龍家彥　鄒智軍　陳利霖

(同濟大學交通運輸工程學院　上?！?01804)

主線分離式平面交叉口優(yōu)化研究

龍家彥鄒智軍陳利霖

(同濟大學交通運輸工程學院上海201804)

摘要由于下穿隧道或跨線橋的結(jié)構(gòu)限制等因素影響，主線分離式平面交叉口的交通特性與常規(guī)十字交叉口有所區(qū)別。通過對主線分離式平面交叉口的布局特點及交通特性進行分析，對該類交叉口信號配時、渠化設(shè)計、交通組織等方面進行組合優(yōu)化研究。并選擇實例交叉口，利用Vissim進行模擬仿真及評價，仿真結(jié)果表明，組合優(yōu)化設(shè)計對實例交叉口的交通運行有改善作用。

關(guān)鍵詞主線分離式平面交叉口交通設(shè)計組合優(yōu)化仿真評價

在城市中，交叉口往往是交通系統(tǒng)及道路網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，是高峰時段城市交通擁堵的主要堵點[1-2]。為了舒緩城市內(nèi)部高峰期交通擁堵狀況，近年來，越來越多的城市修建了主線分離式的立體交叉口。主線分離式平面交叉口由于下穿隧道或跨線橋結(jié)構(gòu)的影響，其布局及車流轉(zhuǎn)向流線受到嚴重限制，同時各進口道交通流向和流量不均衡，因此有必要對主線分離式的平面交叉口進行優(yōu)化設(shè)計，從而提高其運行效率和安全。本文在充分參考前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合對主線分離式平面交叉口交通流特性的分析，從信號配時、渠化設(shè)計、安全保障等交叉口交通設(shè)計要素入手進行優(yōu)化研究，最后結(jié)合實例交叉口，使用Vissim仿真軟件進行模擬仿真分析。

1　交叉口優(yōu)化研究

1.1主線分離式平面交叉形式

根據(jù)主線設(shè)計標高與平面交叉口的關(guān)系，可將主線分離式立交分為上跨式和下穿式2種。

(1) 上跨式。主線方向直行道路的設(shè)計標高高于平面交叉口，使之與次要道路分離(主要道路方向直行交通經(jīng)交叉口上方通過)。

(2) 下穿式。主線方向直行道路的設(shè)計標高低于平面交叉口，主要道路方向直行車流經(jīng)過下穿隧道通過交叉口。

主線分離式立交形式見圖1。

圖1　主線分離式立體交叉示意圖

1.2配時方案優(yōu)化原則

相位設(shè)置：由于下穿隧道或跨線橋結(jié)構(gòu)的影響，左轉(zhuǎn)車輛與一般交叉口相比需要更大的轉(zhuǎn)彎半徑。為保證行駛安全，左轉(zhuǎn)車輛需要以較低的車速通過交叉口，因此在左轉(zhuǎn)相位的時間分配上需要對此因素進行考慮，保證左轉(zhuǎn)車輛擁有充分的通行時間。

對于主線方向輔道不設(shè)直行車道的分離式平面交叉口，由于沖突點較少，車流運行相對簡單，可考慮采用三相位信號配時，從時間上分離主線方向左轉(zhuǎn)與次要道路方向直行的車流。

而對于主線方向輔道允許直行的分離式平面交叉口，沖突點與常規(guī)交叉口相同，可采用四相位信號配時。

1.3車道劃分及渠化設(shè)計

對于主線分離式平面交叉口，主線方向由于有下穿隧道或上跨立交，在滿足公交車輛通行的前提下，平面交叉口處主線方向進口道可根據(jù)需要減少甚至取消設(shè)置直行車道，將更多通行空間留給轉(zhuǎn)向機動車、非機動車及行人。

由于下穿隧道或跨線橋的結(jié)構(gòu)限制要求，通過主線分離式平面交叉口的車輛左轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)彎半徑要比常規(guī)十字交叉口大。在較高交通量的情況下，甚至可達75m×30m，這使得交叉口主線方向的左轉(zhuǎn)車流幾乎是以斜直線的方式出入交叉口[3]。因此次要道路上的中央分隔帶應(yīng)盡可能地向交叉口前移，減少路口敞開區(qū)域的尺寸，同時設(shè)置導(dǎo)流線規(guī)范左轉(zhuǎn)車輛行駛軌跡，在條件允許時設(shè)置物理導(dǎo)流島，引導(dǎo)駕駛員識別正確行車路線。

由于主線方向中央分隔帶需要考慮結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計限制較多，因此次要道路的中央分隔帶是交叉口交通導(dǎo)流渠化的重點。為了在交叉口處拓寬進口道設(shè)置專用左轉(zhuǎn)車道，次要道路上的中央分隔帶在設(shè)計時往往具有一定寬度要求，同時次要道路中央分隔帶對主線方向的左轉(zhuǎn)車流也起到了轉(zhuǎn)向?qū)Я鞯淖饔谩?/p>

1.4交通安全設(shè)計

由于主線分離式平面交叉口具有布局特殊、車流量集中、主線方向道路較寬等特點，因此必須采用科學的交通工程措施來保證交叉口交通安全運行。

(1) 主線分離式平面交叉主線方向道路的寬度較寬，因此可考慮利用中央分隔帶或以標線的形式劃出足夠?qū)挾鹊穆分邪踩珝u，保證行人和非機動車二次過街的安全。

(2) 主線方向輔道沿線應(yīng)采用分隔欄、分隔帶等工程手段設(shè)置機非分隔設(shè)施，在分隔設(shè)施出入口處，應(yīng)設(shè)置明顯標志標記。

(3) 主線分離式平面交叉由于交叉口布局特殊，主線方向左轉(zhuǎn)車流轉(zhuǎn)彎半徑較大，因此中央分隔帶和導(dǎo)流島均應(yīng)采用低高度綠化，保證開闊的行車視野。而分隔帶、導(dǎo)流島及交通島的邊緣可考慮采用花壇式護坎、鋼制防撞護欄等形式布設(shè)，并設(shè)置交通引導(dǎo)標志標線，降低碰撞事故的危險程度。

(4) 主線立交范圍內(nèi)，地面輔道兩側(cè)應(yīng)限制設(shè)置建筑物進出口，減少進出口交通與通過車輛分流匯入造成的交通紊亂，同時主線方向輔道以及交叉口范圍內(nèi)嚴格禁止路邊停車。

2　實例應(yīng)用

2.1評價指標體系

本文選擇以下幾個主要指標來分析說明案例交叉口的交通運行狀況。

交叉口排隊長度能有效反映進入交叉口的車流運行狀況，它對評價交叉口的運行狀況、衡量交通擁擠的嚴重程度以及現(xiàn)有信號配時方案的優(yōu)劣有重要意義[4]。

停車次數(shù)是指當車輛進入交叉口范圍，處于排隊狀態(tài)后的總停車次數(shù)。

平均延誤，指通過交叉口的所有車輛平均每輛車的延誤時間，反映出交叉口擁擠狀況。

交叉口服務(wù)水平以HCM2000中，關(guān)于交叉口服務(wù)水平的度量標準確定,見表1。

表1　平均車輛延誤與交叉口服務(wù)水平

2.2現(xiàn)狀仿真分析

江門市迎賓大道與建設(shè)路交叉口是市區(qū)重要交通節(jié)點，其中建設(shè)路是承擔進出城交通的主要干道，迎賓大道則是重要的環(huán)城主干道，兩者路段均為4幅路。建設(shè)路在交叉口處被改造成南北向的下穿隧道，兩側(cè)預(yù)留輔道和迎賓大道形成平面交叉。

通過調(diào)查及觀測，現(xiàn)階段建設(shè)路—迎賓大道交叉口主要存在以下交通問題。

(1) 交叉口渠化設(shè)計不合理。平面交叉口主線方向未設(shè)置擴展車道，中央分隔帶設(shè)置不合理，缺乏左轉(zhuǎn)導(dǎo)流線，影響車輛通行；分隔帶調(diào)頭開口距離停車線較近，高峰時期造成擁堵。

(2) 建設(shè)路與迎賓大道均是城市主要交通干道，交叉口交通量較大，且有18條公交線路通過該交叉口，高峰時期公交車輛對交叉口車輛通行造成一定影響。

選擇工作日對該交叉口進行交通調(diào)查，然后利用Vissim對現(xiàn)狀交叉口進行模擬仿真。表2是模擬仿真結(jié)果，與交叉口運行現(xiàn)狀情況比較吻合。

表2　現(xiàn)狀模擬仿真結(jié)果

仿真結(jié)果顯示，高峰時段該交叉口服務(wù)水平相對較低，尤其東進口和西進口，排隊長度與車均延誤較大，其余進口道的車輛也有不同程度的排隊與延誤。仿真結(jié)果與觀測交叉口運行現(xiàn)狀情況較為吻合。

2.3優(yōu)化方案評價

(1) 車道功能劃分及交叉口渠化設(shè)計。高峰時期，交叉口東進口左轉(zhuǎn)車流量較大，占到東進口總交通量的45%，現(xiàn)狀車道數(shù)難以滿足交通需要，因此壓縮道路中央分隔帶寬度，增加一條左轉(zhuǎn)車道；將各進口的中央分隔帶調(diào)頭開口適當往交叉口上游挪動設(shè)置，防止左轉(zhuǎn)車輛排隊過長造成擁堵；對各進口右轉(zhuǎn)導(dǎo)流島尺寸進行優(yōu)化，增設(shè)行人過街安全島；完善交通標志標線，提前指示路段車輛選擇車道運行，減少車輛在靠近進口道處進行車道變換，同時在交叉口內(nèi)增設(shè)導(dǎo)流線，引導(dǎo)車輛轉(zhuǎn)彎軌跡。

圖2為優(yōu)化后交叉口幾何示意圖。

圖2　優(yōu)化后交叉口示意圖

(2) 交通組織優(yōu)化。主線方向可考慮只允許私人小汽車轉(zhuǎn)向，限制社會車輛通過平面交叉口直行，減少交叉口交通運行的沖突。重新布置靠近交叉口的公交車站，使公交車輛有足夠的時間和距離變換車道，減少因停車換道對社會車輛的延阻。

(3) 信號配時優(yōu)化。根據(jù)該主線分離式平面交叉口交通流量流向的實際情況，并結(jié)合各進口道公交車到達及線路走向?qū)π盘栔芷诤拖辔粫r長進行配時優(yōu)化，優(yōu)化后交叉口信號周期為120s，相位配時圖見圖3，配時方案見表3。

圖3　相位配時圖

相位相位一相位二相位三相位四黃燈全紅時長/s1632223434

采用Vissim對優(yōu)化方案進行模擬仿真，表4和表5分別為優(yōu)化后與現(xiàn)狀的交叉口仿真評價對比表。

表4　排隊長度對比表

表5　交叉口延誤對比表

由表5和表6可見，經(jīng)過交通設(shè)計組合優(yōu)化后的案例交叉口的平均車延誤從58.55s下降到50.0s，整體服務(wù)水平也提升為D級。同時，各進口道的平均車延誤也都有所減少，其中以東進口最為明顯，由98.1s下降至77.4s，延誤時間減少了20.7s，進口道服務(wù)水平從F級提升為E級，南進口和北進口的服務(wù)水平也提升到C級和D級，西進口延誤時間略有減少。平均排隊長度和最大排隊長度方面，除了南進口略有增加以外，其余各進口均有所減少，其中東進口改善最為突出。從分析結(jié)果來看，案例交叉口總體服務(wù)水平有所提升。

3　結(jié)語

由于結(jié)構(gòu)限制，主線分離式平面交叉口自身的幾何特征具有局限性，造成交通運行的不利因素。針對這類日益增多的交叉口形式，從信號配時、渠化設(shè)計、交通組織等交通設(shè)計因素進行組合優(yōu)化的研究，并結(jié)合實例交叉口，利用微觀交通仿真軟件Vissim進行仿真分析，結(jié)果顯示該交叉口交通運行有一定改善，說明組合優(yōu)化方法對該類交叉口具有一定的實用性。

參考文獻

[1]陳帥,焦朋朋,杜林.平面交叉口優(yōu)化方法及其適用性研究[J].交通信息與安全,2013(3):53-56,59.

[2]張國強,張清源,亓玉禮.信號控制平面交叉口非機動車交通安全分析[J].武漢理工大學學報:交通科學與工程版,2014(4):705-708.

[3]陳通.主線分離式平面交叉通行能力研究[D].西安：長安大學,2009.

[4]雋志才,魏麗英,李江.信號交叉口排隊長度宏觀模擬的自適應(yīng)分析法[J].中國公路學報,2000(1):80-83.

收稿日期：2015-03-16

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.042