基于VISSIM仿真的道路交叉口选型方法及设计优化

2023-02-03文图谭伟杨凌威邓明君

道路交通管理 2023年1期

文图｜谭伟杨凌威邓明君

城市道路交通流量的增加，给道路交通造成巨大压力，尤其是在道路交叉口处拥堵较严重，合理确定交叉口的类型并进行设计优化是提高行车安全和通行能力的有效手段。本文基于VISSIM 仿真软件研究不同交叉口的形式以及设计优化对于道路通行能力的影响，以江西省鹰潭市的G320 和G206 国道交叉口为例，结合交通流量、行车安全性以及通行能力等要求，提出了基于交叉口优化设计原则的调整方案，并验证优化方案的可行性，为交叉口的选型和设计优化提供参考依据。

一、道路交叉口的选型分析

交叉口是城市路网的重要组成部分，承担着道路衔接以及满足交通需求的功能，根据道路周围环境和交通流量等因素，选择合适的交叉口形式有利于提高整个交通路网的通达性并缓解交通压力。交叉口按照道路是否在同一平面内可划分为平面交叉口和立体交叉口。其中，在实际应用中较为常用的交叉口形式为平面信号控制交叉口、平面环型交叉口和立体交叉口。

（一）平面信号控制交叉口

平面交叉口的形式常见的有十字型交叉口，T 型交叉口等，适用性较广且较美观，各种等级的道路相交时都能使用，交通组织方便。在此基础上，使用信号控制在时间上能够有效对交叉口的交通量进行协调控制，避免车辆通过交叉口时产生冲突，提高车辆在交叉口处通行的安全性。但在道路相交的角度过小时，可能对需要转弯的车辆的视线存在一定的影响，一般会通过渠化或者加宽等方式对交叉口进行设计优化。

（二）平面环型交叉口

环型交叉口是在道路相交的平面交叉口中央设置中心岛，使在交叉口处直行和左转的车辆围绕中心岛逆时针方向单向行驶。该交叉口的优势在于行驶至各方向的车辆可以不停车通过交叉口，从而减少停车次数、通行时间和油耗量，同时将行驶中的车流的冲突点转换成交织点，提高整体行车的效率。但环型交叉口的占地面积较大，交通量较大时通行效率较低，机动车和非机动车之间存在相互干扰，增加了车辆的行驶路程，造成延误时间增长，一般主要用于畸形交叉口和多路交叉口处。

（三）立体交叉口

立体交叉口是在不同平面上进行道路交叉，在时间与空间上划分交通流，从而避免在交叉口处形成较多冲突点，车辆从交叉口通过时能够更顺畅，减少交通堵塞的现象，使行驶至不同方向的车辆各行其道，确保行车安全。但立体交叉口的造价较高，一般在道路等级较高、交通流量较大且采取平面交叉口改善交通组织难以奏效时可设置立体交叉口，或者在地形适宜，需要结合跨河桥、跨铁路立交，增建桥梁边孔，改善交通且有明显经济效益时可设置立体交叉口。

二、道路交叉口优化设计原则

交叉口的设计优化是以考虑道路承担的交通功能和周边用地限制为基础，提高道路通行能力为主要目标。交叉口的选型和设计优化相辅相成，在选定合适的交叉口形式基础上确定优化方案，综合提升交叉口的通行效率。

对道路进行交叉口优化前应充分收集资料，通过到现场实地考察、走访相关部门了解不同的意见和想法，研究分析可能的路线交叉优化方案，并对方案的预测结果进行对比，从技术手段、经济效益等多方面考虑，最终选择出合理的交叉口优化方案。依据具体道路的功能定位以及周边环境的特点，路线的交叉口优化应遵守的主要原则有：充分发挥道路的交通功能；应能满足远期的交通量需求与设置美观的布设要求；符合当前的路线交叉口设计技术标准；尊重当地政府及相关部门单位的意见，综合多方面因素设计优化。

为科学合理地规划平面交叉口，达到交叉口交通运行安全有序，平面交叉口设计需要遵循的原则有：在无信号控制的交叉口处需实施路权分配的标志和标线设置措施；交叉口需分别对机动车、行人、非机动车交通采用规范化的交通安全和交通控制设计；交叉口的竖向设计应符合行车舒适、排水迅速和美观的要求，其标高应与周围街坊标高相协调；交叉口的进出口道应为行人安全过街、方便残疾人使用和通行提供必要条件；需为驾驶者提供信息明确、简练、可视性强的指导性信息标志。

三、道路交叉口优化实例分析

鹰潭市高新技术产业开发区位于城区西南面，紧邻沪昆、济广两条高速，G320 和G206 国道呈“十”字贯穿全境，是我国江南重要的交通枢纽。随着鹰潭市经济的不断发展，城市的交通量也日益增大，G320与G206 国道交叉处原有转盘分流岛形式已不适应交通需求，路面因损毁严重，严重影响交通安全，对现有平交路口进行优化改造迫在眉睫。

（一）交叉口现状分析

东西向的G320 国道和南北向的G206 国道交叉处的转盘分流岛内直径100 米，属于大型环岛，在这种环岛形式下，非机动车穿过交叉口的绕行距离较远，左转方向非机动车的绕行距离近400 米，导致行人、非机动车逆行等违法出行多发。交叉口货车占比较高，大型车辆在通过环岛时需要变道交织，极易产生视线死角，转弯时车辆尾部内侧也会形成拖扫区域，造成严重的交通安全隐患。环岛形式的交通组织增加了不同流向车辆之间的交织和冲突，当交通流量有进一步增加时，极易造成严重的交通拥堵，诱发交通事故。交叉口交通安全设施不够完善，路面标线不清晰，视线诱导设施不足，夜间或恶劣天气时容易导致车辆冲入环岛内，造成伤亡事故。由于该交叉口较大，车辆在环岛内行驶车速较快，大型货车在环岛上转向行驶时会产生作用力和离心力，加速了路面的破坏。

（二）交叉口改造设计思路

根据当前交叉口存在的交通问题，通过改变交叉口的形式并通过渠化等措施进行改造，即建设平面信号控制交叉口，将原环型交叉口改造为信号控制的平面十字交叉口；重新优化交叉口的车道布局和空间功能划分，使不同交通流线时空路权清晰，各行其道；采用灵活的交通组织形式，合理优化行人非机动车的通行空间，提高行人非机动车过街的便捷性和安全性；重新设置交叉口的标志标线，通过容易识别并被理解的标志、标线系统体现交通组织意图；增设必要的交通监控和检测设施，对交通状态进行检测，为信号调优提供数据支撑，对交通秩序进行监控，为交通组织意图实施提供保障；与该交叉口的上下游交叉口进行信号的协调控制，减少车辆通过交叉口的行车延误；在交叉口内采用机非绿化带隔离措施，机动车与非机动车分道行驶，非机动车在导流岛处进行方向转换。

（三）交叉口平面优化设计

方案一：根据各进口的车流量，设置南北与东西进口各4 条车道，车道宽度为3.5 米，4 条车道均为一条右转车道，两条直行车道，一条左转车道，根据相交道路规划对进口道进行渠化设计，其中北进口渠化展宽段70 米，渐变段35 米；南进口渠化展宽段70 米，渐变段35 米；东进口渠化展宽段90 米，渐变段65 米；西进口渠化展宽段90 米，渐变段75 米，如图1（a）所示。方案二：进口道的设置与方案一相同。结合相交道路规划和地下管线现状，对进口道进行渠化设计，其中北进口渠化展宽段70 米，渐变段35 米；南进口渠化展宽段50 米，渐变段65 米；东进口渠化展宽段90 米，渐变段25 米；西进口渠化展宽段90 米，渐变段50 米，如图1（b）所示。

图1 交叉口平面优化示意图

两种方案侧重点不同，方案一立足于符合展宽段、渐变段长度基本规范的条件下与相接路段接顺，以减小工程数量，减少对现状管线的调整和迁移；方案二主要基于现状道路条件，在尽量不动现有管线的基础上，使展宽段、渐变段与现状路段接顺。综合因素分析后选择方案一作为本次案例交叉口的优化方案。

（四）交通组织设计

交叉口处采用机非隔离设置，路口使用信号控制方案。东进口处，进口设置3.5 米宽的快车道4 个、2.5米宽的非机动车道和4.5 米宽的人行道，其中快车道划分为两条直行车道，一条右转车道，一条左转车道，出口处设置有3.5 米宽的快车道4 个、2.5 米宽的非机动车道和4.5 米宽的人行道；北进口处，进口设置3.5米宽的快车道4 个、2.5 米宽的非机动车道和4 米宽的人行道，其中快车道划分为两条直行车道，一条右转车道，一条左转车道，出口处设置有3.5 米宽的快车道3 个、2.5 米宽的非机动车道和4 米宽的人行道；南进口与西进口处，进口设置3.5 米宽的快车道4 个、2.5 米宽的非机动车道和4 米宽的人行道，其中快车道划分为两条直行车道，一条右转车道，一条左转车道，出口处设置有3.5 米宽的快车道4 个、2.5 米宽的非机动车道和4 米宽的人行道。

在进行交通放行时，采用直行相位、左转相位，右转采用常绿控制，共计4 个相位。过街的行人和非机动车与直行车辆一起放行，不需过街的行人与非机动车直接通行，在中央分隔带处设置行人驻足区，保障通行安全有序。结合交通设施设置规范，对上述交通设施在平面图上进行布置，如图2 所示。

图2 交通设施布置示意图

四、仿真评价

为验证将环型交叉口改造为信号控制交叉口的道路通行效率，以现状环型交叉口和设计信号控制方案为基础，使用VISSIM 交通仿真平台分别建立现状和优化方案的仿真场景，加载相同的交通流量和交通组成，收集车辆的行驶数据，仿真输出的行程时间和延误时间。交通仿真路网如图3、图4 所示。

图3 现状仿真路网示意图

图4 优化方案仿真路网示意图

在控制变量的前提下，使用VISSIM 软件分别进行交通仿真，交叉口现状和优化方案的车辆行程时间和延误时间数据统计如图5、图6 所示。从图5 可以看出，整体信号控制比环型控制的行程时间较短，特别是东进口。这主要是由于东进口的交通量较大，环型交叉口的通行能力较低，在交通量大的情况下环型交叉口容易造成拥堵，因此环型控制的行车时间较长。图6 中，环形控制东进口的延误远高于信号控制，而其他方向的延误则是信号控制高于环形控制。因为东进口交通量大，而其他方向的交通量相对较小，在交通量较低的情况下，环形交叉口通行比较顺畅，因此其他方向的延误较小。从表1 可以看出，东进口直行的平均排队长度较大，而其他方向的车流量较小，因此排队长度也较小。