范新科,秦杰運(yùn),何文強(qiáng),王韓麒,范瀟瑩

(1.寧波寧工交通工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司,寧波 315211;2.射陽(yáng)縣公安局交通警察大隊(duì),江蘇 鹽城 224300;3.浙江高專建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,寧波 315016)

0 引言

錯(cuò)位交叉口是城市道路短間距交叉口的特殊情況,此類交叉口因間距較短且反向錯(cuò)位常常導(dǎo)致城市道路擁堵或事故頻發(fā).城市道路錯(cuò)位交叉口因交叉口空間大且沖突點(diǎn)明顯,導(dǎo)致此類交叉口的延誤率[1]和事故率[2]要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類型的交叉口.以鹽城市射陽(yáng)縣為例,城市錯(cuò)位交叉口平均延誤和平均事故率比其他類型交叉口分別高7s和34%.近些年來(lái),國(guó)內(nèi)城市道路60%的事故發(fā)生在交叉口及其附近區(qū)域[3],其中錯(cuò)位交叉口等短間距交叉口的事故情況更是不容樂(lè)觀.針對(duì)城市錯(cuò)位交叉口進(jìn)行交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)緩解城市道路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的擁堵情況和事故隱患情況具有實(shí)際意義.

常見的交叉口交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)方法包括渠化設(shè)計(jì)、信號(hào)控制、土建改造、立體交叉[4]等方式,但對(duì)于交叉口而言后兩類優(yōu)化設(shè)計(jì)方法實(shí)施難度太大.國(guó)外對(duì)于交叉口渠化設(shè)計(jì)的研究開展較早,美國(guó)的MUTCD[5]針對(duì)各類交叉口渠化設(shè)計(jì)提出了需要注意的問(wèn)題,日本《平面交叉口的規(guī)劃與設(shè)計(jì)》[6]一書中則明確了交叉口渠化設(shè)計(jì)是解決城市道路擁堵問(wèn)題的有效方法.在國(guó)內(nèi),陳洪仁的《道路交叉設(shè)計(jì)》[7]一書中提出了交叉口渠化的具體措施,竇瑞軍等[8]通過(guò)交叉口渠化措施實(shí)現(xiàn)了人車分流.在信號(hào)控制方面,美國(guó)的單點(diǎn)信號(hào)控制方式在20世紀(jì)80年代后逐漸淘汰,取而代之的是Abbas等[9]提出的新的信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng);國(guó)內(nèi)早期通過(guò)Webster公式研究交叉口信號(hào)控制的方法存在不適用高飽和度交叉口的局限性,基于此顧懷中等[10]提出了模擬退火全局優(yōu)化算法以解決各種交通狀況下信號(hào)優(yōu)化配時(shí)的問(wèn)題,邵春福等[11]創(chuàng)造性地提出了人行信號(hào)配時(shí)的設(shè)計(jì)方法.思維方式的進(jìn)步,使得更多的交通人在探索既能快速解決交叉口實(shí)際問(wèn)題又經(jīng)濟(jì)便捷的交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)方法.

隨著千萬(wàn)級(jí)人口大城市成為常態(tài),城市機(jī)動(dòng)車保有量的提升導(dǎo)致各類錯(cuò)位交叉口的擁堵日益嚴(yán)重.盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了各類研究,但由于此類交叉口交通環(huán)境復(fù)雜,擁堵特征和事故特征數(shù)據(jù)難以獲取,以往較為成熟的土建改造或立體交叉的優(yōu)化方法成本過(guò)高,因此亟需通過(guò)其他方式來(lái)改善錯(cuò)位交叉口的擁堵狀況及事故狀況.本文聚焦于城市錯(cuò)位交叉口的交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì),為解決此類交叉口優(yōu)化改造的桎梏,提出渠化設(shè)計(jì)與信號(hào)優(yōu)化相結(jié)合的方法,通過(guò)Before-and-after方法進(jìn)行典型錯(cuò)位交叉口改造前后的對(duì)比,以期能為城市錯(cuò)位交叉口的交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)提供新的思路.

1 相關(guān)理論知識(shí)

1.1 城市錯(cuò)位交叉口

城市錯(cuò)位交叉口是1種特殊的短間距交叉口,可視為節(jié)點(diǎn)距離極近2個(gè)反向的T型交叉口,一般由1條城市干路與兩條相交道路組成.短間距交叉口[12]是由于交叉口距離過(guò)近形成的,實(shí)際上屬于畸形交叉口的范疇.盡管規(guī)范要求[13]各類交叉口最小間距不宜小于150 m,但城市道路交叉口間距小于該規(guī)定的不在少數(shù),因短間距交叉口造成的擁堵現(xiàn)象比比皆是,嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)車輛排隊(duì)溢出的現(xiàn)象,導(dǎo)致相交路段的車流無(wú)法駛?cè)牖蛲ㄟ^(guò).

圖1 錯(cuò)位交叉口示意圖

圖2 短間距交叉口示意圖

城市錯(cuò)位交叉口面積較大且交通秩序混亂,交叉口內(nèi)人非沖突與機(jī)非沖突較為嚴(yán)重,且不同流向的機(jī)動(dòng)車之間也存在轉(zhuǎn)向沖突.同時(shí),由于干路流量較大,且雙向交通流基本趨于平衡,錯(cuò)位交叉口的出現(xiàn)將造成交叉口范圍內(nèi)較大的行車延誤,導(dǎo)致干路通行能力下降,誘發(fā)交通事故,嚴(yán)重影響整個(gè)城市道路系統(tǒng)的服務(wù)水平.

1.2 交叉口渠化設(shè)計(jì)

渠化是指通過(guò)導(dǎo)流島與路面標(biāo)線互相結(jié)合,通過(guò)分離和控制車流,使其按照一定的流向駛?cè)敫髯缘穆肪€,減少?zèng)_突或明確分開沖突,一般包括實(shí)體導(dǎo)渠化和標(biāo)線渠化2種方式.交叉口經(jīng)過(guò)渠化設(shè)計(jì)后,可在時(shí)間和空間角度分隔交通沖突,提高交叉口的通行能力及安全性.

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,交叉口渠化設(shè)計(jì)應(yīng)使車輛行駛路線簡(jiǎn)單明了,避免車輛分流與合流位于一處.因此,在進(jìn)行交叉口渠化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則:

1)分離原則

交叉口渠化設(shè)計(jì)應(yīng)以減少交通流之間不同流向的干擾為主,通過(guò)道路交通設(shè)施引導(dǎo)行人與機(jī)非車流各行其道.

2)疏導(dǎo)原則

通過(guò)設(shè)計(jì)單向交通、車種專用道、流向禁左等疏導(dǎo)方式,明確交通流不同流向的行駛路線.

交叉口渠化設(shè)計(jì)可從交叉口車道斷面的分布、功能的劃分、人非交通流的管控等3個(gè)方面著手.

1)車道斷面的分布

城市道路中,交叉口流量和飽和度一般高于路段流量和飽和度,交叉口車道斷面的合理布置是確保路段與交叉口通行能力匹配的重要條件,可通過(guò)路口展寬、壓縮機(jī)動(dòng)車道或非機(jī)動(dòng)車車道寬度及縮減綠化帶寬度實(shí)現(xiàn).但需要注意,壓縮非機(jī)動(dòng)車道需要在非機(jī)動(dòng)車流量較小的情況下進(jìn)行.

2)車道功能的劃分

交叉口的快速分流很大程度上受到車道功能的影響,而車道功能劃分的先決條件是詳盡的交通量調(diào)查.比如,是否需要單獨(dú)設(shè)置轉(zhuǎn)彎車道就取決于轉(zhuǎn)彎車流量的大小.左轉(zhuǎn)車道的設(shè)置是車道功能劃分的重點(diǎn)內(nèi)容,因其車流在交叉口與對(duì)向交通流的沖突最大,常常通過(guò)設(shè)置左轉(zhuǎn)導(dǎo)流線或左彎待轉(zhuǎn)區(qū)來(lái)引導(dǎo)車流減少?zèng)_突.同時(shí),掉頭車道也可與左轉(zhuǎn)車道合并設(shè)置,共用1個(gè)信號(hào)相位.

3)人非交通流的管控

人非交通流過(guò)街一向是交通管理的難點(diǎn),也是交叉口渠化設(shè)計(jì)中較難避免的環(huán)節(jié).相關(guān)規(guī)范中已對(duì)行人與非機(jī)動(dòng)車過(guò)街作出了規(guī)定,主要目的是將機(jī)動(dòng)車流與人非交通流從時(shí)空上分隔.同時(shí),人非交通流的二次過(guò)街以及人行橫道線與停止線間距加長(zhǎng)等措施也在提高人非交通流過(guò)街的安全性.

1.3 交叉口信號(hào)優(yōu)化

交叉口信號(hào)設(shè)計(jì)主要是通過(guò)設(shè)置合理的信號(hào)相位配時(shí)方案來(lái)達(dá)到最大限度提升交叉口通行能力的目的,并減少車輛通行延誤時(shí)間.交叉口信號(hào)周期越長(zhǎng),通行能力越高是1個(gè)明顯的認(rèn)知誤區(qū).在確定的道路條件下,交叉口信號(hào)周期越長(zhǎng),車輛通行延誤時(shí)間就越大.國(guó)內(nèi)大部分城市道路交叉口的信號(hào)燈均采用一組箭頭燈加一組圓盤燈的形式.車輛通過(guò)交叉口,綠燈亮?xí)r,允許擁有通行權(quán)的車輛駛?cè)虢徊婵?紅燈亮?xí)r,僅允許右轉(zhuǎn)車輛在不妨礙相交單路交通通行的情況下駛?cè)虢徊婵?黃燈亮?xí)r,車輛若已越過(guò)停止線駛?cè)虢徊婵诳衫^續(xù)行駛,若未越過(guò)停止線則應(yīng)停車等待.普通正交信號(hào)燈路口一般設(shè)置4個(gè)信號(hào)燈相位.

交叉口信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)可有效提高交叉口通行效率和安全性,也是國(guó)內(nèi)外交叉口改造提升研究的重點(diǎn).交叉口信號(hào)相位應(yīng)設(shè)置合理,以充分利用有效綠燈時(shí)間.人非信號(hào)燈在高峰期應(yīng)盡可能采用小周期.當(dāng)然,信號(hào)配時(shí)的設(shè)計(jì)主要依據(jù)還是交叉口各流向交通量的數(shù)據(jù),因此,信號(hào)相位的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際交通量考慮.

1.4 Before-and-afte方法

Before-and-afte方法,顧名思義就是前后對(duì)比分析法.幾乎所有的交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)都應(yīng)進(jìn)行觀察性評(píng)估,即非實(shí)驗(yàn)性的研究.針對(duì)交通組織方案的觀察性評(píng)估中最常見的方法就是方案的前后對(duì)比評(píng)估(Before-and-after評(píng)估)[14].

本文應(yīng)用前后對(duì)比評(píng)估,目的是通過(guò)該方法評(píng)估對(duì)典型錯(cuò)位交叉口實(shí)施一定的交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)方案前后,該交叉口的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)的變化情況是否達(dá)到了預(yù)期目標(biāo).

2 錯(cuò)位交叉口交通組織優(yōu)化策略

城市錯(cuò)位交叉口的交通組織優(yōu)化對(duì)提高整個(gè)道路網(wǎng)系統(tǒng)的服務(wù)水平均有促進(jìn)作用.優(yōu)化思路是:將2個(gè)錯(cuò)位交叉口看做單一交叉口進(jìn)行整體處理.前文分析過(guò),土建改造的成本太高,因此本文對(duì)錯(cuò)位交叉口的交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容一般包括:渠化交通設(shè)計(jì)、配套設(shè)施提升、信號(hào)配時(shí)優(yōu)化3部分內(nèi)容.

2.1 渠化交通設(shè)計(jì)

錯(cuò)位交叉口的渠化交通設(shè)計(jì)主要針對(duì)車道標(biāo)線、渠化島、導(dǎo)流線等的設(shè)計(jì).通過(guò)渠化島及導(dǎo)流線的設(shè)計(jì),引導(dǎo)交通流按照軌跡進(jìn)入交叉口.通過(guò)壓縮車道或取消車道來(lái)保證正方位進(jìn)出口道車道數(shù)匹配,保持交通流的暢通有序.同時(shí),應(yīng)做好行人及非機(jī)動(dòng)車過(guò)街保護(hù).

2.2 配套設(shè)施提升

對(duì)應(yīng)渠化交通設(shè)計(jì),調(diào)整錯(cuò)位交叉口相應(yīng)標(biāo)志設(shè)置,比如車道增加或減少標(biāo)志、限速標(biāo)志等.合理施劃地面標(biāo)線,輔助引導(dǎo)交通流通過(guò)交叉口.設(shè)置隔離設(shè)施,針對(duì)人非交通流的安全,設(shè)置機(jī)非隔離欄;針對(duì)對(duì)向機(jī)動(dòng)車流的安全,設(shè)置中央隔離欄.

2.3 信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

在渠化交通組織設(shè)計(jì)與配套設(shè)施提升的基礎(chǔ)上,進(jìn)行錯(cuò)位交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化,將錯(cuò)位交叉口看做單獨(dú)交叉口進(jìn)行整體控制,保證交叉口各類交通流的通行秩序.

3 錯(cuò)位交叉口交通組織優(yōu)化案例分析

3.1 交叉口現(xiàn)狀

3.1.1 交叉口狀況

開放大道與達(dá)陽(yáng)路交叉口位于江蘇省鹽城市射陽(yáng)縣,其中開放大道為東西向雙向六車道的城市主干路,達(dá)陽(yáng)路為南北向次干路(北段為雙向四車道,南段為雙向兩車道),道路條件良好,開放大道與達(dá)陽(yáng)路錯(cuò)位相交,2個(gè)反向T型交叉口間距約20 m,人非交通流過(guò)節(jié)與機(jī)動(dòng)車流存在較大沖突,嚴(yán)重影響交通安全.根據(jù)事故數(shù)據(jù)顯示,2020年9月至12月期間,該交叉口共發(fā)生31起各種類型的交通事故.

3.1.2 現(xiàn)狀交通流量

通過(guò)現(xiàn)狀流量調(diào)查,該交叉口流量平峰期主要以東西向開放大道流量為主,南北向達(dá)陽(yáng)路流量相對(duì)較低.從流量轉(zhuǎn)向來(lái)看,交叉口內(nèi)交通流量以直行流量為主,整體占比較高;轉(zhuǎn)彎流量中,開放大道東進(jìn)口左轉(zhuǎn)流量占比較為突出,其他轉(zhuǎn)彎流量均在100veh/h以下.該交叉口平峰期整體飽和度較低.

表1 交叉口現(xiàn)狀平峰期交通流量 輛

圖3 交叉口現(xiàn)狀航拍圖

高峰期時(shí),該交叉口總體流量顯著提升,以東西進(jìn)口直行流量占比較高,南北向直行流量因道路條件限制,大部分由其他道路進(jìn)行分流.盡管轉(zhuǎn)彎流量不高,但仍對(duì)直行流量造成較大的干擾,產(chǎn)生不同的流向沖突.

表2 交叉口現(xiàn)狀高峰期交通流量 輛

圖4 交叉口平峰期流量流向圖

3.1.3 現(xiàn)狀信號(hào)配時(shí)

根據(jù)現(xiàn)狀晚高峰信號(hào)配時(shí)方案,信號(hào)周期為100 s,共2個(gè)相位.其中,東西向交通統(tǒng)放55 s,有效綠燈時(shí)間為52 s;南北向交通統(tǒng)放45 s,有效率等時(shí)間42 s,具體見表3和圖5所示.

表3 交叉口現(xiàn)狀各進(jìn)口道平均延誤 s

表4 晚高峰原信號(hào)配時(shí)方案 s

表5 晚高峰信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方案 s

圖5 交叉口高峰期流量流向圖

3.2 存在問(wèn)題

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)現(xiàn)狀流量、信號(hào)相位的觀察,該交叉口主要存在以下問(wèn)題:

1)交叉口范圍過(guò)大,轉(zhuǎn)彎車流在交叉口內(nèi)浪費(fèi)過(guò)多通行時(shí)間

交叉口整體間距過(guò)大,東西向左轉(zhuǎn)車流需要在交叉口范圍內(nèi)行駛平均10 s左右才能駛出交叉口,導(dǎo)致車流在交叉口內(nèi)浪費(fèi)過(guò)多通行時(shí)間,交叉口平均延誤較大.

2)人行橫道線間距過(guò)遠(yuǎn),人非交通流過(guò)街選擇位置隨意性較大

交叉口南北兩側(cè)人行橫道線間距40 m左右,行人與非機(jī)動(dòng)車任意選擇過(guò)街位置,易引發(fā)交通事故,與轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)動(dòng)車流尤其左轉(zhuǎn)車流存在較大沖突.

3)東進(jìn)口車道設(shè)置不合理,

交叉口東進(jìn)口現(xiàn)狀為2個(gè)車道(左轉(zhuǎn)車道和左右轉(zhuǎn)車道),交織段過(guò)短,右轉(zhuǎn)車流在1個(gè)信號(hào)周期內(nèi)無(wú)法清空.

4)交叉口內(nèi)無(wú)渠化區(qū)域

東西向進(jìn)口道無(wú)渠化區(qū)域,車道功能利用率不足,車道引導(dǎo)功能較差.

5)信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)不合理

從晚高峰交通量數(shù)據(jù)來(lái)看,東西向交通流占比較大,但整體相位時(shí)間占比不夠,導(dǎo)致高峰期東西進(jìn)口車流常常在1個(gè)信號(hào)周期內(nèi)無(wú)法駛過(guò)交叉口.

3.3 優(yōu)化方法

根據(jù)文渠化交通設(shè)計(jì)及信號(hào)優(yōu)化的相關(guān)理論知識(shí),結(jié)合開放大道與達(dá)陽(yáng)路交叉口的實(shí)際狀況,對(duì)該交叉口提出優(yōu)化措施.

3.3.1 縮短交叉口間距

以交叉口停止線和人行橫道線前移為基準(zhǔn),縮短交叉口間距,降低2個(gè)T型交叉口的錯(cuò)位程度,減少行人、非機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)車通過(guò)交叉口的時(shí)間.

3.3.2 渠化交通組織設(shè)計(jì)

通過(guò)在東西進(jìn)口道設(shè)置右轉(zhuǎn)標(biāo)線導(dǎo)流島,將交叉口內(nèi)未充分利用的空間由標(biāo)線標(biāo)出,明確車輛行車軌跡;通過(guò)施劃交叉口導(dǎo)流線,減小轉(zhuǎn)彎車輛的轉(zhuǎn)彎半徑;通過(guò)渠化壓縮東西進(jìn)口車道寬度,降低車輛行駛速度,提高交叉口整體安全性;清除以前垂直式的人行橫道線,將其與導(dǎo)流島連接,縮短行人過(guò)街距離,提高行人過(guò)街安全性;調(diào)整西進(jìn)口車道功能,由左轉(zhuǎn)+左右變?yōu)橹弊?直行,右轉(zhuǎn)車流通過(guò)渠化島駛出交叉口;壓縮東出口車道布局,將交叉口東方向調(diào)整為雙向四車道布局,與對(duì)面車道匹配,防止車輛駛出交叉口因搶道發(fā)生事故.

3.3.3 完善配套交通設(shè)施

對(duì)設(shè)置的右轉(zhuǎn)標(biāo)線渠化島增設(shè)隔離欄加以保護(hù),確保人非交通的安全;在交叉口4個(gè)方向增設(shè)中央隔離欄,分隔對(duì)向交通流;在近交叉口處增設(shè)機(jī)非隔離欄,分隔機(jī)非交通流.

3.3.4 信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

根據(jù)晚高峰現(xiàn)狀了流量情況,調(diào)整該交叉口信號(hào)相位,重點(diǎn)保障開放大道東西向交通流的清空時(shí)間:提高東西相位統(tǒng)放時(shí)間至68 s,減少南北統(tǒng)放時(shí)間至32 s;確保2個(gè)相位的有效綠燈時(shí)間分別為65 s、29 s.

開放大道與達(dá)陽(yáng)路交叉口交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)方案見圖6.

圖6 交叉口晚高峰期信號(hào)相位分布

圖7 交叉口高峰期信號(hào)相位配時(shí)優(yōu)化分布

3.4 效果評(píng)價(jià)

開放大道與達(dá)陽(yáng)路交叉口于2021年5月改造完成,方案實(shí)施后的狀況見圖8.2021年9月至12月交叉口共發(fā)生4起各類型交通事故,事故率同比2020年改造之前下降87%,交叉口安全系數(shù)提升明顯.

圖8 開放大道與達(dá)陽(yáng)路交叉口交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖9 方案實(shí)施后的航拍圖

再次通過(guò)點(diǎn)樣本法調(diào)查各進(jìn)口道的平均延誤,結(jié)果見表6所示.對(duì)比表3可知,交叉口整體平均延誤時(shí)間下降7.75 s,下降比例達(dá)到70%左右.其中,尤其以東西進(jìn)口道的平均延誤時(shí)間下降最為明顯,而北進(jìn)口因?yàn)楦脑旌蠼徊婵诮徊婵陂g距縮短的原因,其平均延誤時(shí)間也有大幅下降.

表6 交叉口改造后各進(jìn)口道平均延誤

4 結(jié)束語(yǔ)

城市錯(cuò)位(短間距)交叉口嚴(yán)重影響了城市道路的通行效率和交通安全,對(duì)此類交叉口進(jìn)行渠化交通設(shè)計(jì)、配套設(shè)施提升、信號(hào)配時(shí)優(yōu)化,將其轉(zhuǎn)變?yōu)闀惩ò踩膯为?dú)交叉口,是此類交叉口優(yōu)化改造的關(guān)鍵思路.本文選取鹽城市射陽(yáng)縣開放大道與達(dá)陽(yáng)路交叉口為實(shí)例,通過(guò)提出城市錯(cuò)位(短間距)交叉口的交通組織優(yōu)化策略,對(duì)此類交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步探討,并結(jié)合Before-and-after方法的思想對(duì)比分析了該交叉口改造前后的關(guān)鍵參數(shù)的變化,本文的研究對(duì)緩解城市道路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的擁堵情況和事故隱患情況具有實(shí)際意義.