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構限制等因素影響，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，仿真結果表明，組合優(yōu)化設計對實例交叉口的交通運行有改善作用。

關鍵詞主線分離式平面交叉口交通設計組合優(yōu)化仿真評價

在城市中，交叉口往往是交通系統(tǒng)及道路網絡的瓶頸，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構的影響，其布局及車流轉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上，結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、渠化設計、安全保障等交叉口交通設計要素入手進行優(yōu)化研究，最后結合實例交叉口，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

根據主線設計標高與平面交叉口的關系，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交叉口上方通過)。

(2) 下穿式。主線方向直行道路的設計標高低于平面交叉口，主要道路方向直行車流經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

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

對于主線方向輔道不設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需要減少甚至取消設置直行車道，將更多通行空間留給轉向機動車、非機動車及行人。

由于下穿隧道或跨線橋的結構限制要求，通過主線分離式平面交叉口的車輛左轉時，轉彎半徑要比常規(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，同時設置導流線規(guī)范左轉車輛行駛軌跡，在條件允許時設置物理導流島，引導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構要求，設計限制較多，因此次要道路的中央分隔帶是交叉口交通導流渠化的重點。為了在交叉口處拓寬進口道設置專用左轉車道，次要道路上的中央分隔帶在設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車流也起到了轉向導流的作用。

1.4交通安全設計

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寬度的路中安全島，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采用分隔欄、分隔帶等工程手段設置機非分隔設施，在分隔設施出入口處，應設置明顯標志標記。

(3) 主線分離式平面交叉由于交叉口布局特殊，主線方向左轉車流轉彎半徑較大，因此中央分隔帶和導流島均應采用低高度綠化，保證開闊的行車視野。而分隔帶、導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，并設置交通引導標志標線，降低碰撞事故的危險程度。

(4) 主線立交范圍內，地面輔道兩側應限制設置建筑物進出口，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嚴格禁止路邊停車。

2　實例應用

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有信號配時方案的優(yōu)劣有重要意義[4]。

停車次數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。

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。

交叉口服務水平以HCM2000中，關于交叉口服務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水平

2.2現狀仿真分析

江門市迎賓大道與建設路交叉口是市區(qū)重要交通節(jié)點，其中建設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。建設路在交叉口處被改造成南北向的下穿隧道，兩側預留輔道和迎賓大道形成平面交叉。

通過調查及觀測，現階段建設路—迎賓大道交叉口主要存在以下交通問題。

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

(2) 建設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查，然后利用Vissim對現狀交叉口進行模擬仿真。表2是模擬仿真結果，與交叉口運行現狀情況比較吻合。

表2　現狀模擬仿真結果

仿真結果顯示，高峰時段該交叉口服務水平相對較低，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。仿真結果與觀測交叉口運行現狀情況較為吻合。

2.3優(yōu)化方案評價

(1) 車道功能劃分及交叉口渠化設計。高峰時期，交叉口東進口左轉車流量較大，占到東進口總交通量的45%，現狀車道數難以滿足交通需要，因此壓縮道路中央分隔帶寬度，增加一條左轉車道；將各進口的中央分隔帶調頭開口適當往交叉口上游挪動設置，防止左轉車輛排隊過長造成擁堵；對各進口右轉導流島尺寸進行優(yōu)化，增設行人過街安全島；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，同時在交叉口內增設導流線，引導車輛轉彎軌跡。

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。根據該主線分離式平面交叉口交通流量流向的實際情況，并結合各進口道公交車到達及線路走向對信號周期和相位時長進行配時優(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，經過交通設計組合優(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，進口道服務水平從F級提升為E級，南進口和北進口的服務水平也提升到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。從分析結果來看，案例交叉口總體服務水平有所提升。

3　結語

由于結構限制，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、渠化設計、交通組織等交通設計因素進行組合優(yōu)化的研究，并結合實例交叉口，利用微觀交通仿真軟件Vissim進行仿真分析，結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