城市道路平面交叉口優化設計與評價方法

劉 霞，祁 健

華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014

道路之間的平面交叉口屬于各種車輛及行人集散地，其設計質量的好壞直接影響路網正常運行。此外，經濟水平的迅速發展使車輛的增長速率和交通需求超過道路的交通供給，加劇了交通供需矛盾，必須對道路平面交叉口交通進行優化處理。如果平面交叉口設計不當可能會造成嚴重的交通擁堵現象，甚至造成局部路網的癱瘓[1]。為了提高城市道路的服務水平，研究平面交叉口優化與評價方法具有十分重要的工程意義。

1 城市道路平面交叉口優化原則

城市道路平交口的優化是從宏觀交通組織優化和微觀交通組織優化入手。宏觀交通組織優化要使交通流在時間上削峰填谷，空間上控密補稀；微觀交通組織優化要求道路平面交叉口的信號控制燈能提高車輛通行效率，同時采用渠化措施來利用平交口空閑時間和空間。

城市平面交叉口的具體優化原則如下：（1）交通分離。不同流向、不同種類交通流應在各自的空間行駛，如行人不得在機動車道漫步、機動車不得在非機動車道行駛等，以提高道路上通行效率，減少各種類型交通流之間的沖突。（2）交通負荷均勻。平面交叉口在交通優化期間應對車輛展開疏導，確保各路段交通壓力不會達到峰值，即將交通負荷較大路口的交通流轉移到交通壓力小的路口，盡量使交通負荷均勻分布，避免某一路段交通壓力過大而導致擁堵。（3）方便交通出行。平交口的交通組織優化不能單純地為了方便道路管理，還應把方便市民出行當作基本原則，由于相同路面范圍內，不同類型的交通流對交通需求是不同的，甚至是相互矛盾的，因此在進行平交口交通組織時，應首先弄清楚按照行人、非機動車、機動車的交通需求，并在此基礎上換位思考，分析不同交通流的路權分配是否合理。（4）動靜交通組織結合。傳統的道路平面交叉口通行資源配置往往是基于靜態交通組織方案，沒有考慮到車輛行駛期間路網各節點交通流負荷的變化，也就無法根據交通流的流向對不同節點的交通壓力進行動態調整，這樣平面交叉口發生交通擁堵的可能性顯著提高[2]。

2 城市道路平面交叉口的優化設計要點

2.1 平面交叉口渠化設計

城市道路平交口渠化是利用交通標志、導流線、交通島等措施來引導車輛，確保機動車、非機動車、行人之間不互不干擾。平面交叉口渠化設計過程較復雜，一般包括三個階段：交通調查階段，包括幾何構造調查、交通狀況調查、信號配時調查；渠化設計階段，包括機動車道渠化、非機動車道渠化、人行道渠化等；渠化方案確定階段，該階段主要是判斷渠化方案是否與交通配時相協調[3]。

（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和上游各進口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、地形地勢等因素確定，以避免行駛車輛的軌跡沖突。

（2）非機動車道渠化。城市道路的非機動車道渠化方法包括設計自行車右轉專用車道、自行車左轉二次過街、停車線前移等。①自行車右轉專用車道：如果非機動車道上，右轉自行車數量較多，且平交口的用地范圍受到限制時，可設計一條右轉車道專供自行車通行，以降低平面交叉口內機非沖突的可能性。②自行車左轉二次過街：左轉的自行車特別容易干擾機動車的通行，此時可在非機動車進口道前設計左轉非機動車等候區，以確保待左轉的自行車可以直行過街，待下一綠燈信號亮時，再直行過街一次，最終穿越平面交叉口。③停車線前移：自行車通常起步快、騎行人員著急穿過交叉口。鑒于此，可把自行車停車線向前移動一定的距離，如圖1所示。該方法不僅能減小綠燈初期自行車對機動車行駛的影響，還能避免自行車在平面交叉口內滯留，從而提高城市道路平交口的通行能力和服務水平。

圖1 非機動車道自行車線前移

（3）行人渠化。在相同的信號指示燈作用下，由于行人性別、年齡不同，行人進入平交口后時間也有一定的差異，這可能導致行人在綠燈結束后無法通過平面交叉口，此時機動車可能對行人產生傷害，并誘發交通事故[4]。此時可設計行人二次過街設施，即在道路中央設置安全島，以確保無法及時通過平面交叉口的行人在安全島躲避，直到下一次綠燈亮起通過交叉口。

2.2 平面交叉口信號燈控制

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。

（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，又要確保相位之間有序銜接，優化時需注意的要點如下：第一，不同相位之間盡量保持時間上的連續性；第二，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；第三，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，宜選擇先直行后左轉的相序；第四，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，受交通量干擾程度大。交通量過小時信號配時周期短，影響行車安全性。交通量過小時信號配時周期長，行車等候時間長，使得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，筆者基于延誤時間、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軟件中的粒子群優化算法對其進行求解，具體工作步驟如圖2所示。

圖2 信號配時優化模型

3 層次分析法在平面交叉口評價中的應用

（1）評價指標選擇。影響道路平交口安全性因素較多，將全部因子作為其安全評價指標是不現實的，應重視主要因素，次要因素忽略不計，這樣才能平衡平交口安全評價工作量和評價成本。道路平交口安全性的基本評價指標可劃分成客體因素和主體因素兩類，具體如表1所示。

表1 平面平交口評價指標分類

（2）評價方法。道路平交口的設計效果評價可采用層次分析法。該方法需要先將平面交叉口安全性分解成若干個指標，再邀請相關領域的專家對每個評價指標賦予相應的權重，并建立評價指標判斷矩陣。判斷矩陣受主觀因素影響大，需要開展一致性檢驗，檢驗公式如下：

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征根；n為判斷矩陣階數；CI為一致性指標，當CI≤0.1時，可認定判斷矩陣具有良好的一致性。

4 結論

文章在分析城市道路平面交叉口優化原則的基礎上，探討了平交口渠化、信號控制及評價方法，主要得到了以下結論：（1）城市道路平面交叉口優化時應堅持交通分離、交通負荷均勻、方便出行、動靜交通組織結合等原則，并對優化方案開展技術性和經濟性對比。（2）道路平面交叉口渠化設計可劃分成交通調查階段、渠化設計階段、渠化方案確定階段等，渠化內容包括機動車道渠化、非機動車道渠化、行人渠化等。（3）平面交叉口的信號控制包括信號相位和信號配時兩方面，可采用粒子群優化算法求解。（4）城市道路平面交叉口評價指標分為客體因素和主體因素兩種，評價方法可采用層次分析法。