三種典型的交叉口模式的適用性分析

徐漢清，張志學(xué)，趙 巍

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，城市道路交通進(jìn)入了高速機(jī)動化與相當(dāng)部分慢行并存的新時(shí)代，由此帶來了土地利用、環(huán)境污染、交通阻塞和交通安全等一些列問題。為從交叉口層面緩解這些問題，本文立足于交叉口的設(shè)計(jì)模式開展相關(guān)研究。

交叉口是城市道路的重要組成部分，通過技術(shù)手段提高交叉口的通行效率和安全水平是交叉口交通設(shè)計(jì)與治理的重點(diǎn)之一[1]。在不同的道路條件、交通條件和控制條件情況下選擇合適的交叉口的模式，可有效提高交叉口的通行效率和安全性。本文通過在相同條件下對同一交叉口分別采取三種典型的交叉口設(shè)計(jì)模式進(jìn)行仿真分析，從效率與安全方面分析不同模式的交叉口的優(yōu)缺點(diǎn)與適用性，為設(shè)計(jì)者合理選擇交叉口設(shè)計(jì)模式提供科學(xué)的依據(jù)。

目前，國內(nèi)部分專家學(xué)者對不同交叉口模式進(jìn)行了研究，國內(nèi)針對不同模式的適用性研究主要包括：

（1）側(cè)重分析不同模式適用的交叉口的道路條件，而未定量分析動態(tài)交通條件、控制條件等對交叉口通行效率和安全性的影響[2]。

（2）定量分析不同模式交叉口在不同控制條件下的安全性，但未考慮動態(tài)交通條件，同時(shí)缺乏對交叉口進(jìn)行通行效率分析[3-4]。

（3）研究不同交叉口模式在特定信號控制條件下的通行效率，但未考慮動態(tài)控制條件及不同模式對交叉口安全性的影響[5]。

在國外研究中，由于國外交通發(fā)展相對成熟的歐美、日本等國家并沒有采用國內(nèi)交叉口常用的交叉口設(shè)計(jì)模型—慢行（非機(jī)動車和行人交通）交通一體化模式，所以國外研究主要與機(jī)動車與非機(jī)動車一體化模式有關(guān)，缺乏對慢行交通一體化模式的研究。

綜上，現(xiàn)有研究的特點(diǎn)主要包括：

（1）設(shè)計(jì)模式的適用條件以兩相位信號控制交叉口為主，缺乏對四相位信號控制交叉口的分析。

（2）對機(jī)動車與非機(jī)動車一體化模式下的交叉口通行效率和安全性研究較多，慢行交通一體化研究偏少。

（3）不同模式交叉口研究中，往往側(cè)重效率與安全中的某一方面，缺乏對兩者的綜合考慮。

基于上述情況，為進(jìn)一步完善交叉口模式相關(guān)的研究，為交通工作者合理選擇交叉口設(shè)計(jì)模式提供更為充分和科學(xué)的依據(jù)，本文在四相位信號控制條件下，分別選取無三角島、有三角島且非機(jī)動車二次過街（即慢行交通一體化模式）和兩者的過渡情況即有三角島且非機(jī)動車一次過街（非機(jī)動車與機(jī)動車一體化模式）三種模式，并從交叉口通行效率和安全性兩方面分析三種模式的適用性。

1 三種模型的定性分析

現(xiàn)在城市信號控制交叉口普遍采用的模式有兩種:無三角島交叉口和有三角島交叉口。圖1為無三角島交叉口的實(shí)際交叉口圖片和CAD示意圖。圖2為有三角島交叉口，又可根據(jù)三角島類型分為劃線島和實(shí)體島。其中，圖2為劃線島，采用的模式是有三角島且非機(jī)動車二次過街；圖3為實(shí)體島，采用的模式是有三角島且非機(jī)動車一次過街。

圖1 無三角島交叉口

圖2 有三角島且非機(jī)動車二次過街交叉口

圖3 有三角島且非機(jī)動車一次過街交叉口

對于無三角島和有三角島設(shè)計(jì)的大型交叉口，圖4顯示了兩者交叉口范圍的比較，可以看出，無三角島設(shè)計(jì)的交叉口面積要大于有三角島設(shè)計(jì)的交叉口。其優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1。

圖4 有無三角交叉口范圍示意圖

表1 無三角島和有三角島交叉口優(yōu)缺點(diǎn)對比

其中，渠化導(dǎo)流能夠?qū)囕v流線進(jìn)行引導(dǎo)，同時(shí)采取平面交叉口應(yīng)利用交通渠化理順各種交通流，以達(dá)到各行其道，從而達(dá)到暢通和安全的目的。其主要模式為劃線渠化和實(shí)體渠化。

2 三種模式的定量分析

2.1 評價(jià)方法與指標(biāo)

為定量的評價(jià)交叉口不同空間布局模式的效率和安全性，本研究采取的方法是VISSIM建模。分別建立無三角島交叉口、有三角島且非機(jī)動車二次過街交叉口以及有三角島且非機(jī)動車一次過街交叉口這三種形式的VISSIM仿真模型，圖5為仿真建立的不同形式的交叉口。

圖5 VISSIM仿真模型示意圖

本研究采用的評價(jià)指標(biāo)是機(jī)動車平均延誤和沖突數(shù)。通過仿真機(jī)動車、非機(jī)動車以及行人的高、中、低三種流量模式下的交叉口運(yùn)行情況，獲取機(jī)動車平均延誤時(shí)間和總沖突數(shù)分別評價(jià)交叉口效率和安全性，從而分析各種空間布局形式的適用條件。

2.2 建模過程

利用VISSIM建立圖1～圖3中三種情況下的微觀仿真模型，見圖5。采用控制變量法，使三種模型在不同流量水平下，分別評價(jià)機(jī)動車平均延誤和模型總沖突變化情況。表2為本研究分別設(shè)定機(jī)動車的三種流量水平。

表2 仿真建模流量

值得注意的是，為了減少右轉(zhuǎn)車與行人、非機(jī)動車的沖突，在有三角島的兩種模式中，在右轉(zhuǎn)車道上設(shè)置右轉(zhuǎn)車信號燈，其綠燈時(shí)間與兩個(gè)方向的左轉(zhuǎn)車綠燈時(shí)間相同，相應(yīng)地行人上下島也設(shè)置信號燈，其路等時(shí)間與右轉(zhuǎn)信號燈相反，而對無三角島的情況，則不設(shè)置信號燈，而設(shè)置成機(jī)動車讓行人和非機(jī)動車。

這樣設(shè)置的原因是：在無三角島的情況下，行人和非機(jī)動車受到信號燈控制，通過交叉口時(shí)往往比較集中，所以與右轉(zhuǎn)車之間的沖突相對較少，不需要設(shè)置專門的右轉(zhuǎn)信號燈；在有三角島的情況下，因?yàn)樾腥烁菣C(jī)動車的總量相加較大，且進(jìn)入三角島之后才受信號燈控制，而在進(jìn)入三角島之前比較分散，所以跟右轉(zhuǎn)車之間的沖突較多，為了非機(jī)動車跟行人安全，需要設(shè)置右轉(zhuǎn)信號燈及相應(yīng)的行人和非機(jī)動車上下島信號燈。在有三角島的情況下設(shè)置上述的信號燈，能使右轉(zhuǎn)機(jī)動車流跟慢行交通流安全有序，增加了慢行交通的延誤時(shí)間，但是有效地減少了右轉(zhuǎn)車和慢行交通的沖突，提高了安全性。

2.3 延誤評價(jià)分析

圖6為無三角島時(shí)的不同自行車和行人流量條件下的機(jī)動車平均延誤變化情況。從圖上可以看出，非機(jī)動車流量變化對機(jī)動車平均延誤的影響很小，機(jī)動車平均維持穩(wěn)定值。行人流量對于交叉口的機(jī)動車通行效率有著一定地影響。隨著行人流量的增加，機(jī)動車平均延誤也在小幅度的提高。因?yàn)榉菣C(jī)動車跟機(jī)動車一體化過街，所以非機(jī)動車對機(jī)動車的平均延誤影響較小，同時(shí)右轉(zhuǎn)車需要避讓行人，所以行人流量的大小對機(jī)動車延誤有一定影響。

圖7為有三角島且非機(jī)動車二次過街時(shí)機(jī)動車的平均延誤變化。當(dāng)使用這種空間布局模式時(shí)，機(jī)動車流量上升，機(jī)動車平均延誤小幅度 提高；而行人、非機(jī)動車對于機(jī)動車延誤的影響并不明顯，延誤在30s左右浮動。因?yàn)榉菣C(jī)動車采用跟行人一體化的方式過街，所以非機(jī)動車對機(jī)動車平均延誤的影響效果跟行人一樣，同時(shí)因?yàn)樾盘柨刂频脑颍腥烁菣C(jī)動車在相應(yīng)的綠燈時(shí)間通過交叉口，在時(shí)間上分離開來，所以其交通量的大小對機(jī)動車通行沒有直接影響。

圖8為采用非機(jī)動車不通過三角島的渠化形式時(shí)的機(jī)動車延誤變化。可以看出，這種渠化形式下，行人流量變化對于機(jī)動車的延誤幾乎沒有影響。非機(jī)動車和機(jī)動車流量的增加會一定程度上增大機(jī)動車的延誤。因?yàn)樾盘柨刂频脑颍腥嗽谙鄳?yīng)的綠燈時(shí)間通過交叉口，在時(shí)間上分離開來，所以其交通量的大小對機(jī)動車通行沒有直接影響。

圖6 無三角島時(shí)機(jī)動車延誤變化

圖7 非機(jī)動車二次過街時(shí)機(jī)動車平均延誤變化

圖8 非機(jī)動車一次過街時(shí)機(jī)動車延誤變化

2.4 沖突評價(jià)分析

圖9所示為機(jī)動車、非機(jī)動車和行人分別為高、中、低三種流量水平時(shí)的平均沖突值。從中可以看出，采用非機(jī)動車跟機(jī)動車一體化過街的形式時(shí)，交叉口運(yùn)行的小時(shí)沖突數(shù)最少，而不設(shè)置三角島的交叉口沖突數(shù)最多。當(dāng)非機(jī)動車跟機(jī)動車一體化過街，在信號控制等因素的作用下，這兩者間的沖突較少，所以總體沖突較少。當(dāng)設(shè)置三角島時(shí)，因?yàn)橛肄D(zhuǎn)車跟慢行交通流有相應(yīng)的信號燈控制，所以沖突數(shù)較少。

3 結(jié)論

圖9 沖突數(shù)對比

綜合考慮三角島對交叉口各種交通流的影響，在充分發(fā)揮三角島優(yōu)勢的同時(shí)，規(guī)避其對行人、非機(jī)動車的不利影響因素，得出以下基本結(jié)論：在交叉口設(shè)置過街三角島能夠有效降低交通運(yùn)行的沖突數(shù)，提高交叉口的安全性。從效率上講，設(shè)置有三角島的交叉口，其通行效率受行人流量影響較小。當(dāng)機(jī)動車和非機(jī)動車流量處于較低水平（本文中取值為直行500 pcu/h/lane，左轉(zhuǎn)167 pcu/h/lane）時(shí)，機(jī)動車平均延誤較低，建議采用“有三角島非機(jī)動車二次過街”的渠化交叉口運(yùn)行模式。非機(jī)動車流量較低時(shí)，采用常規(guī)的渠化三角島能夠有效的提高交叉口的運(yùn)行效率。而且渠化形式能夠規(guī)范車輛行駛軌跡，減少行人通行的距離，提高交叉口的安全性。當(dāng)機(jī)動車和非機(jī)動車流量處于中、高水平時(shí)，建議采用“有三角島非機(jī)動車一次過街”的渠化形式，其安全與效率的綜合效益較高。

[1]廣東省綠道網(wǎng)建設(shè)總體規(guī)劃項(xiàng)目組.廣東省綠道網(wǎng)建設(shè)總體規(guī)劃(2011-2015年)[EB/OL].2012-05-31.

[2]深圳市北林苑景觀及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.珠三角綠道網(wǎng)絡(luò)化專題研究(過程稿)[R].深圳:深圳市北林苑景觀及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,2010.

[3]美國、加拿大綠道規(guī)劃建設(shè)考察組.美國、加拿大綠道規(guī)劃建設(shè)情況考察報(bào)告[J].城市與區(qū)域規(guī)劃,2012(S1):5.

[4]徐文輝.生態(tài)浙江省域綠道網(wǎng)規(guī)劃實(shí)踐[J].規(guī)劃師,2005,21(5):70-72.

[5]廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.印發(fā)綠道連接線建設(shè)及綠道與道路交叉路段建設(shè)技術(shù)指引的通知 (粵建規(guī)函 [2010]501號)[Z].廣州:廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳,2010.