zhǎng)度較長(zhǎng)，單個(gè)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(jì)過(guò)程中運(yùn)用何種方式解決也關(guān)乎未來(lái)使用體驗(yàn)。

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(jì)為案例，該交叉口為十字交叉路口，東西走向?yàn)殡p向4車道，南北走向?yàn)殡p向6 車道，道路級(jí)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(shí)車流量較高，其余時(shí)段一般不會(huì)經(jīng)停超過(guò)一個(gè)紅綠燈的時(shí)間，平面交叉口優(yōu)化改造設(shè)計(jì)圖如下圖3所示。

圖3 平面交叉口優(yōu)化改造設(shè)計(jì)示意圖

該位置目前遇到的實(shí)際問(wèn)題有：一是路口轉(zhuǎn)彎位置的路面產(chǎn)生明顯塌陷，雨天會(huì)出現(xiàn)積水問(wèn)題，由于路面不平，排水措施無(wú)法排出塌陷位置的積水，此處行車較為顛簸，對(duì)于交通安全有一定隱患；二是該路口規(guī)劃的轉(zhuǎn)彎并沒(méi)有預(yù)備車道，僅能夠通過(guò)直角轉(zhuǎn)彎的形式完成轉(zhuǎn)彎動(dòng)作，而直角轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，又至少會(huì)跨越兩個(gè)非機(jī)動(dòng)車道（同向位置與垂直位置），可能存在交通安全隱患；三是對(duì)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(shí)期，占用對(duì)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(gè)角落有小功率路燈，在東南及西北兩個(gè)角落會(huì)形成照明真空，夜間行車安全體驗(yàn)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(duì)于行動(dòng)緩慢的行人偶爾會(huì)出現(xiàn)單個(gè)綠燈無(wú)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(jì)方案及其質(zhì)量控制

對(duì)于該案例道路平面交叉口設(shè)計(jì)，在進(jìn)行改造優(yōu)化過(guò)程中給出了以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制對(duì)策：

其一，路面工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中考慮到轉(zhuǎn)彎位置使用強(qiáng)度大同時(shí)易于磨損，再進(jìn)行施工時(shí)采用增加初始強(qiáng)度的形式來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。通過(guò)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(lái)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(wèn)題。

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

其三，高峰時(shí)期轉(zhuǎn)彎難以控制的問(wèn)題，通過(guò)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(lái)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(guò)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(wèn)題，在該路口設(shè)計(jì)過(guò)程中解決較為容易，綜合考量后，通過(guò)增設(shè)路燈數(shù)量的形式解決當(dāng)前問(wèn)題，路燈選取了具有太陽(yáng)能發(fā)電和儲(chǔ)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(shí)，對(duì)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?yàn)殡p向4 車道，為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，在馬路中設(shè)置一過(guò)渡區(qū)，這樣能夠確保行動(dòng)緩慢的人群在橫跨馬路時(shí)可采取二次過(guò)街的形式。

4 結(jié)語(yǔ)

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(duì)其展開(kāi)專項(xiàng)設(shè)計(jì)，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(jì)工作的開(kāi)展，并對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)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(xiàng)工程實(shí)例用來(lái)明確設(shè)計(jì)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(jì)工作有著更多特殊需求與注意要點(diǎn)，開(kāi)展設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，對(duì)設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量進(jìn)行全面調(diào)研，也能夠保障該設(shè)計(jì)方案可滿足工程實(shí)際需求，促進(jìn)城市交通健康發(fā)展。