公路交叉口交通工程设施优化设计研究

刘武斌

（潍坊交安公路工程有限公司，山东 潍坊 261031）

0 引言

公路交叉口在路网中虽占地较小，但其功能不容忽视，包括连接公路、改变行驶方向及合流并流等。近年来，随着我国汽车保有量的增长和行车速度的提升，交叉口安全事故时有发生，在一定程度上影响社会安定。为从根本上解决此类问题，需要加大对公路交通交叉口设施优化设计的研究，提升公路功能和服务水平，降低安全事故发生率，同时改善沿途道路景观。

1 公路交叉口交通工程设施优化设计的必要性及原则

1.1 必要性

当前，我国各地区经济发展迅速，汽车保有量持续上升，部分地区的公路运输能力已无法满足城市交通需求，导致城市交通拥堵问题日益严重。这种状况不仅增加了出行者的经济损失，也增大了道路交通安全事故风险，不利于社会的稳定、安全发展。

交通设施设计水平直接影响公路的交通安全和交通运输能力。若公路交通设施设计存在缺陷，会加剧公路交通拥堵和事故发生率。因此，在公路系统优化设计过程中，需要重视公路交叉口交通工程设施优化设计，提升公路工程通行能力，有效缓解交通拥堵问题，降低交通安全事故发生率[1]。

1.2 原则

公路交叉口交通工程设施对城市化发展有重要影响，且当前民众对公路运输的功能性需求不断提升，因此需要进行公路交叉口交通工程设施优化设计，在提高民众出行安全性的同时，有效发挥相关设施的功能性作用[2]。在具体的优化设计过程中，设计人员需要结合当地的实际情况，遵循因地制宜原则，确保公路交叉口交通工程设施设计突显城市公路交通特色，如改善传统交叉口设施设计模式，通过调整公路交叉口车道、交通标志设计，体现出城市以人为本、安全发展的特点，同时有效减少城市交通事故风险，保证民众交通安全。

2 公路交叉口车道设计优化

2.1 公路交叉口控制方式优化

在公路交叉口设置信号控制灯能够调节车流通行时间冲突，提高公路交通管控效能，消除运输冲突点。然而，传统信号灯设施存在时间延误问题，在一定程度上影响了交通调节效果。因此，进行公路交叉口车道设计优化设计时，重点在于妥善处理信号灯配时延误现象。此外，通过管控公路交叉口车辆通行、调整路网交通流分配，制订合理的运输路线，有助于提升交叉口通行能力。具体控制措施如下：一方面，优化信号灯配时，实现机动车道与非机动车道分离，控制车辆行驶速度；另一方面，设立公交专用车道和单向车道[3]。

2.2 公路交叉口车道优化

公路交叉口运输能力相对较差，是正常交通路段运输能力的50%，优化公路交叉口车道设计时，可采用增加车道数量的方式，减轻公路交叉口运输压力。在不改变公路原宽度的前提下，可通过减小中央分隔带宽度及进口车道宽度的方式实现。

公路交叉口车道优化调整结束后，车辆在该区域的通行会更为顺畅，停留时间缩短，能够有效避免交通拥堵。同时，车道优化后驾驶视野能够得到改善，可有效提升驾驶安全性。此外，车道优化需结合该路段车流量数据，如右转弯交通匀速压力较大，需改善转弯辅助车道设计，对于部分车流量较少的交叉口路段，可不额外增设右转弯辅助车道[4]。

3 公路交叉口交通标志参数优化

3.1 标志视认模型

在公路交叉口交通标志参数优化设计环节，需要以驾驶人员快速识别交通标志为目标，公路交叉口交通标志的设置位置直接影响驾驶人员识读标志的效率。因此，设计人员需构建标志视认模型，对标志认读距离、驾驶人员反应距离、驾驶人员行动距离、标志视认距离、标志消失距离等进行详细分析，并重点分析标志位置对标志识读的影响，以有效优化位置设置[5]。

3.1.1 标志认读距离

在驾驶人员初次看清标志至彻底读懂标志内容期间，车辆行驶的距离为标志认读距离，计算公式如下：

式（1）中：V1为车辆实时行驶速度，t1为车辆行驶时间。

标志认读距离与车辆的实时行驶速度相关（见表1）。

表1 不同车速下交通标志认读距离差异表

3.1.2 驾驶人员反应距离

驾驶人员看见标志至读懂标志内涵的驾驶距离为反应距离，计算公式如下：

式（2）中：t2为驾驶人员判断交通标志的具体时间。

车辆不同行驶速度下，驾驶人员识读标志的反应距离存在一定负差异（见表2）。

表2 不同车速下驾驶员标志识读反应距离

3.1.3 行动距离

驾驶人员识读完成后，需要快速作出对应的行动响应，行动前后车辆的行驶距离为行动距离，计算公式如下：

式（3）中：n 为车辆变道次数；f 为车辆滚动摩擦系数；φ 为公路路面附着系数，其与公路工程路面的粗糙程度及干湿度相关。

3.1.4 视认距离

车辆行驶期间，驾驶人员看清交通标志后，车辆与标志的距离为视认距离，计算公式如下：

式（4）中：H 为标志与驾驶人员视线高度差；B 为公路宽度；t4为标志认识反应时间。

不同速度下视认距离的实际数值不同，以常见的几组车辆行驶速度为例，得出详细的视认距离（见表3）。

表3 不同速度下视认距离数值表

3.1.5 消失距离

车辆行驶至某一地点后，驾驶人员出现看不清交通标志的情况，当时驾驶人员所处的地点为消失点，消失点与交通标志之间的距离为消失距离，计算公式如下：

式（5）中：d 为驾驶人员的视觉高度与交通标志的斜向距离；α 为消失点与交通标志之间的夹角。

不同类型交通标志的消失距离不同，以路测标志、悬臂式标志为例，两者的消失距离如表4 所示[6]。

表4 两种交通标志消失距离表

3.2 标志支撑方式选择

交通标志支撑方式种类多样，如门架式、悬臂式等，不同支撑方式的使用方式不同（见表5）。设计人员在确认公路交叉口交通标志布设位置后，需要确保交通标志安装稳定，预防出现中途掉落风险。施工人员需结合实际路况，选择科学合理的标志支撑方式，确保行驶该路段的驾驶人员能够准确识读，提升交叉口行驶安全性。

表5 标志支撑方式选择

4 公路交叉口交通设施优化设计

4.1 路线改线优化设计

为提升公路交叉口交通安全性，首选十字交叉设计形式，存在不可抗力因素影响，不可直接采用十字交叉设计时，可选择斜交设计形式，交叉口斜交角度需在70°以上，以免出现五路及以上公路相交情况。在公路交叉口斜角设计环节，需要保证设计角度满足驾驶人员行驶需求。角度过小，驾驶人员视野受限，会增加交通安全事故发生率。为避免此问题，可借助平交渠化岛压缩中间隔离带，增加左转车道，配合斑马线设置二次过街工程岛，实现公路改线设计效果[7]。

4.2 隔离栅优化设计

隔离栅主要起阻隔行人、动物的作用，避免引发交通安全事故。当前，我国公路隔离栅设计形式多样，如混凝土墙、公路绿化等。通常隔离设备设置在公路两旁1m 范围内，但是为保证行车安全，需要重点控制隔离设备高度。随着公路工程建设的持续发展，我国对交通标志设计提出了新要求，要求在保证服务功能性的同时，关注公路沿途设计的景观美感。因此，在公路交叉口隔离栅优化设计方面，既要保证设计的合理性，又要保证与周围景观环境相协调。

4.3 隔离栅结构参数确定

为保证隔离栅优化设计效果，相关设计人员需详细计算、研究各项设计参数，控制好隔离栅设置高度。隔离栅优化设计期间，高度设计不当，不仅会产生资源浪费，还会影响驾驶人员视野，增大行车安全风险；隔离栅高度设计过低，阻隔行人及动物的效果不达标，也可能引发交通事故发生。因此，设计人员需结合该公路交叉口路段实际情况，选择适合的隔离栅高度，保证优化设计效果。公路隔离栅高度一般设计在1.5～2m，若该路段的人流较为密集，可适当调高隔离栅高度[8]。

4.3.1 稳定性

隔离栅结构稳定性好代表其使用年限更长，能够避免后期使用期间受风荷载及人为影响遭到破坏，保证使用功能的持续发挥。为提升隔离栅结构稳定性，设计期间要充分考量外力及风荷载的影响，隔离栅风荷载计算公式如下：

式（6）～式（7）中：S 为隔离栅的迎风面积；W 为隔离栅的设计风压；ρ 为网孔结构隔离栅的折减系数，取值在0.5～0.85 之间。

此外，ρ 取值大小与隔离栅网孔相关，因此，需结合公路实际情况选择网孔，若存在牵藤植物依附，需选择大孔径隔离网，若不存在牵藤植物依附，可以选择小孔径隔离网。基于公路交叉口风荷载计算出具体的隔离栅截面积，通过隔离栅截面面积选择支柱尺寸，可参考表6 数据。

表6 隔离栅支柱截面尺寸要求

4.3.2 隔离栅防腐处理

隔离栅受到腐蚀会增大公路交叉口交通安全事故风险。隔离栅主要受电化学腐蚀，阳极上的金属失去电子，并与周围溶液融合，脱离金属束缚，电子由阳极转换至阴极，随后电子与阴极物质发生化学反应，生成相应的还原物，进而腐蚀隔离栅。可结合其腐蚀反应原理，采取针对性的防腐处理措施，如金属热喷涂料保护、表面预处理技术等，提升隔离栅腐蚀防治效果，提升其耐用性。

5 结语

综上所述，在城市化深入发展背景下，城市交通安全问题备受关注，由于公路交叉口交通安全风险等级较高，为有效降低公路交叉口交通安全事故发生率，需要积极开展公路交叉口交通工程设施优化设计，基于适宜性原则，优化公路交叉口控制方式、公路交叉口车道等，通过合理调整标志认读距离、反应距离、行动距离、视认距离、消失距离等参数，优化交通标志设计，并积极开展隔离栅防腐处理，以有效提升公路交叉口交通工程设施设计效果，促进我国交通事业稳定发展。