城市四路環(huán)形交叉口交通組織優(yōu)化設計

豐柱林

（廣東省交通規(guī)劃設計研究院集團股份有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

環(huán)形交叉口是通過在交叉口中央設置圓形、橢圓形或者不規(guī)則圓形中心島，用環(huán)道組織渠化交通，使進入的所有車輛一律按逆時針方向繞島單向行駛，變沖突交通流為交織交通流的交叉形式，俗稱環(huán)島。相對于其他類型平面交叉口，其優(yōu)點為：一是可以減少車輛沖突，有利于車流的連續(xù)，提高通行效率；二是能更好地滿足多岔路口或畸形路口的交通組織需求；三是中心島綠化可美化環(huán)境。其缺點為：一是環(huán)島占地面積較大，增加了車輛的繞行距離，特別是左轉彎車輛的繞行距離；二是當流量較大時，內環(huán)車輛駛出路口的變道行為容易引發(fā)交通事故，造成環(huán)島內交通擁堵[1-2]。

從各地環(huán)形交叉口應用情況來看，在流量較小的情況下，環(huán)形交叉口通行效率較高。但是，當流量不斷增大并達到飽和狀態(tài)時，環(huán)形交叉口內部開始出現(xiàn)擁堵，嚴重時甚至出現(xiàn)“死鎖”情況。針對環(huán)形交叉口擁堵問題，國內外現(xiàn)有研究主要采用優(yōu)化交叉口渠化設計和交通信號控制等方式緩解環(huán)形交叉口擁堵問題，并取得了一定的成效[3]。但從各地應用情況來看，現(xiàn)有研究提出的方法比較粗略，未根據(jù)環(huán)形交叉口的類型和流量狀況提出針對性方案，在實際應用中適應性和可操作性不足，難以達到預期效果。

1 交叉口與場景分類

典型四路環(huán)形交叉口是由四條路段連接組成的平面環(huán)形交叉口，通常按照環(huán)島直徑可以分為三類：第一類為大型環(huán)島交叉口（用A類表示），直徑大于30m，此類交叉口環(huán)島面積大，內部環(huán)道和交織段較長，總體通行能力較大；第二類為中型環(huán)島交叉口（用B類表示），直徑在10～30m之間，內部環(huán)道和交織段長度適中，通行能力相對較小；第三類為小微型環(huán)島交叉口（用C類表示），直徑小于10m，由于環(huán)島面積小，內部環(huán)道和交織段很短，不同方向交通流易發(fā)生交織沖突，流量稍大就會形成擁堵甚至“死鎖”。

為方便描述環(huán)形交叉口的不同交通運行狀況，本研究引入交通“場景”概念，用“場景”表示環(huán)形交叉口的某種交通運行狀況對應的情形。基于以往研究分析，影響環(huán)形交叉口交通運行狀況的主要因素是環(huán)島面積和流量大小，因此，選取環(huán)島直徑和交通流量兩個指標，對環(huán)形交叉口的交通場景進行刻畫。由于交通運行狀況無法直接量測，根據(jù)現(xiàn)有研究，采用延誤指標來表征交通運行狀況[4]。經(jīng)實際調研和仿真測試，不同類型環(huán)形交叉口交通流量和停車延誤之間的關系如圖1所示。

圖1 不同類型環(huán)形交叉口交通流量和停車延誤之間的關系圖

由圖1可知，當A類交叉口流量小于2 800pcu/h時，交叉口停車延誤較小，交通運行較為順暢；當流量超過2 800pcu/h時，停車延誤明顯增大。從仿真效果來看，此時交叉口呈現(xiàn)擁堵狀態(tài)。對于B類和C類交叉口，當流量分別超過1 600pcu/h和1 200pcu/h時，也進入擁堵狀態(tài)。由此可以總結得出六類場景及其判別指標閾值，如表1所示。

表1 典型四路環(huán)形交叉口交通場景劃分及刻畫指標閾值

2 交通組織優(yōu)化設計

針對上述六類場景及其特征，結合實際情況，從交通渠化和信號控制等方面提出以下優(yōu)化思路和措施。

2.1 場景A1：大型環(huán)島交叉口大流量狀況

優(yōu)化思路：采用二次信號控制方式，即在島外進口處對進入環(huán)島車流進行控制，同時，在環(huán)島內單獨控制左轉車流，避免與對向進口直行車流交織沖突。

優(yōu)化措施：（1）完善交叉口交通標志和標線，合理渠化車道，島外進口處和環(huán)島內施劃停車線[5]；（2）設置非機動車過街通行區(qū)域，方便非機動車過街，將非機動車與機動車分離，確保車輛各行其道；（3）環(huán)島內和島外進口均設置信號燈，控制進入環(huán)島的車流量[6]，同時減少左轉車輛與對向直行車輛之間的沖突，如圖2所示。

圖2 A1場景交叉口設計示意圖

2.2 場景A2：大型環(huán)島交叉口小流量狀況

優(yōu)化思路：不采用信號燈控制，明確環(huán)島通行規(guī)則和通行權，利用環(huán)島自組織功能，合理引導車流通行。

優(yōu)化措施：（1）完善交叉口交通標志和標線，合理渠化車道，島外進口處增加減速讓行標志標線；（2）設置非機動車過街通行區(qū)域，方便非機動車過街，將非機動車與機動車分離，確保車輛各行其道；（3）加強環(huán)島通行規(guī)則的公告和提示，明確進島車輛讓行島內車輛，島內外側車輛讓行出島車輛，如圖3所示。

圖3 A2場景交叉口設計示意圖

2.3 場景B1：中型環(huán)島交叉口大流量狀況

優(yōu)化思路：采用一次信號控制方式，在進口處控制進入島內車流量，減少不同方向交通流交織沖突。

優(yōu)化措施：（1）完善交叉口交通標志和標線，合理渠化車道，島外進口處施劃停車線；（2）設置非機動車過街通行區(qū)域，方便非機動車過街，將非機動車與機動車分離，確保車輛各行其道；（3）增加信號燈控制，減少不同方向車輛之間的沖突，如圖4所示。

圖4 B1場景交叉口設計示意圖

2.4 場景B2：中型環(huán)島交叉口小流量狀況

優(yōu)化思路：不采用信號燈控制，明確環(huán)島通行規(guī)則和通行權，利用環(huán)島自組織功能，合理引導車流通行。

優(yōu)化措施：（1）完善交叉口交通標志和標線，合理渠化車道，島外進口處增加減速讓行標志標線，如圖5所示；（2）設置非機動車過街通行區(qū)域，方便非機動車過街，將非機動車與機動車分離，確保車輛各行其道；（3）加強環(huán)島通行規(guī)則的公告和提示，明確進島車輛讓行島內車輛，島內外側車輛讓行出島車輛，如圖5所示。

圖5 B2場景交叉口設計示意圖

2.5 場景C1：小微型環(huán)島交叉口大流量狀況

優(yōu)化思路：合理渠化島內空間，引導直行和左轉車輛不繞島通行，同時采用信號燈進行控制，將不同方向交通流進行分離。

優(yōu)化措施：（1）完善交叉口交通標志和標線，合理渠化車道，島外進口處施劃停車線，島內設置導流線；（2）設置非機動車過街通行區(qū)域，方便非機動車過街，將非機動車與機動車分離，確保車輛各行其道；（3）增加信號燈控制，減少不同方向車輛之間的沖突，如圖6所示。

圖6 C1場景交叉口設計示意圖

2.6 場景C2：小微型環(huán)島交叉口小流量狀況

優(yōu)化思路：合理渠化島內空間，明確環(huán)島通行規(guī)則和通行權，引導直行和左轉車輛不繞島通行，同時不采用信號燈控制，讓交叉口自組織管理。

優(yōu)化措施：（1）完善交叉口交通標志和標線，合理渠化車道，島外進口處增加減速讓行標志標線；（2）設置非機動車過街通行區(qū)域，方便非機動車過街，將非機動車與機動車分離，確保車輛各行其道；（3）加強交叉口通行規(guī)則的公告和提示，明確左轉車輛讓行直行車輛，如圖7所示。

圖7 C2場景交叉口設計示意圖

3 案例應用分析

本研究選取兩個典型四路環(huán)形交叉口，通過實地交通調查，獲取交叉口幾何特征和交通流量等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸入微觀仿真軟件Vissim進行仿真，采用對比分析方法對優(yōu)化前后交通狀況進行評估。

3.1 案例一

案例一交叉口是一個橢圓形環(huán)島交叉口，環(huán)島最大直徑為24m。根據(jù)調查，該交叉口高峰期流量達2 500pcu/h。根據(jù)表1，其符合場景B1的特征。從調取的監(jiān)控視頻來看，高峰期該交叉口環(huán)島內車輛交織嚴重，進口處車輛排隊很長，出現(xiàn)交通擁堵。同時，由于交叉口面積大，非機動車過街困難，左轉繞行距離長，機動車與非機動車混行沖突。

基于現(xiàn)有交通狀況，結合前述優(yōu)化思路，該交叉口高峰期可采用場景B1對應的優(yōu)化措施進行組織優(yōu)化。將優(yōu)化前后的方案輸入仿真軟件，得到如表2所示的評估結果。

表2 南京路—韶山路交叉口交通組織優(yōu)化效果評估情況

根據(jù)表2的仿真評估結果，該交叉口經(jīng)過優(yōu)化后，車均延誤下降了18.01%，平均停車次數(shù)減少了20.87%，最大排隊長度縮短20.82%。通過調看仿真運行視頻，該交叉口的機非交通流實現(xiàn)了分離，島內通行更加有序順暢，擁堵狀況得到明顯緩解。

3.2 案例二

案例二交叉口是一個小型環(huán)島交叉口，環(huán)島直徑為9m。根據(jù)調查，該交叉口高峰期流量達1 500pcu/h，根據(jù)表1，其符合場景C1的特征。從調取的監(jiān)控視頻來看，由于環(huán)島較小，高峰期該交叉口環(huán)島內車輛交織嚴重，常常發(fā)生“死鎖”現(xiàn)象，且通行引導不夠，通行路線不明確，島內車輛通行混亂。

綜合實際運行情況，該交叉口高峰期適合采用C1對應的優(yōu)化思路進行組織優(yōu)化。經(jīng)仿真評估，得到表3所示結果。

表3 大慶路—安慶路交叉口交通組織優(yōu)化效果評估情況

由表3可知，優(yōu)化后該交叉口的車均延誤下降了30.63%，平均停車次數(shù)減少了20.48%，最大排隊長度縮短了22.39%。通過調看仿真運行視頻，該交叉口的擁堵狀況得到明顯緩解，未再出現(xiàn)“死鎖”現(xiàn)象。

4 結語

本研究首先分析了現(xiàn)有城市道路環(huán)形交叉口的優(yōu)缺點，綜合已有研究文獻，針對典型四路環(huán)形交叉口，總結提出一種場景導向的交通組織優(yōu)化設計方法。該方法按照環(huán)島直徑大小，將環(huán)形交叉口分為大型環(huán)島交叉口、中型環(huán)島交叉口和小微型環(huán)島交叉口三類。針對不同類型環(huán)形交叉口，分析其在不同流量下的交通運行特征，引入交通“場景”表征環(huán)形交叉口的某種交通運行狀況，并選取環(huán)島直徑和交通流量兩個指標，建立指標與交通場景劃分的邏輯關系，用以判斷交叉口實際所處場景。針對不同場景的交通組織需求，設計相應的優(yōu)化思路和措施，形成了不同場景下的交通組織優(yōu)化模板。最后，選取兩個四路環(huán)形交叉口進行實例驗證。結果表明，采用該方法能夠量化評判出當前交叉口交通運行所處場景，并套用場景對應的模板進行組織優(yōu)化，極大地降低了環(huán)形交叉口交通組織難度，其操作更加簡單便捷，解決實際問題的針對性更強。仿真評估效果進一步證明，該方法能有效提升環(huán)形交叉口通行效能和緩解交通擁堵。