城市道路平面交叉口優化設計方法與案例

曹蘇隴，周志華

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

現階段，我國各大城市正處在經濟、社會飛速發展的時期，隨著人口規模不斷增加，隨著而來的城市道路交通擁堵問題也逐步加劇。交通擁堵已經逐步上升為限制城市發展最重要的問題之一。在造成交通擁堵的因素當中，交叉口的規劃設計不合理、通行效率偏低、交叉口信號配時不準確等因素是最為常見的，這幾個問題在經過科學、系統的優化調整后，通常可以有所改善。

1 造成平面交叉口擁堵的常見問題

1.1 平面交叉口的規劃設計問題[1]

1.1.1 缺少左轉和右轉專用車道

許多城市道路交叉節點的在設計之初就缺少對未來年的交通量分析，沒有意識到未來年轉向交通量的增大而忽略了專用左轉和右轉的車道的設置。這就造成直行車流在通行時會被大量左轉或右轉車輛阻擋，形成交通瓶頸，大大降低了交叉口通行能力。

1.1.2 左、右轉專用車道設置不合理

許多城市在設置了左、右轉專用車道的情況下，往往交叉口還是會發生擁堵，造成這種現象的原因是因為左、右轉車道是由之前的直行車道直接轉換過來的，缺少展寬過渡段，這樣就造成了大量轉彎車輛阻礙了直行車輛的通行，形成了擁堵節點。例如：原先是路段為3 車道直行的道路，在進入交叉口后除中間車道外，兩側車道分別變成了左轉和右轉專用車道，這就使得原本外側兩條車道的直行車流必須在駛入交叉口前，盡快匯集到中間車道上，這樣就嚴重降低了直行交通的通行能力，同時也帶來了一定的安全隱患。

1.1.3 部分交叉口的進出口道設計不合理

目前，國內許多城市的交叉口渠化在流線設計方面的都存在著一定問題。例如，在交叉口前后一定距離范圍內，直行流線應當是是平順的直線或弧線過渡，不應該形成偏折角。由于大量的偏折角或者直角轉彎問題，導致交叉口直行車流行駛的安全性和通行效率大大降低。

1.1.4 車行道線在交叉口前設置不連續

目前許多城市都存在車行道線在交叉口前端突然“斷開”的情況，這是因為部分交叉口因為進行渠化展寬設計，存在車道由少變多的情況。但是由于導流線的缺失，造成了中間過渡段交通量沒有了路權的情況，車輛行駛完全靠習慣或者經驗，才能找到自己對應的車道。

1.2 平面交叉口的信號燈設置問題[1]

1.2.1 城市的信號燈設置不規范

現狀各地區不同城市對于信號燈設置的規范性有著不同的地方標準。這就造成了全國各城市的交管部門各自創立適用于本地的設置規范，這些規范在不同程度上存在著交通路權沖突矛盾，這沖突矛盾往往會導致交叉口范圍內的交通流控制混亂，從而降低了通行效率。

1.2.2 大量錯誤的示意“箭頭”信號燈

交通信號燈通常包含“圓形”燈和“箭頭”燈，原則上前者應該作為主要交通燈的一種形式，而后者只能夠在“獨有路權”情況下使用。但是目前“箭頭”等被很多城市的交管部門大量使用，產生了交通信號燈缺乏正確的路權分配以及路權沖突的問題。

1.2.3 阻擋右轉車輛的通行

通常右轉車輛應該在“圓形”信號燈控制下，在保障行人、非機動車優先條件的安全條件下，允許紅燈時右轉。但由于許多城市在非特定路權的情況下大量使用右轉“箭頭”信號燈，這樣就使得右轉車輛無法應用紅燈右轉的條件，很大程度降低了右轉的通行效率。

2 平面交叉口優化改造方法

交叉口是道路系統交通流沖突的關鍵節點，是目前我國交通事故頻繁發生的重點區域。設計較好的交叉口是通行能力高、安全性強和美觀的統一。在西部一些城市，道路平面交叉口設計普遍較為單一，采用與路段等寬的交叉口設計居多，缺乏合理正確的車道分配和左右車道設置、明晰的地面渠化措施和明確的交通標志指引，這種簡單化的交叉口設計雖然較為方便，卻降低了交叉口通行能力，同時帶來了一定程度的交通隱患。

平面交叉口優化改造的內容包括：交叉口進出口各個方向車道的設置和功能劃分；進出口車道、人行道的寬度設置；交通導線、停止線位置和行人過街橫道位置；交通導流島、公交?？空镜冉煌ㄇO計以及各類標志布置和交叉口信號控制方案設計等。

平面交叉口設計和交通管控的一般原則[1]：

（1）交叉口是交通沖突重點區域，為有效降低事故率，提高整體通行效率，在未設置信號燈的交叉口需要設置分車道標志和相應的地面標線來分配路權；

（2）交叉口設計應包含機動車、行人、非機動車的規范化設計，具體為：道路交通標志設計、地面指示標線設計、導流島及導流線設計、人行道設計及非機動車道設計；

（3）城市道路交叉口的進出口道應為人行過街或殘障人士的使用提供必要條件，例如：過街導流線、過街信號燈、二次過街安全島、緣石坡道以及盲道等；

（4）交叉口的信號燈控制應根據交通量實際檢測模式，通過計算機程序進行優化設計，最大程度上提高各方向交通流通過交叉口的通行效率。

3 交叉口優化改造實例

本文以甘肅省蘭州新區經七路與緯四路、中川商貿街畸形交叉口改造方案為例。

3.1 現狀調查與分析

（1）改造交叉口位置

現狀錯位交叉口分別由商貿街與經七路丁字路口、緯四路與經七路丁字路口組成，兩個丁字路口距離較近。

（2）道路狀況

現狀錯位交叉口附近的主要道路分別為商貿一條街、經七路以及緯四路，道路狀況見表1，交叉口現狀情況如圖1 所示。

表1 相交道路現狀概況

圖1 交叉口現狀情況

（3）現狀問題分析

根據現場踏勘調查，現狀錯位交叉口處機動車不按導向行駛現象嚴重，車輛行駛隨意，尤其以逆向行駛為主，造成了此節點交通沖突點多，極易發生交通事故。

現狀駛入和駛出商貿一條街的車輛存在著較為嚴重的逆向行駛現象，按照原有道路設計，駛出商貿一條街的車輛需遵循右進右處的原則，并行至經七路遠端掉頭處進行掉頭；由緯四路駛入商貿一條街的車輛也需按照指定掉頭位置掉頭繞行，而現狀卻選擇從經七路北進口道直接逆行進入。

造成以上現象的原因主要有三個方面：一方面由于經七路掉頭點設置較遠，車輛需要行駛較長距離繞行；其次，該區域駕駛員不能嚴格遵循標志標線行駛，為避免繞行，逐漸形成了錯誤的駕駛習慣；第三，現狀交叉口處的信號燈未正常使用，臨時放置信號燈太小，識別起來較難，駕駛員基本不遵守該信號。

3.2 改造目的

（1）消除現狀存在嚴重交通隱患的15 處交通沖突點。通過對現狀錯位交叉口渠化設計，并配合信號燈控，有效控制機動車、非機動車流向，減少沖突點，規范行車軌跡，最大限度降低交叉口的安全隱患；

（2）有效保障主干路——經七路的通行能力，弱化商貿一條街過境車流對經七路的影響。通過交叉口信號配時控制以及交通誘導、限速等手段，弱化商貿一條街的交通功能；

（3）按照現場實際情況進行設計改造，盡量將工程改造規?？刂频阶钚?。

3.3 改善方案設計

根據現狀實際情況，該次改善方案從信號燈控、減少交通沖突點、控制行車導向等方面對現狀兩個丁字路口進行合并，對該錯位交叉口進行渠化設計，形成車流導向更為簡單的斜交十字交叉口，如圖2所示。

圖2 交叉口改造方案圖

（1）機動車道布局

南北進口設置5 條進口道，布局為4 直+1 左，并提前設置了右轉專用道；出口4 條車道。東進口為4 條進口道（3 直+1 左），提前設置了右轉專用道，出口道為三條車道。西進口為3 條進口道（2 直+1左），提前設置了右轉專用道；出口道為3 條車道。

（2）行人過街橫道布置

行人過街橫道的設置遵從盡量縮短行人過街長度的要求進行設置，結合考慮行人路線的順直。與路緣相接處設無障礙設計。

該次人行過街采取燈控形式，并在過街距離較長的經七路上設置了二次過街安全島。

3.4 信號相位方案

根據現狀經七路、中川街、緯四路交通調查數據，得到經七路左、直、右三個方向的轉向交通量，代入信號相位公式進行計算：

（1）信號最佳周期時間[2]

式中：C0為信號最佳周期時間，s；L 為每個周期各相位損失時間，s；Y 為組成周期全部相位的最大飽和度之和，即

（2）Gg為有效綠燈時間[2]

圖3 交叉口改造相位圖

式中：Gg為有效綠燈時間，s；C0表示信號最佳周期時間，s；L 為每個周期各相位損失時間，s。

（3）各相位有效綠燈時間[2]

式中：gc為各相位有效綠燈時間，s；Gc表示周期有效綠燈時間s；yi表示第i 個相位的最大飽和度（流量比）。

（4）各相位綠信比[2]

式中：λ 為有效綠燈時間，s；C0為信號最佳周期時間，s。

（5）各相位顯示綠燈時間[2]

式中：gc為各相位有效綠燈時間，s；A 為黃燈時間，一般為3 s；L 為每個周期各相位損失時間，s。

最終得到以下信號配時（黃燈時間均為3 s）：

相位一：南北直行，40 s，同時南北方向行人及非機動車可直行；相位二：南北左轉，15 s；相位三：東西直行，20 s，同時東西方向行人及非機動車可直行；相位四：東西左轉，15 s；

經七路南北向直行交通為主向交通，因此需要放行時間較長，其他方向交通量相對較小，因此通行時間也相對較少。上述四個相位中，所有方向右轉均不受信號燈限制。

3.5 該次渠化改造方案配套的部分工程

該次改造方案設計在原有道路設計基礎上進行，并對現狀兩處丁字路口區域內的人行道及綠化帶進行了小幅調整，具體內容如下：

（1）西進口中央分隔帶向西壓縮13 m；

（2）拆除現狀商業一條街與經七路丁字路處的兩處綠化帶；

（3）經七路北進口中央分隔帶向北壓縮7 m，經七路南進口增加中央分隔帶64 m；

（4）緯四路東進口中央分隔帶向東壓縮7 m。

3.6 交叉口改造后的使用狀況

如4 圖所示，經七路畸形交叉口按照該方案進行改造后，車輛行駛較改造前更為合理有效，之前闖紅燈、逆行的違法行為大大降低，該交叉口區域內的行車秩序和行車安全得到了良好的改善。

改造后該交叉口飽和度為0.24，交叉口延誤時間為20 s，綜合服務水平達到B 級服務水平，整體通行能力和交叉口安全性都得到了提升。

圖4 經七路交叉口改造后實景衛星圖

4 結語

城市交叉口的合理改造和優化，能夠大大改善節點處的車輛通行能力及行駛安全性，對城市交通擁堵的治理起著非常重要的作用。在分析交叉口問題時，必須要著眼整體路網進行分析和把控，綜合各方面因素進行考慮，這樣才能找到正確的解決方法及合理的設計方案。