□文/武生權(quán) 婁中波 陳巧志 李秉穹

傳統(tǒng)十字形平面交叉因造價(jià)低、占地小、建設(shè)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)成為我國道路常用的平面交叉形式；但當(dāng)直行和左轉(zhuǎn)交通量較大時(shí)，若仍然采用兩相位控制，直行和左轉(zhuǎn)車輛沖突嚴(yán)重，非常不利于行車安全。若采用四相位控制，增設(shè)左轉(zhuǎn)專用相位后信號(hào)周期以及各相位綠燈時(shí)長(zhǎng)急劇增加，行車延誤嚴(yán)重，通行效率低下，嚴(yán)重影響平面交叉的服務(wù)能力；若改建成立交，從空間上相互分離左轉(zhuǎn)和直行車流，雖然能徹底解決交叉口的擁堵問題，但是一些大城市格局已經(jīng)確定，周邊建筑物的拆遷和改移異常困難，建設(shè)成本過高，不具備可實(shí)施性。

1 象限繞行平面交叉

美國北卡羅萊納州的亨特斯維爾地區(qū)創(chuàng)新采用了象限繞行的新型平面交叉（Quadrant Intersection）形式，即在傳統(tǒng)十字形平面交叉的某一象限區(qū)域設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道，使車輛均通過連接道路繞行實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，徹底消除主交叉口處左轉(zhuǎn)專用相位對(duì)直行交通流的影響，有效縮短交叉口的信號(hào)周期長(zhǎng)度，提高交叉口車輛的通行效率。見圖1。

圖1 象限繞行平面交叉口

建設(shè)前，通過教育引導(dǎo)，讓當(dāng)?shù)卣J(rèn)識(shí)并了解到象限繞行平面交叉口左轉(zhuǎn)交通流的運(yùn)行方式。一段時(shí)間的跟蹤研究表明[1～2]，此項(xiàng)目有效地緩解了原平面交叉口的交通擁堵現(xiàn)象，提高了車輛的通行效率，減少了交通事故的發(fā)生，對(duì)行車安全有利。此項(xiàng)目的成功，有力驗(yàn)證了象限繞行平面交叉這類新型交叉口應(yīng)用的可行性，方便了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用。目前國內(nèi)有關(guān)十字形平面交叉口的研究更多的集中在優(yōu)化信號(hào)配時(shí)、增設(shè)左轉(zhuǎn)待行區(qū)以及合理的人工引導(dǎo)等方向[3～5]，對(duì)象限繞行平面交叉口等非傳統(tǒng)交通組織方式的研究則相對(duì)較少，因此有必要對(duì)其做出深入分析總結(jié)。

2 車輛運(yùn)行方式及安全性分析

象限繞行平面交叉設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是處理好左轉(zhuǎn)車輛的運(yùn)行方式，為方便進(jìn)一步分析研究，現(xiàn)假設(shè)左轉(zhuǎn)道位于西南象限內(nèi)，各方向左轉(zhuǎn)車輛的運(yùn)行方式見圖2。

圖2 象限繞行平面交叉左轉(zhuǎn)車輛運(yùn)行方式

安全性研究是平面交叉口創(chuàng)新設(shè)計(jì)所必須面對(duì)的問題，因此有必要進(jìn)一步分析在采用象限繞行平面交叉布設(shè)之后，其安全性相對(duì)于傳統(tǒng)十字形布設(shè)方式是否有一定程度的提高。傳統(tǒng)十字形平面交叉和象限繞行平面交叉交錯(cuò)點(diǎn)的分布見圖3和圖4。

圖3 傳統(tǒng)十字形平面交叉交錯(cuò)點(diǎn)分布

圖4 象限繞行平面交叉交錯(cuò)點(diǎn)分布

將兩類平面交叉交錯(cuò)點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)一步分析比較，見表1。

表1 平面交叉交錯(cuò)點(diǎn)數(shù)量

由表1 可知，象限繞行的布設(shè)方式相比傳統(tǒng)的平面交叉口，沖突點(diǎn)減少了6 個(gè)，交錯(cuò)點(diǎn)減少了2 個(gè)，有效提升了平面交叉口的安全等級(jí)，有利于行車安全。

3 臨界車道流量計(jì)算模型分析

在研究傳統(tǒng)十字形平面交叉的交通流量問題時(shí)，可以參考臨界車道流量法（CLV）來進(jìn)行分析[6]，即通過車道利用率（LUF）加以轉(zhuǎn)化使之分解為各行車方向的單車道交通量。近些年的相關(guān)研究表明，臨界車道流量法可以顯著提高平面交叉口的通行能力，減少行車延誤，通過此方法確定出的交叉口的服務(wù)水平可以和VISSIM軟件的仿真結(jié)果相媲美[7～9]。

3.1 傳統(tǒng)十字形平面交叉臨界車道流量

在研究傳統(tǒng)十字形平面交叉時(shí)，通常需將某行車方向的交通總量轉(zhuǎn)化為單車道交通量。本文采用標(biāo)準(zhǔn)車道利用率來反映平面交叉車道的使用情況，即單車道最大交通量與總交通量的比值，見表2[10]。

表2 標(biāo)準(zhǔn)車道利用率

依據(jù)臨界車道流量法，某行車方向的單車道交通量為

式中：vi——單車道交通量，輛/（h·車道）；

Vi——交通總量，輛/h；

LUFi——車道利用率；

i——交通流的類型。

計(jì)算時(shí)，首先需要明確路口車輛的沖突類型，故依據(jù)傳統(tǒng)十字形平面交叉各方向的交通流向來確定其沖突運(yùn)動(dòng)的組合方式，見圖5和表3。

圖5 傳統(tǒng)十字形平面交叉交通流向

表3 平面交叉沖突運(yùn)動(dòng)的組合與類型

由表3 可知，各向的右轉(zhuǎn)車輛可能與其右側(cè)的左轉(zhuǎn)車輛存在合流，因此在計(jì)算臨界車流量時(shí)必須對(duì)右轉(zhuǎn)交通量進(jìn)行調(diào)整。

3.2 象限繞行平面交叉臨界車道流量

參考十字形平面交叉臨界車流量的計(jì)算方法，同理可得象限繞行平面交叉臨界車道流量CLV。

1）左轉(zhuǎn)車道位于西北象限

2）左轉(zhuǎn)車道位于西南象限

3）左轉(zhuǎn)車道位于東南象限

4）左轉(zhuǎn)車道位于東北象限

3.3 象限繞行平面交叉左轉(zhuǎn)車道位置選擇

在選擇象限繞行平面交叉左轉(zhuǎn)車道的最佳位置時(shí)，首先要依據(jù)表3對(duì)平面交叉沖突點(diǎn)的臨界車道流量分別進(jìn)行計(jì)算，挑選最大值，將左轉(zhuǎn)車道布設(shè)于此象限內(nèi)。若在實(shí)際應(yīng)用中此象限內(nèi)不具備布設(shè)左轉(zhuǎn)專用車道的條件，則布設(shè)于下一級(jí)臨界車道流量較大的象限內(nèi)，同時(shí)與傳統(tǒng)平面交叉進(jìn)行對(duì)比分析，直至將其降低到合理的范圍為止。

4 應(yīng)用實(shí)例

為能夠更好理解臨界車流量法在象限繞行平面交叉中的實(shí)際應(yīng)用，通過實(shí)例來研究證明，假設(shè)東西方向和南北方向的交通量和車道數(shù)已知，見圖6。

圖6 平面交叉處交通量和車道數(shù)分布

結(jié)合圖6和表3進(jìn)行分析計(jì)算，可以得到各方向的單車道交通量。見表4。

表4 平面交叉沖突運(yùn)動(dòng)的臨界車道流量 輛/(h車道)

由表4可知，關(guān)鍵的沖突點(diǎn)為東向左轉(zhuǎn)和西向直行。若將象限平面交叉的左轉(zhuǎn)專用車道分別布設(shè)在四個(gè)象限內(nèi)，按照式（3）～（6）分別進(jìn)行計(jì)算并與傳統(tǒng)十字形平面交叉口進(jìn)行比較，可得左轉(zhuǎn)專用車道位于西北象限內(nèi)，臨界車道流量的降幅最大，可有效緩解了平面交叉口的交通擁堵問題。

5 結(jié)論

1）通過對(duì)交錯(cuò)點(diǎn)數(shù)量的對(duì)比分析驗(yàn)證了象限繞行平面交叉的安全性。

2）基于臨界車道流量分析方法，得到了象限繞行平面交叉臨界車道流量的計(jì)算模型。

3）在不同的交通量和車道數(shù)條件下，計(jì)算分析得到了象限繞行平面交叉左轉(zhuǎn)專用車道最佳位置的確定方法。

4）通過具體的實(shí)例進(jìn)行分析驗(yàn)證，進(jìn)一步明確了象限繞行平面交叉的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，為緩解我國平面交叉口的交通擁堵問題提供了新的解決思路。

5）本文只是從理論上對(duì)傳統(tǒng)十字形平面交叉和象限繞行平面交叉進(jìn)行了分析研究，今后仍需要結(jié)合具體的交通現(xiàn)狀，對(duì)其做出進(jìn)一步論證。