不同交通狀況對U型左轉(zhuǎn)影響研究

張 國

(深圳市城建交通設(shè)計研究有限公司，廣東 深圳 518040)

1 技術(shù)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(jīng)全國各大城市普遍存在的問題。根據(jù)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(jīng)嚴(yán)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(yán)重影響整個路網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)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(yīng)用，指導(dǎo)地區(qū)新型交通組織設(shè)施建設(shè)工作，結(jié)合地區(qū)實際應(yīng)用，深圳出臺《新型交通組織模式及設(shè)施設(shè)置技術(shù)指引》地方標(biāo)準(zhǔn)，將一些新型交通組織方式嘗試實踐。例如:借道左轉(zhuǎn)車道將信號交叉口出口道內(nèi)側(cè)的一條或多條車道在既定信號相位中作為進口道的左轉(zhuǎn)車道的交通組織模式;移位左轉(zhuǎn)交叉口在交叉口上游一定距離處把每個進口的左轉(zhuǎn)車流轉(zhuǎn)移到對向直行車流出口道最外側(cè)的一種交通組織模式;反轉(zhuǎn)通行交叉口在交叉口對交通運行組織方向進行反轉(zhuǎn)的一種非傳統(tǒng)設(shè)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(shè)置2個直行，2個左轉(zhuǎn)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(fù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)交叉口交通組織的方法有：進出口道拓寬、直行左轉(zhuǎn)待行區(qū)、車道變窄、提前右轉(zhuǎn)、提前掉頭、禁止左轉(zhuǎn)、U型左轉(zhuǎn)(左轉(zhuǎn)遠引)、停止線前移等。

3 U型左轉(zhuǎn)

國內(nèi)外許多專家學(xué)者對U型左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)很好地消除左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)使用條件非常苛刻，美國公路交通研究機構(gòu)對掉頭與中央分隔帶及道路寬度之間的關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)生很大的影響，當(dāng)交織長度增加、事故路隨之下降、但左轉(zhuǎn)車流繞行時間增加。AASHTO[3]綠皮書遠引左轉(zhuǎn)掉頭最小間距在122～183 m。

根據(jù)我國《城市道路工程設(shè)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(shè)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(zhuǎn)難以在城市道路中大量應(yīng)用。

根據(jù)《城市道路交叉口設(shè)計規(guī)程》當(dāng)高峰15 min內(nèi)每信號周期左轉(zhuǎn)車流平均流量到達2輛時，宜設(shè)置左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)所需間距，若中央分隔帶開口在標(biāo)準(zhǔn)路段上，加之中分帶寬度過小，無法設(shè)置專用車道，導(dǎo)致左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的使用范圍。

4 左轉(zhuǎn)延誤分析

U型左轉(zhuǎn)交通組織左轉(zhuǎn)延誤分為交叉口內(nèi)信號控制延誤、左轉(zhuǎn)繞行延誤、左轉(zhuǎn)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(xì)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(nèi)信控延誤和左轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)車流U型開口處排隊延誤，計算結(jié)果匯總為圖1。

圖1 交叉口平均延誤與交通負(fù)荷度的關(guān)系

4.1 U型左轉(zhuǎn)與四相位交通組織比較分析

從圖1可知，當(dāng)路口交通負(fù)荷系數(shù)(V/C)>0.5時，U型左轉(zhuǎn)掉頭比四相位信控減少30%～50%的延誤，選擇U型左轉(zhuǎn)掉頭比較合理；當(dāng)路口交通負(fù)荷系數(shù)(V/C)<0.5時，U型左轉(zhuǎn)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(fù)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(zhuǎn)延誤分析

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

4.3 U型左轉(zhuǎn)影響因素分析

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

當(dāng)V/C<1時，繞行延誤占整個左轉(zhuǎn)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值得敏感性最小；其次是繞行排隊延誤，最敏感的是信控延誤；當(dāng)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(shè)計服務(wù)水平，交叉口整體平均延誤應(yīng)在50 s以內(nèi)，此時繞行延誤是最主要的延誤。

5 左轉(zhuǎn)優(yōu)化與分析

5.1 優(yōu)化設(shè)計

為增加U型左轉(zhuǎn)適用性，通過左轉(zhuǎn)車道外置、利用出口道掉頭、增設(shè)專用左轉(zhuǎn)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(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后整個交叉口設(shè)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(zhuǎn)車道：為避免交織，方便左轉(zhuǎn)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(shè)置了專用掉頭信號燈G2、外側(cè)左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)優(yōu)化設(shè)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(jié)果如下。

表3 行程時間仿真結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計方法左轉(zhuǎn)車輛行駛路程增加了約45%，但左轉(zhuǎn)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(jù)仿真結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計方法大大增加了U型左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié) 論

當(dāng)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(dāng)V/C值大于0.5時，選擇U型左轉(zhuǎn)能夠顯著減少交叉口延誤。在交叉口設(shè)計服務(wù)水平內(nèi)，繞行延誤是U型左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的適用范圍，同時提高直行交通的30%～50%通行能力。