城市道路平面交叉口设计的探讨
[摘 要]本文从交通工程设计角度出发, 在广泛参照国内外先进设计理论和方法的基础上, 结合作者在深圳市从事城市道路设计的经验，重点分析探讨了城市道路平面交叉口设计中有关冲突点、通行能力、进口车道设置及其几何设计等方面的设计理论和方法，提出了一些设计思路和方法，以供参考。
[关键词]城市道路 平面交叉 冲突点
1 前言
城市道路系统多为网状结构，其主要特点是道路网密度高，路网节点——交叉路口数量多，交叉路口已成为城市道路系统的重要组成部分，且近年来各城市普遍存在的交通混乱、交通阻塞、道路交通事故频发等交通问题，很多是由于交叉路口交通干扰严重及交叉路口通行能力极度下降所造成。如何充分发挥现状道路系统的交通功能，提高道路交通效率，目前应是各城市重点关注和解决的问题。这项工作的重点是对道路实行科学有效地交通组织管理，而组织管理的重点又是对道路交通能力起控制作用的道路交叉结点的处理，尤其是城市干道系统的主要交叉路口。对这些主要路口规划设计实施科学的交通组织手段能够最大限度地提高主要交叉口的通行能力，从而提高路网的整体容量，为此在交叉口渠化的基础上，应充分利用自动化、信息化、智能化等科技手段，并充分考虑交通网络的系统性，提出科学的交通组织管理手段及其实施方案。本文的道路平面交叉口设计的几点思路和方法予以分析探讨。
2 平面交叉口车辆冲突点分析
2.1平面交叉口车辆冲突点分析及计算
与路段上顺流交通截然不同的平面交叉口范围内,其交通流由进口分流、路口内交叉(或交织)、出口合流所组成。交通流线进入交叉口时, 由于车辆在分流时往往先要减速, 以便观察行进方向的交通情况，并判断分流的可能性，这样就影响车辆进入交叉口的通畅性，从而干扰交通，分流方向越多，干扰就越严重；交通流线从出口道路引出时产生合流，此时车辆加速和插行，也会对交通产生干扰；此外，进入交叉口不同方向赶行、左转车流以较大的角度（≥45º～90º）相互穿行时会形成交叉，交叉时车辆可能发生互相碰撞，碰撞点处则为冲突点，冲突点越多，对交通安全及交叉口通行能力的影响就越大。从产生冲突点的交通状态分析可知，冲突点对交叉口的行车安全和交通影响远比分流点和合流点要大。若相交道路均为双车道时，全转向道路交叉口冲突点数可按（1）式计算：
Pn= n2(n-1)(n-2) /6 ……(1)
式中：Pn---冲突点数，个：
n—相交道路条数。
三岔路口：P3= 32(3-1)(3-2) /6 =3
图1：T型交叉路口
十字交叉口：P4= 42(4-1)(4-2) /6 =16
图2：十字交叉路口
五路交叉口：P5= 52(5-1)(5-2)/6 =50
图3：五路交叉路口
由（1）式可知，交叉口冲突点随相交道路条数增加而成几何级数增加，由此可见，在交叉口设计中正确处理和组织好左转交通，减少冲突点，能大大提高交叉口的通行能力和减少交通事故。
2.2设计采用的措施
（1） 在交通量大或主要平面交叉口采用信号灯管制是目前普通采用的路口交通组织方式。
（2） 对交叉口适当进行渠化设计。通过合理布设交通岛、交通标志、地面标线，以引导车流按一定方向或路径行驶，也可达到减少和控制冲突点的效果。
（3） 限制交叉口某些行驶方向。当相交道路等级差别较大，或各向交通流量和重要程度差别较大时，在设计中限制次要道路的交通流向，既保证主要道路的交通不受干扰，又提高交叉口的安全性和通行能力。
3 信号管制平面交叉口通行能力分析计算
3.1 直行车道的通行能力2.2～2.4s；
参考多种有关研究资料，其通行能力建议采用（2）式：
N直=3600nK〔（t绿－t首）/t间+1〕/t周……（2）
式中:N直-----直行车道的通行能力,辆/h;
t绿---------信号周期内绿灯时间，S；
t首------绿灯亮，第一辆车起动通过停止线的时间，s,按有关统计一般采用2.2～2.4s；
t闸------车辆通过停止线的平均间隔时间，s，据观测，小型车为2.5s，大中型车为3.5s，城市交叉口按已换算小型车采用2.5s；
K ----- 考虑通行的不均匀性和其它一般干扰因素的修正系数，一般取0.86～0.9；
n--------直行车道数。
式（2）中，（t绿—t首）为信号周期内有效绿灯时间，（t绿—t首）/t闸为绿灯内通过停止线的时间间隔数，〔（t绿—t首）/t闸+1〕为绿灯时间内通过车辆数，再剩以每小时周期数（3600/t间）和修正系数，即为车道通告能力。
若对面左转车与直行车共用一信号周期相位，直行车与对面左转车将发生相互干扰，影响通行能力，可将此影响折减至直行车道。据实际观测，绿灯时，对面左转车前1～2辆可抢先本面赶行车通过，而不影响直行车通行，其后路口内尚可容纳2～3辆左转车等待黄灯期间通行，因此，在一个信号周期内不影响本面赶行车通行的对面左转车数为3～4辆（大交叉口4辆，小交叉口3辆），超过此数则应对直行车通行能力进行折减，折减修正系数可按（3）式计算：
f=1－（N直 /N进）（N左对—N下）……（3）
式中N直----本面直行车道数；
N进----本面进口道通行能力，辆/h；
N左对----对面进口道左转车数，辆/h；
N不-----不影响直行车的对面左转车数；取3～4。
折减后直行车道的通行能力，辆/h：
N直=3600nKf〔（t绿－t首）/t间+1〕/t周
3.2左转车道的通行能力
设置有专用左转车道的入口，当设有无交叉冲突的信灯相位时，其通行能力计算与直行车相同，即：N左=3600K〔（t绿－t首）/t间+1〕/t周（辆/h）……（4）
但考虑到左转车一般较赶行车驶条件差，（4）式中修正系数K值应取低值。
若左转车与对面直行车共用同一信灯相位，按前述分析，一个信号周期内左转车小于等于4辆，可不受影响；若大于4辆而小于10辆，则需对对面直行车通行能力进行折减计算；若左转车数大于10辆，或左转车流量相对对面直行车流量占较大比例（如大于40%），一般应设左转专用信号，以避免造成交叉口内交通混乱和阻塞。
3.3右转车道的通行能力
右转车辆一般在交叉口内不与各向车辆交叉而产生干扰，即无交叉冲突点，而按我国交通管理规则，大多数城市不对右转车辆进行信号灯管制，仅用交通标志限速缓行。此时，右转车辆可按连续车流考虑，故右转车道通行能力一般按（5）式间单计算：
N有=3600K/t间（辆/h）……（5）
式（5）中符号意义与前述同。其中车辆平均间隔时间t间考虑到路口缘石半径大小对车速的影响，其取值范围为2.5～3.0s,缘石半径大时取小值,缘石半径小时取大值。
此外，目前国内已有个别城市对右转车辆设置信号控制（如深圳市）以避免右转车与过街行人的冲突和相互干扰，增加行人过街的安全性，此时，右转车道通行能力计算与直行车相同，即：
N右=3600K〔（t绿－t首）/t间+1〕/t周（辆/h）……（6）
式（6）中符号意义与前述同。
3.4混行车道的通行能力
在左转车或右转车流量很小, 直行车道通行能力有富余的情况下, 或路口受限无法拓宽增加专用左、右转车道时，往往采用各种混行车道，如直左车道、直右车道和左直右车道。
据观测，在直右混行车道中，右转车通过停止线的间隔时间与直行车的间隔时间相等，故直右车道的通行能力可按直行车道计算，即：
N直右=N直（辆/h）……（7）
在直左混行车道中，一辆左转车会影响后面一辆赶行车，观测统计显示，一辆左转车相当于通过1.5～1.75直行，故直左车道通行能力可按（8）式计算：
N直左=N直（1－a）……（8）
式中：a-----左转车影响的折减率，取值1/2β左～3/4β左，β左为直左车道中左转车所占比例。
在左直右混行车道中，只有左转车减速会影响后面直行车，而右转车则与直行车一样考虑故左直右车道通行能力计算与直左车道相同，即：
N左直右=N直左（辆/h）……（9）
3.5交叉口各入口通行能力和总通行能力
综上所述，交叉口一个入口处的通行能力为该入口各车道通行能力之和，即：
N入口=N直+N左+N右+N直左+N直右+N左直右（辆/h）……（10）
交叉口总通行能力为各入口通行能力之和，即：
N总=ΣN入口（辆/h）……（11）
4 平面交叉口进口车道的设置及其几何设计
4.1进口车道数及其功能划分
平面交叉口进口车道数若与路段相同，则在信号控制下，一般其通行能力只有路段的一半，故一般有条件时交叉口进口车道数应大于路段车道数。只有在道路等级较低（如次干道以下等级），或其拓宽用地受限或其通行能力有富余时才可不考虑增设车道。进口车道一般分直行车道、左转车道、右转车道及其混行车道。增设车道主要是左转和右转专用车道。
据国外研究统计资料，对于城市道路交叉口，包括次干道以上的各等级道路相交，其交叉口某进口道左转流量大于200辆/h或一个信号周期左转车辆数大于4辆，且路口拓宽车道不受限时，一般均应设置左转车道，左转车道优先于右转车道设置。但对于单向单车道，进口只增设一车道，且直行车和右转车较左转车比例很大时（如≥90%），为使进口车的利用更为均衡，左转车可不考虑占用专门车道，而与直行车混合为直左车道。此外，次要道路交叉口进口道左转车流量小于150～180辆/h，或一信号周期进口道左转车辆不足4辆时，也不设置左转专用车道，而采用直左混合车道。
右转车辆对交叉口的通行能力和干扰影响相对较小，故一般可采用直右混行车道。但当右转车流量较大，如其流量比例大于进口总流量的1/n（n为进口车道数），或T形交叉口有右转车流的进口道，或在有右转信号相位（如深圳市）与直行相位相异等情况下，则应考虑设置右转专用车道。此外，在新设计的城市主要交叉口，为右转行驶和行人过街方便，有条件时可配合交通岛将右转设计成单独右转专用车道见图4。
图4：右转专用车道
4.2进口车道的几何设计
(1)进口车道宽度与路口拓宽
由于车辆通过信号交叉口需减速缓行或停车起动, 故交叉口范围内进口道设计车速较路段大大减小, 按城市道路设计规范交叉口范围内设计车速直行车为路段的0.7倍,转弯车为路段的0.5倍。在较低车速下，进口车道宽度较路段可相应缩小，对于大型车辆，路段若取3.75m，进口道则可采用3.25～3.5m；对于中小型车辆，路段若取3.5m，进口道则可采用3.00～3.25m。这样可减小路口拓宽量。路口拓宽一般由进口道增设转弯车道引起。增设车道设计一般可采用下述几种方式：
有较宽中央分隔带时，压缩分隔带宽度辟为左转车道，见图5；有中央分隔带，但宽度不足时，可将驶入段车道线适当向内偏移以增设左转车道，见图6；无中央分隔带，必要时可用拓宽路口方式增设左转车道，见图7。右转车道一般采用拓宽路口的方法设置，见图8。此外，按前述根据车辆大小和车速，压缩原路段车道宽度以增设进口车道也是有效方法之一。
图5：压缩中央分隔带 图6：偏移中央分隔带
图7： 两边拓宽路口 图8：单边拓宽路口
(2)进口拓宽车道的长度确定
如图7所示, 目前国内外关于拓宽车道长度L2有各种计算方式，设计中采用（12）式确定拓宽车道长度：
L2=0.75N粗S绿L间/3600 ……(12)
式中:N组----进口车道的饱和流量,辆/h，建议值为1200～1400；
S绿----一个信号周期内的有效绿灯时间S，与信号配时相关；
L间----平均车头号间距，m，取车身平均长加2.0～2.5m间隔，一般为7～9m。
N组×S绿/3600为进口每车道一信号周期的通行能力；0.75值的意义是指采用75%的饱和度作为计算依据。
根据国外研究资料，75%的饱和度是信号交叉口进口车道不产生溢流的上限。
（3）拓宽车道的渐变段长度确定
如图7所示，车辆进入左、右转拓宽车道需设置渐变段L1，以使车辆平稳顺利地变换车道并减速。
渐变段长度L1建议采用（13）式计算：
L1=0.19V（B/μ）1/2 ……（13）
式中：V----进口车速，KM/h，取路段设计车速的0.5～0.7倍。
B---拓宽车道宽度，m；
μ—横向系数，取0.1～0.15。
横向系数μ值与设计车辆大小有关。设计车辆为大型车时，为保证车辆渐变行驶的舒适性，μ取小值与设计车辆大小有关。设计车辆为大型车时，为保证车辆渐变行驶的舒适性，μ取小值（如0.1）为好；设计车辆为小型车时，μ取大值（如0.15）， 计算得到的渐变段长度可满足车辆横向力的控制要求。
此外，渐变段长度L1应满足车辆减速要求。按减速要求计算其长度建议采用（14）公式：
L1=（V2-VO2）/26a ……（14）
式中：V----进口车KM/h；
V0---减速后车速，KM/h，停车交叉口其值取零；
a----车辆减速度，取2.5～3.0m/s2。
设计渐变段长度L1应按上述（13），（14）式计算后取其大值。
总之，城市道路平面交叉口进口车道的合理设置对改善交叉口的通行条件，提高交叉口的通行能力起着重要作用。交叉进口车道的合理几何设计是保证各进口车道正常发挥作用，避免各道相互干扰不可或缺的因素。除上述数项几何设计外，尚有诸如路缘石半径、停车线位置、停车视距、交通岛几何尺寸等几何设计均不可忽视。此外，出口车道的几何设计也有许多相似之处，因篇幅所限，在此不一一叙述。进口车道各几何尺寸往往是相互关联，设计中应将各几何关系予以统筹考虑和计算，才能取得上佳设计。
参考文献
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