以3种非机动车待行区为研究对象，基于交通流理论，以均衡相位延误公式为基础，分别建立交叉口机动车和非机动车平均延误分析模型，以车辆平均延误为评价指标，分析设置3种非机动车待行区交叉口的机动车、非机动车到达量及平均延误的变化规律。结果表明，非机动车到达量小于1 000 veh/h时，设置普通待行区与非机动车停车线提前待行区交叉口的非机动车平均延误相差不大，大于1 000 veh/h时设置非机动车停车线提前待行区交叉口的平均延误比设置普通非机动车待行区交叉口的平均延误低；在交叉口大小允许的情况下，设置非机动车停车线提前待行区最优，设置左转非机动车待行区交叉口的非机动车整体平均延误比设置其他形式待行区交叉口的大，但随着非机动车到达率增加，与设置普通待行区交叉口的延误差值逐渐减小。最后结合信号交叉口服务水平标准和车辆到达率提出信号交叉口非机动车待行区设置形式建议。