龍家彥　鄒智軍　陳利霖

(同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)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(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)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(duì)主線分離式平面交叉口的布局特點(diǎn)及交通特性進(jìn)行分析，對(duì)該類交叉口信號(hào)配時(shí)、渠化設(shè)計(jì)、交通組織等方面進(jìn)行組合優(yōu)化研究。并選擇實(shí)例交叉口，利用Vissim進(jìn)行模擬仿真及評(píng)價(jià)，仿真結(jié)果表明，組合優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)例交叉口的交通運(yùn)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(jì)組合優(yōu)化仿真評(píng)價(jià)

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(shí)段城市交通擁堵的主要堵點(diǎn)[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(yán)重限制，同時(shí)各進(jìn)口道交通流向和流量不均衡，因此有必要對(duì)主線分離式的平面交叉口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高其運(yùn)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(duì)主線分離式平面交叉口交通流特性的分析，從信號(hào)配時(shí)、渠化設(shè)計(jì)、安全保障等交叉口交通設(shè)計(jì)要素入手進(jìn)行優(yōu)化研究，最后結(jié)合實(shí)例交叉口，使用Vissim仿真軟件進(jìn)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(jì)標(biāo)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(jì)標(biāo)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(jì)標(biāo)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(shí)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(shí)間分配上需要對(duì)此因素進(jìn)行考慮，保證左轉(zhuǎn)車輛擁有充分的通行時(shí)間。

對(duì)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(diǎn)較少，車流運(yùn)行相對(duì)簡(jiǎn)單，可考慮采用三相位信號(hào)配時(shí)，從時(shí)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(duì)于主線方向輔道允許直行的分離式平面交叉口，沖突點(diǎn)與常規(guī)交叉口相同，可采用四相位信號(hào)配時(shí)。

1.3車道劃分及渠化設(shè)計(jì)

對(duì)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(jìn)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(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)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(shí)，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(dá)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(shí)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(shí)設(shè)置物理導(dǎo)流島，引導(dǎo)駕駛員識(shí)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(jì)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(diǎn)。為了在交叉口處拓寬進(jìn)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(jì)時(shí)往往具有一定寬度要求，同時(shí)次要道路中央分隔帶對(duì)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(jì)

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(diǎn)，因此必須采用科學(xué)的交通工程措施來保證交叉口交通安全運(yùn)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(biāo)線的形式劃出足夠?qū)挾鹊穆分邪踩珝u，保證行人和非機(jī)動(dòng)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(jī)非分隔設(shè)施，在分隔設(shè)施出入口處，應(yīng)設(shè)置明顯標(biāo)志標(biāo)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(hù)坎、鋼制防撞護(hù)欄等形式布設(shè)，并設(shè)置交通引導(dǎo)標(biāo)志標(biāo)線，降低碰撞事故的危險(xiǎn)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(jìn)出口，減少進(jìn)出口交通與通過車輛分流匯入造成的交通紊亂，同時(shí)主線方向輔道以及交叉口范圍內(nèi)嚴(yán)格禁止路邊停車。

2　實(shí)例應(yīng)用

2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文選擇以下幾個(gè)主要指標(biāo)來分析說明案例交叉口的交通運(yùn)行狀況。

交叉口排隊(duì)長(zhǎng)度能有效反映進(jìn)入交叉口的車流運(yùn)行狀況，它對(duì)評(píng)價(jià)交叉口的運(yùn)行狀況、衡量交通擁擠的嚴(yán)重程度以及現(xiàn)有信號(hào)配時(shí)方案的優(yōu)劣有重要意義[4]。

停車次數(shù)是指當(dāng)車輛進(jìn)入交叉口范圍，處于排隊(duì)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)，其中建設(shè)路是承擔(dān)進(jìn)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(cè)，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(jì)不合理。平面交叉口主線方向未設(shè)置擴(kuò)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(shí)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(shí)期公交車輛對(duì)交叉口車輛通行造成一定影響。

選擇工作日對(duì)該交叉口進(jìn)行交通調(diào)查，然后利用Vissim對(duì)現(xiàn)狀交叉口進(jìn)行模擬仿真。表2是模擬仿真結(jié)果，與交叉口運(yùn)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(shí)段該交叉口服務(wù)水平相對(duì)較低，尤其東進(jìn)口和西進(jìn)口，排隊(duì)長(zhǎng)度與車均延誤較大，其余進(jìn)口道的車輛也有不同程度的排隊(duì)與延誤。仿真結(jié)果與觀測(cè)交叉口運(yùn)行現(xiàn)狀情況較為吻合。

2.3優(yōu)化方案評(píng)價(jià)

(1) 車道功能劃分及交叉口渠化設(shè)計(jì)。高峰時(shí)期，交叉口東進(jìn)口左轉(zhuǎn)車流量較大，占到東進(jìn)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(jìn)口的中央分隔帶調(diào)頭開口適當(dāng)往交叉口上游挪動(dòng)設(shè)置，防止左轉(zhuǎn)車輛排隊(duì)過長(zhǎng)造成擁堵；對(duì)各進(jìn)口右轉(zhuǎn)導(dǎo)流島尺寸進(jìn)行優(yōu)化，增設(shè)行人過街安全島；完善交通標(biāo)志標(biāo)線，提前指示路段車輛選擇車道運(yùn)行，減少車輛在靠近進(jìn)口道處進(jìn)行車道變換，同時(shí)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(huì)車輛通過平面交叉口直行，減少交叉口交通運(yùn)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(shí)間和距離變換車道，減少因停車換道對(duì)社會(huì)車輛的延阻。

(3) 信號(hào)配時(shí)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(shí)際情況，并結(jié)合各進(jìn)口道公交車到達(dá)及線路走向?qū)π盘?hào)周期和相位時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行配時(shí)優(yōu)化，優(yōu)化后交叉口信號(hào)周期為120s，相位配時(shí)圖見圖3，配時(shí)方案見表3。

圖3　相位配時(shí)圖

相位相位一相位二相位三相位四黃燈全紅時(shí)長(zhǎng)/s1632223434

采用Vissim對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)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(píng)價(jià)對(duì)比表。

表4　排隊(duì)長(zhǎng)度對(duì)比表

表5　交叉口延誤對(duì)比表

由表5和表6可見，經(jīng)過交通設(shè)計(jì)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(jí)。同時(shí)，各進(jìn)口道的平均車延誤也都有所減少，其中以東進(jìn)口最為明顯，由98.1s下降至77.4s，延誤時(shí)間減少了20.7s，進(jìn)口道服務(wù)水平從F級(jí)提升為E級(jí)，南進(jìn)口和北進(jìn)口的服務(wù)水平也提升到C級(jí)和D級(jí)，西進(jìn)口延誤時(shí)間略有減少。平均排隊(duì)長(zhǎng)度和最大排隊(duì)長(zhǎng)度方面，除了南進(jìn)口略有增加以外，其余各進(jìn)口均有所減少，其中東進(jìn)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(yùn)行的不利因素。針對(duì)這類日益增多的交叉口形式，從信號(hào)配時(shí)、渠化設(shè)計(jì)、交通組織等交通設(shè)計(jì)因素進(jìn)行組合優(yōu)化的研究，并結(jié)合實(shí)例交叉口，利用微觀交通仿真軟件Vissim進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示該交叉口交通運(yùn)行有一定改善，說明組合優(yōu)化方法對(duì)該類交叉口具有一定的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[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(guó)強(qiáng),張清源,亓玉禮.信號(hào)控制平面交叉口非機(jī)動(dòng)車交通安全分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):交通科學(xué)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(zhǎng)安大學(xué),2009.

[4]雋志才,魏麗英,李江.信號(hào)交叉口排隊(duì)長(zhǎng)度宏觀模擬的自適應(yīng)分析法[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2000(1):80-83.

收稿日期：2015-03-16

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.042