主线分离式平面交叉口优化研究

龙家彦　邹智军　陈利霖

(同济大学交通运输工程学院　上海　201804)

主线分离式平面交叉口优化研究

龙家彦邹智军陈利霖

(同济大学交通运输工程学院上海201804)

摘要由于下穿隧道或跨线桥的结构限制等因素影响，主线分离式平面交叉口的交通特性与常规十字交叉口有所区别。通过对主线分离式平面交叉口的布局特点及交通特性进行分析，对该类交叉口信号配时、渠化设计、交通组织等方面进行组合优化研究。并选择实例交叉口，利用Vissim进行模拟仿真及评价，仿真结果表明，组合优化设计对实例交叉口的交通运行有改善作用。

关键词主线分离式平面交叉口交通设计组合优化仿真评价

在城市中，交叉口往往是交通系统及道路网络的瓶颈，是高峰时段城市交通拥堵的主要堵点[1-2]。为了舒缓城市内部高峰期交通拥堵状况，近年来，越来越多的城市修建了主线分离式的立体交叉口。主线分离式平面交叉口由于下穿隧道或跨线桥结构的影响，其布局及车流转向流线受到严重限制，同时各进口道交通流向和流量不均衡，因此有必要对主线分离式的平面交叉口进行优化设计，从而提高其运行效率和安全。本文在充分参考前人研究成果的基础上，结合对主线分离式平面交叉口交通流特性的分析，从信号配时、渠化设计、安全保障等交叉口交通设计要素入手进行优化研究，最后结合实例交叉口，使用Vissim仿真软件进行模拟仿真分析。

1　交叉口优化研究

1.1主线分离式平面交叉形式

根据主线设计标高与平面交叉口的关系，可将主线分离式立交分为上跨式和下穿式2种。

(1) 上跨式。主线方向直行道路的设计标高高于平面交叉口，使之与次要道路分离(主要道路方向直行交通经交叉口上方通过)。

(2) 下穿式。主线方向直行道路的设计标高低于平面交叉口，主要道路方向直行车流经过下穿隧道通过交叉口。

主线分离式立交形式见图1。

图1　主线分离式立体交叉示意图

1.2配时方案优化原则

相位设置：由于下穿隧道或跨线桥结构的影响，左转车辆与一般交叉口相比需要更大的转弯半径。为保证行驶安全，左转车辆需要以较低的车速通过交叉口，因此在左转相位的时间分配上需要对此因素进行考虑，保证左转车辆拥有充分的通行时间。

对于主线方向辅道不设直行车道的分离式平面交叉口，由于冲突点较少，车流运行相对简单，可考虑采用三相位信号配时，从时间上分离主线方向左转与次要道路方向直行的车流。

而对于主线方向辅道允许直行的分离式平面交叉口，冲突点与常规交叉口相同，可采用四相位信号配时。

1.3车道划分及渠化设计

对于主线分离式平面交叉口，主线方向由于有下穿隧道或上跨立交，在满足公交车辆通行的前提下，平面交叉口处主线方向进口道可根据需要减少甚至取消设置直行车道，将更多通行空间留给转向机动车、非机动车及行人。

由于下穿隧道或跨线桥的结构限制要求，通过主线分离式平面交叉口的车辆左转时，转弯半径要比常规十字交叉口大。在较高交通量的情况下，甚至可达75m×30m，这使得交叉口主线方向的左转车流几乎是以斜直线的方式出入交叉口[3]。因此次要道路上的中央分隔带应尽可能地向交叉口前移，减少路口敞开区域的尺寸，同时设置导流线规范左转车辆行驶轨迹，在条件允许时设置物理导流岛，引导驾驶员识别正确行车路线。

由于主线方向中央分隔带需要考虑结构要求，设计限制较多，因此次要道路的中央分隔带是交叉口交通导流渠化的重点。为了在交叉口处拓宽进口道设置专用左转车道，次要道路上的中央分隔带在设计时往往具有一定宽度要求，同时次要道路中央分隔带对主线方向的左转车流也起到了转向导流的作用。

1.4交通安全设计

由于主线分离式平面交叉口具有布局特殊、车流量集中、主线方向道路较宽等特点，因此必须采用科学的交通工程措施来保证交叉口交通安全运行。

(1) 主线分离式平面交叉主线方向道路的宽度较宽，因此可考虑利用中央分隔带或以标线的形式划出足够宽度的路中安全岛，保证行人和非机动车二次过街的安全。

(2) 主线方向辅道沿线应采用分隔栏、分隔带等工程手段设置机非分隔设施，在分隔设施出入口处，应设置明显标志标记。

(3) 主线分离式平面交叉由于交叉口布局特殊，主线方向左转车流转弯半径较大，因此中央分隔带和导流岛均应采用低高度绿化，保证开阔的行车视野。而分隔带、导流岛及交通岛的边缘可考虑采用花坛式护坎、钢制防撞护栏等形式布设，并设置交通引导标志标线，降低碰撞事故的危险程度。

(4) 主线立交范围内，地面辅道两侧应限制设置建筑物进出口，减少进出口交通与通过车辆分流汇入造成的交通紊乱，同时主线方向辅道以及交叉口范围内严格禁止路边停车。

2　实例应用

2.1评价指标体系

本文选择以下几个主要指标来分析说明案例交叉口的交通运行状况。

交叉口排队长度能有效反映进入交叉口的车流运行状况，它对评价交叉口的运行状况、衡量交通拥挤的严重程度以及现有信号配时方案的优劣有重要意义[4]。

停车次数是指当车辆进入交叉口范围，处于排队状态后的总停车次数。

平均延误，指通过交叉口的所有车辆平均每辆车的延误时间，反映出交叉口拥挤状况。

交叉口服务水平以HCM2000中，关于交叉口服务水平的度量标准确定,见表1。

表1　平均车辆延误与交叉口服务水平

2.2现状仿真分析

江门市迎宾大道与建设路交叉口是市区重要交通节点，其中建设路是承担进出城交通的主要干道，迎宾大道则是重要的环城主干道，两者路段均为4幅路。建设路在交叉口处被改造成南北向的下穿隧道，两侧预留辅道和迎宾大道形成平面交叉。

通过调查及观测，现阶段建设路—迎宾大道交叉口主要存在以下交通问题。

(1) 交叉口渠化设计不合理。平面交叉口主线方向未设置扩展车道，中央分隔带设置不合理，缺乏左转导流线，影响车辆通行；分隔带调头开口距离停车线较近，高峰时期造成拥堵。

(2) 建设路与迎宾大道均是城市主要交通干道，交叉口交通量较大，且有18条公交线路通过该交叉口，高峰时期公交车辆对交叉口车辆通行造成一定影响。

选择工作日对该交叉口进行交通调查，然后利用Vissim对现状交叉口进行模拟仿真。表2是模拟仿真结果，与交叉口运行现状情况比较吻合。

表2　现状模拟仿真结果

仿真结果显示，高峰时段该交叉口服务水平相对较低，尤其东进口和西进口，排队长度与车均延误较大，其余进口道的车辆也有不同程度的排队与延误。仿真结果与观测交叉口运行现状情况较为吻合。

2.3优化方案评价

(1) 车道功能划分及交叉口渠化设计。高峰时期，交叉口东进口左转车流量较大，占到东进口总交通量的45%，现状车道数难以满足交通需要，因此压缩道路中央分隔带宽度，增加一条左转车道；将各进口的中央分隔带调头开口适当往交叉口上游挪动设置，防止左转车辆排队过长造成拥堵；对各进口右转导流岛尺寸进行优化，增设行人过街安全岛；完善交通标志标线，提前指示路段车辆选择车道运行，减少车辆在靠近进口道处进行车道变换，同时在交叉口内增设导流线，引导车辆转弯轨迹。

图2为优化后交叉口几何示意图。

图2　优化后交叉口示意图

(2) 交通组织优化。主线方向可考虑只允许私人小汽车转向，限制社会车辆通过平面交叉口直行，减少交叉口交通运行的冲突。重新布置靠近交叉口的公交车站，使公交车辆有足够的时间和距离变换车道，减少因停车换道对社会车辆的延阻。

(3) 信号配时优化。根据该主线分离式平面交叉口交通流量流向的实际情况，并结合各进口道公交车到达及线路走向对信号周期和相位时长进行配时优化，优化后交叉口信号周期为120s，相位配时图见图3，配时方案见表3。

图3　相位配时图

相位相位一相位二相位三相位四黄灯全红时长/s1632223434

采用Vissim对优化方案进行模拟仿真，表4和表5分别为优化后与现状的交叉口仿真评价对比表。

表4　排队长度对比表

表5　交叉口延误对比表

由表5和表6可见，经过交通设计组合优化后的案例交叉口的平均车延误从58.55s下降到50.0s，整体服务水平也提升为D级。同时，各进口道的平均车延误也都有所减少，其中以东进口最为明显，由98.1s下降至77.4s，延误时间减少了20.7s，进口道服务水平从F级提升为E级，南进口和北进口的服务水平也提升到C级和D级，西进口延误时间略有减少。平均排队长度和最大排队长度方面，除了南进口略有增加以外，其余各进口均有所减少，其中东进口改善最为突出。从分析结果来看，案例交叉口总体服务水平有所提升。

3　结语

由于结构限制，主线分离式平面交叉口自身的几何特征具有局限性，造成交通运行的不利因素。针对这类日益增多的交叉口形式，从信号配时、渠化设计、交通组织等交通设计因素进行组合优化的研究，并结合实例交叉口，利用微观交通仿真软件Vissim进行仿真分析，结果显示该交叉口交通运行有一定改善，说明组合优化方法对该类交叉口具有一定的实用性。

参考文献

[1]陈帅,焦朋朋,杜林.平面交叉口优化方法及其适用性研究[J].交通信息与安全,2013(3):53-56,59.

[2]张国强,张清源,亓玉礼.信号控制平面交叉口非机动车交通安全分析[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2014(4):705-708.

[3]陈通.主线分离式平面交叉通行能力研究[D].西安：长安大学,2009.

[4]隽志才,魏丽英,李江.信号交叉口排队长度宏观模拟的自适应分析法[J].中国公路学报,2000(1):80-83.

收稿日期：2015-03-16

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.042