□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低、占地小、建設費用少等優(yōu)點成為我國道路常用的平面交叉形式；但當直行和左轉(zhuǎn)交通量較大時，若仍然采用兩相位控制，直行和左轉(zhuǎn)車輛沖突嚴重，非常不利于行車安全。若采用四相位控制，增設左轉(zhuǎn)專用相位后信號周期以及各相位綠燈時長急劇增加，行車延誤嚴重，通行效率低下，嚴重影響平面交叉的服務能力；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，建設成本過高，不具備可實施性。

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)域設置左轉(zhuǎn)專用車道，使車輛均通過連接道路繞行實現(xiàn)左轉(zhuǎn)，徹底消除主交叉口處左轉(zhuǎn)專用相位對直行交通流的影響，有效縮短交叉口的信號周期長度，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

建設前，通過教育引導，讓當?shù)卣J識并了解到象限繞行平面交叉口左轉(zhuǎn)交通流的運行方式。一段時間的跟蹤研究表明[1～2]，此項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，對行車安全有利。此項目的成功，有力驗證了象限繞行平面交叉這類新型交叉口應用的可行性，方便了其進一步推廣應用。目前國內(nèi)有關十字形平面交叉口的研究更多的集中在優(yōu)化信號配時、增設左轉(zhuǎn)待行區(qū)以及合理的人工引導等方向[3～5]，對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較少，因此有必要對其做出深入分析總結(jié)。

2 車輛運行方式及安全性分析

象限繞行平面交叉設計的關鍵就是處理好左轉(zhuǎn)車輛的運行方式，為方便進一步分析研究，現(xiàn)假設左轉(zhuǎn)道位于西南象限內(nèi)，各方向左轉(zhuǎn)車輛的運行方式見圖2。

圖2 象限繞行平面交叉左轉(zhuǎn)車輛運行方式

安全性研究是平面交叉口創(chuàng)新設計所必須面對的問題，因此有必要進一步分析在采用象限繞行平面交叉布設之后，其安全性相對于傳統(tǒng)十字形布設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點的分布見圖3和圖4。

圖3 傳統(tǒng)十字形平面交叉交錯點分布

圖4 象限繞行平面交叉交錯點分布

將兩類平面交叉交錯點的數(shù)量進一步分析比較，見表1。

表1 平面交叉交錯點數(shù)量

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

3 臨界車道流量計算模型分析

在研究傳統(tǒng)十字形平面交叉的交通流量問題時，可以參考臨界車道流量法（CLV）來進行分析[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，通常需將某行車方向的交通總量轉(zhuǎn)化為單車道交通量。本文采用標準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 標準車道利用率

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。

計算時，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動的組合方式，見圖5和表3。

圖5 傳統(tǒng)十字形平面交叉交通流向

表3 平面交叉沖突運動的組合與類型

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，因此在計算臨界車流量時必須對右轉(zhuǎn)交通量進行調(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，首先要依據(jù)表3對平面交叉沖突點的臨界車道流量分別進行計算，挑選最大值，將左轉(zhuǎn)車道布設于此象限內(nèi)。若在實際應用中此象限內(nèi)不具備布設左轉(zhuǎn)專用車道的條件，則布設于下一級臨界車道流量較大的象限內(nèi)，同時與傳統(tǒng)平面交叉進行對比分析，直至將其降低到合理的范圍為止。

4 應用實例

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際應用，通過實例來研究證明，假設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進行分析計算，可以得到各方向的單車道交通量。見表4。

表4 平面交叉沖突運動的臨界車道流量 輛/(h車道)

由表4可知，關鍵的沖突點為東向左轉(zhuǎn)和西向直行。若將象限平面交叉的左轉(zhuǎn)專用車道分別布設在四個象限內(nèi)，按照式（3）～（6）分別進行計算并與傳統(tǒng)十字形平面交叉口進行比較，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）通過對交錯點數(shù)量的對比分析驗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算模型。

3）在不同的交通量和車道數(shù)條件下，計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）通過具體的實例進行分析驗證，進一步明確了象限繞行平面交叉的設計優(yōu)勢，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傳統(tǒng)十字形平面交叉和象限繞行平面交叉進行了分析研究，今后仍需要結(jié)合具體的交通現(xiàn)狀，對其做出進一步論證。