重慶大慶村立交的交通擁堵分析與改善

儲峰，饒志鵬，陳巧巧

(1.中國路橋工程有限責任公司 巴基斯坦辦事處，北京 100011；2.江西省交通設計研究院有限責任公司，江西 南昌 330000；3.林同棪國際工程咨詢(中國)有限公司，重慶 400074)

由于中國社會經濟快速發展及城市化進程加快，交通擁堵成為城市發展的“頑疾”，嚴重制約了經濟發展及城市運轉效率。國內外學者從交通供給與需求、交通規劃與管理、經濟學等多角度對交通擁堵原因及治理措施進行了研究，揭示了致使交通擁堵的內在原因。基于路網、系統動力學、元胞自動機等理念，從宏觀和微觀角度對城市交通行為與狀況進行分析成為時下城市擁堵的研究熱點，促使城市擁堵問題研究不斷深化。該文以重慶市江北區典型交通瓶頸區——大慶村立交為例，對交通擁堵原因及治理進行研究。

1 交通現狀

1.1 沿線路網及周圍環境調查

大慶村交叉為連接重慶江北區與渝北區的南北上跨分離式立交，沿線路況、環境復雜。四周與北環、李家坪、新牌坊等多個立交相連，沿線立交集散流量多，導致其交通流量大；橋下南北向輔道與東西方向形成平面信號交叉口，東進口附近有大石壩加油站、便利店，南有百年馨苑，西有東原D7大型生活小區，東面還有石油大慶村小區及菜市場，以上商業區、居民區易成為大量車流、人流聚集地，給交叉口通行造成巨大交通壓力，致使大慶村立交區域交通異常擁堵。

考慮到大慶村立交上跨橋梁通行能力較好，對其交通擁堵分析與改善的著眼點為橋下相位信號控制的平面交叉口。

1.2 交通量

對大慶村立交橋下平面交叉口的早、晚高峰小時交通量及過街行人流量進行調研，結果見表1、表2。

表1 早、晚高峰交通車流量 pcu/h

1.3 渠化現狀

1.3.1 空間渠化

橋下的平面交叉口，東西方向是限速60 km/h的雙向六車道城市主干道，進口道處擴寬至四車道，由2條直行、1條直右、1條左轉與掉頭車道組成；西進口車道數量與東進口一致，加設四車道待行區，掉頭車流在交叉口內部行駛；南北進口由右轉、左轉、左轉與掉頭三車道組成，掉頭車流均未在交叉口。東西進、出口每條車道寬分別為2.8、3.5 m，南北進口道每條車道寬3.5 m，北出口兩車道每條車道寬3.5 m，而南出口進行了擴寬。除東進口外，西、南、北進口都有人行橫道，且行人需二次過街。

表2 早、晚高峰交通人流量 人/h

1.3.2 信號相位渠化

大慶村立交橋下受交通信號燈控制，為早起遲斷類型信號，共五相位，早、晚高峰一致。圖1、圖2分別為早、晚高峰相位圖及信號配時。

圖1 現狀早、晚高峰相位圖

圖2 現狀早、晚高峰信號配時方案(單位：s)

2 交通現狀問題分析

通過實地調研，發現大慶村立交從交通規劃設計、組織管理到道路用戶行為等方面都存在嚴重問題，致使交通嚴重擁堵。

2.1 交通規劃不當

東進口道百米內建設有大石壩加油站，導致交叉口進口道區域交通量急劇增加，交叉口功能區內交通阻滯，交叉口通行能力、服務水平大幅度降低；加之西、南面的大型建筑物、居民區、休閑服務區等吸引大量車流、人流，致使在交叉口功能區內頻繁發生交通流的交織、合流、分流和交叉沖突，延誤通行時間，也易引發交通事故。先期規劃設計上的不足是導致其交通擁堵的重要原因之一。

基于現狀調研數據，采用國內通用的信號控制交叉口通行能力計算方法對東、西進口道的通行能力進行計算，結果見表3。東進口道的通行能力為2 155 pcu/h，實際早、晚高峰流量分別為3 026、2 200 pcu/h；西進口道的通行能力為2 150 pcu/h，實際早、晚高峰流量分別為2 612、2 628 pcu/h。道路已達到飽和狀態，東西進口道通行能力遠不能滿足交通需求。調查也發現南北交通通暢，東西進口交通擁堵嚴重。

表3 東、西進口道的通行能力 pcu/h

2.2 信號相位設計不合理

西進口左轉車流與北進口行人過街同時進行，產生交通沖突，車輛不能及時駛離交叉口，且危及行人安全。另外，西進口左轉通行時間太短，早、晚高峰分別為37、34 s，發生左轉二次停車現象，通行效率低，在交通量極大的情況下，往往出現前方左轉車輛排隊過長，后方左轉車輛未及時變道，等待變道時阻滯后方直行車輛，進而出現該左轉車輛前方沒有車而后面直行車輛排隊成群的現象。

2.3 公交停靠站設計形式不合理

大慶村立交東西進口道的公交線路眾多，發車間隔時間短，而在交叉口附近均為直線式停靠站，公交直接停靠在機動車道，形成交通瓶頸段，對其他車輛的快速通行造成很大影響，尤其是早、晚高峰時，道路交通量接近飽和的情況下極易形成交通擁堵。

2.4 道路用戶遵章率低

交通通暢是人、車、路及環境的完美結合，任何一方問題都可能造成交通擁堵，其中道路用戶(駕駛員、行人)的交通心理、交通行為對道路通暢、交通安全尤為重要。大慶村立交擁堵的交通情形易使駕駛員形成負面的駕駛情緒，致使其頻繁變道、隨意侵占其他車道。加之行人隨意過街，道路用戶遵章率低，交通擁堵程度加劇。

3 交通改善措施

3.1 交叉口渠化改善

大慶村立交東西進口道的通行能力嚴重不足，東西進口道早、晚高峰平均交通量為445.5、513 pcu/h，較通行能力379、374 pcu/h早已達到飽和，造成交通延誤，且左轉車流多，導致交通沖突、交織、事故。因此，解決進口道左轉交通量的飽和問題對改善整個交叉口擁堵有著至關重要的作用。對進口道附近區域進行壓縮人行道、車道寬、中間帶或變中間帶為護欄等處理，東西進口道右側人行道各壓縮1.05 m，每車道壓縮0.25 m，2 m寬中央分隔帶改為護欄，使東西均為每車道寬3 m的五車道進口道，分別為2條左轉、2條直行、1條直右車道。

為提高整個交叉口效率，減小交叉口進口道流率比，擴寬北進口道寬度。由于現狀北進口道較寬，每車道3.5 m，左側是上跨橋梁，通過壓縮現狀車道、人行道寬度對進口道進行擴寬。擴寬方案如下：從上跨橋梁與道路分離點到導向車道之間，向右側人行道擴寬1.5 m，這段混行道路改為3 m每車道，由現狀兩車道增加為三車道，進口道處擴寬為四車道，每車道寬3 m。改善后北進口共有3條左轉專用車道、1條右轉專用車道。改善后交叉口交通渠化狀況見圖3。

圖3 改善后大慶村交叉口渠化示意圖

擴寬段長度參照現狀不作改變，漸變段長度按式(1)計算。東西進口道設計車速60 km/h，橫向偏移量為3 m；南北進口道設計車速30 km/h，北進口道橫向偏移量為3 m，南進口道橫向偏移量為3.5 m。計算得東西進口道漸變段長度60 m、北進口道漸變段長度30 m、南進口道漸變段長度35 m。

ld=vΔw/3

(1)

式中：ld為漸變段長度(m)；v為設計速度(km/h)；Δw為橫向偏移量(m)。

3.2 信號相位渠化改善

3.2.1 相位設計

當左轉車流量大于200 pcu/h時，一般需設置左轉保護相位。大慶村立交的4個進口道均需對其左轉進行相位保護。考慮到東、西進口左轉流量相差不大，設置對稱式的左轉保護相位。由于北進口道設置了3條左轉專用車道，車道平均左轉車流量與南進口道相差不大，且右轉專用車道均不受燈控，也設置對稱式的左轉保護相位。采用圖4所示早、晚高峰三相位設計，從通行時間上錯開沖突交通流，確保交通安全。

圖4 改善后早、晚高峰相位圖

3.2.2 車道組直行當量、關鍵流率及流率比的確定

依據相應的直行、左轉車道數及左轉保護相位，確定4個進口道左轉車流直行當量系數均為1.05。右轉車流直行當量系數由右轉行人流量決定，考慮東西進口無人行橫道線，南北進口道的右轉車流直行當量系數為1.18，基于早高峰東西方向過街行人流量，查詢并通過線性插值得東西進口道右轉車流直行當量系數分別為1.428、1.709，晚高峰類似。早、晚高峰車道組直行當量分別見表4、表5。

表4 早高峰車道組直行當量計算

續表4

表5 晚高峰車道組直行當量計算

繪制相位控制圖，分析比較各相位的關鍵車流。對于東西進口道，車道寬為3 m，無縱坡，符合理想條件，其理想直行飽和流率為1 650 pcu/h。計算流率比，早、晚高峰各相位關鍵流率及流率比見表6，流率比總和均滿足小于0.9的要求。

表6 早、晚高峰關鍵流率及流率比

3.2.3 確定黃燈、全紅、綠燈間隔時間及信號損失時間

依據道路、交通參數計算相應的信號燈時間，結合駕駛員的操作可行性，確定表7所示黃燈、全紅、綠燈間隔時間及信號損失時間。由于所有相關參數均未變，早、晚高峰各信號燈時間取值相同。

表7 早、晚高峰相位信號燈時長 s

3.2.4 確定周期、綠燈時間、信號配時方案

參照相關理論與公式分別計算早、晚高峰最短、最佳及最實用周期，對各相位有效綠燈及顯示綠燈時間進行分配，結合顯示綠燈時間與損失時間對周期時間進行驗算及調整，確定早、晚高峰各周期時長及相應綠燈時間(見表8)。基于各信號燈時長，得到早高峰最短周期信號配時及晚高峰最實用周期信號配時方案(見圖5)。另外，考慮行人過街安全，對以消除機動車沖突為主確定的相位設計及配時方案進行復核，結果顯示各機動車相位綠燈時間均大于相應的行人過街最短時間，行人過街安全得到保障，相位信號配時合理。

表8 早、晚高峰各周期時長及相位綠燈時長 s

4 VISSIM仿真評價

4.1 現狀仿真

將大慶村立交設置為節點，輸入道路和交通現狀參數，設置人均延誤、停車次數、停車時間、平均排隊長度和最大排隊長度等參數為評價指標進行仿真。結果如下：1) 早高峰大慶村立交的人均延誤為88.9 s，平均停車次數1.59次，平均排隊長度55.5 m，最大排隊長度284.6 m。排隊情況最嚴重的是東進口至西出口的直行車流，其次是東進口至南出口的左轉車流，然后是北進口至東進口的左轉車流。2) 晚高峰的擁堵情況比早高峰稍好，人均延誤74.1 s，平均停車次數1.27次，平均停車時間38.7 s，平均排隊長度37.8 m。其中東進口左轉車流平均排隊最長，其次是東進口直行車流，然后是南進口左轉車流。

圖5 改善后的信號配時方案(單位：s)

4.2 改善后仿真

分別對按最短、最佳、最實用周期確定的信號相位改善方案進行仿真，通過對比選取最優改善方案。結果顯示：1) 早高峰改善以最短周期方案為最優，人均延誤30.3 s，停車次數0.68次，平均停車時間19.6 s，平均排隊長度16.3 m，最大排隊長度144.2 m，各項指標數據均表明以最短周期方案改善后道路通行能力最好。2) 晚高峰改善則以最實用周期為最佳，人均延誤25.6 s，停車次數0.63次，平均停車時間14.3 s，平均排隊長度9.4 m，最大排隊長度99.4 m，其延誤時間、停車次數及排隊長度比其他兩種方案大幅度減小。

改善后早晚高峰人均延誤、停車次數、排隊長度等指標均降低50%左右(見表9、表10)，改善效果良好。因此，推薦采用由最短周期及最實用周期確定的信號相位配時方案對早、晚高峰交通狀況進行改善。

表9 早高峰改善前后評價指標對比

表10 晚高峰改善前后評價指標對比

5 結語

城市道路交叉口交通擁堵的改善與治理是一個涉及城市規劃、道路設計、車輛工程、景觀環境及心理行為等多學科的復雜工程。從交通工程角度來看，交通由人、車、路、環境等多種元素組成，交通擁堵是系統中元素間或元素與整體間矛盾不斷加深的結果，影響因素復雜多變。該文通過對重慶大慶村立交周圍環境、交通渠化、交通流量、交通信號控制的調查，分析造成其交通擁堵的主要原因為規劃不當、交通標志標線有誤、信號相位設計不合理、公共交通數量多、道路用戶遵章率低。但研究數據是某日早高峰和晚高峰的交通數據，未考慮數據的動態變化，當考慮交通數據的變化時，配時方案對變化的交通量會產生一定的不適應。

基于交通擁堵原因，結合交通規劃、道路設計等提出相關改善措施，采取擴寬進口道、優化交通標志標線及信號相位設計對現狀交通狀況進行改善。VISSIM仿真結果表明改善后交叉口交通順暢，道路通行能力顯著增強，交通延遲、阻滯明顯減弱，交通擁堵現象大幅改善。為使今后對城市交通擁堵問題的研究更加徹底、有效，還應從片區路網層面對擁堵問題進行全面系統分析，結合周邊區域城市道路及交通規劃，如對公交線路的規劃優化等，以彌補局部交通視角的片面性。另外，VISSIM仿真算法與道路用戶主體行為的不一致可能導致仿真結果誤差，有待進一步優化。