多路交叉口改善设计方法研究

李尚辉，张正雄，潘瑞春，涂美珍

(1.福建农林大学交通与土木工程学院，福建　福州　350002；2.福州市规划设计研究院，福建　福州　350108)



多路交叉口改善设计方法研究

李尚辉1，张正雄1，潘瑞春2，涂美珍1

(1.福建农林大学交通与土木工程学院，福建福州350002；2.福州市规划设计研究院，福建福州350108)

李尚辉(1989—)，硕士研究生，研究方向：道路工程；

张正雄(1961—)，教授，博士，博士生导师，主要研究方向：交通运输规划，道路工程；

潘瑞春(1961—)，教授级高工，主要研究方向：公路与城市道路规划；

涂美珍(1990—)，硕士研究生，研究方向：道路与建筑工程。

国家自然科学基金项目(30972359)；福建省林业厅科技项目(闽林科〔2014〕2号，闽林科〔2012〕2号)；漳平五一林场横向合作项目基金(KH1400850)；福建农林大学高水平大学建设资助项目(113-612014018，107-612014017)

摘要：文章针对多路交叉口自身的特点，分析多路交叉口存在的主要问题，进而提出了多路交叉口改善设计的主要方法和思路，并结合莆田市324国道兰溪街六路交叉口交通治理工程实例，通过仿真模拟，验证了该多路交叉口改善方法的有效性和实用性。

关键词：多路交叉口；交通治理；改善设计；仿真；方法研究

0引言

交叉口作为城市路网的节点，为交通的转向提供了可能，但是交叉口行车条件复杂多变，对驾驶者的要求比一般路段更高，属于城市交通的咽喉地带。据统计，在交叉口通行效率上，平面交叉口的通行能力不足路段的50%，车辆在交叉口处的延误时间约占全程延误时间的31%[1]，更为严重的是，通行效率低下造成的空气污染、能源浪费等现象对社会产生了深远影响。

而由于规划设计不当、用地条件限制，城市道路路网中会出现由五条或五条以上不同等级道路交汇而成的多路交叉口。由于多路交叉口车辆转向比一般的三路、四路交叉口多，直接增加了路口内冲突点。此外，多路交叉口面积往往比较大，渠化困难，无法保证车辆按秩序通行，易造成交叉口内车辆通行紊乱。由此可见，多路交叉口自身的复杂性决定了此类交叉口行车安全性不足以及容易发生交通拥堵现象。因此，需要对多路交叉口进行科学合理的设计以满足城市路网交通转换需求。

1多路交叉口存在的主要问题

多路交叉口的几何特征决定了其存在问题的多样性，主要表现在以下几个方面：

(1)相交角度过小，交叉口不规则

由于规划、设计不当以及城市用地的限制，存在两条道路交角<75°甚至更小的交叉口，交角过小造成行车视线差，转弯线形不顺畅，给驾驶员的判断和操作带来很大困难。不仅如此，对转弯车道的宽度要求也更高[2-3]。

(2)道路不对称，等级不一致

交叉口进口道与出口道不对称，各道路等级不一致形成的畸形交叉口由于其走向、线形怪异，易导致驾驶员操作失误[4]。

(3)相交道路过多，交叉口面积大

相交道路多，相邻出口道距离较近且横断面类型相似时车辆容易误入其道。交叉口面积大，车辆乱穿插，交通组织非常困难，渠化和管理方面不易实施[5]。

(4)冲突点多，相互干扰严重

多路交叉口交通条件复杂，交通流量大、流向多，各道路汇入路口交通量不均匀，交叉口内冲突点多，各车辆互相干扰，行车安全性差[6]。

(5)行人及非机动车通过交叉口困难，耗时大

在多路交叉口处，部分行人、非机动车要通往目的地，需要穿越多条道路，过街困难。同时通行距离大，消耗时间多，增加了与机动车冲突的机率，对提高行人、非机动车的安全性不利[7]。

(6)信号灯配时困难，相位设置难于合理[8]

多路交叉口流向多，对其采取信号控制时，往往需设置多个相位，给相序设计、配时带来困难。

2多路交叉口的设计方法及改善思路

2.1　多路交叉口的改造设计方法

多路交叉口的交通组织比一般的三路、四路畸形交叉口更加繁琐复杂，在改造过程中采用的原理是“化繁为简”“化异为标”。

(1)多路交叉口改造尽量标准化、规范化

多路交叉口往往存在一条至两条支路的情况，在保证交通可以利用其它路径到达时，主路可改造成标准的十字交叉口，支路采取适当的工程措施和交通控制措施，使支路与相邻道路做并线处理，与主路合并为一条道路，使交通流单纯化，同时还可以对合并的两条道路做相同的相位控制[9-10]。

(a)改造前交叉口

(b)改造后交叉口

五路交叉口改造前后对比图见图1，改造后，支路先与主路交汇，使五路交叉变为较为规则的十字交叉，同时加以交通控制，支路只允许右进右出，对十字交叉路口进行信号控制。

(2)将大面积的交叉口分割成两个较规则的交叉口

多条道路相交形成的交叉口面积往往非常大，可考虑将其分割成两个较规则交叉口，并结合交通渠化或信号控制加以管理，保证车流的连续性。

图2　合理设计交叉口面积示意图

图2为典型的多路交叉口，由六条等级不同道路交汇而成，此路口面积大，可考虑把这类交叉口改造为两个较简单路口。左侧A、B、C与环岛路组成标准十字路口加以信号控制，右侧D、E、F实行右进右出的控制方式，均能与A、C主干道实现交通转换，行车秩序良好。

(3)优化交通组织设计

根据多路交叉口交通运行特征，采取合适的交通组织方式对某些道路进行管理控制，如只允许单向通行、禁止左转、只准右进右出等形式。减少次要车流对主要车流的影响，提高交叉口通行效率[11]。

图3　六路交叉口交通组织设计示意图

图4　五路交叉口交通组织设计示意图

图3为六路交叉口，其中四条主干道两条支路，支路交通量小，对其交通组织设计只允许驶离交叉口单向通行，简化交叉口内交通流线，避免了支路交通与主要道路产生的冲突，从而提高安全性；图4同样对两条支路采取右进右出组织方式，减少对主路交通的干扰，四条主干道交汇近似形成十字交叉，可结合信号灯控制。图3~4都是利用对支路进行交通组织设计，间接减少相交道路数量。

(4)对交叉口环岛进行十字化改造

车辆通过环岛路口所需时间长，不利于车辆快速通过节点，此外车辆进入环岛时会与岛内车流形成合流交汇，驶离环岛进行分流二次交汇，严重影响通行效率。采用信号控制环岛，高峰期一个绿灯时间内车队往往无法全部通过交叉口，形成“尾大不掉”现象，影响其他相位的绿灯效率，一般环岛高峰小时交通量>3 000时宜去掉环岛，改造为平面交叉口。

下页图5(a)所示为五路环岛控制交叉口，无信号控制，高峰时段，环岛交叉口各进口道车辆在无信号控制下进入或驶离环岛后，与岛内车辆形成合流与分流交织，同时环岛面积大，车队易出现“尾大不掉”现象，使得整个环岛延误增大。图5(b)为改造后交叉口，首先取消环岛控制，改为十字交叉口，利用渠化减小交叉口面积，增加信号控制，支路采用右进右出交通组织方式，改造后保证了四条主路车流的通行效率。

(a)

(b)

2.2　多路交叉口改造的基本思路与流程

多路交叉口改造的基本思路是：(1)对现状交叉口进行全面调查，获取交叉口基础信息和资料，包括交叉口几何形状，各相交道路等级、交通量等；(2)以这些资料为基础，分析多路交叉口的特点，归纳总结其存在的主要问题；(3)综合运用各种交叉口治理措施，提出相应的改善策略，并进行仿真模拟。改造的具体流程见图6。

图6　多路交叉口改善流程图

3多路交叉口改造的应用实例

3.1　多路交叉口概况

该交叉口由莆田市324国道与北侧广化路、南门西路及筱塘街三条支路、南侧兰溪街支路相交，构成六路交叉口，其中324国道为城市主干道，道路规划红线为40 m，设计速度为60 km/h，全线双向六车道，设置人行道和非机动车道。4条支路远期均规划为城市支路，各支路情况见表1。

表1　兰溪街交叉口各支路基本情况汇总表

现状采用无信号控制方式，南北侧设置4个渠化岛，北侧支路均为右进右出，南侧支路为减速让行国道324主路，见图7。

图7　兰溪街交叉口现状渠化图

为了解现状交通量数据以及交通拥挤的情况，对现状交通流的数据进行调查、统计、整理，结果见表2。

表2　现状交叉口交通量调查表

3.2　现状交叉口问题分析

(1)从交通流量调查情况可知，现状进入交叉口的高峰小时交通量为3 441 pcu/h，主要分布在东西向324国道上，而南北侧支路交通量较小。现状交叉口采用无信号灯控制，南侧、北侧支路流量所占的比例尽管不大，但彼此之间确有交通转换需求，因而高峰时段对主干路影响较大。

(2)各路段机非混行，机动车、非机动车及行人路权不分明，冲突点不仅是机动车之间，还包括机非冲突、机动车与行人冲突，导致冲突点较多、冲突面积大，安全性低。

(3)交叉口畸形，南门西路、广化路与主干道交角都<45°，转向困难，在渠化措施不完善的情况下增加了驾驶员操作难度。

(4)交叉口控制不严，各方向交通转向不受限制，高峰时段交通严重混乱。此外，路口内缺少该有的渠化，交通组织无序，各向车流无法按固有的交通规则行驶。

(5)现状交通量为3 441 pcu/h，高峰小时饱和度已达到0.88，最大延误达到70 s，拥堵严重。路口较多，转向不明朗，车辆行驶速度慢，并且交叉口面积大，降低了交叉口通行能力和服务水平。

3.3　改善措施

3.3.1工程措施

(1)北侧路口面积较大而无渠化，大面积的道路空间处于闲置状态无法得到充分利用。在三条支路之间新建“倒长颈瓶”环岛，适当减小路口面积，同时可将此三条支路整合作为一个进口的十字主交叉路口。环岛内采取绿化措施，在使交通流有序通往路口同时改善交叉口景观，见图8。

图8　兰溪街交叉口改造后渠化图

(2)北侧各支路进口道处新建交通岛，以分配各车流的路权，同时减少交通冲突，保证交通流的有序通行。

(3)临近交叉口时，各支路增设中央隔离带，减小对象交通间的相互干扰和行人随意穿越道路对机动车通行的影响，同时限制路段上乱调头现象。

(4)各道路临近交叉口处增设相应的交通标志牌，与交通渠化、交通管制相互协调。

3.3.2交通组织措施

北侧三条支路之间的交通流通过环岛转换，北进口设置允许调头标志，使广化路通往筱塘南街、南门西路交通流在北侧调头区实现。

3.3.3渠化措施

(1)对相交道路车道宽度、车道功能进行科学、合理的分配。

(2)适当把交叉口停车线、人行横道往前移，缩小交叉口面积，减小车辆通往交叉口的时间。

(3)十字路口南北方向车流设置左转弯待转区，在有限的时间内增加左转弯车流通往交叉口的数量。

3.3.4信号控制

畸形交叉口要进行合理的相位相序设计，确保相位的简单明确及相序的衔接[12-13]。北侧三条支路整合一条进口道与主路构成十字交叉口，对此规则路口进行信号配时设计，以减小交叉口延误，合理分配时间路权，信号配时方案见图9。

图9　改造设计信号配时图

3.4　交叉口改善效果评价

改善后利用vissim交通微观仿真系统对兰溪街六路交叉口模拟[14]，见图10。

图10　改造设计方案仿真模拟图

仿真后输出基本交通参数，对比改造前后交通通行状况，分析结果见表3。

表3　交叉口改造前后平均延误表(s/veh)

从表3可以看出，运用本文提出的改善方法，对交叉口进行交通组织优化设计，分离冲突点，缩小交叉口面积，采用信号控制等多项措施改造之后，交叉口延误比改造前明显减小，如西进口G324的延误减小达47.92%。

4结语

多路交叉口改造设计是一个综合性很强的专项课题，目前国内研究较多的是一般道路节点的改造。本文论述了多路交叉口存在的问题及改造方法，并通过工程措施、交通组织措施、渠化措施、信号控制措施等的综合和仿真分析，对莆田市兰溪街六路交叉口现存问题进行整合治理和改善，取得了较好的改造效果。

参考文献

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[14]任其亮，刘博航.交通仿真[M].北京：人民交通出版社，2013.

Research on Multi-way Intersection Improvement Design Methods

LI Shang-hui1，ZHANG Zheng-xiong1，PAN Rui-chun2，TU Mei-zhen1

(1.College of Transportation and Civil Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian，350002；2.Fuzhou Planning Design and Research Institute，Fuzhou，Fujian，350108)

Abstract：Aiming at the characteristics of multi-way intersections，this article analyzed the main prob-lems existing in multi-way intersections，and then proposed the main methods and ideas for the im-provement design of multi-way intersections，and combined with Lanxi Street six-way intersection traffic control engineering practices of State Road 324 in Putian City，through the simulation，it verified the ef-fectiveness and practicality of this multi-way intersection improvement method.

Keywords：Multi-way intersection；Traffic control；Improvement design；Simulation；Method research

收稿日期：2015-07-03

文章编号：1673-4874(2015)08-0001-06

中图分类号：U412.35

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.001

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