城市道路环形交叉口改十字信号交叉口案例分析

苏春敏，洪启智，周新年，周成军，刘富万，卢秀琳，赖阿红

（福建农林大学交通与土木工程学院，福建福州　350002）

城市道路环形交叉口改十字信号交叉口案例分析

苏春敏，洪启智，周新年，周成军，刘富万，卢秀琳，赖阿红

（福建农林大学交通与土木工程学院，福建福州350002）

结合福州市罗星西路与青洲路环形交叉口改造工程，经多方案、多因素比选确定环形交叉口改为十字信号交叉口方案.详细分析了此城市环形交叉口改为十字信号交叉口案例，利用理论计算饱和度与Vissim仿真相结合的定量分析方法进行验证.结果显示:该优化设计方案可以显著提高交叉口的通行效率；在交叉口景观设计方面，提出渠化岛植树思路，分析了渠化岛植树的效益及适用条件，阐述了植树位置、树种配置、行车横向净距、行车安全净空及相应交通管制措施的要求，以适应特殊地区的交叉口景观设计，为渠化岛上等待信号灯过马路的行人及非机动车驾驶者遮阴纳凉.

环形交叉口；十字信号交叉口；交通仿真；上跨下穿；景观设计

【引用格式】苏春敏，洪启智，周新年，等.城市道路环形交叉口改十字信号交叉口案例分析［J］.北华大学学报（自然科学版），2016，17（3）:402-408.

目前，城市交通出行问题日益严重，无论是对各类车辆限速限行的分流控制，还是对交叉口交通信号配时方案的优化，都旨在缓解大中城市道路交通拥堵状况.随着机动车保有量的持续上升，道路通行能力已临近饱和，上下班高峰时段更是趋于瘫痪状态.研究者将环形交叉口改造归纳为3种方案.

方案1:拆除环岛，设置渠化岛和右转专用车道.具体措施包括按《城市道路交叉口设计规程》中规定的设计车速、车型及行车轨迹拓宽道路进口道、增加进口车道数；设置交通岛；开辟右转专用车道；按《道路交通标志标线》设置交通标志标线；实行多相位信号控制.

方案2:增加信号控制.根据环形交叉口可容纳的交通空间，按其左转控制方式的不同，可以分为一般信号控制、左转1次信号控制、左转2次信号控制［1-2］.直径或长轴大于100m的环形交叉口，由于交织段较长，左转车辆可利用交织段进行停车排队，一般采取左转2次信号控制方式与两相位信号放行方式［3-4］.

方案3:立交，主要包括环形立体交叉和一般平面立体交叉.环形立体交叉在保留环岛情况下，使交通量大的主干路上跨或下穿环岛.根据不同的道路等级、交通量与地区，相交道路可分为两层式、三层式和多层式，而一般平面立体交叉是将环岛拆除.

本研究通过考察上述3个方案对实际环形交叉口进行改造，通过比较通行能力、工程量及造价3个指标来选取最佳方案，并在交叉口景观设计方面提出渠化岛植树的思路.

1　交叉口概况

1.1交叉口及周边环境

福州市马尾区罗星西路与青洲路环形交叉口的半径为20m，各道路红线宽度均为40m，双向四车道.环形交叉口道路现状见表1，交通组织平面图见图1.大量装载集装箱的大型拖挂车、货车从G104国道驶入，经过罗星西路与青洲路环形交叉口开往福州保税区①；罗星中路北与青洲路东象限区域有海峡水产品交易中心②；罗星中路北还有盛辉物流集团③、正大集团大福公司④等；青洲路西与罗星西路南象限区域在建青年活动中心⑤、城市中心广场⑥、中环广场⑦都吸引了大量人流、车流.在缺乏有效交通控制设施与交通管理措施情况下，该交叉口已成为马尾区的交通瓶颈.

表1　环形交叉口道路现状Tab.1　Road situation of roundabouts

1.2进口道交通流量

将2015年9月10日测得的交通流量换算成当量小客车流量（pcu/h）［5-6］，再按弹性系数法预测，得到设计年限各进口道机动车高峰流量，见表2.

表2　各进口道机动车高峰流量Tab.2　Peak hour flow of vehicle on all approaches

1.3交通问题

交叉口处交通标线损坏严重且未及时重新施画，交通量以大型拖挂车、货车为主，导致入环车辆与环道车辆往往不在相应的车道上行驶，易造成交通事故.

高峰时段，机动车、非机动车与人流集聚此处，由于缺乏必要的交通管理设施，路权分配不清晰，导致非机动车和行人秩序混乱，严重阻碍机动车的有效通行，造成了安全隐患.

调查发现:进出口道的车道数量、通行能力不能匹配，特别是青洲路西进口道、罗星中路北进口道的拖挂车和货车，分别占该相位总交通量的30%和38%，经常造成该方向的交通拥堵.

2　环形交叉口方案比选

根据环形交叉口的3个基本改造方案，在立项过程中，交通工程师、道路工程师和造价师等综合分析各项因素，对3个方案在工程量、造价与通行能力等方面进行对比，结果表明:环形交叉口半径为20m，大型拖挂车、货车比例大，行驶轨迹长，方案2只适宜选择一般信号控制的环形交叉口，虽然造价最低，工程量小，占地少，能缓解环岛交通秩序问题，但对于通行能力的提高效果不大，因此不可行；方案3可以显著提高交叉口的通行能力，但受到道路红线宽度限制，改造拆迁量过大，因此可行性较小；按方案1改造后，交叉口的通行能力介于两者之间，但其在工程量、造价等方面都可满足需求，所以将方案1作为工程改造方案.方案比选见表3.

3　交通组织及优化设计

3.1交通组织与渠化设计

根据《城市道路交叉口设计规程》CJJ 152—2010中的规定，本改造的交叉口属于次干道与次干道交叉，采用平A1类，展宽段长度为60m，渐变段长度为30 m.结合远期交通量进行车道渠化:各入口均改造为4进3出，每个入口处增设1个掉头车道，除青洲路西进口人行道保持不变外，其余各进出口人行道均只做压缩，能保证机非分隔，实现非机动车道的无缝顺接，见图2.

3.2信号控制设计

罗星西路/青洲路口信号相位见图3.相位相序设计:采用4相位信号控制，其中相位1为机动车东进口直左右（图3 a）；相位2为机动车西进口直左右（图3 b）；相位3为机动车北进口直左右（图3 c）；相位4为机动车南进口直左右（图3 d）.

配时设计:根据各流向交通量的需求，采用HCM 2000方法进行信号配时的参数计算［7］，得出该交叉口信号周期T=128 s，配时方案见图4.

4　方案评价

目前环形交叉口的分析软件主要有两类:第1类依赖于确定的数学模型，如aaSIDRA和RODEL等；第2类通过建立微观仿真模型来模拟环岛运行，如Paramics，Vissim等.前者的移植性较差，只适合于独立交叉口，无法对大规模路网或复杂交叉口进行分析；后者有较强的随机性，可对复杂交叉口进行建模，但需对关键参数进行标定以提高仿真精度和可靠性［8-9］.在使用Vissim进行路网建模时，无信号环形交叉口建模需要考虑“入环让行”规则，通常设置优先规则或冲突区域来实现［10-11］.为了验证交叉口改造效果，本研究采用微观交通仿真软件Vissim，以设置冲突区域方式对现环形交叉口和改造后的交叉口进行仿真，得出仿真参数，进而对改造后的交叉口进行定量评价.

4.1仿真输入

交通仿真试验是用来比较改造前和改造后的交通运行状态.交通流量的输入采用通过预测得到的设计年限交通流量，车辆比例按照实测的比例输入，仿真时长取3 600 s，以保证交通运行的稳定性.

4.2仿真结果

运用微观交通仿真软件Vissim得出延误、平均停车时间等参数.对环形交叉口进行交通仿真时，软件在运行过程中出现交叉口“锁死”，即仿真无法继续运行，造成输出的仿真数据不完整（图5），这与现状交叉口高峰时段出现车辆拥堵，车辆无法通行相符合.

在十字信号交叉口仿真期间，车辆有序行驶，交叉口并无拥堵（图6）.在饱和度计算中运用文献［12］的简化方法分别取左转、直行、右转车道的基本饱和流量为1 500，1 600，1 500 pcu/h，进而计算出每个车道的通行能力，如直行车道通行能力为C=N×1 600×gei/c0，其中:C为车道通行能力；N为车道数量；gei为有效绿灯时间；c0为信号周期，可以求出东、西、南、北每个入口的通行能力为1 356，1 906，1 356，969 pcu/h，再结合表2预测高峰小时流量（V）的数据计算饱和度.仿真参数输出见表4.

由表4可知:交叉口左转、直行、右转平均延误为43.8，41.1，4.2 s；平均停车时间为37.3，36.2，2.0 s；平均停车次数为0.91，1.08，0.30次/辆.依据CJJ/T 141—2010《建设项目交通影响评价技术标准》按饱和度对信号交叉口机动车划分服务水平，得出东、西、南、北的交通服务水平为B，C，C，B，改造交叉口的通行效率明显提高.

表4　改造交叉口通行效率评价Tab.4　Evaluation of traffic efficiency on reconstructed intersection

5　交叉口景观设计

城市道路交叉口景观是由道路交叉口本体、周围建筑、广场、小品、绿地与人的活动，以及各种变动因素组成的多样性综合体［13］.《城市道路交叉口设计规程》CJJ 152—2010中规定了平面交叉口视距三角形范围内，不得有任何高出路面1.2 m妨碍驾驶员视线的障碍物，但渠化岛一般都在视距三角形范围内，其景观设计必然受到影响.

5.1渠化岛现状

许多大城市交叉口渠化岛景观单调、雷同、乏味，为避免影响交叉口的行车视线，城市绿化管理部门采取的方法是全部取消在渠化岛上种植乔木，因此，低矮的灌木成了目前交叉口渠化岛绿化的主要形式.

福州市属于全国几大“火炉”之一，夏日高温持续时间长，户外温度高，渠化岛上的行人不得不顶着烈日长时间等待信号灯过马路，常常造成非机动车和行人违反交通规则.对此，相关部门采取的主要措施是在交叉口渠化岛上安置遮阳伞、固定钢结构雨棚等临时装置，使等待信号灯过马路的行人免受夏日高温的炙烤，然而设置这些临时装置会造成交叉口景观不协调，安全性也受到影响.

5.2渠化岛植树的效益

景观效益.通过种植适当的乔木树种，渠化岛能显著提升城市交叉口的绿化档次，营造出“一点一树一景”的城市景观，提升城市品质.此外，在渠化岛植树还有其他特殊的文化景观效益.

生态效益.随着城市的快速发展，环境污染问题越来越严重，城市生态环境的建设已开始引起重视，人们更加向往接近大自然的生活环境而不是钢筋水泥构筑的森林.树木能起到减弱噪声，净化空气，降低风速，减少粉尘，调节城市小气候等作用，在渠化岛植树有助于改善城市生态效益.

人文效益.渠化岛是城市交叉口中行人和非机动车的重要中转点.行人和非机动车往往要在渠化岛上等候较长时间，通过在渠化岛上植树的方法可以为过往行人撑起一把“树伞”，起到遮阴纳凉的作用，减少行人横穿马路违反交通规则现象的发生.

5.3渠化岛植树的安全影响

无信号控制交叉口.车辆受到的约束少，人流与车流都有相对自由的通行空间，在车辆即将驶入交叉口内时，驾驶员在距交叉口一定距离内根据所见到的道路情况提前做出判断，做出减速让行或直接通过的决策，而驾驶员的决策取决于在驶入交叉口之前道路两侧的通视范围.交通安全主要靠交叉口上良好的通视范围来保证，即视距三角形范围内不能有阻挡驾驶员视线的障碍物.由于渠化岛的位置一般处在视距三角形范围内，缺乏必要的交通管制，必然会造成交通安全隐患.

有信号控制的交叉口.有信号控制和交通标志、标线约束的道路交叉口，人流和车流都会根据交通指示有秩序地移动，路权明确，各进口道的车辆行进出受到信号灯的控制，此时交叉口内的车辆行驶速度低且直接冲突少，对视距的要求相对小.因此，在有交通管制下的渠化岛植树是可行的.

5.4渠化岛植树的技术措施

5.4.1植树位置

在渠化岛上植树时必须考虑树木的种植位置、分枝点高度以及冠幅，以满足行车安全净空的要求，要防止树木枝叶对信号灯及交通标志形成遮挡.因此，植树位置选择可参考城市道路绿化相关规范中行道树的种植标准，在原有植树区域合理位置设置树池，同时要避免影响交叉口管线.

5.4.2树种配置

渠化岛上的树种按照以下标准来选择:树干挺拔、根深、枝叶茂盛，适合在本地区正常生长；分枝点足够高，树冠整齐，主枝往上生长而不会深入路面空间，叶片紧密从而能形成浓荫；易生长且抗病虫害，移栽后容易成活且恢复生长速度快，易于养护管理且养护费用不高；优先选择能吸收汽车尾气的树种，或是带有适度花香的树种，从而起到净化、美化城市空气，提升城市品质的作用；尽量选择夏季能遮阳，冬季又不受影响的落叶乔木，在福州推荐选择大叶榕、凤凰木等.

5.4.3行车横向净距

要降低对驾驶员行车视线的影响，考虑安全行驶所需横向净距.《城市道路绿化规划设计规范》中规定:乔木树干中心到两侧道路缘石外侧距离不宜小于0.75 m（图7）.车辆行车轨迹受到行车速度的影响，所以不同设计速度的交叉口内的栽植距离应做相应调整，防止树的分枝与车辆产生刮碰.

5.4.4行车安全净空

通过查阅大量资料及实地调查，对于渠化岛植树的竖向净空要因地制宜.根据道路周围环境以及道路性质的不同进行灵活设计，采用不同的标准.若在渠化岛植树，枝下高度建议采用CJJ 75—1997《城市道路绿化规划与设计规范》5.3.2节的规定.汽车在行车的状态下，其净高自路面起必须在4m以内，再加上0.5m的安全区域，得出4.5m的道路行车安全净空最低值.

5.4.5安全措施

在渠化岛上植树的安全措施分为前期措施和后期措施，前期措施指树种配置和位置择优等；后期措施指根据植树后的交叉口交通环境状况有针对性地采取一些安全措施，即在渠化岛植树位置前方适当距离处竖立辅助标志，提醒车辆注意渠化岛上有植树，注意规范行车等；定期对树木进行修剪，使其满足横向净距与净空要求.

6　结论与讨论

在进行城区环形交叉口改造设计时，要根据相交道路等级、周边环境、交通流向及流量大小，并考虑经济性等因素进行多方案比选.本研究在对现交叉口进行仿真时发现，由于交通量太大，仿真无法得到完整的数据；对改造交叉口采用了文献［12］理论计算饱和度和Vissim仿真数据相结合的定量分析方法，得出更可靠的通行效率评价，即东、西、南、北的交通服务水平为B，C，C，B；在景观设计方面提出了在渠化岛植树的思路，为渠化岛上等待信号灯过马路的行人及非机动车驾驶者遮阴纳凉.对交叉口仿真时没有考虑人流和非机动车的影响，在进行渠化岛植树的安全性分析时没有考虑不同形式的交叉口与过街行人心理活动等.因此，今后在渠化岛植树研究中，应进行分类细化，通过景观仿真及实践加以验证.参考文献：

［1］钱红波.无信号控制环形交叉口的发展与启示［J］.公路交通科技（应用技术版），2011（5）:253-256.

［2］杨锦冬，杨晓光，彭国雄.环形交叉口交通控制模式研究［J］.公路交通科技，2000，17（3）:47-51.

［3］张卫华，董瑞娟.环形交叉口不同信号控制方法的设置条件［J］.东南大学学报（自然科学版），2009，39（2）:389-393.

［4］张健，马骏，刘茉.基于数理统计方法的城市道路环形交叉口通行能力研究［J］.北华大学学报（自然科学版），2003，4（6）:541-543.

［5］中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ37—2012城市道路工程设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2012.

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【责任编辑：郭伟】

A Case Study of Urban Road Roundabouts to Cross Signal Intersection

Su Chunmin，Hong Qizhi，Zhou Xinnian，Zhou Chengjun，Liu Fuwan，Lu Xiulin，Lai A’hong
（College of Transportation and Civil Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China）

Combining with roundabouts of engineering practice between Luoxing west road and the Qingzhou road in Fuzhou city，the author put forward a scheme that roundabouts should be changed to cross signal intersection after the comparison of multiple solutions and multiple factors and analyzed the cases that roundabouts were changed to signal intersections in this city carefully.In addition，by using the theoretical calculation of saturation and Vissim simulation combined with quantitative analysis，the author verified the optimized design scheme could significantly improve the traffic efficiency of the intersection.In terms of the intersection of landscape design，the author put forward a thinking about channelized traffic island which is planting，analyzed the benefits and suitable conditions of channelized traffic island planting and elaborated the planting locations，the configuration of tree species，driving transverse spacing，safety clearance and the requirement of corresponding traffic control measures to adapt to the intersection of landscape design of this special area and provide shade for pedestrians and nonmotor vehicles drivers waiting for the signal to cross the road in channelized traffic island.

roundabouts；cross signal intersection；traffic simulation；span and down-traversing；landscape design

U491.23

A

1009-4822（2016）03-0402-07

10.11713/j.issn.1009-4822.2016.03.028

2015-11-23

国家自然科学基金项目（30972359）；福建农林大学高水平大学重点建设项目（113-612014018）.

苏春敏（1990-），男，硕士研究生，主要从事交通运输规划研究，E-mail:710322992@qq.com；通信作者:周新年（1951-），男，教授，博士生导师，主要从事交通运输规划和工程索道研究，E-mail:284649785@qq.com.