陈国佳 彭广银
江苏森尚工程设计研究院有限公司，江苏 南京 210000
摘要：城市道路交叉口优化设计是影响城市道路交通畅通的重要因素。以南京市天元路沿线交叉口为研究对象，通过分析沿线不同交叉口的交通特性，对拥堵问题最严重的双龙大道-天元路交叉口提出“轻量工程+优化组织+科技管理”的优化设计。并采用VISSIM仿真软件对比了优化前后交叉口拥堵状况，结果表明，优化措施对交叉口拥堵问题改善效果明显，延误时间和停车次数减少接近改善前一半。
关键词：城市道路；交叉口；优化设计；仿真分析
Study on Traffic Optimization Design of Urban Road Intersection
Chen Guojia，Peng Guangyin
（Jiangsu Senshang Engineering Design and Research Institute Co., Ltd，Nanjing 210000, China）
Abstract: The optimal design of Urban Road intersection is an important factor affecting the smooth traffic of urban road. Taking the intersection along Tianyuan road in Nanjing as the research object, this paper analyzes the traffic characteristics of different intersections along the line, and puts forward the optimization design of "light engineering + optimization organization + technology management" for Shuanglong Avenue- Tianyuan Road intersection, which is the most serious congestion problem. VISSIM simulation software is used to compare the congestion situation before and after the optimization. The results show that the optimization measures have obvious effect on the improvement of intersection congestion, and the delay time and parking times are nearly half of the improvement.
Key words: urban road; intersection; optimal design; simulation analysis
伴随经济不断发展，城市车辆数量不断增多，城市道路交通拥堵问题日渐凸显，严重影响城市发展整体水平[1-2]。根据我国交通部最新发布数据显示，城市交叉口处拥堵问题造成的直接、间接损失已达到国民平均收入的20%。因此，进行城市道路交叉口交通优化，提出有效改善措施已势在必行[3-5]。
城市道路交通优化必须从时间、空间上进行考量，保证不同时段、不同地点、不同车辆在整个城市交通流中呈现均匀、合理分布，使得各个节点不同道路能够达到最优程度的承担交通压力，车辆在不同时间点、不同路段能够最有效的达到运行畅通、行驶安全[6-7]。目前常用的优化办法包括硬件手段（拓宽路面、增设路线等）和软件措施（调整信号灯、划分不同类别车辆车道等），通过结合两种方法，使得拥堵路段的车流量分化到其他路段，保证交通畅通[8]。其中，城市道路交叉口作为不同道路的“交叉瓶颈”路段，是整个运输系统的车流转换口、枢纽地带，尤其影响整个运输系统的畅通性能[9-10]。国外发达国家对交叉口的设计及优化已有较丰富研究，如美国的MUTCD设计手册[11]、日本的《平面交叉口的规范与设计》等[12]，均对城市道路交叉口的设计尺寸、类别、颜色以及相应设施进行了相关说明[13]；英国研发的TRANSYT、SCOOT系统，澳大利亚研发的SCATS系统根据实测不同路段交叉口交通流量数据，智能设计交通信号灯指标，有效缓解交通拥堵问题[14]。国内在总结国外设计基础上也出版了相应规范，如《城市道路平面交叉口规划与设计规程》、《交通设计》；通过仿真手段，对城市交叉口进行了相应优化设计；考虑不同通行类别，如机动车、非机动车、行人，等待信号灯的时间参数，通过模型和实际计算，提出最优的设计方案[15]。
本文以南京市天元路沿线交叉口为例，通过实际数据分析和仿真模拟结果，对不同交叉口拥堵问题提出对应改善措施，并根据改善前、后道路车流量情况，对改善措施进行评价。研究结果可为今后类似交叉口交通优化设计提供一定参考。
1 实例路段现状分析
1.1整体布局
天元路规划定位为快速路（图1），受路网形态和城市用地布局的制约，其同时承担了通过性交通、对外交通、生活性交通、地铁走廊、公交走廊，跨秦淮河通道等多种功能，沿线多个节点不堪重负，早晚高峰时段拥堵严重。主要特点包括：①串联百家湖商圈和东山老镇，沿线商业密集，吸引人流多；②衔接G104（往句容方向），对外交通连接性好；③道路等级高，相比其他东西向通道线型条件好；④与机场高速全互通衔接，车流量大；⑤沿线土地开发强度高，居住用地主要沿天元路北侧分布，道路南侧多为工业用地，仅少量空地未建设；⑥西侧爱涛艺术中心已建成，未来投入使用后会吸引大量的人流、车流。
1.2交通设施现状
天元路全线共有12个交叉口，其中有6个为信控交叉口，如图2所示，其余均为右进右出。道路为双向10车道，其中主路双向六车道，辅路双向四车道。天元路片区共有两条地铁线路穿过，其中地铁1号线共设有2处地铁站，分别是百家湖站和小龙湾站，百家湖站为地下站台，小龙湾站为高架形式站台；地铁3号线有1处站点天元西路站，为地下二层岛式车站。此外，天元路沿线共设置7对公交站台，所有站点均为直接式公交停靠站，设置在辅路上，使用时间为7:00-9:00和17:00-19:00，高峰时段存在专用道被占用的情况。沿线侧分带共有四处开口，主辅路之间相互干扰较少。
1.3交通特性分析
通过对天元路进行实际交通状况调查，总结出不同交叉口流量特性如表1所示，进一步分析出各交叉口拥堵出现的类型如表2所示。基于表1、2分析结果可知，天元路主要承担该地区东西方向的交通流，出现拥堵状况主要为由西向东方向，主要由于西边居民进入百家湖商圈以及周边工厂员工返家回东山老镇，导致早、晚车流高峰，尤其在天元路-双龙大道交叉口进出口交通流最大。同时该交叉口与天元路-利源中路交叉口距离过长，超过1km，未能满足干线协调控制的基本原则。其他交叉口也出现转向灯利用不足，转向车道不足，交通标志设置不明显等问题，导致经常出现交通拥堵，排队多长状况。同时，百家湖商圈附近停车供给不足，进一步严重化交通拥堵问题。
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2实例路段改善措施及效果分析
针对天元路沿线中，双龙大道-天元路交叉口拥堵问题最为严重，交叉口交通流特性如图3所示，因此以此交叉口为例进行改善方案研究。主要目的在于改善交通秩序、缓解拥堵、提升慢行交通过街安全性和舒适性，同时，结合周边商业氛围，优化交叉口景观。本次改善方案，一方面采用工程手段增加交叉口通行能力，另一方面，增设交通引导标志、行人闯红灯抓拍、实线变道抓拍等交通管理设施，以保证最有效的交通优化效果。
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2.1改善方案设计
由于双龙大道实施快速化改造之前，任何小规模工程都无法消除拥堵，本次研究解决近期拥堵问题，采用“轻量工程+优化组织+科技管理”的手段缓解交通拥堵，改善交通秩序，主要包括以下内容：
（1）在现有道路宽度条件下，通过压缩每条车道宽度，增加一条车道用于大车流量方向通行。其中，南进口将中分带由1.5米调整为1米，同时，将进口道单车道宽度由3.5米调整为3米，增设一个左转车道；西进口将中分带由1.5米调整为1米，同时，将进口道单车道宽度由3.5米调整为3米，增设一个左转车道；东进口将中分带由1.5米调整为1米，同时，将进口道单车道宽度由3.5米调整为3米，增设一个直行车道。
（2）西进口展宽段长度由70米延长至170米，同时，将侧分带尽端约80米长度恢复为机动车道，展宽段总体蓄车能力由90辆车大幅提升至230辆车；
（3）西出口侧分带设置护栏，并在接近佳湖东路处增设一个开口，优化西进口掉头进入佳湖东路流线，减少掉头车流与东向西主线车流之间的相互干扰；
（4）北进口设置两处交通引导标志，提醒主道右转车辆提前进入辅道，并在侧分带尽端设置“主道车辆禁止右转”标志，提高辅道使用率，缓解主道交通压力，地面车道分界线设置虚实线，避免辅道车辆跨越多车道向主道变道，减少干扰；
（5）交叉口内部，将原有6米的人行横道调整为总宽度8米（4米人行道+4米非机动车道），并采用不同颜色和样式的涂装，在提升慢行交通过街通行能力的同时，引导行人和非机动车各行其道，提高安全性，各方向均设置监控探头，确保分道效果；
（6）渠化岛上的慢行驻留区面积由原来的380平方米扩大到500平方米，总体容量提升幅度超过30%；
（7）人行横道外轮廓及机动车停止线均设置地面发光模块，与交叉口信号灯同步控制，在夜间有良好的提示和美化效果。
2.2仿真分析
根据前期调研实际参数，采用VISSIM仿真软件对双龙大道-天元路交叉口优化前后进行仿真，以平均延误时间和平均停车次数为评价指标，评价改善方案优化效果。优化前后的早、晚高峰期不同方向进口平均延误时间、平均停车次数如表3、4所示。
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由表3、4仿真结果可知，优化后的双龙大道-天元路交叉口在不同车辆进口方向、通行方向的延误时间、停车次数都有较显著改善，延误时间和停车次数减少接近改善前一半。尤其针对双龙大道-天元路交叉口西进口调头车流量大、各进口左转车流量大问题，有较好改善。西进口左转、调头的延误时间和停车次数减少为改善前的1/4。
3 结束语
城市道路交通拥堵问题已成为影响国民经济的重要因素，进行城市道路交叉口交通优化已势在必行。本文以南京市天元路沿线交叉口为研究对象，结合该沿线的整体布局状况、交通设施现状、实测交通流数据，分析出沿线不同交叉口的交通特性，总结出不同交叉口拥堵类型。结合分析结果对拥堵问题最严重的双龙大道-天元路交叉口进行优化设计。根据交叉口现状，提出“轻量工程+优化组织+科技管理”的改善措施。采用VISSIM仿真软件对比了改善前后交叉口拥堵状况，结果表明优化措施对交叉口拥堵问题改善效果明显，延误时间和停车次数减少接近改善前一半。尤其针对交叉口各进口左转车流量大、西进口调头车流量大问题，有较好改善。
参考文献
[1] 李雪岩,祝歆,李静.城市公交线网差异化计程票价多目标优化[J].交通运输系统工程与信息,2020,20(05):148-155+176.
[2] 代宗,陈喜群,姜锐等.曼哈顿网络中的网约车共乘系统的建模与优化[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2020,43(08):1115-1121.
[3] 魏福禄,张斐然,郭永青等.基于行人影响的信号交叉口右转车辆跟驰模型[J].交通运输系统工程与信息,2020,20(04):71-76.
[4] 陈汐,王印海,刘剑锋等.多区域通勤定制公交线路规划模型及求解算法[J].交通运输系统工程与信息,2020,20(04):166-172+186.
[5] 周瑞兵,刘炜,张戬等.考虑间歇工作制的城轨逆变回馈装置容量优化设计[J].铁道科学与工程学报,2020,17(08):2109-2116.
[6] Gomes G. Bandwidth Maximization Using Vehicle Arrival Functions [J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems 2015, 16（4）:1-12.
[7] Balaji P G, German X, Srinivasan D. Urban traffic signal control using reinforcement learning agents [J]. Iet Intelligent Transport Systems, 2010, 4（3）:177-188.
[8] 李巧茹,郝恩强,陈亮等.遗传算法优化支持向量机的城市交通状态识别[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2020,39(08):1-5+13.
[9]王天童,郑长江,马庚华等.城市道路路段人行横道通行能力分析[J].华东交通大学学报,2019,36(02):47-53.
作者简介：陈国佳（1985-），男，硕士研究生，高级工程师，研究方向为公路、城市道路规划、设计、咨询相关工作。