谷雨航，鄭長江，張小麗

( 河海大學 土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

近年來，伴隨著桂林市人口不斷增長以及經濟的不斷發(fā)展，桂林市居民的機動車和非機動車保有量在以飛快的速度增長，而城市道路容量是有限的，很多設計早已達不到設計年限的使用時長[1]，無法滿足如此龐大的車輛需求。在城市交通中，交叉口匯集了各個方向的車流，車流在這里進行交織等一系列復雜的交通行為。桂林的交通擁堵問題并非例外，全國乃至全世界都在為解決有限的城市交通資源問題獻計獻策，其中也涌現(xiàn)了不少杰出的研究。

根據交通組織優(yōu)化的基本原理，在區(qū)域內選取關鍵交叉口，結合各進口道交通量情況，分析現(xiàn)狀渠化以及現(xiàn)狀配時的合理性，并進行渠化改造和配時設計，最后通過VISSIM軟件對優(yōu)化后的方案進行評價，而后進行方案比選，選取最佳方案。

1 研究背景

1.1 研究意義

在我國經濟欠發(fā)達區(qū)域，因經濟發(fā)展緩慢，造成其交通基礎建設滯后，而通過合理的交通組織以彌補這一缺點是最有效的手段。在桂林，因其特殊的文化政治原因，且受地形等因素限制，小型交叉口較為常見。交叉口內范圍有限，在這些較小的交叉口內，同時發(fā)生著車輛交織、合流、沖突等一系列交通行為。這對桂林市各交叉口都是一個不小的挑戰(zhàn)，因此，交叉口的優(yōu)化設計顯得尤為重要。將城市劃分為各個重點區(qū)域，將優(yōu)化后的節(jié)點放入區(qū)域微循環(huán)中，從大局出發(fā)，對關鍵節(jié)點進行細化改造，是治理城市交通癥結的關鍵。

1.2 國內外研究現(xiàn)狀

國內相較于國外，對交叉口內交通組織研究較遲，在對交叉口沖突研究方面早期階段，王海星[2]、Sacchi[3]等人在當時交通發(fā)展略顯滯后的情況下對交通沖突技術進行研究，并通過數學建模的方法評價交叉口的安全性。而不僅僅局限于利用交通事故統(tǒng)計方法進行安全評價。曾靜康[4]、CHEN[5]等人基于網絡模型，得到了一組關鍵的交通參數，并利用這些參數對交叉口進行評價，識別出延誤最長的交叉口。陳寬民、羅志忠[6]等人分析左轉交通流特性，在空間和時間上分離左轉車，為禁左理論奠定了基礎。景春光、王殿海[7]、SUN[8]等人對交叉口內機非混行狀態(tài)下的交通流特性進行深入剖析，創(chuàng)造了機動車相位滯后理論。石飛[9]等人對交叉口右轉車進行調查，提出了為后人所熟知的“禁右”理論，并分析其可行性。馬萬經、李曉丹[10]等人利用GIS軟件，結合計算機和數學建模，對單點信號控制交叉口實現(xiàn)了智能化控制。

國外對交叉口內交通流組織研究較早，已經存在系統(tǒng)性的理論和規(guī)范。Al-Madani[11]基于點層和線層研究交通改善策略，發(fā)現(xiàn)有效的方案實施必須是在簡歷路網的前提下。Ewadh Hussein A[12]等在交通沖突理論的四相位基礎下提出了左轉專用相位理論。Chowdhury.M[13]對禁左可行性提出質疑，發(fā)現(xiàn)禁左硬質設施在歐洲并未施行。Cipriani和Fusco[14]認為禁限措施存在局限性，并圈定了禁限措施的適用范圍必須基于路網。

1.3 研究目標

根據實地調查獲得的交通量，選取關鍵節(jié)點交叉口，根據實測數據評價現(xiàn)狀交叉口，找出其癥結所在。根據問題進行交叉口渠化以及信號方案設計，對設計方案進行比選，確定最佳的關鍵節(jié)點設計方案。

2 區(qū)域性交通影響分析

2.1 區(qū)域影響性分析

從整個路網來看，圣隆路交叉口以及環(huán)城北一路-圣隆路交叉口周邊旅游景點、商鋪、住宅區(qū)等交通吸引源較多，且均由連接桂林市南北的主干路組成，是整個區(qū)域交通的咽喉所在。

圣隆路交叉口北接桂林北站，汽車客運北站等大型交通樞紐，坐擁蘆笛巖、雷劈山等聞名遐邇的風景名勝景區(qū)，因此，該環(huán)島北進口承擔著外來游客前往桂林進行游覽的通道的重要角色。其也與蘆笛景區(qū)直接相連，蘆笛景區(qū)作為桂林的標志性旅游景點，每年吸引著大量的游客前來游覽，且因為其與市區(qū)依靠圣隆環(huán)島相連，因而進出蘆笛景區(qū)的車輛必須經由圣隆環(huán)島，繼而造成北進口和西進口交通任務繁重。

環(huán)城北一路-圣隆路交叉口位于桂林市區(qū)偏北部，該交叉口西進口緊挨圣隆環(huán)島，圣隆環(huán)島緊連蘆笛景區(qū)等桂林市周邊各個聞名遐邇的景區(qū)，因此來往車流較多。同時，該交叉口與環(huán)城北一路-中山北路交叉口直接相連，該交叉口由兩條交通量巨大的主干道組成，因此，涌入該T型交叉口的車輛交織嚴重，路段擁堵明顯。

2.2 路網影響性分析

圣隆路交叉口連通九華路和環(huán)城北一路，車流于此交叉口進行分流，一路經由環(huán)城北一路向東行駛進入桂林市主城區(qū)，一路經由九華路向西北方向進入桂林市北部城區(qū)，因而圣隆路口是分離車流進出主城的關鍵節(jié)點所在。

環(huán)城北一路-圣隆路口連通中山北路，中山北路是貫穿桂林市南北的主干道，且環(huán)城北一路是桂林市重要的環(huán)城路，區(qū)域內的環(huán)城北一路聯(lián)通東西，因而在環(huán)城北一路-圣隆路T型交叉口做好良好的交通組織，對車輛進行合理的引導和分流，能有效地緩解整個片區(qū)乃至城市的交通擁堵。

結合上述分析，得出圣隆路交叉口及環(huán)城北一路-圣隆交叉口是制約區(qū)域內交通順暢的關鍵所在，因而將上述交叉口作為區(qū)域內關鍵節(jié)點，研究希望通過優(yōu)化關鍵節(jié)點以緩解區(qū)域內交通擁堵，通行效率不高等問題，進而實現(xiàn)良好的區(qū)域交通微循環(huán)。

3 關鍵節(jié)點現(xiàn)狀問題分析

3.1 圣隆路環(huán)島現(xiàn)狀問題

3.1.1區(qū)域性交通組織問題

該交叉口位于桂林主城區(qū)西北方，連接桂林市南北，緊鄰中山北路南北主干道，北接全國著名旅游景點——蘆笛景區(qū)，南接蘆笛路，是連接城內外的重要交叉口。交通壓力較重，因此來往車輛較多，對該路口的交通需求較高。

3.1.2瓶頸性問題

1)該交叉口沿線分布著燕湖美食一條街等眾多餐廳，且周邊分布較多的居民住宅區(qū)，進出小區(qū)和美食街的車輛嚴重干擾主路交通，對主路行車造成較大的干擾。

2)由于該交叉口停車線設置得較為靠后，導致斑馬線長度較長，行人亂穿馬路現(xiàn)象嚴重，對主路行車造成較大干擾。

3.1.3局部性設計問題

1)交叉口幾何設計問題

由于環(huán)島面積較少，導致車輛在轉彎時需進行減速，使得車輛在環(huán)島通行不暢，再加之圣隆環(huán)島特殊的區(qū)位因素，有許多大車流經此環(huán)島，使得車輛在環(huán)島的延誤較大，車輛行進緩慢。

2)車道功能劃分不合理

該交叉口東進口道僅劃分兩條車道，每條車道寬4.6 m，非機動車行車道寬6.6 m，車道空間資源分配不均，因而造成東進口出現(xiàn)車輛排隊現(xiàn)象。

3)渠化設計不合理

①各進口道未對左轉車和右轉車進行空間及時間上的分離，因此，由于當前的各進口道右轉機動車均不受信號控制，對向進口道的左轉車在左轉轉入車道中與進口道的右轉車在車輛的交織的過程中會停車減速，進而造成延誤增加。

②該交叉口未對機動車和非機動車進行空間上的分離，在機動車右轉時易造成機非混行，加大了行車延誤且不利于行車安全。

3.2 環(huán)城北一路-圣隆路交叉口現(xiàn)狀問題

3.2.1區(qū)域性交通組織問題

由于該交叉口緊鄰環(huán)城北一路-中山北路交叉口，該交叉口由環(huán)城路和連接城市南北的主干路組成，交通量巨大，且與下游交叉口間距較小，因此造成下游交叉口較為擁堵。

3.2.2瓶頸性問題

1)物理瓶頸：由于上游交叉口特殊的區(qū)位因素，且該交叉口距離上游交叉口較近，由于上游交叉口龐大的交通需求，導致下游交叉口堵車嚴重。

2)動態(tài)瓶頸：該交叉口南進口周邊店鋪眾多，且由于非機動車車道較寬，機動車占用非機動車道停車現(xiàn)象較嚴重，對非機動車行車造成較大阻礙。

3.2.3局部性設計問題

1)交叉口幾何設計問題

該T型交叉口并非直角正交，因此該交叉口面積過大。由于該交叉口南進口和東進口車輛左轉需求較大，而左轉彎半徑卻較小，因此車輛轉彎困難。

2)渠化設計問題

①該交叉口車道秩序較為混亂。在東進口，左轉機動車對該進口道中間的直左車道的利用率不高，因而造成一定程度的空間浪費。

②該交叉口車輛沖突區(qū)域較為明顯。西進口右轉專用車道位于綠化帶內側，綠化帶內側機非混行。西進口的安全島面積較大，但是該島未能對車輛行進路線進行合理的引導。

③交叉口空間資源分配不合理?，F(xiàn)狀交叉口停車線設置得較為靠后，且為斜交而非正交T型交叉口，較大的交叉口面積使得車輛行駛時間、行人過街時間較長，造成交叉口通行效率低下。

④行人過街設施設置不合理?，F(xiàn)狀交叉口行人斑馬線長度達到了32 m，且未設置二次過街等行人安全過街設施，因而行人過街存在較大安全隱患。

⑤交通管理問題。東西直行的非機動車自主性較大，由于缺乏科學的標志標線引導，使得非機動車錯道行駛，對機動車行車造成干擾。

4 關鍵節(jié)點交叉口交通組織優(yōu)化設計

4.1 渠化設計

4.1.1圣隆路交叉口保留環(huán)島渠化方案1

各進口道均將停車線前移，機動車和非機動車道用硬質護欄相隔，對各行車道進行拓寬，機動車各進口道為3.5 m，停車線前2 m處設置斑馬線，將道路中央分隔綠化帶向前延伸，為行人安全過街所用，保障行人過街安全。

北進口增設一組綠化帶，做成八字開口式，引導非機動車駛入駛出行車道。東進口和西進口增設月牙形安全島，引導機動車右轉的同時也分離了機動車和非機動車。

交叉口整體改造如圖1所示。

圖1 圣隆路交叉口整體改造圖1Fig.1 Overall reconstruction drawing 1 of Shenglong Road intersection

4.1.2圣隆路交叉口拆除環(huán)島渠化方案2

拆除中央環(huán)島，在交叉口內增設車輛導流線，引導車輛駕駛行為。由于中央移除了環(huán)島的車道線，因而可以進一步壓縮交叉口面積，縮短車輛過街時間。其余各進口的渠化方式與方案1相類似，如圖2所示。

4.1.3環(huán)城北一路-圣隆路交叉口機非分離渠化方案1

西進口變原本面積較小的安全島為三角形渠化島，機動車和非機動車由護欄隔開。南進口將停車線前移，變原斜交T型交叉口為正交T型交叉口。增設一條左轉機動車道和一條左轉非機動車道，增設安全島，增設非機動車停車讓行標志，機動車和非機動車由護欄隔開。

圖2 圣隆路交叉口整體改造圖2Fig.2 Overall reconstruction drawing 2 of Shenglong Road intersection

東進口將原直左車道變?yōu)橹毙熊嚨溃鲈O左轉等待區(qū)，解決車輛左轉半徑不足的問題，且對進口道和出口道進行拓寬。

交叉口整體改造如圖3所示。

圖3 環(huán)城北一路-圣隆路交叉口整體改造圖1Fig.3 Overall reconstruction of Huancheng North 1st Road Shenglong Road intersection Figure 1

圖4 西進口改造圖Fig.4 Reconstruction drawing of West entrance

圖5 環(huán)城北一路-圣隆路交叉口整體改造圖2Fig.5 Overall reconstruction of Huancheng North 1st Road Shenglong Road intersection Figure 2

4.1.4環(huán)城北一路—圣隆路交叉口分離右轉渠化方案2

西進口設計將右轉機動車于護欄內側右轉，提前分離右轉機動車，避免其駛入交叉口，右轉機動車和非機動車由護欄隔開，西進口改造如圖4所示，交叉口整體改造如圖5所示。

4.2 信號配時設計

4.2.1圣隆路交叉口基于四色原理信號配時設計1

為簡化計算，采用直行當量法進行計算。

設計將各進口道右轉車流納入信號控制范圍內，根據韋爾奇·鮑威爾(Welch Powell)著色法[15]，對交叉口進行信號配時設計。

相位設計時序如圖6所示，在每一個相位后均會出現(xiàn)3 s的黃燈以及3 s的全紅，用于清空交叉口內的車流，總周期時長為135 s。

相位第一相位第二相位第三相位相位狀態(tài)綠燈時長/s305334黃燈時長/s333全紅時長/s333周期/s135

圖6 圣隆交叉口設計相序圖
Fig.6 Design phase sequence of Shenglong intersection

行人過街時間檢驗[16]：

行人過街檢驗合格，因此該信號控制方案可行。

4.2.2圣隆路交叉口限制右轉信號配時設計2

仍然采用直行當量法進行計算，考慮到東出口道僅有兩條，而高峰小時內東出口道涌入的車流能達到750輛/h，因此，對西進口右轉車啟用信號控制，減少東出口道車輛的擁堵。

相位設計時序如圖7所示，每一個相位都會有3 s的黃燈以及3 s的全紅，總周期時長為90 s。

相位第一相位第二相位第三相位相位狀態(tài)綠燈時長/s211833黃燈時長/s333全紅時長/s333周期/s90

圖7 圣隆交叉口設計相序圖
Fig.7 Design phase sequence of Shenglong intersection

行人過街時間檢驗：

行人過街檢驗符合標準，因此該信號控制方案可行。

4.2.3環(huán)城北一路-圣隆路交叉口重設相序信號配時設計

由于南進口左右轉車輛均較多，因此增設一條左轉專用車道，設置兩條受交叉口信號控制的專右車道，且給予南進口的右轉車輛較多的行駛路權，使南進口的右轉車行駛時間橫跨第二和第三相位。

相位時序圖如圖8所示，第四相位為南進口左轉非機動車保護相位。

行人過街時間檢驗：

相位第一相位第二相位第三相位第四相位(非)相位狀態(tài)綠燈時長/s36562310黃燈時長/s3330全紅時長/s2220周期/s140

圖8 環(huán)城北一路-圣隆路交叉口設計相序圖
Fig.8 Design phase sequence diagram of the intersection
of North 1st ring road and Shenglong Road

行人檢驗合格，因此該信號控制方案可行。

5 設計方案分析與評價

5.1 仿真評價

5.1.1圣隆路口仿真評價

通過VISSIM軟件對優(yōu)化后的圣隆路口方案1和方案2進行評價，數據對比如圖9所示。

圖9 圣隆路交叉口優(yōu)化前后延誤對比圖Fig.9 Comparison of delay before and after optimization of Shenglong Road intersection

由圖9可知，方案1和方案2相較于現(xiàn)狀，信控延誤均有降低，方案1延誤降低了約37.1%，方案2延誤降低了約58.7%，方案1優(yōu)化后交叉口服務等級為C，方案2優(yōu)化至服務等級B，經過平均延誤數據綜合對比，方案2更優(yōu)。

5.1.2環(huán)城北一路-圣隆路交叉口仿真評價

通過VISSIM軟件對優(yōu)化后的環(huán)城北一路-圣隆路口方案1和方案2分別進行評價，數據對比如圖10所示。

由圖10可知，優(yōu)化后的方案1和方案2較現(xiàn)狀相比，延誤均有降低。方案1將該交叉口的平均延誤降低了約32.6%，方案2降低了約33.6%，方案1和方案2均將原交叉口優(yōu)化至服務等級D。綜合對比，方案2更優(yōu)。

圖10 環(huán)城北一路-圣隆路交叉口優(yōu)化前后延誤對比圖Fig.10 Comparison of delay before and after optimization of Huancheng North 1st Road Shenglong Road intersection

5.2 交通安全評價

5.2.1圣隆路口交通安全評價

本設計方案從以人為本的角度出發(fā)，將三個進口道的停車線均前移，從而減少延誤與沖突點的數量。本設計將綠化帶前移，做成行人安全島，供行人二次過街使用，充分考慮了行人步行速度與車輛行駛速度不匹配的特性，最大程度地保障了行人的安全。增設渠化島，從而引導非機動車行車軌跡，減少了因非機動車與機動車交織而產生的沖突，減少了事故發(fā)生概率，綜合對比，方案2更優(yōu)。

5.2.2環(huán)城北一路-圣隆路交叉口交通安全評價

本設計方案1西進口渠化島引導非機動車右轉，同時保障行人過街安全。方案2西進口渠化島分離了直行和右轉車輛，使得右轉車提前右轉，減少了右轉車合流時的沖突。綜合對比，方案1實現(xiàn)了機非分離，因而從安全角度來看，方案1更優(yōu)。

5.3 社會經濟效益評價

5.3.1圣隆路口社會經濟效益評價

此次優(yōu)化改造設計了兩種方案，一種是拆除環(huán)島，一種是不拆除環(huán)島。兩種方案對交叉口的服務水平均有提升，對西進口和東進口均設置平面式安全島，行人過街的過程中并未增設行人安全島，而是將分隔進口道和出口道的綠化帶的一部分作為安全島使用，發(fā)揮綠化帶的最大功效的同時也節(jié)約了成本。與方案2相比，方案1并未對交叉口基礎設施進行大面積改造，因此方案1更優(yōu)。

5.3.2環(huán)城北一路-圣隆路交叉口社會經濟效益評價

現(xiàn)狀交叉口是斜交交叉口，有較多土地資源未被利用，交叉口顯得較為空曠，因而造成了城市用地資源的浪費。優(yōu)化后的交叉口使得交叉口內土地得到了充分利用。方案2在車輛的平均車速上得到了提高，因而減少了因延誤造成的直接和間接損失，因此方案2更優(yōu)。

5.4 人文環(huán)境效應評價

5.4.1圣隆路口人文環(huán)境效應評價

圣隆路口的設計將各進口綠化帶向前延伸，增加了城市綠化率，同時綠化帶內可以種植樹木花草，美化城市形象，種植的花草樹木也可以吸收汽車排放的尾氣。綠化帶內種植的樹木可以引導駕駛員視線，給駕駛員提供一個舒適、和諧的視域。方案2綠化率較方案1更高，因此方案2更優(yōu)。

5.4.2環(huán)城北一路-圣隆路交叉口人文環(huán)境效應評價

本設計未對其中任意一個綠化帶進行大面積拆除，路側的綠化帶可以起到引導駕駛員視線，美化環(huán)境的作用。渠化島的設立，不單單是分離機非，也引導了車輛的行車軌跡。方案2更符合駕駛員的駕駛習慣，因而方案2更優(yōu)。

6 結論

從整個區(qū)域來看，建議在高峰期間對關鍵交叉口采用感應式信號控制，通過交通誘導等方式，分擔主要交叉口的交通壓力。

針對環(huán)島交叉口，提出拆與不拆環(huán)島兩種優(yōu)化改造方案，結合四色原理進行配時設計，從數學角度實現(xiàn)交叉口通行效率最大化。將T型交叉口變原本斜交交叉口為正交交叉口，充分利用交叉口空間，且設計了分離機非和分離右轉車兩種方案，并進行方案比選，從以人為本的角度出發(fā)，選取最佳方案。

最終確定兩個交叉口均采用方案2，該方案將兩個關鍵節(jié)點交叉口的飽和度控制在0.6左右，因此該設計的適用年限較長，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。