城市道路平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法探討

柴皓

（中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430056）

1 引言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)不斷完善和城鎮(zhèn)化持續(xù)推進(jìn)，道路工程作為重要的交通樞紐，其建設(shè)步伐也日益加快。不同等級(jí)的城市道路相互交錯(cuò)，在設(shè)計(jì)期間多條道路難免會(huì)產(chǎn)生交叉口。道路之間的平面交叉口屬于各種車輛及行人集散地，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接干擾路網(wǎng)的正常運(yùn)行。如果平面交叉口設(shè)計(jì)不當(dāng)可能會(huì)造成嚴(yán)重的交通擁堵現(xiàn)象，影響行車安全性和舒適度，嚴(yán)重情況下可能造成局部路網(wǎng)的癱瘓[1]。為了改善道路服務(wù)水平，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際交通量級(jí)規(guī)劃需求，通過渠化和信號(hào)控制方案兩方面對(duì)平面交叉口展開優(yōu)化。因此，研究平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法具有十分重要的工程意義和社會(huì)價(jià)值。

2 道路平面交叉口類型及適用性

道路平面交叉口通常是指2條或2條以上道路在同一平面的相交位置，屬于各種類型的交通流集散地，與單條道路交通特性有明顯區(qū)別。只有在充分理解各種類型平面交叉口適用性的前提下，才能更好地針對(duì)平面交叉口提出優(yōu)化措施。

2.1 平面交叉口類型

道路平面交叉口根據(jù)其功能、平面相交形式、道路數(shù)量、交通組織方式等可劃分為多種類型，詳見表1。

表1 道路平面交叉口類型

2.2 平面交叉口適用性

不同類型交叉口適用性的情況也并不相同，在選擇平面交叉口時(shí)應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)小時(shí)交通量、交通組成、自然條件、工程造價(jià)等因素綜合考慮，并開展技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，以確定最優(yōu)的平交口方案。筆者以交通組織方式為依據(jù)，總結(jié)了無信號(hào)、有信號(hào)及環(huán)形平面交叉口使用工況如下[2]。

1）無信號(hào)燈控制交叉口

無信號(hào)燈控制的平面交叉口通行能力小，服務(wù)水平低，包括不設(shè)置控制或者優(yōu)先選擇控制2種方式，前者要求交通量＜800 pcu/h，后者要求交通量＜800～1 500 pcu/h。

2）有信號(hào)燈控制交叉口

該平面交叉口是通過信號(hào)燈來對(duì)交叉口進(jìn)行控制，確保車輛不出現(xiàn)擁堵，周期性強(qiáng)，在交通流組成復(fù)雜，且交通量較大的城市道路中取得了廣泛應(yīng)用。

3）環(huán)形交叉口

環(huán)形交叉口是布置在平面交叉口的中間，總交通量不宜過大，一般＜2 000 pcu/h。環(huán)形交叉口內(nèi)的車輛是沿著同一方向行駛，能確保車流的連續(xù)性。但工程造價(jià)較高，通常用于左轉(zhuǎn)交通量較大路口或美化城市環(huán)境。

3 道路平面交叉口優(yōu)化思路和原則

3.1 平面交叉口優(yōu)化思路

經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展使車輛的增長(zhǎng)速率和交通需求遠(yuǎn)超過道路提供的交通供給，加劇交通供需矛盾，必須對(duì)道路平面交叉口交通進(jìn)行優(yōu)化處理。平面交叉口的優(yōu)化思路是從宏觀交通組織和微觀交通組織2個(gè)方面入手：前者要求交通流在時(shí)間上要削峰填谷，空間上控密補(bǔ)稀；后者要求平面交叉口的信號(hào)控制燈要提高車輛通行效率或采用一定的渠化措施來充分利用平交口空閑時(shí)間和空間[3]。

3.2 平面交叉口優(yōu)化原則

1）交通分離

不同流向、不同種類交通流應(yīng)在各自的空間行駛，如行人不得在機(jī)動(dòng)車道漫步、機(jī)動(dòng)車不得在非機(jī)動(dòng)車道行駛等，以提高車輛的通行效率，降低各種類型交通流發(fā)生沖突的可能性。

2）交通負(fù)荷均勻

平面交叉口在交通優(yōu)化期間應(yīng)對(duì)交通流進(jìn)行疏導(dǎo)，確保各路段交通壓力不會(huì)達(dá)到峰值。即：將交通負(fù)荷較大路口的交通流轉(zhuǎn)移到交通壓力小的路口，盡量使交通負(fù)荷均勻分布，避免某一路段交通壓力過大而導(dǎo)致?lián)矶隆?/p>

3）方便出行

平面交叉口的交通組織優(yōu)化不能單純地為了方便道路管理，而是應(yīng)當(dāng)以方便市民出行為主要原則。由于相同的路面范圍內(nèi)，不同類型的交通流對(duì)交通需求是不同的，甚至是相互矛盾的。因此，在進(jìn)行平交口交通組織時(shí)應(yīng)首先弄清楚按照行人、非機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)車的交通需求，并在此基礎(chǔ)上換位思考，分析不同交通流的路權(quán)分配是否合理。

4）動(dòng)靜交通組織結(jié)合

傳統(tǒng)的道路平面交叉口通行資源配置往往是基于靜態(tài)交通組織方案，沒有考慮到車輛行駛期間路網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)交通流負(fù)荷的變化，也就無法根據(jù)交通流的流向?qū)Σ煌?jié)點(diǎn)的交通壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，這樣，平面交叉口發(fā)生交通擁堵的可能性大大提高。

4 道路平面交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 平面交叉口渠化設(shè)計(jì)

1）渠化設(shè)計(jì)原則

城市道路平面交叉口在開展渠化時(shí)應(yīng)遵循以下幾方面的原則[4]：第一，簡(jiǎn)潔明了。交叉口的渠化方案應(yīng)簡(jiǎn)潔明了，便于理解，否則會(huì)大幅提高交叉口的危險(xiǎn)性。第二，滿足規(guī)范要求。交叉口范圍內(nèi)各種標(biāo)志標(biāo)線、交通島的顏色、尺寸必須嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，禁止任意修改。第三，保證視距。道路交叉口范圍的駕駛者與行人必須有足夠視距，如果交叉口附近的植物、市政設(shè)施妨礙了駕駛者與行人視距，應(yīng)當(dāng)及時(shí)拆除。第四，美觀醒目。平面交叉口范圍內(nèi)的渠化設(shè)施宜與自然景觀相協(xié)調(diào)。

2）渠化設(shè)計(jì)階段劃分

道路平面交叉口渠化就是利用交通標(biāo)志、導(dǎo)流線、交通島等措施來引導(dǎo)交通流，確保（非）機(jī)動(dòng)車、行人等能互不干擾，安全有序前行。平面交叉口渠化設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜，主要可劃分成交通調(diào)查階段、渠化設(shè)計(jì)階段、方案確定階段。各階段的具體工作內(nèi)容見表2。

表2 平面交叉口渠化設(shè)計(jì)階段與內(nèi)容

3）機(jī)動(dòng)車道渠化

城市道路機(jī)動(dòng)車道的優(yōu)化涉及進(jìn)口車道、出口車道、平面交叉口內(nèi)部渠化等內(nèi)容。進(jìn)口車道渠化一般是進(jìn)行車道拓寬，具體措施包括外加平行車道、壓縮中央分隔帶等；出口車道渠化應(yīng)盡可能和上游各進(jìn)口道同一相位流入的最大進(jìn)口車道數(shù)相匹配；平面交叉口內(nèi)部渠化通常是利用白色導(dǎo)流線，適用于行駛條件復(fù)雜的交叉口。導(dǎo)流線形式應(yīng)綜合考慮車流量、地形地勢(shì)等因素確定，以避免行駛車輛的軌跡沖突。

4）非機(jī)動(dòng)車道渠化

城市道路非機(jī)動(dòng)車道渠化方法包括設(shè)計(jì)非機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)專用車道、停車線前移等。在非機(jī)動(dòng)車道上設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道的標(biāo)志，可以保證非機(jī)動(dòng)車跟隨機(jī)動(dòng)車的左轉(zhuǎn)車流通過交叉口，在一定程度上減輕了道路交通擁擠現(xiàn)象；在交叉口處將非機(jī)動(dòng)車道的停車線前移，能確保綠色信號(hào)燈亮?xí)r非機(jī)動(dòng)車先駛進(jìn)平交口，減小機(jī)非車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)的沖突碰撞。

4.2 平面交叉口信號(hào)控制

交叉口的信號(hào)控制內(nèi)容包括信號(hào)相位和信號(hào)配時(shí)兩方面，其中，信號(hào)相位方案是信號(hào)配時(shí)的前提，信號(hào)配時(shí)是信號(hào)控制的最終目標(biāo)[5]。

1）信號(hào)相位方案

道路平面交叉口信號(hào)相位設(shè)計(jì)既要考慮不同相位間的組合，還應(yīng)該確保相位之間有序銜接。優(yōu)化時(shí)的幾個(gè)要點(diǎn)闡述如下：第一，不同相位之間盡量保持時(shí)間上的連續(xù)性；第二，直行相位和左轉(zhuǎn)相位不宜與另一方向的直行相位和左轉(zhuǎn)相位相接；第三，如果拓寬車道進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛多，宜選擇先左轉(zhuǎn)后直行的相序，如果直行車輛多，宜選擇先直行后左轉(zhuǎn)的相序；第四，左轉(zhuǎn)與直行軌跡長(zhǎng)度不等的車道，應(yīng)避免相位尾首過渡時(shí)段車輛在交叉口擁堵。

2）信號(hào)配時(shí)

目前，道路平面交叉口信號(hào)配時(shí)主要基于Webster信號(hào)模型，受交通量干擾程度大。交通量過小時(shí)信號(hào)配時(shí)周期短，影響行車安全性。交通量過小時(shí)信號(hào)配時(shí)周期長(zhǎng)，行車等候時(shí)間長(zhǎng)，使得平面交叉口通行效果差[6]。同時(shí)，Webster信號(hào)模型考慮的因素不夠全面，僅以“車輛延誤最小”為指標(biāo)，配時(shí)效果還可以進(jìn)一步優(yōu)化。鑒于此，筆者基于延誤時(shí)間、停車次數(shù)、周期時(shí)長(zhǎng)等參數(shù)提出一種多目標(biāo)配時(shí)優(yōu)化模型，并利用Matlab軟件中的粒子群優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行求解。

5 道路平面交叉口的評(píng)價(jià)方法

道路平面交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)效果好壞必須選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。

1）平面交叉口評(píng)價(jià)指標(biāo)

平面交叉口設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)較多，沒有必要全部考慮進(jìn)來，應(yīng)分清主次，否則會(huì)大幅增加評(píng)價(jià)工作量和評(píng)價(jià)成本[7]。平面交叉口的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)按照交叉口類型選擇，可參考表3。

表3 道路平面交叉口評(píng)價(jià)指標(biāo)

2）平面交叉口評(píng)價(jià)方法

道路平面交叉口的評(píng)價(jià)方法可采用價(jià)值分析法。該方法計(jì)算簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，先根據(jù)指標(biāo)的重要性程度來賦予單項(xiàng)指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重，再加權(quán)計(jì)算出平面交叉口的總價(jià)值。具體可按式（1）計(jì)算：

式中，V為平面交叉口的總價(jià)值；wi為交叉口單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)價(jià)值；vi為交叉口單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，可邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)行打分得到。

6 結(jié)語

在總結(jié)道路平面交叉口類型和適用性的基礎(chǔ)上，分析了平交口的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路、原則及渠化、信號(hào)控制等內(nèi)容，并提出了平交口評(píng)價(jià)方法，主要得到以下幾個(gè)方面的結(jié)論：（1）城市道路平面交叉口優(yōu)化時(shí)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)小時(shí)交通量、交通組成、自然條件、工程造價(jià)等因素，并開展技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比；（2）平面交叉口優(yōu)化時(shí)應(yīng)堅(jiān)持交通分離、交通負(fù)荷均勻、方便出行、動(dòng)靜交通組織結(jié)合等原則；（3）平面交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要從機(jī)動(dòng)車渠化、非機(jī)動(dòng)車道渠化、信號(hào)燈控制等方面著手，并采用價(jià)值分析法對(duì)其優(yōu)化效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。