基于安全和效率的平面交叉口行人二次過街設(shè)施設(shè)計(jì)理論和方法

劉 文，呂 坤

（西安市政設(shè)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(jī)動(dòng)車之間的橫向干擾一直是交叉口渠化優(yōu)化考慮的難點(diǎn)和重點(diǎn)，行人交通設(shè)計(jì)不合理，將導(dǎo)致行人沒有通行權(quán)，交通高峰期間機(jī)、非混合嚴(yán)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(dāng)交叉口較大時(shí)，行人無法在一個(gè)綠燈時(shí)間內(nèi)完全穿越道路，在下一個(gè)行人紅燈信號(hào)相位內(nèi)停在道路中間，或在密集的車流中強(qiáng)行穿越，對(duì)行人的安全性帶來了很大的威脅。可見對(duì)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(hào)相位設(shè)計(jì)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(jī)動(dòng)車之間的干擾，且二次過街設(shè)置靈活、成本較低，可在機(jī)動(dòng)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(shè)施設(shè)計(jì)多依靠經(jīng)驗(yàn)確定而缺乏理論研究。

對(duì)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(hào)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(jìn)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(zhǎng)度的人行橫道都很常見，行人一次不能完成穿越道路時(shí)，就沒有地方供行人避讓車輛，這對(duì)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(zhǎng)度

連續(xù)通過過長(zhǎng)的人行橫道，會(huì)造成過街行人的緊張心理。參考文獻(xiàn)[9]中第五章第一節(jié)規(guī)定人行橫道長(zhǎng)度達(dá)25 m或雙向機(jī)動(dòng)車道達(dá)6車道時(shí)，應(yīng)在路中設(shè)置行人安全島。人行橫道越長(zhǎng)，行人停留在人行橫道上的時(shí)間越長(zhǎng)，同時(shí)分布在人行橫道上的行人數(shù)量越多，機(jī)動(dòng)車穿越人行橫道時(shí)，發(fā)生沖突的可能性越大。對(duì)此，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)連續(xù)過街改進(jìn)見圖1。

（3）交通事故數(shù)

行人與非機(jī)動(dòng)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(jī)動(dòng)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(jì)[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(shè)置行人二次過街設(shè)施；美國(guó)夜間行人交通事故的統(tǒng)計(jì)中，交叉口附近占70.5%，人行道占12.0%，且交叉口處未設(shè)置行人二次過街設(shè)施。在國(guó)內(nèi)城市交通事故中，以西安市交警支隊(duì)統(tǒng)計(jì)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(shè)置行人二次過街設(shè)施。由此可見，交叉口處行人與機(jī)動(dòng)車的沖突，不但導(dǎo)致事故多發(fā)，而且后果嚴(yán)重，所以在大型平面交叉口處設(shè)置行人二次過街設(shè)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(diǎn)

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

（2）交通信號(hào)設(shè)置不合理

現(xiàn)狀平面交叉口信號(hào)配時(shí)較少考慮慢行交通中行人過街時(shí)間需求，導(dǎo)致現(xiàn)狀交叉口中經(jīng)常出現(xiàn)行人在綠燈時(shí)間內(nèi)未能完全通過交叉口，此時(shí)存在行人和機(jī)動(dòng)車的沖突，若行人信號(hào)的紅燈時(shí)長(zhǎng)超過了行人的可容忍等待時(shí)間時(shí)，闖紅燈的可能性大大提高。交通信號(hào)設(shè)置不合理對(duì)交通弱勢(shì)群體過街造成了嚴(yán)重的威脅，也大大降低了交叉口的運(yùn)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(shè)施比沒有行人二次過街設(shè)施更加安全。

2 行人二次過街設(shè)計(jì)理論與方法

2.1 二次過街設(shè)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(shè)置行人二次過街設(shè)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(shè)置，具體的設(shè)置條件如下：

（1）空間條件：設(shè)置行人二次過街的路段路面要足夠?qū)挸ǎ瑱C(jī)動(dòng)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(shè)置安全島的空間，中央駐足區(qū)的大小應(yīng)該滿足行人等待較好服務(wù)水平的所需空間。

（2）信號(hào)配時(shí)條件：設(shè)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(shí)間總和不小于行人通過該段橫道的最短時(shí)間。

（3）行人條件：在平面交叉口處，當(dāng)一個(gè)進(jìn)口道橫過馬路的人流量超過5000 P/h，且同時(shí)在交叉口上雙向當(dāng)量小汽車交通量超過1200 pcu/h，應(yīng)考慮設(shè)置天橋或地道設(shè)施[10]。反之，設(shè)置行人二次過街。

2.2 基于安全和效率的行人二次過街設(shè)計(jì)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(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車沖突、機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突、機(jī)動(dòng)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(jī)動(dòng)車和行人的情況下，僅機(jī)動(dòng)車在無信號(hào)交叉口沖突數(shù)：交叉點(diǎn)為16個(gè)，合流點(diǎn)和分流點(diǎn)均為8個(gè)。若計(jì)入行人、非機(jī)動(dòng)車，則沖突點(diǎn)總數(shù)目要提高幾倍，本節(jié)重點(diǎn)無信號(hào)燈控制交叉口沖突數(shù)、傳統(tǒng)兩相位信號(hào)配時(shí)交叉口沖突數(shù)和結(jié)合行人二次過街配時(shí)交叉口沖突數(shù)，具體見表1～表3。

表1 無信號(hào)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(shí)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(shí)方案與無信號(hào)燈控制交叉口和原來二相位配時(shí)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(yùn)行更加安全。

2.3 基于相位嵌套的行人二次過街設(shè)計(jì)理論與方法

行人二次過街設(shè)計(jì)理念是通過充分利用信號(hào)相位資源，合理劃分機(jī)動(dòng)車與行人的使用空間和時(shí)間，提高行人過街的安全性、便利性和通過能力。僅僅設(shè)置行人二次過街設(shè)施并不能很好的解決行人過街問題，在大型信號(hào)控制交叉口應(yīng)結(jié)合優(yōu)化信號(hào)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(shè)計(jì)方法，將行人二次過街鑲嵌在機(jī)動(dòng)車相位中。具體實(shí)現(xiàn)過程見圖2。

基于相位嵌套的行人二次過街信號(hào)配時(shí)實(shí)現(xiàn)方法表述如下：在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，第一相位為南北方向機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，同時(shí)將非機(jī)動(dòng)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(jī)動(dòng)車直行和右轉(zhuǎn)，同時(shí)將非機(jī)動(dòng)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(dá)對(duì)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(shè)計(jì)。

根據(jù)我國(guó)學(xué)者[6-7]對(duì)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(hào)相位各個(gè)方向的綠燈時(shí)間，考慮行人是否可以在一個(gè)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(shè)置相應(yīng)的專用信號(hào)燈。行人二次過街信號(hào)相位的設(shè)置與各個(gè)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(shí)間的長(zhǎng)度。基于相位嵌套的二次過街配時(shí)方案見表4。

表4 基于相位嵌套的二次過街配時(shí)方案

將行人二次過街相位嵌套在機(jī)動(dòng)車相位中，總的周期時(shí)長(zhǎng)不改變的條件下，基于嵌套在機(jī)動(dòng)車相位的信號(hào)配時(shí)方案優(yōu)于單獨(dú)給行人專用相位的信號(hào)配時(shí)方案，行人過街更加安全，總延誤減少。

3 實(shí)例驗(yàn)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(duì)前面行人二次過街安全性和效率進(jìn)行仿真驗(yàn)算。仿真模型方案針對(duì)不同的機(jī)動(dòng)車流量和行人流量分別進(jìn)行仿真，其中機(jī)動(dòng)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(shí)地調(diào)研情況，在仿真過程中，將行人一次過街違章率設(shè)定為1:3，行人二次過街違章率設(shè)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(shè)行人二次過街設(shè)施后，行人在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的過街機(jī)會(huì)和可利用的過街時(shí)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(hào)下，行人的可通行時(shí)間不足且等待綠燈時(shí)間長(zhǎng)，使得行人違章過街比率較大，受到的機(jī)動(dòng)車干擾較大，行人延誤相對(duì)增加，與之相比，行人實(shí)現(xiàn)二次過街后，違章率會(huì)相應(yīng)降低，與機(jī)動(dòng)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(dāng)二次過街時(shí)，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(shè)置行人二次過街設(shè)施及信號(hào)。

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

3.2 信號(hào)配時(shí)

相對(duì)于傳統(tǒng)的行人過街，行人二次過街在人行橫道中央設(shè)置安全島，并在中央安全島加設(shè)信號(hào)燈。行人二次過街相位在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)行。相對(duì)應(yīng)的行人相位形成了互補(bǔ)，使得人行橫道上的行人能安全到達(dá)中央駐足區(qū)。

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

通過以上分析，使用VISSIM軟件進(jìn)行交叉口高峰時(shí)段現(xiàn)狀模擬和行人二次過街優(yōu)化設(shè)置模擬。模擬結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于行人來說，行人過街平均延誤時(shí)間減少，平均等待人數(shù)也相應(yīng)減少。行人延誤的減少也大大減少了機(jī)動(dòng)車的延誤。可見，行人二次過街可以減少行人和機(jī)動(dòng)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(yùn)行效率降低會(huì)導(dǎo)致整個(gè)交通系統(tǒng)能力未能有效利用。特別是在信號(hào)控制大型交叉口，過街行人往往無法在綠燈信號(hào)內(nèi)一次過街，造成行人與機(jī)動(dòng)車沖突，導(dǎo)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(shí)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(jī)動(dòng)車運(yùn)行效率

行人一次過街時(shí)，行人過街時(shí)間不足、行人違章過街影響機(jī)動(dòng)車運(yùn)行，行人可過街時(shí)間未充分利用；行人二次過街后，能有效避免行人與機(jī)動(dòng)車的沖突，且充分利用交叉口信號(hào)相位。在信號(hào)控制交叉口處，基于信號(hào)嵌套的行人二次過街比單一給出行人信號(hào)相位時(shí)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(qiáng),楊曉光.信號(hào)控制路段行人二次過街設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2006,19(4):109-113．

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

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

[9]SZ-C-B03-2007,上海市城市干道行人過街設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.