城市道路平面交叉口优化设计与评价方法

刘 霞，祁 健

华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014

道路之间的平面交叉口属于各种车辆及行人集散地，其设计质量的好坏直接影响路网正常运行。此外，经济水平的迅速发展使车辆的增长速率和交通需求超过道路的交通供给，加剧了交通供需矛盾，必须对道路平面交叉口交通进行优化处理。如果平面交叉口设计不当可能会造成严重的交通拥堵现象，甚至造成局部路网的瘫痪[1]。为了提高城市道路的服务水平，研究平面交叉口优化与评价方法具有十分重要的工程意义。

1 城市道路平面交叉口优化原则

城市道路平交口的优化是从宏观交通组织优化和微观交通组织优化入手。宏观交通组织优化要使交通流在时间上削峰填谷，空间上控密补稀；微观交通组织优化要求道路平面交叉口的信号控制灯能提高车辆通行效率，同时采用渠化措施来利用平交口空闲时间和空间。

城市平面交叉口的具体优化原则如下：（1）交通分离。不同流向、不同种类交通流应在各自的空间行驶，如行人不得在机动车道漫步、机动车不得在非机动车道行驶等，以提高道路上通行效率，减少各种类型交通流之间的冲突。（2）交通负荷均匀。平面交叉口在交通优化期间应对车辆展开疏导，确保各路段交通压力不会达到峰值，即将交通负荷较大路口的交通流转移到交通压力小的路口，尽量使交通负荷均匀分布，避免某一路段交通压力过大而导致拥堵。（3）方便交通出行。平交口的交通组织优化不能单纯地为了方便道路管理，还应把方便市民出行当作基本原则，由于相同路面范围内，不同类型的交通流对交通需求是不同的，甚至是相互矛盾的，因此在进行平交口交通组织时，应首先弄清楚按照行人、非机动车、机动车的交通需求，并在此基础上换位思考，分析不同交通流的路权分配是否合理。（4）动静交通组织结合。传统的道路平面交叉口通行资源配置往往是基于静态交通组织方案，没有考虑到车辆行驶期间路网各节点交通流负荷的变化，也就无法根据交通流的流向对不同节点的交通压力进行动态调整，这样平面交叉口发生交通拥堵的可能性显著提高[2]。

2 城市道路平面交叉口的优化设计要点

2.1 平面交叉口渠化设计

城市道路平交口渠化是利用交通标志、导流线、交通岛等措施来引导车辆，确保机动车、非机动车、行人之间不互不干扰。平面交叉口渠化设计过程较复杂，一般包括三个阶段：交通调查阶段，包括几何构造调查、交通状况调查、信号配时调查；渠化设计阶段，包括机动车道渠化、非机动车道渠化、人行道渠化等；渠化方案确定阶段，该阶段主要是判断渠化方案是否与交通配时相协调[3]。

（1）机动车道渠化。城市道路机动车道的优化涉及进口车道、出口车道、交叉口内部渠化等内容。进口车道渠化一般是进行车道拓宽，具体措施包括外加平行车道、压缩中央分隔带等；出口车道渠化应尽可能和上游各进口道同一相位流入的最大进口车道数相匹配；平面交叉口内部渠化通常是利用白色导流线，适用于行驶条件复杂的交叉口。导流线形式应综合考虑车流量、地形地势等因素确定，以避免行驶车辆的轨迹冲突。

（2）非机动车道渠化。城市道路的非机动车道渠化方法包括设计自行车右转专用车道、自行车左转二次过街、停车线前移等。①自行车右转专用车道：如果非机动车道上，右转自行车数量较多，且平交口的用地范围受到限制时，可设计一条右转车道专供自行车通行，以降低平面交叉口内机非冲突的可能性。②自行车左转二次过街：左转的自行车特别容易干扰机动车的通行，此时可在非机动车进口道前设计左转非机动车等候区，以确保待左转的自行车可以直行过街，待下一绿灯信号亮时，再直行过街一次，最终穿越平面交叉口。③停车线前移：自行车通常起步快、骑行人员着急穿过交叉口。鉴于此，可把自行车停车线向前移动一定的距离，如图1所示。该方法不仅能减小绿灯初期自行车对机动车行驶的影响，还能避免自行车在平面交叉口内滞留，从而提高城市道路平交口的通行能力和服务水平。

图1 非机动车道自行车线前移

（3）行人渠化。在相同的信号指示灯作用下，由于行人性别、年龄不同，行人进入平交口后时间也有一定的差异，这可能导致行人在绿灯结束后无法通过平面交叉口，此时机动车可能对行人产生伤害，并诱发交通事故[4]。此时可设计行人二次过街设施，即在道路中央设置安全岛，以确保无法及时通过平面交叉口的行人在安全岛躲避，直到下一次绿灯亮起通过交叉口。

2.2 平面交叉口信号灯控制

交叉口的信号控制内容包括信号相位和信号配时两方面，其中信号相位方案是信号配时的前提，信号配时是信号控制的最终目标。

（1）信号相位方案。道路平面交叉口信号相位设计既要考虑不同相位间的组合，又要确保相位之间有序衔接，优化时需注意的要点如下：第一，不同相位之间尽量保持时间上的连续性；第二，直行相位和左转相位不宜与另一方向的直行相位和左转相位相接；第三，如果拓宽车道进口左转车辆多，宜选择先左转后直行的相序，如果直行车辆多，宜选择先直行后左转的相序；第四，左转与直行轨迹长度不等的车道，应避免相位尾首过渡时段车辆在交叉口拥堵。

（2）信号配时。目前，道路平面交叉口信号配时主要基于webster信号模型，受交通量干扰程度大。交通量过小时信号配时周期短，影响行车安全性。交通量过小时信号配时周期长，行车等候时间长，使得平面交叉口通行效果差。同时，webster信号模型考虑的因素不够全面，仅以车辆延误最小为指标，配时效果还可以进一步优化。鉴于此，笔者基于延误时间、停车次数、周期时长等参数提出一种多目标配时优化模型，并利用Matlab软件中的粒子群优化算法对其进行求解，具体工作步骤如图2所示。

图2 信号配时优化模型

3 层次分析法在平面交叉口评价中的应用

（1）评价指标选择。影响道路平交口安全性因素较多，将全部因子作为其安全评价指标是不现实的，应重视主要因素，次要因素忽略不计，这样才能平衡平交口安全评价工作量和评价成本。道路平交口安全性的基本评价指标可划分成客体因素和主体因素两类，具体如表1所示。

表1 平面平交口评价指标分类

（2）评价方法。道路平交口的设计效果评价可采用层次分析法。该方法需要先将平面交叉口安全性分解成若干个指标，再邀请相关领域的专家对每个评价指标赋予相应的权重，并建立评价指标判断矩阵。判断矩阵受主观因素影响大，需要开展一致性检验，检验公式如下：

式中：λmax为判断矩阵的最大特征根；n为判断矩阵阶数；CI为一致性指标，当CI≤0.1时，可认定判断矩阵具有良好的一致性。

4 结论

文章在分析城市道路平面交叉口优化原则的基础上，探讨了平交口渠化、信号控制及评价方法，主要得到了以下结论：（1）城市道路平面交叉口优化时应坚持交通分离、交通负荷均匀、方便出行、动静交通组织结合等原则，并对优化方案开展技术性和经济性对比。（2）道路平面交叉口渠化设计可划分成交通调查阶段、渠化设计阶段、渠化方案确定阶段等，渠化内容包括机动车道渠化、非机动车道渠化、行人渠化等。（3）平面交叉口的信号控制包括信号相位和信号配时两方面，可采用粒子群优化算法求解。（4）城市道路平面交叉口评价指标分为客体因素和主体因素两种，评价方法可采用层次分析法。