城市四路环形交叉口交通组织优化设计

丰柱林

（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东广州 510000）

0 引言

环形交叉口是通过在交叉口中央设置圆形、椭圆形或者不规则圆形中心岛，用环道组织渠化交通，使进入的所有车辆一律按逆时针方向绕岛单向行驶，变冲突交通流为交织交通流的交叉形式，俗称环岛。相对于其他类型平面交叉口，其优点为：一是可以减少车辆冲突，有利于车流的连续，提高通行效率；二是能更好地满足多岔路口或畸形路口的交通组织需求；三是中心岛绿化可美化环境。其缺点为：一是环岛占地面积较大，增加了车辆的绕行距离，特别是左转弯车辆的绕行距离；二是当流量较大时，内环车辆驶出路口的变道行为容易引发交通事故，造成环岛内交通拥堵[1-2]。

从各地环形交叉口应用情况来看，在流量较小的情况下，环形交叉口通行效率较高。但是，当流量不断增大并达到饱和状态时，环形交叉口内部开始出现拥堵，严重时甚至出现“死锁”情况。针对环形交叉口拥堵问题，国内外现有研究主要采用优化交叉口渠化设计和交通信号控制等方式缓解环形交叉口拥堵问题，并取得了一定的成效[3]。但从各地应用情况来看，现有研究提出的方法比较粗略，未根据环形交叉口的类型和流量状况提出针对性方案，在实际应用中适应性和可操作性不足，难以达到预期效果。

1 交叉口与场景分类

典型四路环形交叉口是由四条路段连接组成的平面环形交叉口，通常按照环岛直径可以分为三类：第一类为大型环岛交叉口（用A类表示），直径大于30m，此类交叉口环岛面积大，内部环道和交织段较长，总体通行能力较大；第二类为中型环岛交叉口（用B类表示），直径在10～30m之间，内部环道和交织段长度适中，通行能力相对较小；第三类为小微型环岛交叉口（用C类表示），直径小于10m，由于环岛面积小，内部环道和交织段很短，不同方向交通流易发生交织冲突，流量稍大就会形成拥堵甚至“死锁”。

为方便描述环形交叉口的不同交通运行状况，本研究引入交通“场景”概念，用“场景”表示环形交叉口的某种交通运行状况对应的情形。基于以往研究分析，影响环形交叉口交通运行状况的主要因素是环岛面积和流量大小，因此，选取环岛直径和交通流量两个指标，对环形交叉口的交通场景进行刻画。由于交通运行状况无法直接量测，根据现有研究，采用延误指标来表征交通运行状况[4]。经实际调研和仿真测试，不同类型环形交叉口交通流量和停车延误之间的关系如图1所示。

图1 不同类型环形交叉口交通流量和停车延误之间的关系图

由图1可知，当A类交叉口流量小于2 800pcu/h时，交叉口停车延误较小，交通运行较为顺畅；当流量超过2 800pcu/h时，停车延误明显增大。从仿真效果来看，此时交叉口呈现拥堵状态。对于B类和C类交叉口，当流量分别超过1 600pcu/h和1 200pcu/h时，也进入拥堵状态。由此可以总结得出六类场景及其判别指标阈值，如表1所示。

表1 典型四路环形交叉口交通场景划分及刻画指标阈值

2 交通组织优化设计

针对上述六类场景及其特征，结合实际情况，从交通渠化和信号控制等方面提出以下优化思路和措施。

2.1 场景A1：大型环岛交叉口大流量状况

优化思路：采用二次信号控制方式，即在岛外进口处对进入环岛车流进行控制，同时，在环岛内单独控制左转车流，避免与对向进口直行车流交织冲突。

优化措施：（1）完善交叉口交通标志和标线，合理渠化车道，岛外进口处和环岛内施划停车线[5]；（2）设置非机动车过街通行区域，方便非机动车过街，将非机动车与机动车分离，确保车辆各行其道；（3）环岛内和岛外进口均设置信号灯，控制进入环岛的车流量[6]，同时减少左转车辆与对向直行车辆之间的冲突，如图2所示。

图2 A1场景交叉口设计示意图

2.2 场景A2：大型环岛交叉口小流量状况

优化思路：不采用信号灯控制，明确环岛通行规则和通行权，利用环岛自组织功能，合理引导车流通行。

优化措施：（1）完善交叉口交通标志和标线，合理渠化车道，岛外进口处增加减速让行标志标线；（2）设置非机动车过街通行区域，方便非机动车过街，将非机动车与机动车分离，确保车辆各行其道；（3）加强环岛通行规则的公告和提示，明确进岛车辆让行岛内车辆，岛内外侧车辆让行出岛车辆，如图3所示。

图3 A2场景交叉口设计示意图

2.3 场景B1：中型环岛交叉口大流量状况

优化思路：采用一次信号控制方式，在进口处控制进入岛内车流量，减少不同方向交通流交织冲突。

优化措施：（1）完善交叉口交通标志和标线，合理渠化车道，岛外进口处施划停车线；（2）设置非机动车过街通行区域，方便非机动车过街，将非机动车与机动车分离，确保车辆各行其道；（3）增加信号灯控制，减少不同方向车辆之间的冲突，如图4所示。

图4 B1场景交叉口设计示意图

2.4 场景B2：中型环岛交叉口小流量状况

优化思路：不采用信号灯控制，明确环岛通行规则和通行权，利用环岛自组织功能，合理引导车流通行。

优化措施：（1）完善交叉口交通标志和标线，合理渠化车道，岛外进口处增加减速让行标志标线，如图5所示；（2）设置非机动车过街通行区域，方便非机动车过街，将非机动车与机动车分离，确保车辆各行其道；（3）加强环岛通行规则的公告和提示，明确进岛车辆让行岛内车辆，岛内外侧车辆让行出岛车辆，如图5所示。

图5 B2场景交叉口设计示意图

2.5 场景C1：小微型环岛交叉口大流量状况

优化思路：合理渠化岛内空间，引导直行和左转车辆不绕岛通行，同时采用信号灯进行控制，将不同方向交通流进行分离。

优化措施：（1）完善交叉口交通标志和标线，合理渠化车道，岛外进口处施划停车线，岛内设置导流线；（2）设置非机动车过街通行区域，方便非机动车过街，将非机动车与机动车分离，确保车辆各行其道；（3）增加信号灯控制，减少不同方向车辆之间的冲突，如图6所示。

图6 C1场景交叉口设计示意图

2.6 场景C2：小微型环岛交叉口小流量状况

优化思路：合理渠化岛内空间，明确环岛通行规则和通行权，引导直行和左转车辆不绕岛通行，同时不采用信号灯控制，让交叉口自组织管理。

优化措施：（1）完善交叉口交通标志和标线，合理渠化车道，岛外进口处增加减速让行标志标线；（2）设置非机动车过街通行区域，方便非机动车过街，将非机动车与机动车分离，确保车辆各行其道；（3）加强交叉口通行规则的公告和提示，明确左转车辆让行直行车辆，如图7所示。

图7 C2场景交叉口设计示意图

3 案例应用分析

本研究选取两个典型四路环形交叉口，通过实地交通调查，获取交叉口几何特征和交通流量等数据，并将数据输入微观仿真软件Vissim进行仿真，采用对比分析方法对优化前后交通状况进行评估。

3.1 案例一

案例一交叉口是一个椭圆形环岛交叉口，环岛最大直径为24m。根据调查，该交叉口高峰期流量达2 500pcu/h。根据表1，其符合场景B1的特征。从调取的监控视频来看，高峰期该交叉口环岛内车辆交织严重，进口处车辆排队很长，出现交通拥堵。同时，由于交叉口面积大，非机动车过街困难，左转绕行距离长，机动车与非机动车混行冲突。

基于现有交通状况，结合前述优化思路，该交叉口高峰期可采用场景B1对应的优化措施进行组织优化。将优化前后的方案输入仿真软件，得到如表2所示的评估结果。

表2 南京路—韶山路交叉口交通组织优化效果评估情况

根据表2的仿真评估结果，该交叉口经过优化后，车均延误下降了18.01%，平均停车次数减少了20.87%，最大排队长度缩短20.82%。通过调看仿真运行视频，该交叉口的机非交通流实现了分离，岛内通行更加有序顺畅，拥堵状况得到明显缓解。

3.2 案例二

案例二交叉口是一个小型环岛交叉口，环岛直径为9m。根据调查，该交叉口高峰期流量达1 500pcu/h，根据表1，其符合场景C1的特征。从调取的监控视频来看，由于环岛较小，高峰期该交叉口环岛内车辆交织严重，常常发生“死锁”现象，且通行引导不够，通行路线不明确，岛内车辆通行混乱。

综合实际运行情况，该交叉口高峰期适合采用C1对应的优化思路进行组织优化。经仿真评估，得到表3所示结果。

表3 大庆路—安庆路交叉口交通组织优化效果评估情况

由表3可知，优化后该交叉口的车均延误下降了30.63%，平均停车次数减少了20.48%，最大排队长度缩短了22.39%。通过调看仿真运行视频，该交叉口的拥堵状况得到明显缓解，未再出现“死锁”现象。

4 结语

本研究首先分析了现有城市道路环形交叉口的优缺点，综合已有研究文献，针对典型四路环形交叉口，总结提出一种场景导向的交通组织优化设计方法。该方法按照环岛直径大小，将环形交叉口分为大型环岛交叉口、中型环岛交叉口和小微型环岛交叉口三类。针对不同类型环形交叉口，分析其在不同流量下的交通运行特征，引入交通“场景”表征环形交叉口的某种交通运行状况，并选取环岛直径和交通流量两个指标，建立指标与交通场景划分的逻辑关系，用以判断交叉口实际所处场景。针对不同场景的交通组织需求，设计相应的优化思路和措施，形成了不同场景下的交通组织优化模板。最后，选取两个四路环形交叉口进行实例验证。结果表明，采用该方法能够量化评判出当前交叉口交通运行所处场景，并套用场景对应的模板进行组织优化，极大地降低了环形交叉口交通组织难度，其操作更加简单便捷，解决实际问题的针对性更强。仿真评估效果进一步证明，该方法能有效提升环形交叉口通行效能和缓解交通拥堵。