基于安全和效率的平面交叉口行人二次過街設施設計理論和方法

劉 文，呂 坤

（西安市政設施管理局，陜西西安 710016）

0 引言

在城市道路平面交叉口，行人過街與機動車之間的橫向干擾一直是交叉口渠化優(yōu)化考慮的難點和重點，行人交通設計不合理，將導致行人沒有通行權(quán)，交通高峰期間機、非混合嚴重，行人延誤大大增加，其交叉口通行能力也大大降低[1-3]。當交叉口較大時，行人無法在一個綠燈時間內(nèi)完全穿越道路，在下一個行人紅燈信號相位內(nèi)停在道路中間，或在密集的車流中強行穿越，對行人的安全性帶來了很大的威脅。可見對交叉口行人過街的研究非常重要。

采用行人二次過街的方式并結(jié)合合理的信號相位設計能夠提高行人過街的安全性，增加行人的通過效率，減少行人違章過街率，降低了與機動車之間的干擾，且二次過街設置靈活、成本較低，可在機動車流量較大、車道數(shù)較多、有中央隔離帶的大型交叉口適用[4-6]。但是目前各地平面交叉口處行人二次過街設施設計多依靠經(jīng)驗確定而缺乏理論研究。

對大型平面交叉口行人過街來說，安全性和通行效率是第一位的。嘗試從提高行人安全性角度和通行效率角度，探討有信號控制條件下平面交叉口行人二次過街的理論和方法。

1 行人二次過街安全性和效率分析

1.1 安全性分析

（1）各進口道寬度

干道的橫斷面一般較寬，30 m以上甚至50 m以上長度的人行橫道都很常見，行人一次不能完成穿越道路時，就沒有地方供行人避讓車輛，這對行人來說是非常不安全的。交叉口的調(diào)查結(jié)果顯示[7]，絕大部分人行橫道沒有行人安全島。

（2）連續(xù)過街最大長度

連續(xù)通過過長的人行橫道，會造成過街行人的緊張心理。參考文獻[9]中第五章第一節(jié)規(guī)定人行橫道長度達25 m或雙向機動車道達6車道時，應在路中設置行人安全島。人行橫道越長，行人停留在人行橫道上的時間越長，同時分布在人行橫道上的行人數(shù)量越多，機動車穿越人行橫道時，發(fā)生沖突的可能性越大。對此，根據(jù)實踐經(jīng)驗，對連續(xù)過街改進見圖1。

（3）交通事故數(shù)

行人與非機動車交通是交叉口交通的主要組成部分。從安全的角度來講，行人與非機動車駕駛者在交叉口的交通事故中受害較大，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計[8]，1975年日本行人死亡事故在交叉口附近的占41.8%，路段上橫穿過街的約占50.8%，交叉口處未設置行人二次過街設施；美國夜間行人交通事故的統(tǒng)計中，交叉口附近占70.5%，人行道占12.0%，且交叉口處未設置行人二次過街設施。在國內(nèi)城市交通事故中，以西安市交警支隊統(tǒng)計為例，2009年發(fā)生的使用一般程序處理的交通事故中有近30.2%發(fā)生在交叉口，且交叉口處未設置行人二次過街設施。由此可見，交叉口處行人與機動車的沖突，不但導致事故多發(fā)，而且后果嚴重，所以在大型平面交叉口處設置行人二次過街設施，保障交叉口行人交通便捷和安全顯得尤為重要。

1.2 通行效率分析

（1）沖突點

平面交叉口是道路在同一個平面上相交形成的交叉口。通常有T形、Y形、十字形、X形、錯位、環(huán)形等形式。在無交通管制的平面交叉口，車輛通過時因駛向不同而相互交叉形成沖突點，在丁字形交叉口有3個沖突點，在十字交叉口口有16個，在五路交叉口則有50個沖突點。實際上，每增加一個沖突點，交叉口的通行效率就會大大降低，同時增加一個潛在的交通事故黑點。

（2）交通信號設置不合理

現(xiàn)狀平面交叉口信號配時較少考慮慢行交通中行人過街時間需求，導致現(xiàn)狀交叉口中經(jīng)常出現(xiàn)行人在綠燈時間內(nèi)未能完全通過交叉口，此時存在行人和機動車的沖突，若行人信號的紅燈時長超過了行人的可容忍等待時間時，闖紅燈的可能性大大提高。交通信號設置不合理對交通弱勢群體過街造成了嚴重的威脅，也大大降低了交叉口的運行效率。通過安全性和通行效率分析可知，有行人二次過街設施比沒有行人二次過街設施更加安全。

2 行人二次過街設計理論與方法

2.1 二次過街設置的條件

盡管采取行人二次過街方式能夠使得行人更方便的穿越道路，但并不是所有的道路都適合設置行人二次過街設施。二次過街方式適合于有較寬中央分隔帶的新建城市道路及在有較寬兩側(cè)輔道的高架橋下設置，具體的設置條件如下：

（1）空間條件：設置行人二次過街的路段路面要足夠?qū)挸ǎ瑱C動車道寬度大于25 m，無條件修建行人天橋或地道，且有足夠設置安全島的空間，中央駐足區(qū)的大小應該滿足行人等待較好服務水平的所需空間。

（2）信號配時條件：設置行人二次過街后必須滿足某段人行橫道允許行人通行的連續(xù)相位時間總和不小于行人通過該段橫道的最短時間。

（3）行人條件：在平面交叉口處，當一個進口道橫過馬路的人流量超過5000 P/h，且同時在交叉口上雙向當量小汽車交通量超過1200 pcu/h，應考慮設置天橋或地道設施[10]。反之，設置行人二次過街。

2.2 基于安全和效率的行人二次過街設計理論與方法

平面交叉口的交通沖突類型按使用者劃分，可分為機動車與機動車沖突、機動車與非機動車沖突、機動車與行人沖突三大類。由于三種沖突形式行駛方向各不相同，交叉口處存在著大量干擾和沖突。在沒有非機動車和行人的情況下，僅機動車在無信號交叉口沖突數(shù)：交叉點為16個，合流點和分流點均為8個。若計入行人、非機動車，則沖突點總數(shù)目要提高幾倍，本節(jié)重點無信號燈控制交叉口沖突數(shù)、傳統(tǒng)兩相位信號配時交叉口沖突數(shù)和結(jié)合行人二次過街配時交叉口沖突數(shù)，具體見表1～表3。

表1 無信號燈控制交叉口沖突數(shù)

表2 傳統(tǒng)二相位交叉口沖突數(shù)

表3 結(jié)合行人二次過街配時交叉口沖突數(shù)

從表1～表3中可以看出，結(jié)合行人二次過街配時方案與無信號燈控制交叉口和原來二相位配時方案交叉口沖突數(shù)比較，沖突數(shù)明顯減少，使交叉口的交通運行更加安全。

2.3 基于相位嵌套的行人二次過街設計理論與方法

行人二次過街設計理念是通過充分利用信號相位資源，合理劃分機動車與行人的使用空間和時間，提高行人過街的安全性、便利性和通過能力。僅僅設置行人二次過街設施并不能很好的解決行人過街問題，在大型信號控制交叉口應結(jié)合優(yōu)化信號相位使得交叉口發(fā)揮最大的交通效率。本節(jié)提出基于相位嵌套的行人二次過街設計方法，將行人二次過街鑲嵌在機動車相位中。具體實現(xiàn)過程見圖2。

基于相位嵌套的行人二次過街信號配時實現(xiàn)方法表述如下：在一個信號周期內(nèi)，第一相位為南北方向機動車左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，同時將非機動車和行人相位嵌套在該相位中，基于安全，使行人流在安全島上駐足等待；第二相位為南北方向機動車直行和右轉(zhuǎn)，同時將非機動車和行人相位嵌套在該相位中，基于效率，行人流在此相位中可以安全到達對面，完成二次過街；第三相位和第四相位為南北方向，同第一相位和第二相位的設計。

根據(jù)我國學者[6-7]對行人過街速度的研究，適合大多數(shù)普通人的過街速度為1.19 m/s，適合大多數(shù)老人過街的速度為1.07 m/s。由此則可以根據(jù)路口寬度和信號相位各個方向的綠燈時間，考慮行人是否可以在一個綠燈相位內(nèi)通過人行道，確定是否需要二次過街安全島，并設置相應的專用信號燈。行人二次過街信號相位的設置與各個方向的車流密切相關(guān)，主要涉及道路情況、左轉(zhuǎn)車流量的大小和該相位綠燈時間的長度。基于相位嵌套的二次過街配時方案見表4。

表4 基于相位嵌套的二次過街配時方案

將行人二次過街相位嵌套在機動車相位中，總的周期時長不改變的條件下，基于嵌套在機動車相位的信號配時方案優(yōu)于單獨給行人專用相位的信號配時方案，行人過街更加安全，總延誤減少。

3 實例驗證

3.1 行人延誤

本節(jié)以西安市小寒東路—翠化路平面交叉口調(diào)查數(shù)據(jù)為例，對前面行人二次過街安全性和效率進行仿真驗算。仿真模型方案針對不同的機動車流量和行人流量分別進行仿真，其中機動車流量為1000 pcu/h、2000 pcu/h，行人流量分別為1000 P/h、1500 P/h、2000 P/h、2500 P/h、3000 P/h，共10種組合。根據(jù)小寒東路—翠化路平面交叉口實地調(diào)研情況，在仿真過程中，將行人一次過街違章率設定為1:3，行人二次過街違章率設定為1:9，違章率降低67%。仿真效果見圖3。

由VISSIM仿真模擬可以得出，增設行人二次過街設施后，行人在整個信號周期內(nèi)的過街機會和可利用的過街時間將增加，行人過街效率提高。在各類相位相序排列組合中，行人二次過街延誤情況為變化較平穩(wěn)，較行人一次過街小，且總延誤低于一次過街延誤。在一次過街信號下，行人的可通行時間不足且等待綠燈時間長，使得行人違章過街比率較大，受到的機動車干擾較大，行人延誤相對增加，與之相比，行人實現(xiàn)二次過街后，違章率會相應降低，與機動車之間的干擾減小，延誤減小。但若過街行人量過大的路口，行人體的面積過大，當二次過街時，安全島的面積不足全部等待行人站立的情況下，則不適合設置行人二次過街設施及信號。

另外，由于實例平面交叉口的機動車流量及行人流量均較大，行人若一次過街將會因等待時間過長，超出行人心理極限，行人違章率將增加；而設置行人二次過街后，行人過街時間和機會增多，行人違章率將有所減小。這均是行人延誤和機動車延誤產(chǎn)生的重要原因。

3.2 信號配時

相對于傳統(tǒng)的行人過街，行人二次過街在人行橫道中央設置安全島，并在中央安全島加設信號燈。行人二次過街相位在傳統(tǒng)設計方法的基礎(chǔ)上，左轉(zhuǎn)相位上添加了行人相位，將行人過街分為兩段進行。相對應的行人相位形成了互補，使得人行橫道上的行人能安全到達中央駐足區(qū)。

在現(xiàn)有的信號配時相位設置情況下，小寨東路的行人過街最短綠燈時間為40 s，交叉口設計通行能力為5859 pcu/h，飽和度為0.85，服務水平E級。采用行人二次過街的方法設置相位后，小寨東路的行人過街最短綠燈時間為23 s，交叉口設計通行能力為6953 pcu/h，飽和度為0.73，服務水平升級為D級。

通過以上分析，使用VISSIM軟件進行交叉口高峰時段現(xiàn)狀模擬和行人二次過街優(yōu)化設置模擬。模擬結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，對于行人來說，行人過街平均延誤時間減少，平均等待人數(shù)也相應減少。行人延誤的減少也大大減少了機動車的延誤。可見，行人二次過街可以減少行人和機動車延誤，從而提高交叉口通行能力。

4 結(jié)論

（1）二次過街比一次過街更加安全

行人作為人車沖突系統(tǒng)的重要一方，其運行效率降低會導致整個交通系統(tǒng)能力未能有效利用。特別是在信號控制大型交叉口，過街行人往往無法在綠燈信號內(nèi)一次過街，造成行人與機動車沖突，導致行人過街效率和安全性降低。而行人二次過街措施可增加行人過街的綠燈時間。在平面交叉口處，基于二次過街的安全性比一次過街安全性高。

（2）二次過街能提高行人的通行能力及機動車運行效率

行人一次過街時，行人過街時間不足、行人違章過街影響機動車運行，行人可過街時間未充分利用；行人二次過街后，能有效避免行人與機動車的沖突，且充分利用交叉口信號相位。在信號控制交叉口處，基于信號嵌套的行人二次過街比單一給出行人信號相位時仿真效果更優(yōu)。

[1]Fruin J.J..Pedestrian planning and design[M].Metropolitan Association of Urban Designers and Environmental Planners,New York,N.Y.1971,11-58.

[2]PushkarevB,ZupanJ.Urbanspaceforpedestrians[M].MITPress,Cambridge.Mass,1975,48-72.

[3]Bowman,BL,Vecellio,R L.Effect of Urban and Suburban Median Types on Both Vehicular and Pedestrian Safety[J].Transportation Research Board,NO.1445,167-179.

[4]Transportation Research Board.Highway Capacity Manual[M].TRB．National Research Council,Washington D．C．,2000,71-77.

[5]Marsha S Nitzburg.Pedestrian Crosswalk Case Studies[M].TRB．Washington D．C,2000,123-129．

[6]楊曉芳,付強,楊曉光.信號控制路段行人二次過街設置標準[J].中國公路學報,2006,19(4):109-113．

[7]陸建,葉惠瓊,姚冬雷.行人過街設施合理間距[J].交通運輸工程學報,2002(2):4,63-67.

[8]焦蕾稚.關(guān)注行人過街設施[J].交通與運輸,2004(5):24-25．

[9]SZ-C-B03-2007,上海市城市干道行人過街設施規(guī)劃設計導則[S].上海：上海市市政工程管理處,2007.

[10]CJJ 69-95,城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,1996.