城市道路交叉口精細化規劃設計與控制管理

(同濟大學交通運輸工程學院交通工程系，上海201804)

中國城市道路交通經過近30年快速、粗放式發展，從滿足城市交通基本需求來說，已經有了長足的進步。但是精細化程度與國際先進水平相比，尚存在較大差距。尤其是城市道路交叉口，在規劃設計和控制管理等方面的精細化值得研究。粗放型的規劃與管理導致交通無序混亂、效率低、安全無保障。精細化才是節約用地、保障安全、提高效率的必經之路。

1 精細化的概念與內涵

從20世紀四五十年代開始，歐美發達國家先后研究制定了一系列交叉口規劃設計和控制管理方面的工程和技術規范，例如德國在這方面的交通工程規范達80多本。相比之下，中國在此領域的工程規范嚴重缺失，現有的交叉口規劃設計、運行管理普遍采用簡單化處理的方法套用某些固定模式。事實上，道路交通組成復雜、交通行為具有隨意性和不確定性，導致交通效率低和交通安全問題。例如，交叉口空間規劃不合理，片面強調對稱，看似工整，一旦車流增加便暴露出交通效率和安全等方面的問題；交叉口沖突區域面積過大，車道不匹配，進口道展寬不足，路緣石半徑過大，實體(交通島和綠化帶)或劃線渠化不夠，標志缺乏或設置不規范，無障礙設施流于形式，對行人過街設施規劃不足，對非機動車過街空間規劃缺乏考慮，在空間規劃設計上很少考慮甚至不考慮對交通流的動態適應性等。同時，城市道路交叉口信號控制基本停留在簡單定時多時段水平上，由于對基本問題認識不足，存在很多誤區，例如對信號燈色及形式的理解和使用不當，信號周期的選用過長，綠燈間隔時間的概念不明確，對區域自適應控制模式盲目迷信等。

精細化是一種精益求精的理念和態度，主要體現在設計要素的全面性和設計粒度的細致性上。對交叉口進行精細化的規劃設計和控制管理要求交通工程師突破模式化、同質化、表面化的觀念，充分結合道路交通實際情況，采取區別化、具體化、人性化的理念，對各要素的考慮更加全面、細致和深入。

在交叉口規劃設計中，應根據實際交通需求和車流行進流線的要求進行合理的車道功能劃分和進口道展寬設計，并通過反復調整獲得最優方案；設置安全島時，應充分考慮不同車輛在直行或轉向過程中的空間需求，并仔細校核交通島相關設計參數，避免出現車輛壓島的問題。此外，精細化的規劃設計要求在交叉口范圍內，細致劃分各類交通流(機動車、公共汽車、非機動車、行人等)的通行空間范圍，宜通過不同的地面鋪裝(特別是人行道和非機動車道)、劃線或設置隔離設施標識其邊界；尤其重要的是在交叉口中間的沖突區域，通過地面劃線為不同類別、不同流向的交通流以明確的引導。圖1為德國某城市交叉口規劃設計成果，可視為交叉口精細化規劃設計的典型案例。

在交叉口控制管理中，應在對各類、各向交通流以及交通流之間的沖突進行細致梳理和分析的基礎上，在不同等級、不同功能的道路和交叉口對機動車、公共汽車、行人與非機動車采取區別化的控制策略，并且根據實際交通流的特征采取合理的相位結構，如有效的相位搭接與嵌套等。

2 交叉口規劃設計的精細化

圖1 德國某城市交叉口設計Fig.1 Intersection design in a Germany city

圖2 轉彎車輛壓島示意Fig.2 Illustration of turning vehicles impacting intersection islands

城市道路交叉口精細化規劃設計的內容較多，本文以交通島和交叉口導行線的精細化設計為例進行闡述。

2.1 交通島精細化設計

中國較多城市在交叉口設計中設置了轉角交通島，隨著交通工程師設計理念的更新以及有關規范的強制要求，不少城市還在信號控制交叉口人行橫道中加設安全島。然而從實際運行情況來看，轉角交通島和行人過街安全島若設置不當，可能導致轉彎車輛壓島的問題[1]。例如，右轉專用車道拓寬寬度不夠時，可能導致右轉車輛壓島(見圖2a)；由于交叉口出口道方向轉角島的設置位置距離交叉口進口過近，或出口道寬度不夠，導致車輛左轉半徑不足壓上轉角島，還有可能出現與對向左轉軌跡重疊等問題(見圖2b)。

圖3 德國某城市交叉口交通島設置Fig.3 Traffic islands design at a city in Germany

為充分發揮交通島渠化交通及保護行人的功能，同時避免車輛撞島的安全隱患，需要對交通島的關鍵設計參數進行研究。本文通過提取與分析交叉口各流向的實際軌跡，綜合考慮交叉口類型、設計車型與車速、交叉口幾何尺寸等因素，確定不同交叉口類型、轉彎半徑條件下交通島關鍵設計參數，見表1。

實際上，交通島的主要作用在于引導交通流，因此可不拘泥于特定形式。圖3為德國某城市道路交叉口內部不同形式的交通島。圖片下方兩個交通島為轉角交通島，用于渠化右轉機動車，并為行人和非機動車提供過街通道；各條道路中央設有水滴形交通島，交叉口中央設有導流線，可很好地引導機動車交通流安全、順暢運行。

2.2 導行線精細化設計

在交叉口內部施畫機動車導行線、將非機動車通道進行彩色瀝青鋪裝等也是精細化設計的重要內容(見圖4)。在交叉口內部為機動車施畫十字導行線或Y形導行線，一方面可以規范機動車的行駛軌跡、提高駕駛的平順性和舒適性，另一方面也可提高交叉口行車的安全性，特別是在一些復雜交叉口、畸形交叉口、有橋墩或其他障礙物導致視距不良的交叉口。進口道與出口道位置偏離的情況下，導行線可有效引導車輛行駛進入正確的車道，避免車輛因駛入錯誤車道導致事故發生。

3 交叉口控制管理的精細化

3.1 通行能力精細化校驗

通行能力和飽和度是評價交叉口服務水平的重要指標。傳統的通行能力和飽和度計算方法主要應用于運行階段，從交叉口各進口方向、各相位入手計算進口道通行能力和相位飽和度，而在規劃階段則缺少有效的指導方法。

其實，沖突點(區域)才是制約整個交叉口通行能力的關鍵，其通行能力不足導致車輛在交叉口內部積壓、交叉口擁堵甚至癱瘓。本文提出基于關鍵沖突車流的交叉口通行能力快速精細化檢驗模型和交叉口飽和度計算方法，克服傳統方法只能在運行階段計算各進口道通行能力和相位飽和度的問題。

圖4 交叉口導行線Fig.4 Pavement markings at intersection

圖5 典型十字交叉口的交通沖突Fig.5 Traffic conflicts at a typical intersection

一個典型交叉口范圍內的主要沖突可歸納為兩大類：1)出口道附近，其他3個進口分別匯入的左直右車流沖突(見圖5a)，4個出口道對應4組沖突；2)交叉口內部垂直方向直行、左轉共4股車流之間的沖突(見圖5b)，4股車流中任意2股都不能同時放行，該類沖突共有4組[1]。因此，一個典型十字交叉口的沖突車流組合共有8組，如表2所示。

在多股車流沖突的區域，應檢驗各沖突方向的流量是否與該沖突區域的通行能力相匹配，即是否滿足

式中：Q為各沖突車流流量/輛；C為信號周期/s；tZ為綠燈間隔時間/s；tB為平均飽和車頭時距/(s·輛-1)。

該方法在考慮交叉口安全和效率相關關系的基礎上，能快速精細化識別制約交叉口通行能力的關鍵車流組合，從而調整車道功能劃分和車道數，并能在規劃階段對交叉口服務水平進行評價。

3.2 信號控制精細化分析

在信號控制方面，綠燈間隔時間的精細化計算、行人信號控制策略以及區別化的轉彎車輛控制策略等均是交叉口精細化控制管理的重要內容，具體可參見文獻[3-4]。

4 交叉口精細化設計案例

圖6 交叉口精細化設計案例Fig.6 Example of detailed intersection design

表2 典型十字交叉口沖突車流組合Tab.2 Combination of conflicted traffic flow

本文以四川省眉山市某交叉口規劃設計與控制管理為例[5](見圖6)，簡要介紹復雜交叉口精細化處理的基本思路與設計要點。

首先，將畸形交叉口分解成3個具有明顯行車軌跡交叉空間的交叉口，通過流線分析，在交叉口內部設置交通島、施畫導行線，有效渠化交通流，引導車輛安全平順通行。然后確定交叉口的主要流向，包括詩書路雙向，紅星路—三蘇大道雙向，以及三蘇路—三蘇大道方向等，信號控制設計中應考慮上述方向的協調，特別是短連線交叉口處應避免車輛排隊溢出。此外，還需要考慮交叉口范圍內存在公共汽車站(三蘇路—紅星路交叉口東進口和東出口)，通過信號控制和交通標志設計，盡量引導機動車交通流由該交叉口的北出口左轉繞行，從而在短間距交叉口內減少社會車輛運行與公共汽車停靠之間的相互干擾，有利于提高乘客的安全性。經過對交叉口空間渠化和信號周期進行仔細分析和規劃設計，采用微觀仿真工具對其整體進行仿真分析、評價和優化，使各個方向的通行需求都能夠得到妥善兼顧，最后才能得到比較理想的運行效果。

5 結語

對城市道路交叉口的研究和實踐永無止境，特別是在精細化規劃設計和控制管理的道路上，沒有最好，只有更好。希望有更多的學者、工程技術人員投入到這一領域的研究和實踐中；希望政府各管理部門更加重視道路交叉口這個“彈丸之地”，培育公平、合理、可持續發展的技術市場，提高中國城市交通規劃設計和運行管理的水平。

[1]戴京國.基于車輛行駛軌跡線的交叉口安全島位置研究[D].上海：同濟大學，2010.

[2]李克平，楊佩昆，倪穎.城市道路交叉口信號控制中的黃燈問題[J].城市交通，2010，8(4)：67-72.Li Keping,Yang Peikun,Ni Ying.Amber Interval Design at Urban Signalized Intersections[J].Urban Transport of China,2010,8(4):67-72.

[3]倪穎，李克平.基于關鍵沖突車流的交叉口飽和度計算及應用[J].武漢理工大學學報(交通工程與科學版)，2010，34(1)：31-34.Ni Ying,Li Keping.Degree of Saturation of Intersections Based on Critical Conflicting Flows[J].Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science&Engineering),2010,34(1):31-34.

[4]李克平，倪穎.信號控制交叉口行人過街交通組織與控制[J].城市交通，2011，9(1)：65-71.Li Keping,Ni Ying.Pedestrian Traffic Control at Signalized Intersections[J].Urban Transport of China,2011,9(1):65-71.

[5]李克平，繆立新，王靚，等.復雜交通流交通控制設計、設備研制及工程示范建設項目研究報告[R].眉山：眉山市人民政府，2005.