張 國

(深圳市城建交通設計研究有限公司，廣東 深圳 518040)

1 技術背景

隨著社會的發(fā)展,各大城市的機動車輛保有量迅猛增加,交通擁堵已經全國各大城市普遍存在的問題。根據高德地圖《2015中國主要城市分析報告》，通勤族因交通擁堵造成人均時間成本,排名第一的北京為808元/月，占平均工資的12.5%，排名前十名的其他城市，人均時間成本都超過了平均工資的10%，已經嚴重超出城市居民能承受的范圍。交叉口作為城市道路通行能力的瓶頸，嚴重影響整個路網的服務質量，是造成交通擁堵的重要節(jié)點。為進一步提升深圳市道路運行水平和交通安全環(huán)境，規(guī)范新型交通組織應用，指導地區(qū)新型交通組織設施建設工作，結合地區(qū)實際應用，深圳出臺《新型交通組織模式及設施設置技術指引》地方標準，將一些新型交通組織方式嘗試實踐。例如:借道左轉車道將信號交叉口出口道內側的一條或多條車道在既定信號相位中作為進口道的左轉車道的交通組織模式;移位左轉交叉口在交叉口上游一定距離處把每個進口的左轉車流轉移到對向直行車流出口道最外側的一種交通組織模式;反轉通行交叉口在交叉口對交通運行組織方向進行反轉的一種非傳統(tǒng)設計交叉口。

2 傳統(tǒng)信控路口時空損失

一般十字路無控制四路交叉口有16個沖突點、8個合流點、8個分流點。為提高交叉口安全，通過時空資源的優(yōu)化配置，十字交叉口通過設置2個直行，2個左轉相位，來分離所有沖突點，同時盡可能使各車道處于相同的交通負荷水平下。

交通信號燈作為一種非常好的交通組織措施，幾乎能控制任何形式交叉口的車運行。信號燈控制存在2個顯著的缺點，一個是時間上損失，另外一個是空間的損失。下面將以傳統(tǒng)4相位信控交叉口為例，分析十字交叉口4個進口道，4個出口道在時間和空間分析各自的損失情況。

直行相位時，東西方向進口道的左轉車道、南北方向進口道，由于存在車輛排隊情況，車道占有率比較高，但車輛不能運行，故存在時間上的損失；而南北方向出口道，由于信號的影響均沒有車輛，故存在時間和空間的損失。

左轉相位時，東西方向進口道的直行車道、南北方向進口道，由于存在車輛排隊情況，車道占有率比較高，但車輛不能運行，故存在時間上的損失；東西方向的出口道、南北方向部分車道，由于信號燈的影響均沒有車輛，故存在時間和空間的損失。

總之，任何時刻，必然有2個以上進口道存在時間上的損失，2個以上的出口道存在時間和空間損失。

為減少信控交叉口時間上和空間上的損失，目前國內交叉口交通組織的方法有：進出口道拓寬、直行左轉待行區(qū)、車道變窄、提前右轉、提前掉頭、禁止左轉、U型左轉(左轉遠引)、停止線前移等。

3 U型左轉

國內外許多專家學者對U型左轉的交通組織方式進行了研究。相對于信控路口，研究表明合理的U型左轉方案能夠減少20%～30%的平均延誤，增加20%～50%通行能力[1]。

U型左轉很好地消除左轉車流的影響，主要從以下三個角度考慮：(1)保證道路上直行車流順暢通過交叉口；(2)重新組織左轉車流來減少信號控制相位數(shù)(3)減少路口沖突點數(shù)量，分離沖突點。

傳統(tǒng)U型左轉使用條件非?？量?，美國公路交通研究機構對掉頭與中央分隔帶及道路寬度之間的關系做出如下規(guī)定：(1)路段中央分隔帶最小寬度要大于表1的規(guī)定值；(2)最少雙向6車道或者單向機動車道寬大于12.7 m的路段。

表1 U型左轉使用條件表 單位：m

Zhao Rong long[2]對美國佛拉里達州的208個左轉遠引掉頭分析，分析表明，掉頭位置與支路之間的距離對車輛掉頭行為的安全及效率產生很大的影響，當交織長度增加、事故路隨之下降、但左轉車流繞行時間增加。AASHTO[3]綠皮書遠引左轉掉頭最小間距在122～183 m。

根據我國《城市道路工程設計規(guī)范》中間分車帶最小寬度為2.0～2.5 m，在規(guī)劃及設計過程中，從節(jié)約用地的角度出發(fā)，大多數(shù)城市道路中間分車帶都不大于3 m。中間帶的寬度過小使得傳統(tǒng)U型左轉難以在城市道路中大量應用。

根據《城市道路交叉口設計規(guī)程》當高峰15 min內每信號周期左轉車流平均流量到達2輛時，宜設置左轉專用車道；主干路交叉口進口道展寬段長度70～90 m，出口道展寬段長度30～60 m；城市道路展寬段長度小于U型左轉所需間距，若中央分隔帶開口在標準路段上，加之中分帶寬度過小，無法設置專用車道，導致左轉車流(掉頭)對直行車流存在的較大的干擾，交通安全上也限制U型左轉的使用范圍。

4 左轉延誤分析

U型左轉交通組織左轉延誤分為交叉口內信號控制延誤、左轉繞行延誤、左轉車輛變道延誤，鄧明君等人[4]對繞行延誤和交織延誤計算方法進行了詳細說明，本次采用該方法進行這兩部分延誤計算。對于交叉口內信控延誤和左轉車流繞行排隊延誤采用《道路通行能力分析》交叉口信控延誤方法計算[5]。

為了體現(xiàn)四相位信控交通組織、主路模式交通組織，支路模式交通組織，這三種交通組織方式的運行效率的區(qū)別，采用雙向6車道道路，設計速度為50 km/h，交通量如下表，分別計算這三種交通組織模式的延誤。

表2 交通流量表 單位：pcu·h-1

通過采用文獻[4]、計算U型左轉繞行延誤和交織延誤，同時用文獻[5]計算交叉口信控延誤和左轉車流U型開口處排隊延誤，計算結果匯總為圖1。

圖1 交叉口平均延誤與交通負荷度的關系

4.1 U型左轉與四相位交通組織比較分析

從圖1可知，當路口交通負荷系數(shù)(V/C)>0.5時，U型左轉掉頭比四相位信控減少30%～50%的延誤，選擇U型左轉掉頭比較合理；當路口交通負荷系數(shù)(V/C)<0.5時，U型左轉掉頭比四相位信控的延誤高很多，選擇四相位信控交通組織方式比較合理。

在路口交通負荷相同的條件下，主路模式平均延誤略高于支路模式平均延誤，但兩者相差不大。

4.2 主路模式和支路模式左轉延誤分析

從圖1可知，在V/C<1的情況下，三種方式的左轉車流延誤順序為：信控左轉<支路模式左轉<主路模式左轉，左轉車流的服務水平都比較高，在三級服務水平以內；主路模式和支路模式左轉車流的延誤時間隨V/C變化不大，在50 s左右。當V/C>1時，四相位信控交叉口阻塞，左轉車流的延誤劇烈增加，超過主路模式和支路模式左轉車流延誤。

4.3 U型左轉影響因素分析

U型左轉交通組織左轉延誤包含交叉口內信號控制延誤、左轉繞行延誤、左轉車輛排隊延誤，對左轉車流延誤的構成比例進行分析，找出左轉車流延誤的主要影響因素，為減少左轉車流延誤，有利于提高U型左轉的適用性。

當V/C<1時，繞行延誤占整個左轉延誤的35%～50%，信控延誤占比為17%～25%，繞行排隊延誤占比約為35%。三個延誤中繞行延誤對V/C值得敏感性最??；其次是繞行排隊延誤，最敏感的是信控延誤；當V/C值大于1.1時，信控延誤值大于繞行延誤值。按照我國城市道路交叉口設計服務水平，交叉口整體平均延誤應在50 s以內，此時繞行延誤是最主要的延誤。

5 左轉優(yōu)化與分析

5.1 優(yōu)化設計

為增加U型左轉適用性，通過左轉車道外置、利用出口道掉頭、增設專用左轉專用相位等措施，降低中央分隔帶開口間距及寬度的要求。經過優(yōu)化設計后整個交叉口設置2個信號相位，可以大大縮減信號周期，增加綠信比。

專用左轉車道：為避免交織，方便左轉車流停車避讓橫向直行車流，通過時空措施避讓沖突。

開口間距：由于設置了專用掉頭信號燈G2、外側左轉專用車道，取消了車輛交織，將開口間距(L)的大小的主要取決于最大排隊長。

掉頭口半徑(R)：按照城市主干路，雙向6車道，交叉口進出口道渠化拓寬2個車道后，R不小于7.5 m，除拖掛車、交接車外，滿足絕大部分車輛的掉頭需求。

信號燈聯(lián)動：為避免左轉車流與橫向直行車流沖突，影響交叉口通行效率及安全，信號燈G2、G3在同一相位，G1、G4在另一相位。

5.2 對比分析

為檢驗U左轉優(yōu)化設計后效果情況，采用交通仿真的方式，對U化前后方案進行對比分析，仿真結果如下。

表3 行程時間仿真結果表

從行程時間可以發(fā)現(xiàn)，相同起終點的情況下，傳統(tǒng)U型左轉行程時間遠大于4相位控制交叉口，也充分表明傳統(tǒng)U型左轉對交織距離非常敏感，此條件不滿足的條件，很難達到提升交叉口通行效率的目的。與四相位信控相比，優(yōu)化設計方法左轉車輛行駛路程增加了約45%，但左轉車輛行程時間卻未明顯增加，而直行交通的行程時間縮短了30%～50%。

根據仿真結果，優(yōu)化設計方法大大增加了U型左轉的適用性，克服了中央分隔帶要求高、交織距離要求長的兩個缺點，同時繼承了U型左轉的優(yōu)點，使4相位交叉口變?yōu)?相位信控交口，減少交叉口延誤、縮短了交叉口行程時間。

6 結 論

當V/C小于0.5時，選擇傳統(tǒng)四相位信控方式比較合理，整體延誤更??；當V/C值大于0.5時，選擇U型左轉能夠顯著減少交叉口延誤。在交叉口設計服務水平內，繞行延誤是U型左轉最主要的延誤。通過優(yōu)化的交通組織形式降低繞行延誤，將會增加U型左轉的適用范圍，同時提高直行交通的30%～50%通行能力。