儲峰，饒志鵬，陳巧巧

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

由于中國社會經(jīng)濟快速發(fā)展及城市化進程加快，交通擁堵成為城市發(fā)展的“頑疾”，嚴重制約了經(jīng)濟發(fā)展及城市運轉(zhuǎn)效率。國內(nèi)外學者從交通供給與需求、交通規(guī)劃與管理、經(jīng)濟學等多角度對交通擁堵原因及治理措施進行了研究，揭示了致使交通擁堵的內(nèi)在原因?；诼肪W(wǎng)、系統(tǒng)動力學、元胞自動機等理念，從宏觀和微觀角度對城市交通行為與狀況進行分析成為時下城市擁堵的研究熱點，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)境復雜。四周與北環(huán)、李家坪、新牌坊等多個立交相連，沿線立交集散流量多，導致其交通流量大；橋下南北向輔道與東西方向形成平面信號交叉口，東進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為橋下相位信號控制的平面交叉口。

1.2 交通量

對大慶村立交橋下平面交叉口的早、晚高峰小時交通量及過街行人流量進行調(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，進口道處擴寬至四車道，由2條直行、1條直右、1條左轉(zhuǎn)與掉頭車道組成；西進口車道數(shù)量與東進口一致，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、出口每條車道寬分別為2.8、3.5 m，南北進口道每條車道寬3.5 m，北出口兩車道每條車道寬3.5 m，而南出口進行了擴寬。除東進口外，西、南、北進口都有人行橫道，且行人需二次過街。

表2 早、晚高峰交通人流量 人/h

1.3.2 信號相位渠化

大慶村立交橋下受交通信號燈控制，為早起遲斷類型信號，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配時。

圖1 現(xiàn)狀早、晚高峰相位圖

圖2 現(xiàn)狀早、晚高峰信號配時方案(單位：s)

2 交通現(xiàn)狀問題分析

通過實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)大慶村立交從交通規(guī)劃設(shè)計、組織管理到道路用戶行為等方面都存在嚴重問題，致使交通嚴重擁堵。

2.1 交通規(guī)劃不當

東進口道百米內(nèi)建設(shè)有大石壩加油站，導致交叉口進口道區(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，延誤通行時間，也易引發(fā)交通事故。先期規(guī)劃設(shè)計上的不足是導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)通用的信號控制交叉口通行能力計算方法對東、西進口道的通行能力進行計算，結(jié)果見表3。東進口道的通行能力為2 155 pcu/h，實際早、晚高峰流量分別為3 026、2 200 pcu/h；西進口道的通行能力為2 150 pcu/h，實際早、晚高峰流量分別為2 612、2 628 pcu/h。道路已達到飽和狀態(tài)，東西進口道通行能力遠不能滿足交通需求。調(diào)查也發(fā)現(xiàn)南北交通通暢，東西進口交通擁堵嚴重。

表3 東、西進口道的通行能力 pcu/h

2.2 信號相位設(shè)計不合理

西進口左轉(zhuǎn)車流與北進口行人過街同時進行，產(chǎn)生交通沖突，車輛不能及時駛離交叉口，且危及行人安全。另外，西進口左轉(zhuǎn)通行時間太短，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)車輛排隊過長，后方左轉(zhuǎn)車輛未及時變道，等待變道時阻滯后方直行車輛，進而出現(xiàn)該左轉(zhuǎn)車輛前方?jīng)]有車而后面直行車輛排隊成群的現(xiàn)象。

2.3 公交?？空驹O(shè)計形式不合理

大慶村立交東西進口道的公交線路眾多，發(fā)車間隔時間短，而在交叉口附近均為直線式?？空荆恢苯油？吭跈C動車道，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，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

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

為提高整個交叉口效率，減小交叉口進口道流率比，擴寬北進口道寬度。由于現(xiàn)狀北進口道較寬，每車道3.5 m，左側(cè)是上跨橋梁，通過壓縮現(xiàn)狀車道、人行道寬度對進口道進行擴寬。擴寬方案如下：從上跨橋梁與道路分離點到導向車道之間，向右側(cè)人行道擴寬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，進口道處擴寬為四車道，每車道寬3 m。改善后北進口共有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

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

ld=vΔw/3

(1)

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

3.2 信號相位渠化改善

3.2.1 相位設(shè)計

當左轉(zhuǎn)車流量大于200 pcu/h時，一般需設(shè)置左轉(zhuǎn)保護相位。大慶村立交的4個進口道均需對其左轉(zhuǎn)進行相位保護?？紤]到東、西進口左轉(zhuǎn)流量相差不大，設(shè)置對稱式的左轉(zhuǎn)保護相位。由于北進口道設(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)保護相位。采用圖4所示早、晚高峰三相位設(shè)計，從通行時間上錯開沖突交通流，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)保護相位，確定4個進口道左轉(zhuǎn)車流直行當量系數(shù)均為1.05。右轉(zhuǎn)車流直行當量系數(shù)由右轉(zhuǎn)行人流量決定，考慮東西進口無人行橫道線，南北進口道的右轉(zhuǎn)車流直行當量系數(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口道右轉(zhuǎn)車流直行當量系數(shù)分別為1.428、1.709，晚高峰類似。早、晚高峰車道組直行當量分別見表4、表5。

表4 早高峰車道組直行當量計算

續(xù)表4

表5 晚高峰車道組直行當量計算

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、綠燈間隔時間及信號損失時間

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

表7 早、晚高峰相位信號燈時長 s

3.2.4 確定周期、綠燈時間、信號配時方案

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

表8 早、晚高峰各周期時長及相位綠燈時長 s

4 VISSIM仿真評價

4.1 現(xiàn)狀仿真

將大慶村立交設(shè)置為節(jié)點，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)、停車時間、平均排隊長度和最大排隊長度等參數(shù)為評價指標進行仿真。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，平均排隊長度55.5 m，最大排隊長度284.6 m。排隊情況最嚴重的是東進口至西出口的直行車流，其次是東進口至南出口的左轉(zhuǎn)車流，然后是北進口至東進口的左轉(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，平均停車時間38.7 s，平均排隊長度37.8 m。其中東進口左轉(zhuǎn)車流平均排隊最長，其次是東進口直行車流，然后是南進口左轉(zhuǎn)車流。

圖5 改善后的信號配時方案(單位：s)

4.2 改善后仿真

分別對按最短、最佳、最實用周期確定的信號相位改善方案進行仿真，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，平均停車時間19.6 s，平均排隊長度16.3 m，最大排隊長度144.2 m，各項指標數(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，平均停車時間14.3 s，平均排隊長度9.4 m，最大排隊長度99.4 m，其延誤時間、停車次數(shù)及排隊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)、排隊長度等指標均降低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用周期確定的信號相位配時方案對早、晚高峰交通狀況進行改善。

表9 早高峰改善前后評價指標對比

表10 晚高峰改善前后評價指標對比

5 結(jié)語

城市道路交叉口交通擁堵的改善與治理是一個涉及城市規(guī)劃、道路設(shè)計、車輛工程、景觀環(huán)境及心理行為等多學科的復雜工程。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、交通信號控制的調(diào)查，分析造成其交通擁堵的主要原因為規(guī)劃不當、交通標志標線有誤、信號相位設(shè)計不合理、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)的動態(tài)變化，當考慮交通數(shù)據(jù)的變化時，配時方案對變化的交通量會產(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)計等提出相關(guān)改善措施，采取擴寬進口道、優(yōu)化交通標志標線及信號相位設(shè)計對現(xiàn)狀交通狀況進行改善。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，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致仿真結(jié)果誤差，有待進一步優(yōu)化。