多路交叉口改善設計方法研究

李尚輝，張正雄，潘瑞春，涂美珍

(1.福建農林大學交通與土木工程學院，福建　福州　350002；2.福州市規劃設計研究院，福建　福州　350108)

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多路交叉口改善設計方法研究

李尚輝1，張正雄1，潘瑞春2，涂美珍1

(1.福建農林大學交通與土木工程學院，福建福州350002；2.福州市規劃設計研究院，福建福州350108)

李尚輝(1989—)，碩士研究生，研究方向：道路工程；

張正雄(1961—)，教授，博士，博士生導師，主要研究方向：交通運輸規劃，道路工程；

潘瑞春(1961—)，教授級高工，主要研究方向：公路與城市道路規劃；

涂美珍(1990—)，碩士研究生，研究方向：道路與建筑工程。

國家自然科學基金項目(30972359)；福建省林業廳科技項目(閩林科〔2014〕2號，閩林科〔2012〕2號)；漳平五一林場橫向合作項目基金(KH1400850)；福建農林大學高水平大學建設資助項目(113-612014018，107-612014017)

摘要：文章針對多路交叉口自身的特點，分析多路交叉口存在的主要問題，進而提出了多路交叉口改善設計的主要方法和思路，并結合莆田市324國道蘭溪街六路交叉口交通治理工程實例，通過仿真模擬，驗證了該多路交叉口改善方法的有效性和實用性。

關鍵詞：多路交叉口；交通治理；改善設計；仿真；方法研究

0引言

交叉口作為城市路網的節點，為交通的轉向提供了可能，但是交叉口行車條件復雜多變，對駕駛者的要求比一般路段更高，屬于城市交通的咽喉地帶。據統計，在交叉口通行效率上，平面交叉口的通行能力不足路段的50%，車輛在交叉口處的延誤時間約占全程延誤時間的31%[1]，更為嚴重的是，通行效率低下造成的空氣污染、能源浪費等現象對社會產生了深遠影響。

而由于規劃設計不當、用地條件限制，城市道路路網中會出現由五條或五條以上不同等級道路交匯而成的多路交叉口。由于多路交叉口車輛轉向比一般的三路、四路交叉口多，直接增加了路口內沖突點。此外，多路交叉口面積往往比較大，渠化困難，無法保證車輛按秩序通行，易造成交叉口內車輛通行紊亂。由此可見，多路交叉口自身的復雜性決定了此類交叉口行車安全性不足以及容易發生交通擁堵現象。因此，需要對多路交叉口進行科學合理的設計以滿足城市路網交通轉換需求。

1多路交叉口存在的主要問題

多路交叉口的幾何特征決定了其存在問題的多樣性，主要表現在以下幾個方面：

(1)相交角度過小，交叉口不規則

由于規劃、設計不當以及城市用地的限制，存在兩條道路交角<75°甚至更小的交叉口，交角過小造成行車視線差，轉彎線形不順暢，給駕駛員的判斷和操作帶來很大困難。不僅如此，對轉彎車道的寬度要求也更高[2-3]。

(2)道路不對稱，等級不一致

交叉口進口道與出口道不對稱，各道路等級不一致形成的畸形交叉口由于其走向、線形怪異，易導致駕駛員操作失誤[4]。

(3)相交道路過多，交叉口面積大

相交道路多，相鄰出口道距離較近且橫斷面類型相似時車輛容易誤入其道。交叉口面積大，車輛亂穿插，交通組織非常困難，渠化和管理方面不易實施[5]。

(4)沖突點多，相互干擾嚴重

多路交叉口交通條件復雜，交通流量大、流向多，各道路匯入路口交通量不均勻，交叉口內沖突點多，各車輛互相干擾，行車安全性差[6]。

(5)行人及非機動車通過交叉口困難，耗時大

在多路交叉口處，部分行人、非機動車要通往目的地，需要穿越多條道路，過街困難。同時通行距離大，消耗時間多，增加了與機動車沖突的機率，對提高行人、非機動車的安全性不利[7]。

(6)信號燈配時困難，相位設置難于合理[8]

多路交叉口流向多，對其采取信號控制時，往往需設置多個相位，給相序設計、配時帶來困難。

2多路交叉口的設計方法及改善思路

2.1　多路交叉口的改造設計方法

多路交叉口的交通組織比一般的三路、四路畸形交叉口更加繁瑣復雜，在改造過程中采用的原理是“化繁為簡”“化異為標”。

(1)多路交叉口改造盡量標準化、規范化

多路交叉口往往存在一條至兩條支路的情況，在保證交通可以利用其它路徑到達時，主路可改造成標準的十字交叉口，支路采取適當的工程措施和交通控制措施，使支路與相鄰道路做并線處理，與主路合并為一條道路，使交通流單純化，同時還可以對合并的兩條道路做相同的相位控制[9-10]。

(a)改造前交叉口

(b)改造后交叉口

五路交叉口改造前后對比圖見圖1，改造后，支路先與主路交匯，使五路交叉變為較為規則的十字交叉，同時加以交通控制，支路只允許右進右出，對十字交叉路口進行信號控制。

(2)將大面積的交叉口分割成兩個較規則的交叉口

多條道路相交形成的交叉口面積往往非常大，可考慮將其分割成兩個較規則交叉口，并結合交通渠化或信號控制加以管理，保證車流的連續性。

圖2　合理設計交叉口面積示意圖

圖2為典型的多路交叉口，由六條等級不同道路交匯而成，此路口面積大，可考慮把這類交叉口改造為兩個較簡單路口。左側A、B、C與環島路組成標準十字路口加以信號控制，右側D、E、F實行右進右出的控制方式，均能與A、C主干道實現交通轉換，行車秩序良好。

(3)優化交通組織設計

根據多路交叉口交通運行特征，采取合適的交通組織方式對某些道路進行管理控制，如只允許單向通行、禁止左轉、只準右進右出等形式。減少次要車流對主要車流的影響，提高交叉口通行效率[11]。

圖3　六路交叉口交通組織設計示意圖

圖4　五路交叉口交通組織設計示意圖

圖3為六路交叉口，其中四條主干道兩條支路，支路交通量小，對其交通組織設計只允許駛離交叉口單向通行，簡化交叉口內交通流線，避免了支路交通與主要道路產生的沖突，從而提高安全性；圖4同樣對兩條支路采取右進右出組織方式，減少對主路交通的干擾，四條主干道交匯近似形成十字交叉，可結合信號燈控制。圖3~4都是利用對支路進行交通組織設計，間接減少相交道路數量。

(4)對交叉口環島進行十字化改造

車輛通過環島路口所需時間長，不利于車輛快速通過節點，此外車輛進入環島時會與島內車流形成合流交匯，駛離環島進行分流二次交匯，嚴重影響通行效率。采用信號控制環島，高峰期一個綠燈時間內車隊往往無法全部通過交叉口，形成“尾大不掉”現象，影響其他相位的綠燈效率，一般環島高峰小時交通量>3 000時宜去掉環島，改造為平面交叉口。

下頁圖5(a)所示為五路環島控制交叉口，無信號控制，高峰時段，環島交叉口各進口道車輛在無信號控制下進入或駛離環島后，與島內車輛形成合流與分流交織，同時環島面積大，車隊易出現“尾大不掉”現象，使得整個環島延誤增大。圖5(b)為改造后交叉口，首先取消環島控制，改為十字交叉口，利用渠化減小交叉口面積，增加信號控制，支路采用右進右出交通組織方式，改造后保證了四條主路車流的通行效率。

(a)

(b)

2.2　多路交叉口改造的基本思路與流程

多路交叉口改造的基本思路是：(1)對現狀交叉口進行全面調查，獲取交叉口基礎信息和資料，包括交叉口幾何形狀，各相交道路等級、交通量等；(2)以這些資料為基礎，分析多路交叉口的特點，歸納總結其存在的主要問題；(3)綜合運用各種交叉口治理措施，提出相應的改善策略，并進行仿真模擬。改造的具體流程見圖6。

圖6　多路交叉口改善流程圖

3多路交叉口改造的應用實例

3.1　多路交叉口概況

該交叉口由莆田市324國道與北側廣化路、南門西路及筱塘街三條支路、南側蘭溪街支路相交，構成六路交叉口，其中324國道為城市主干道，道路規劃紅線為40 m，設計速度為60 km/h，全線雙向六車道，設置人行道和非機動車道。4條支路遠期均規劃為城市支路，各支路情況見表1。

表1　蘭溪街交叉口各支路基本情況匯總表

現狀采用無信號控制方式，南北側設置4個渠化島，北側支路均為右進右出，南側支路為減速讓行國道324主路，見圖7。

圖7　蘭溪街交叉口現狀渠化圖

為了解現狀交通量數據以及交通擁擠的情況，對現狀交通流的數據進行調查、統計、整理，結果見表2。

表2　現狀交叉口交通量調查表

3.2　現狀交叉口問題分析

(1)從交通流量調查情況可知，現狀進入交叉口的高峰小時交通量為3 441 pcu/h，主要分布在東西向324國道上，而南北側支路交通量較小。現狀交叉口采用無信號燈控制，南側、北側支路流量所占的比例盡管不大，但彼此之間確有交通轉換需求，因而高峰時段對主干路影響較大。

(2)各路段機非混行，機動車、非機動車及行人路權不分明，沖突點不僅是機動車之間，還包括機非沖突、機動車與行人沖突，導致沖突點較多、沖突面積大，安全性低。

(3)交叉口畸形，南門西路、廣化路與主干道交角都<45°，轉向困難，在渠化措施不完善的情況下增加了駕駛員操作難度。

(4)交叉口控制不嚴，各方向交通轉向不受限制，高峰時段交通嚴重混亂。此外，路口內缺少該有的渠化，交通組織無序，各向車流無法按固有的交通規則行駛。

(5)現狀交通量為3 441 pcu/h，高峰小時飽和度已達到0.88，最大延誤達到70 s，擁堵嚴重。路口較多，轉向不明朗，車輛行駛速度慢，并且交叉口面積大，降低了交叉口通行能力和服務水平。

3.3　改善措施

3.3.1工程措施

(1)北側路口面積較大而無渠化，大面積的道路空間處于閑置狀態無法得到充分利用。在三條支路之間新建“倒長頸瓶”環島，適當減小路口面積，同時可將此三條支路整合作為一個進口的十字主交叉路口。環島內采取綠化措施，在使交通流有序通往路口同時改善交叉口景觀，見圖8。

圖8　蘭溪街交叉口改造后渠化圖

(2)北側各支路進口道處新建交通島，以分配各車流的路權，同時減少交通沖突，保證交通流的有序通行。

(3)臨近交叉口時，各支路增設中央隔離帶，減小對象交通間的相互干擾和行人隨意穿越道路對機動車通行的影響，同時限制路段上亂調頭現象。

(4)各道路臨近交叉口處增設相應的交通標志牌，與交通渠化、交通管制相互協調。

3.3.2交通組織措施

北側三條支路之間的交通流通過環島轉換，北進口設置允許調頭標志，使廣化路通往筱塘南街、南門西路交通流在北側調頭區實現。

3.3.3渠化措施

(1)對相交道路車道寬度、車道功能進行科學、合理的分配。

(2)適當把交叉口停車線、人行橫道往前移，縮小交叉口面積，減小車輛通往交叉口的時間。

(3)十字路口南北方向車流設置左轉彎待轉區，在有限的時間內增加左轉彎車流通往交叉口的數量。

3.3.4信號控制

畸形交叉口要進行合理的相位相序設計，確保相位的簡單明確及相序的銜接[12-13]。北側三條支路整合一條進口道與主路構成十字交叉口，對此規則路口進行信號配時設計，以減小交叉口延誤，合理分配時間路權，信號配時方案見圖9。

圖9　改造設計信號配時圖

3.4　交叉口改善效果評價

改善后利用vissim交通微觀仿真系統對蘭溪街六路交叉口模擬[14]，見圖10。

圖10　改造設計方案仿真模擬圖

仿真后輸出基本交通參數，對比改造前后交通通行狀況，分析結果見表3。

表3　交叉口改造前后平均延誤表(s/veh)

從表3可以看出，運用本文提出的改善方法，對交叉口進行交通組織優化設計，分離沖突點，縮小交叉口面積，采用信號控制等多項措施改造之后，交叉口延誤比改造前明顯減小，如西進口G324的延誤減小達47.92%。

4結語

多路交叉口改造設計是一個綜合性很強的專項課題，目前國內研究較多的是一般道路節點的改造。本文論述了多路交叉口存在的問題及改造方法，并通過工程措施、交通組織措施、渠化措施、信號控制措施等的綜合和仿真分析，對莆田市蘭溪街六路交叉口現存問題進行整合治理和改善，取得了較好的改造效果。

參考文獻

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Research on Multi-way Intersection Improvement Design Methods

LI Shang-hui1，ZHANG Zheng-xiong1，PAN Rui-chun2，TU Mei-zhen1

(1.College of Transportation and Civil Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian，350002；2.Fuzhou Planning Design and Research Institute，Fuzhou，Fujian，350108)

Abstract：Aiming at the characteristics of multi-way intersections，this article analyzed the main prob-lems existing in multi-way intersections，and then proposed the main methods and ideas for the im-provement design of multi-way intersections，and combined with Lanxi Street six-way intersection traffic control engineering practices of State Road 324 in Putian City，through the simulation，it verified the ef-fectiveness and practicality of this multi-way intersection improvement method.

Keywords：Multi-way intersection；Traffic control；Improvement design；Simulation；Method research

收稿日期：2015-07-03

文章編號：1673-4874(2015)08-0001-06

中圖分類號：U412.35

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.001

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