城市道路平面交叉口優化設計與評價研究

梁大貴

貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081

隨著城市基礎設施網絡的不斷完善和城鎮化的持續推進，道路作為重要的交通樞紐，建設步伐也日益加快。不同等級的城市道路相互交錯，設計期間多條道路難免會產生交叉口，而道路之間的平面交叉口是各種車輛和行人的集散地，其設計質量直接影響路網的正常運行。如果平面交叉口設計不當，可能會導致嚴重的交通擁堵，影響行車安全性和舒適度，嚴重的情況下可能造成局部路網的癱瘓[1]。為了提高道路服務水平，應根據實際交通量級規劃需求，利用渠化和信號控制方案兩方面對平面交叉口進行優化。因此，研究平面交叉口優化設計與評價方法具有十分重要的工程意義和社會價值。

1 道路平面交叉口的類型及適用性

道路平面交叉口通常是指兩條或兩條以上道路在同一平面相交的位置，是各種類型的交通流集散地，與單條道路交通特性有明顯區別。只有在充分理解各種類型平面交叉口適用性的前提下，才能更好地針對平面交叉口提出優化措施。

1.1 道路平面交叉口的類型

道路平面交叉口根據其功能、平面相交形式、道路數量、交通組織方式等可劃分為多種類型，如表1所示[2]。

表1 道路平面交叉口類型

1.2 道路平面交叉口的適用性

不同類型的交叉口適用性的情況也不相同，在選擇平面交叉口時應對設計小時交通量、交通組成、自然條件、工程造價等因素進行綜合考慮，并開展技術性和經濟性對比，以確定最優的平面交叉口方案。筆者以交通組織方式為依據，總結無信號、有信號及環形平面交叉口的使用工況，具體如下[3]。

（1）無信號燈控制交叉口。無信號燈控制的平面交叉口通行能力小，服務水平低，包括不設置控制或者優先選擇控制兩種方式，前者要求交通量小于800pcu/h，后者要求交通量在800～1500pcu/h。

（2）有信號燈控制交叉口。此類平面交叉口是通過信號燈對交叉口進行控制，確保車輛不擁堵，周期性強，在交通流組成復雜且交通量較大的城市道路中得到了廣泛應用。

（3）環形交叉口。環形交叉口布置在平面交叉口的中間，總交通量不宜過大，一般小于2000pcu/h。環形交叉口內的車輛是沿著同一方向行駛，能確保車流的連續性，但工程造價較高，通常用于左轉交通量較大的路口或為美化城市環境而設計。

2 道路平面交叉口的優化設計

為了提高城市道路平面交叉口的服務水平，應對其開展優化設計。平面交叉口優化設計的關鍵是在空間和時間2個維度上高效分離交叉口內的交通流，空間交通優化主要是在交叉口進行渠化設計，時間交通優化是在平面交叉口內加強信號相位和信號配時的控制[4]。

2.1 道路平面交叉口渠化設計

交叉口渠化指利用交通標志、導流線、交通島等設施引導交通流，確保機動車與非機動車、行人等互不干擾，安全有序通行。

（1）渠化設計原則。城市道路平面交叉口在開展渠化設計時應遵循以下原則：①簡潔明了。交叉口的渠化方案應簡潔明了，便于理解，否則會大幅度提高交叉口的危險性。②滿足規范。交叉口范圍內各種標志、標線及交通島的顏色、尺寸等應嚴格依據相關設計規范，禁止任意修改。③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、市政設施妨礙了駕駛者與行人視距，應當及時拆除。④美觀醒目。平面交叉口范圍內的渠化設施宜與自然景觀相協調。

（2）渠化設計方法。①機動車道渠化。城市道路機動車道的優化涉及進口車道、出口車道、交叉口內部渠化等內容。進口車道渠化一般是進行車道拓寬，具體措施包括外加平行車道、壓縮中央分隔帶等；出口車道渠化應盡可能與上游各進口車道同一相位流入的最大進口車道數相匹配；平面交叉口內部渠化通常是利用白色導流線，適用于行駛條件復雜的交叉口。導流線形式應綜合考慮車流量、地形地勢等因素，以避免行駛車輛的軌跡沖突。②非機動車道渠化。城市道路非機動車道渠化方法包括設計非機動車左轉專用車道、停車線前移等。在非機動車道上設置左轉專用車道的標志，可以保證非機動車跟隨機動車的左轉車流通過交叉口，在一定程度上減輕了道路交通擁擠現象；在交叉口處將非機動車道的停車線前移，能確保綠色信號燈亮時非機動車先駛進平交口，減小機非車輛在轉向時的沖突碰撞。

2.2 道路平面交叉口信號控制

交叉口的信號控制內容包括信號相位和信號配時兩方面，其中信號相位方案是信號配時的前提，信號配時是信號控制的最終目標[5]。

（1）信號相位方案。道路平面交叉口信號相位設計既要考慮不同相位間的組合，還應確保相位之間有序銜接，優化時需注意以下要點：①不同相位之間盡量保持時間上的連續性；②直行相位和左轉相位不宜與另一方向的直行相位和左轉相位相接；③如果拓寬車道進口左轉車輛多，宜選擇先左轉后直行的相序，如果直行車輛多，則宜選擇先直行后左轉的相序；④左轉與直行軌跡長度不等的車道，應避免相位尾首過渡時段車輛在交叉口擁堵。

（2）信號配時。目前，道路平面交叉口信號配時主要基于Webster信號模型，受交通量干擾程度深。若交通量過小時信號配時周期短，會影響行車安全性；若交通量過小時信號配時周期長，則行車等候時間長，使平面交叉口通行效果差。同時，Webster信號模型考慮的因素不夠全面，僅以“車輛延誤最小”為指標，配時效果還可以進一步優化。鑒于此，基于延誤時間、停車次數、周期時長等參數提出一種多目標配時優化模型，并利用MATLAB軟件中的粒子群算法對其進行求解，具體工作步驟如圖1所示。

圖1 信號配時優化模型

3 道路平面交叉口評價

評價道路平面交叉口優化設計效果時需選取合適的評價指標和評價方法。

3.1 道路平面交叉口評價指標

平面交叉口設計相關的參數較多，沒有必要全部考慮，應分清主次，否則會大幅增加評價工作量和評價成本。平面交叉口的評價指標應按照交叉口類型選擇，如表2所示。

表2 道路平面交叉口評價指標

3.2 道路平面交叉口評價方法

道路平面交叉口的評價可采用價值分析法。該方法計算簡單，適用性強，是先根據指標的重要性程度賦予單項指標相應的權重，再加權計算出平面交叉口的總價值，具體計算式如下：

式中：V為平面交叉口的總價值；wi為交叉口單項評價指標價值；vi為交叉口單項評價指標權重，可邀請相關領域的專家打分得到。

4 結論

文章在總結平面交叉口類型與適用性的前提下，探討了平面交叉口的優化設計與評價方法，得出如下結論：（1）平面交叉口可根據其功能、相交形式、道路數量、交通組織等劃分，確定交叉口方案前應進行技術性和經濟性對比；（2）平面交叉口應在遵循簡潔明了、滿足規范、保證視距、美觀醒目的原則下，對機非車道進行優化；（3）平面交叉口信號控制可基于多目標配時優化模型，并利用粒子群算法求解；（4）平面交叉口評級可用價值分析法，對評價指標的選擇應結合具體的交叉口形式。