城市道路平面交叉口设计研究

韦姗姗，叶云龙，刘健锋

（广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530000）

0 引言

随着汽车保有量的不断增长，我国各地道路交通流量日益增大，交通拥堵现象愈发严重。城市道路网畅通无阻是确保城市发展的基础，保持良好的交通秩序是现代城市交通发展中要解决的首要问题[1]。不同规模的城市，其道路网的交叉口不尽相同。交叉口作为不同道路的交汇点，可以改变车辆行驶的方向，提高城市道路交通的灵活性，是城市道路系统的重要组成部分。因此，交叉口的设计是否合理，直接关系到车辆行驶的通畅度和安全性[2]。许多城市的道路交叉口在设计之初，未能准确估算未来的交通流量，使交叉口在实际运行过程中出现诸如布局不合理、道路偏窄、功能不全等问题，造成交叉口拥堵现象，同时给交通运行埋下安全隐患[3]。为了保证交叉口的畅行与安全，这就要求相关部门结合实际状况，客观分析当前道路交叉口的特点，优化设计参数，制订切实可行的改造设计方案，从而保证道路平面交叉口设计的合理性，提高道路的通行能力和安全性。

1 城市道路平面交叉口类型

城市道路平面交叉口的交通特性有别于其他路段，它是解决交通拥堵的关键节点，因此只有深入研究城市道路平面交叉口的交通特性，才能提出合理的设计方法。

平面交叉口是指2条或2条以上道路在同一平面相交的地方，与单条道路交通特性有明显区别。在城市的不同区域，每条道路都采用了不同的连接方式，主要以网状形式分布[4]。平面交叉口按照道路相交的种类、形式、形状、数量和交通组织方式可分为多种类型，例如快-支交叉口、主-主交叉口、“十”字形、“Y”形、“T”形、四路、多路、有信号灯、无信号灯和环形交叉口等[5]。

每种类型的交叉口的适用性各不相同，因此在选择交叉口的形式时，需要对交通组成、相交道路的条数、设计小时交通量、自然条件、经济性和技术性等方面进行综合的评价分析，从而确定最优的平面交叉口设计方案[6]。

2 城市道路环形交叉口改造设计方案

2.1 案例概况

本项目位于福建省福州市中心城区内，两条主干路平面交叉口为环形交叉口，半径为20 m，道路宽40 m，双向四车道。由于相交道路等级高、车道多，车辆均通过转盘进行交通转向，已成为城区的交通瓶颈。根据目前城市发展情况来看，该交叉口交通混乱，需要对其进行交叉口设计改造，规范行车秩序，提高交通安全性。

2.2 环形交叉口形式分析

不同交叉口的交通问题相似，但由于每个路口的交通状况不同，因此要具体分析交叉口的问题原因。环形交叉口，也称为转盘，如图1所示。

图1 环形交叉口示意图

环形交叉口中心岛设置在几条相交道路的中央，运用环道的交通道路分离驶入环形交叉口的车辆，所有车辆均按照绕中心岛逆时针方向行驶，保证车辆的连续性。在绕中心岛后，沿着目的路口离开。环形交叉口交通流在行驶过程为先合流、后分流，它是自行调节的渠化交通形式。作为一种平面交叉口可以对车流进行交织控制，避免因信号控制引起停车延误。环形交叉口诞生于18世纪末，经历了不同形式的演变，分为传统环形交叉口、现代环形交叉口、有信号控制环形交叉口3个阶段[7]。

传统环形交叉口是基于交织理论进行设计的，它没有明确入环车辆与绕环车辆优先通行权，在交通流量一定的情况下，由于车辆是绕环岛交织单向行驶，交叉点减少，就能减少相交车辆的冲突次数，提高车辆行驶安全性。同时，由于没有信号灯系统，因此减少了交通延误。但是，当交通流量上升时，受最大交织流量的影响，会出现交织频繁现象，严重时会发生交叉口“锁死”现象，通行能力下降，发生交通事故的概率增大，交通通行安全性降低。

现代环形交叉口是在传统环形交叉口的基础上，对其设计原理进行改进，提出了小直径、入口让行、入环车辆偏移及出入口间设置隔离岛的设计方案。现代环形交叉口能够有效控制城区内车辆的行驶速度，降低汽车噪声环境污染；同时，行人通过环形交叉口时，只需要在渠化岛上等待，待条件允许即可安全通过。

有信号控制环形交叉口采用信号灯控制不同方向的交通流，消除无信号控制环交的弊端，从时间上分离可能产生交通阻塞的车流，使入环车辆和环道车辆有秩序地通过交叉口，减少交通拥挤与阻塞现象，提高交通运行效率。20世纪初期，英国首先采取有信号控制环形交叉口，后来其他国家对信号控制环形交叉口开展了进一步研究，根据环形交叉口的交通需求、几何特征、交通组织等，将信号控制形式分为左转单独控制、左转一次控制、左转二次控制[8]。

总之，虽然环形交叉口的设计在不断的发展，但是它不是真正意义上的畸形交叉口，总交通量不宜过大，只适用于左转交通量较大的路口，因此具有显著的局限性，不利于城市未来交通发展。

2.3 改造现状分析

本案例中的环形交叉口属于传统交叉口，存在的主要问题有以下几点：①环岛的半径较小，仅有20m，并且设计速度慢。当环岛运行的车辆较多时，通行能力就会降低。②环形交叉口的几何设计不满足要求，环岛交织段短，车辆互相穿插，行驶混乱，降低了车辆行驶速度。③环形交叉口无灯控，交通配套设施缺乏，行驶车辆达到一定数量后，交通拥堵现象经常发生。④交叉口标志标线设置不完善，交织区的非机动车和机动车常常混合行驶，增加了车辆碰撞拥堵的冲突点。

2.4 改造设计目标

交叉口改造的目的是通过工程和管理等手段解决交通安全和交通拥堵问题，不同交叉口的现实需求不同，因此要分析总结完整的设计流程，形成科学的设计方案。本次改造设计要明确问题的产生原因和存在的主要矛盾，针对具体情况对交叉口进行优化，把握方案优化的方向，实现车辆在交叉口运行高效、便捷、安全的目标。由于环形交叉口由进出口道和内部交叉道组成，驶入进口道的车辆要观察行进方向的分流情况，在实际情况中会干扰交通。同时，在驶出出口时，会出现车辆插队的情况，从而在出口合流处造成交通干扰；道路越多，冲突点就越多。因此，方案设计最终要能合理利用空间，提升道路流通性，使车辆以最安全的方式通行。

2.5 改造设计方案

在明确环形交叉口出现问题的原因后，结合改造目标，设计合理的改造方案。方案一：将平面环形交叉口改成复杂的多层立交，并增设信号灯控制。方案二：在保持目前环形交叉口基本形式的基础上，增大环岛半径，提升交织段长度，满足交通量需求，并对环形交叉口增设信号灯，完善交通标志标线，调整其交通组织形式，运用二次停车多相位的方案，使进入环岛的左转车等待二次信号灯，避免环岛内不同方向车辆的运行冲突，起到分配路权、规范车流的作用。方案三：拆除环岛，将其改造为普通的“十”字形的灯控平面交叉口，增加交叉口渠化的车道数，实行多相位信号控制，进行平面交叉口的控制。

针对该交叉口，优先解决最突出的问题，综合考虑现状和远期规划后进行方案比选。选用方案一，进行立体交叉口改造，会对城市用地、交通组织、景观等方面带来较大影响，不符合近期改造的现实情况。因此，提出还是保留平面交叉改造的思路，预留远期建设跨线高架桥及定向匝道。选用方案二，由于两条道路交织点均位于圆环的西南角，同时两条道路交通等级不同，因此不利于各自车辆进圆环通行。选用方案三，拆除环岛，对其进行“十”字形的平面交叉口改造，按常规渠化拓宽方式、设置信号灯系统和交通标志标线是比较合理的改造方案。为进一步验证方案三的适用性，从多个方面对方案二和方案三进行了对比，具体见表1。

表1 方案二和方案三对比

2.6 通行能力计算

“十”字形交叉口的设计通行能力为各车道设计通行能力之和。参考《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012），使用停止线法计算“十”字形交叉口通行能力。

（1）直行车道设计通行能力按照公式（1）计算：

式（1）中：Ns为直行车道设计通行能力；ψs为直行车道通行能力折减系数，选取0.8；tg为绿灯时间；t1为绿灯后第一辆车通过需要的时间，取值2.5；为直行或右行车辆通过的平均间隔时间；tis为信号周期。

（2）本面进口道的设计通行能力按照公式（2）计算：

式（2）中：Nelr为本面进口道的设计通行能力；∑Ns为本面直行车道设计通行能力之和；βl为左转车占本面进口道车辆的比例，选取20%；βr为右转车占本面进口道车辆的比例，选取20%。

（3）左转车道设计通行能力按照公式（3）计算：

式（3）中：Nl为左转车道的设计通行能力。

（4）右转车道设计通行能力按照公式（4）计算：

式（4）中：Nr为右转车道的设计通行能力。

根据信号周期时间和左、右转弯车数量占比，可以计算出各车道通行能力。

2.7 效果分析

经实地调查发现：改造前，在上下班高峰时段，环岛周围的车辆排队等候非常多，严重影响交叉口的交通能力。同时，机动车、非机动车和行人频繁地发生交织转换，不能满足使用需求。改造后，“十”字形交叉口通行能力大幅提高，各车道符合实际的交通量。同时，通过控制信号灯和导流岛的渠化，使交通综合服务水平得到大幅的提升。

3 结论

道路平面交叉口作为城市交通的咽喉，是提升相交两条或多条道路通行效率的关键节点。随着交通规模的不断扩大，道路平面交叉设计不合理必然导致交通堵塞、事故频发等问题，影响整条道路的服务水平。因此，针对城市道路平面交叉口的实际情况，做好平面交叉口设计尤为重要。分析福建省福州市中心城区的某环形交叉口改造设计案例得知，该环形交叉口改造前期已经无法满足实际交通流量需求，通过对比3种设计方案，最终选取将原有的环形交叉口改为有信号灯控制的“十”字平面交叉口方案。对改造之后的实际情况进行实地调查，该交叉口通行能力大幅提高，有效地解决了交通堵塞、事故频发的问题，此次改造设计值得同类项目参考。