儲(chǔ)峰，饒志鵬，陳巧巧

(1.中國路橋工程有限責(zé)任公司 巴基斯坦辦事處，北京 100011；2.江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000；3.林同棪國際工程咨詢(中國)有限公司，重慶 400074)

由于中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及城市化進(jìn)程加快，交通擁堵成為城市發(fā)展的“頑疾”，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市運(yùn)轉(zhuǎn)效率。國內(nèi)外學(xué)者從交通供給與需求、交通規(guī)劃與管理、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多角度對交通擁堵原因及治理措施進(jìn)行了研究，揭示了致使交通擁堵的內(nèi)在原因?；诼肪W(wǎng)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、元胞自動(dòng)機(jī)等理念，從宏觀和微觀角度對城市交通行為與狀況進(jìn)行分析成為時(shí)下城市擁堵的研究熱點(diǎn)，促使城市擁堵問題研究不斷深化。該文以重慶市江北區(qū)典型交通瓶頸區(qū)——大慶村立交為例，對交通擁堵原因及治理進(jìn)行研究。

1 交通現(xiàn)狀

1.1 沿線路網(wǎng)及周圍環(huán)境調(diào)查

大慶村交叉為連接重慶江北區(qū)與渝北區(qū)的南北上跨分離式立交，沿線路況、環(huán)境復(fù)雜。四周與北環(huán)、李家坪、新牌坊等多個(gè)立交相連，沿線立交集散流量多，導(dǎo)致其交通流量大；橋下南北向輔道與東西方向形成平面信號(hào)交叉口，東進(jìn)口附近有大石壩加油站、便利店，南有百年馨苑，西有東原D7大型生活小區(qū)，東面還有石油大慶村小區(qū)及菜市場，以上商業(yè)區(qū)、居民區(qū)易成為大量車流、人流聚集地，給交叉口通行造成巨大交通壓力，致使大慶村立交區(qū)域交通異常擁堵。

考慮到大慶村立交上跨橋梁通行能力較好，對其交通擁堵分析與改善的著眼點(diǎn)為橋下相位信號(hào)控制的平面交叉口。

1.2 交通量

對大慶村立交橋下平面交叉口的早、晚高峰小時(shí)交通量及過街行人流量進(jìn)行調(diào)研，結(jié)果見表1、表2。

表1 早、晚高峰交通車流量 pcu/h

1.3 渠化現(xiàn)狀

1.3.1 空間渠化

橋下的平面交叉口，東西方向是限速60 km/h的雙向六車道城市主干道，進(jìn)口道處擴(kuò)寬至四車道，由2條直行、1條直右、1條左轉(zhuǎn)與掉頭車道組成；西進(jìn)口車道數(shù)量與東進(jìn)口一致，加設(shè)四車道待行區(qū)，掉頭車流在交叉口內(nèi)部行駛；南北進(jìn)口由右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)與掉頭三車道組成，掉頭車流均未在交叉口。東西進(jìn)、出口每條車道寬分別為2.8、3.5 m，南北進(jìn)口道每條車道寬3.5 m，北出口兩車道每條車道寬3.5 m，而南出口進(jìn)行了擴(kuò)寬。除東進(jìn)口外，西、南、北進(jìn)口都有人行橫道，且行人需二次過街。

表2 早、晚高峰交通人流量 人/h

1.3.2 信號(hào)相位渠化

大慶村立交橋下受交通信號(hào)燈控制，為早起遲斷類型信號(hào)，共五相位，早、晚高峰一致。圖1、圖2分別為早、晚高峰相位圖及信號(hào)配時(shí)。

圖1 現(xiàn)狀早、晚高峰相位圖

圖2 現(xiàn)狀早、晚高峰信號(hào)配時(shí)方案(單位：s)

2 交通現(xiàn)狀問題分析

通過實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)大慶村立交從交通規(guī)劃設(shè)計(jì)、組織管理到道路用戶行為等方面都存在嚴(yán)重問題，致使交通嚴(yán)重?fù)矶隆?/p>

2.1 交通規(guī)劃不當(dāng)

東進(jìn)口道百米內(nèi)建設(shè)有大石壩加油站，導(dǎo)致交叉口進(jìn)口道區(qū)域交通量急劇增加，交叉口功能區(qū)內(nèi)交通阻滯，交叉口通行能力、服務(wù)水平大幅度降低；加之西、南面的大型建筑物、居民區(qū)、休閑服務(wù)區(qū)等吸引大量車流、人流，致使在交叉口功能區(qū)內(nèi)頻繁發(fā)生交通流的交織、合流、分流和交叉沖突，延誤通行時(shí)間，也易引發(fā)交通事故。先期規(guī)劃設(shè)計(jì)上的不足是導(dǎo)致其交通擁堵的重要原因之一。

基于現(xiàn)狀調(diào)研數(shù)據(jù)，采用國內(nèi)通用的信號(hào)控制交叉口通行能力計(jì)算方法對東、西進(jìn)口道的通行能力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。東進(jìn)口道的通行能力為2 155 pcu/h，實(shí)際早、晚高峰流量分別為3 026、2 200 pcu/h；西進(jìn)口道的通行能力為2 150 pcu/h，實(shí)際早、晚高峰流量分別為2 612、2 628 pcu/h。道路已達(dá)到飽和狀態(tài)，東西進(jìn)口道通行能力遠(yuǎn)不能滿足交通需求。調(diào)查也發(fā)現(xiàn)南北交通通暢，東西進(jìn)口交通擁堵嚴(yán)重。

表3 東、西進(jìn)口道的通行能力 pcu/h

2.2 信號(hào)相位設(shè)計(jì)不合理

西進(jìn)口左轉(zhuǎn)車流與北進(jìn)口行人過街同時(shí)進(jìn)行，產(chǎn)生交通沖突，車輛不能及時(shí)駛離交叉口，且危及行人安全。另外，西進(jìn)口左轉(zhuǎn)通行時(shí)間太短，早、晚高峰分別為37、34 s，發(fā)生左轉(zhuǎn)二次停車現(xiàn)象，通行效率低，在交通量極大的情況下，往往出現(xiàn)前方左轉(zhuǎn)車輛排隊(duì)過長，后方左轉(zhuǎn)車輛未及時(shí)變道，等待變道時(shí)阻滯后方直行車輛，進(jìn)而出現(xiàn)該左轉(zhuǎn)車輛前方?jīng)]有車而后面直行車輛排隊(duì)成群的現(xiàn)象。

2.3 公交?？空驹O(shè)計(jì)形式不合理

大慶村立交東西進(jìn)口道的公交線路眾多，發(fā)車間隔時(shí)間短，而在交叉口附近均為直線式?？空?，公交直接?？吭跈C(jī)動(dòng)車道，形成交通瓶頸段，對其他車輛的快速通行造成很大影響，尤其是早、晚高峰時(shí)，道路交通量接近飽和的情況下極易形成交通擁堵。

2.4 道路用戶遵章率低

交通通暢是人、車、路及環(huán)境的完美結(jié)合，任何一方問題都可能造成交通擁堵，其中道路用戶(駕駛員、行人)的交通心理、交通行為對道路通暢、交通安全尤為重要。大慶村立交擁堵的交通情形易使駕駛員形成負(fù)面的駕駛情緒，致使其頻繁變道、隨意侵占其他車道。加之行人隨意過街，道路用戶遵章率低，交通擁堵程度加劇。

3 交通改善措施

3.1 交叉口渠化改善

大慶村立交東西進(jìn)口道的通行能力嚴(yán)重不足，東西進(jìn)口道早、晚高峰平均交通量為445.5、513 pcu/h，較通行能力379、374 pcu/h早已達(dá)到飽和，造成交通延誤，且左轉(zhuǎn)車流多，導(dǎo)致交通沖突、交織、事故。因此，解決進(jìn)口道左轉(zhuǎn)交通量的飽和問題對改善整個(gè)交叉口擁堵有著至關(guān)重要的作用。對進(jìn)口道附近區(qū)域進(jìn)行壓縮人行道、車道寬、中間帶或變中間帶為護(hù)欄等處理，東西進(jìn)口道右側(cè)人行道各壓縮1.05 m，每車道壓縮0.25 m，2 m寬中央分隔帶改為護(hù)欄，使東西均為每車道寬3 m的五車道進(jìn)口道，分別為2條左轉(zhuǎn)、2條直行、1條直右車道。

為提高整個(gè)交叉口效率，減小交叉口進(jìn)口道流率比，擴(kuò)寬北進(jìn)口道寬度。由于現(xiàn)狀北進(jìn)口道較寬，每車道3.5 m，左側(cè)是上跨橋梁，通過壓縮現(xiàn)狀車道、人行道寬度對進(jìn)口道進(jìn)行擴(kuò)寬。擴(kuò)寬方案如下：從上跨橋梁與道路分離點(diǎn)到導(dǎo)向車道之間，向右側(cè)人行道擴(kuò)寬1.5 m，這段混行道路改為3 m每車道，由現(xiàn)狀兩車道增加為三車道，進(jìn)口道處擴(kuò)寬為四車道，每車道寬3 m。改善后北進(jìn)口共有3條左轉(zhuǎn)專用車道、1條右轉(zhuǎn)專用車道。改善后交叉口交通渠化狀況見圖3。

圖3 改善后大慶村交叉口渠化示意圖

擴(kuò)寬段長度參照現(xiàn)狀不作改變，漸變段長度按式(1)計(jì)算。東西進(jìn)口道設(shè)計(jì)車速60 km/h，橫向偏移量為3 m；南北進(jìn)口道設(shè)計(jì)車速30 km/h，北進(jìn)口道橫向偏移量為3 m，南進(jìn)口道橫向偏移量為3.5 m。計(jì)算得東西進(jìn)口道漸變段長度60 m、北進(jìn)口道漸變段長度30 m、南進(jìn)口道漸變段長度35 m。

ld=vΔw/3

(1)

式中：ld為漸變段長度(m)；v為設(shè)計(jì)速度(km/h)；Δw為橫向偏移量(m)。

3.2 信號(hào)相位渠化改善

3.2.1 相位設(shè)計(jì)

當(dāng)左轉(zhuǎn)車流量大于200 pcu/h時(shí)，一般需設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位。大慶村立交的4個(gè)進(jìn)口道均需對其左轉(zhuǎn)進(jìn)行相位保護(hù)?？紤]到東、西進(jìn)口左轉(zhuǎn)流量相差不大，設(shè)置對稱式的左轉(zhuǎn)保護(hù)相位。由于北進(jìn)口道設(shè)置了3條左轉(zhuǎn)專用車道，車道平均左轉(zhuǎn)車流量與南進(jìn)口道相差不大，且右轉(zhuǎn)專用車道均不受燈控，也設(shè)置對稱式的左轉(zhuǎn)保護(hù)相位。采用圖4所示早、晚高峰三相位設(shè)計(jì)，從通行時(shí)間上錯(cuò)開沖突交通流，確保交通安全。

圖4 改善后早、晚高峰相位圖

3.2.2 車道組直行當(dāng)量、關(guān)鍵流率及流率比的確定

依據(jù)相應(yīng)的直行、左轉(zhuǎn)車道數(shù)及左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，確定4個(gè)進(jìn)口道左轉(zhuǎn)車流直行當(dāng)量系數(shù)均為1.05。右轉(zhuǎn)車流直行當(dāng)量系數(shù)由右轉(zhuǎn)行人流量決定，考慮東西進(jìn)口無人行橫道線，南北進(jìn)口道的右轉(zhuǎn)車流直行當(dāng)量系數(shù)為1.18，基于早高峰東西方向過街行人流量，查詢并通過線性插值得東西進(jìn)口道右轉(zhuǎn)車流直行當(dāng)量系數(shù)分別為1.428、1.709，晚高峰類似。早、晚高峰車道組直行當(dāng)量分別見表4、表5。

表4 早高峰車道組直行當(dāng)量計(jì)算

續(xù)表4

表5 晚高峰車道組直行當(dāng)量計(jì)算

繪制相位控制圖，分析比較各相位的關(guān)鍵車流。對于東西進(jìn)口道，車道寬為3 m，無縱坡，符合理想條件，其理想直行飽和流率為1 650 pcu/h。計(jì)算流率比，早、晚高峰各相位關(guān)鍵流率及流率比見表6，流率比總和均滿足小于0.9的要求。

表6 早、晚高峰關(guān)鍵流率及流率比

3.2.3 確定黃燈、全紅、綠燈間隔時(shí)間及信號(hào)損失時(shí)間

依據(jù)道路、交通參數(shù)計(jì)算相應(yīng)的信號(hào)燈時(shí)間，結(jié)合駕駛員的操作可行性，確定表7所示黃燈、全紅、綠燈間隔時(shí)間及信號(hào)損失時(shí)間。由于所有相關(guān)參數(shù)均未變，早、晚高峰各信號(hào)燈時(shí)間取值相同。

表7 早、晚高峰相位信號(hào)燈時(shí)長 s

3.2.4 確定周期、綠燈時(shí)間、信號(hào)配時(shí)方案

參照相關(guān)理論與公式分別計(jì)算早、晚高峰最短、最佳及最實(shí)用周期，對各相位有效綠燈及顯示綠燈時(shí)間進(jìn)行分配，結(jié)合顯示綠燈時(shí)間與損失時(shí)間對周期時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)算及調(diào)整，確定早、晚高峰各周期時(shí)長及相應(yīng)綠燈時(shí)間(見表8)。基于各信號(hào)燈時(shí)長，得到早高峰最短周期信號(hào)配時(shí)及晚高峰最實(shí)用周期信號(hào)配時(shí)方案(見圖5)。另外，考慮行人過街安全，對以消除機(jī)動(dòng)車沖突為主確定的相位設(shè)計(jì)及配時(shí)方案進(jìn)行復(fù)核，結(jié)果顯示各機(jī)動(dòng)車相位綠燈時(shí)間均大于相應(yīng)的行人過街最短時(shí)間，行人過街安全得到保障，相位信號(hào)配時(shí)合理。

表8 早、晚高峰各周期時(shí)長及相位綠燈時(shí)長 s

4 VISSIM仿真評價(jià)

4.1 現(xiàn)狀仿真

將大慶村立交設(shè)置為節(jié)點(diǎn)，輸入道路和交通現(xiàn)狀參數(shù)，設(shè)置人均延誤、停車次數(shù)、停車時(shí)間、平均排隊(duì)長度和最大排隊(duì)長度等參數(shù)為評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行仿真。結(jié)果如下：1) 早高峰大慶村立交的人均延誤為88.9 s，平均停車次數(shù)1.59次，平均排隊(duì)長度55.5 m，最大排隊(duì)長度284.6 m。排隊(duì)情況最嚴(yán)重的是東進(jìn)口至西出口的直行車流，其次是東進(jìn)口至南出口的左轉(zhuǎn)車流，然后是北進(jìn)口至東進(jìn)口的左轉(zhuǎn)車流。2) 晚高峰的擁堵情況比早高峰稍好，人均延誤74.1 s，平均停車次數(shù)1.27次，平均停車時(shí)間38.7 s，平均排隊(duì)長度37.8 m。其中東進(jìn)口左轉(zhuǎn)車流平均排隊(duì)最長，其次是東進(jìn)口直行車流，然后是南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車流。

圖5 改善后的信號(hào)配時(shí)方案(單位：s)

4.2 改善后仿真

分別對按最短、最佳、最實(shí)用周期確定的信號(hào)相位改善方案進(jìn)行仿真，通過對比選取最優(yōu)改善方案。結(jié)果顯示：1) 早高峰改善以最短周期方案為最優(yōu)，人均延誤30.3 s，停車次數(shù)0.68次，平均停車時(shí)間19.6 s，平均排隊(duì)長度16.3 m，最大排隊(duì)長度144.2 m，各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)均表明以最短周期方案改善后道路通行能力最好。2) 晚高峰改善則以最實(shí)用周期為最佳，人均延誤25.6 s，停車次數(shù)0.63次，平均停車時(shí)間14.3 s，平均排隊(duì)長度9.4 m，最大排隊(duì)長度99.4 m，其延誤時(shí)間、停車次數(shù)及排隊(duì)長度比其他兩種方案大幅度減小。

改善后早晚高峰人均延誤、停車次數(shù)、排隊(duì)長度等指標(biāo)均降低50%左右(見表9、表10)，改善效果良好。因此，推薦采用由最短周期及最實(shí)用周期確定的信號(hào)相位配時(shí)方案對早、晚高峰交通狀況進(jìn)行改善。

表9 早高峰改善前后評價(jià)指標(biāo)對比

表10 晚高峰改善前后評價(jià)指標(biāo)對比

5 結(jié)語

城市道路交叉口交通擁堵的改善與治理是一個(gè)涉及城市規(guī)劃、道路設(shè)計(jì)、車輛工程、景觀環(huán)境及心理行為等多學(xué)科的復(fù)雜工程。從交通工程角度來看，交通由人、車、路、環(huán)境等多種元素組成，交通擁堵是系統(tǒng)中元素間或元素與整體間矛盾不斷加深的結(jié)果，影響因素復(fù)雜多變。該文通過對重慶大慶村立交周圍環(huán)境、交通渠化、交通流量、交通信號(hào)控制的調(diào)查，分析造成其交通擁堵的主要原因?yàn)橐?guī)劃不當(dāng)、交通標(biāo)志標(biāo)線有誤、信號(hào)相位設(shè)計(jì)不合理、公共交通數(shù)量多、道路用戶遵章率低。但研究數(shù)據(jù)是某日早高峰和晚高峰的交通數(shù)據(jù)，未考慮數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)考慮交通數(shù)據(jù)的變化時(shí)，配時(shí)方案對變化的交通量會(huì)產(chǎn)生一定的不適應(yīng)。

基于交通擁堵原因，結(jié)合交通規(guī)劃、道路設(shè)計(jì)等提出相關(guān)改善措施，采取擴(kuò)寬進(jìn)口道、優(yōu)化交通標(biāo)志標(biāo)線及信號(hào)相位設(shè)計(jì)對現(xiàn)狀交通狀況進(jìn)行改善。VISSIM仿真結(jié)果表明改善后交叉口交通順暢，道路通行能力顯著增強(qiáng)，交通延遲、阻滯明顯減弱，交通擁堵現(xiàn)象大幅改善。為使今后對城市交通擁堵問題的研究更加徹底、有效，還應(yīng)從片區(qū)路網(wǎng)層面對擁堵問題進(jìn)行全面系統(tǒng)分析，結(jié)合周邊區(qū)域城市道路及交通規(guī)劃，如對公交線路的規(guī)劃優(yōu)化等，以彌補(bǔ)局部交通視角的片面性。另外，VISSIM仿真算法與道路用戶主體行為的不一致可能導(dǎo)致仿真結(jié)果誤差，有待進(jìn)一步優(yōu)化。