三种典型的交叉口模式的适用性分析

徐汉清，张志学，赵 巍

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

0 引言

随着我国经济社会的快速发展，城市道路交通进入了高速机动化与相当部分慢行并存的新时代，由此带来了土地利用、环境污染、交通阻塞和交通安全等一些列问题。为从交叉口层面缓解这些问题，本文立足于交叉口的设计模式开展相关研究。

交叉口是城市道路的重要组成部分，通过技术手段提高交叉口的通行效率和安全水平是交叉口交通设计与治理的重点之一[1]。在不同的道路条件、交通条件和控制条件情况下选择合适的交叉口的模式，可有效提高交叉口的通行效率和安全性。本文通过在相同条件下对同一交叉口分别采取三种典型的交叉口设计模式进行仿真分析，从效率与安全方面分析不同模式的交叉口的优缺点与适用性，为设计者合理选择交叉口设计模式提供科学的依据。

目前，国内部分专家学者对不同交叉口模式进行了研究，国内针对不同模式的适用性研究主要包括：

（1）侧重分析不同模式适用的交叉口的道路条件，而未定量分析动态交通条件、控制条件等对交叉口通行效率和安全性的影响[2]。

（2）定量分析不同模式交叉口在不同控制条件下的安全性，但未考虑动态交通条件，同时缺乏对交叉口进行通行效率分析[3-4]。

（3）研究不同交叉口模式在特定信号控制条件下的通行效率，但未考虑动态控制条件及不同模式对交叉口安全性的影响[5]。

在国外研究中，由于国外交通发展相对成熟的欧美、日本等国家并没有采用国内交叉口常用的交叉口设计模型—慢行（非机动车和行人交通）交通一体化模式，所以国外研究主要与机动车与非机动车一体化模式有关，缺乏对慢行交通一体化模式的研究。

综上，现有研究的特点主要包括：

（1）设计模式的适用条件以两相位信号控制交叉口为主，缺乏对四相位信号控制交叉口的分析。

（2）对机动车与非机动车一体化模式下的交叉口通行效率和安全性研究较多，慢行交通一体化研究偏少。

（3）不同模式交叉口研究中，往往侧重效率与安全中的某一方面，缺乏对两者的综合考虑。

基于上述情况，为进一步完善交叉口模式相关的研究，为交通工作者合理选择交叉口设计模式提供更为充分和科学的依据，本文在四相位信号控制条件下，分别选取无三角岛、有三角岛且非机动车二次过街（即慢行交通一体化模式）和两者的过渡情况即有三角岛且非机动车一次过街（非机动车与机动车一体化模式）三种模式，并从交叉口通行效率和安全性两方面分析三种模式的适用性。

1 三种模型的定性分析

现在城市信号控制交叉口普遍采用的模式有两种:无三角岛交叉口和有三角岛交叉口。图1为无三角岛交叉口的实际交叉口图片和CAD示意图。图2为有三角岛交叉口，又可根据三角岛类型分为划线岛和实体岛。其中，图2为划线岛，采用的模式是有三角岛且非机动车二次过街；图3为实体岛，采用的模式是有三角岛且非机动车一次过街。

图1 无三角岛交叉口

图2 有三角岛且非机动车二次过街交叉口

图3 有三角岛且非机动车一次过街交叉口

对于无三角岛和有三角岛设计的大型交叉口，图4显示了两者交叉口范围的比较，可以看出，无三角岛设计的交叉口面积要大于有三角岛设计的交叉口。其优缺点对比见表1。

图4 有无三角交叉口范围示意图

表1 无三角岛和有三角岛交叉口优缺点对比

其中，渠化导流能够对车辆流线进行引导，同时采取平面交叉口应利用交通渠化理顺各种交通流，以达到各行其道，从而达到畅通和安全的目的。其主要模式为划线渠化和实体渠化。

2 三种模式的定量分析

2.1 评价方法与指标

为定量的评价交叉口不同空间布局模式的效率和安全性，本研究采取的方法是VISSIM建模。分别建立无三角岛交叉口、有三角岛且非机动车二次过街交叉口以及有三角岛且非机动车一次过街交叉口这三种形式的VISSIM仿真模型，图5为仿真建立的不同形式的交叉口。

图5 VISSIM仿真模型示意图

本研究采用的评价指标是机动车平均延误和冲突数。通过仿真机动车、非机动车以及行人的高、中、低三种流量模式下的交叉口运行情况，获取机动车平均延误时间和总冲突数分别评价交叉口效率和安全性，从而分析各种空间布局形式的适用条件。

2.2 建模过程

利用VISSIM建立图1～图3中三种情况下的微观仿真模型，见图5。采用控制变量法，使三种模型在不同流量水平下，分别评价机动车平均延误和模型总冲突变化情况。表2为本研究分别设定机动车的三种流量水平。

表2 仿真建模流量

值得注意的是，为了减少右转车与行人、非机动车的冲突，在有三角岛的两种模式中，在右转车道上设置右转车信号灯，其绿灯时间与两个方向的左转车绿灯时间相同，相应地行人上下岛也设置信号灯，其路等时间与右转信号灯相反，而对无三角岛的情况，则不设置信号灯，而设置成机动车让行人和非机动车。

这样设置的原因是：在无三角岛的情况下，行人和非机动车受到信号灯控制，通过交叉口时往往比较集中，所以与右转车之间的冲突相对较少，不需要设置专门的右转信号灯；在有三角岛的情况下，因为行人跟非机动车的总量相加较大，且进入三角岛之后才受信号灯控制，而在进入三角岛之前比较分散，所以跟右转车之间的冲突较多，为了非机动车跟行人安全，需要设置右转信号灯及相应的行人和非机动车上下岛信号灯。在有三角岛的情况下设置上述的信号灯，能使右转机动车流跟慢行交通流安全有序，增加了慢行交通的延误时间，但是有效地减少了右转车和慢行交通的冲突，提高了安全性。

2.3 延误评价分析

图6为无三角岛时的不同自行车和行人流量条件下的机动车平均延误变化情况。从图上可以看出，非机动车流量变化对机动车平均延误的影响很小，机动车平均维持稳定值。行人流量对于交叉口的机动车通行效率有着一定地影响。随着行人流量的增加，机动车平均延误也在小幅度的提高。因为非机动车跟机动车一体化过街，所以非机动车对机动车的平均延误影响较小，同时右转车需要避让行人，所以行人流量的大小对机动车延误有一定影响。

图7为有三角岛且非机动车二次过街时机动车的平均延误变化。当使用这种空间布局模式时，机动车流量上升，机动车平均延误小幅度 提高；而行人、非机动车对于机动车延误的影响并不明显，延误在30s左右浮动。因为非机动车采用跟行人一体化的方式过街，所以非机动车对机动车平均延误的影响效果跟行人一样，同时因为信号控制的原因，行人跟非机动车在相应的绿灯时间通过交叉口，在时间上分离开来，所以其交通量的大小对机动车通行没有直接影响。

图8为采用非机动车不通过三角岛的渠化形式时的机动车延误变化。可以看出，这种渠化形式下，行人流量变化对于机动车的延误几乎没有影响。非机动车和机动车流量的增加会一定程度上增大机动车的延误。因为信号控制的原因，行人在相应的绿灯时间通过交叉口，在时间上分离开来，所以其交通量的大小对机动车通行没有直接影响。

图6 无三角岛时机动车延误变化

图7 非机动车二次过街时机动车平均延误变化

图8 非机动车一次过街时机动车延误变化

2.4 冲突评价分析

图9所示为机动车、非机动车和行人分别为高、中、低三种流量水平时的平均冲突值。从中可以看出，采用非机动车跟机动车一体化过街的形式时，交叉口运行的小时冲突数最少，而不设置三角岛的交叉口冲突数最多。当非机动车跟机动车一体化过街，在信号控制等因素的作用下，这两者间的冲突较少，所以总体冲突较少。当设置三角岛时，因为右转车跟慢行交通流有相应的信号灯控制，所以冲突数较少。

3 结论

图9 冲突数对比

综合考虑三角岛对交叉口各种交通流的影响，在充分发挥三角岛优势的同时，规避其对行人、非机动车的不利影响因素，得出以下基本结论：在交叉口设置过街三角岛能够有效降低交通运行的冲突数，提高交叉口的安全性。从效率上讲，设置有三角岛的交叉口，其通行效率受行人流量影响较小。当机动车和非机动车流量处于较低水平（本文中取值为直行500 pcu/h/lane，左转167 pcu/h/lane）时，机动车平均延误较低，建议采用“有三角岛非机动车二次过街”的渠化交叉口运行模式。非机动车流量较低时，采用常规的渠化三角岛能够有效的提高交叉口的运行效率。而且渠化形式能够规范车辆行驶轨迹，减少行人通行的距离，提高交叉口的安全性。当机动车和非机动车流量处于中、高水平时，建议采用“有三角岛非机动车一次过街”的渠化形式，其安全与效率的综合效益较高。

[1]广东省绿道网建设总体规划项目组.广东省绿道网建设总体规划(2011-2015年)[EB/OL].2012-05-31.

[2]深圳市北林苑景观及建筑规划设计院有限公司.珠三角绿道网络化专题研究(过程稿)[R].深圳:深圳市北林苑景观及建筑规划设计院有限公司,2010.

[3]美国、加拿大绿道规划建设考察组.美国、加拿大绿道规划建设情况考察报告[J].城市与区域规划,2012(S1):5.

[4]徐文辉.生态浙江省域绿道网规划实践[J].规划师,2005,21(5):70-72.

[5]广东省住房和城乡建设厅.印发绿道连接线建设及绿道与道路交叉路段建设技术指引的通知 (粤建规函 [2010]501号)[Z].广州:广东省住房和城乡建设厅,2010.