象限繞行平面交叉交通組織方式研究

□文/武生權 婁中波 陳巧志 李秉穹

傳統十字形平面交叉因造價低、占地小、建設費用少等優點成為我國道路常用的平面交叉形式；但當直行和左轉交通量較大時，若仍然采用兩相位控制，直行和左轉車輛沖突嚴重，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創新采用了象限繞行的新型平面交叉（Quadrant Intersection）形式，即在傳統十字形平面交叉的某一象限區域設置左轉專用車道，使車輛均通過連接道路繞行實現左轉，徹底消除主交叉口處左轉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，讓當地認識并了解到象限繞行平面交叉口左轉交通流的運行方式。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象，提高了車輛的通行效率，減少了交通事故的發生，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。目前國內有關十字形平面交叉口的研究更多的集中在優化信號配時、增設左轉待行區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。

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車輛的運行方式，為方便進一步分析研究，現假設左轉道位于西南象限內，各方向左轉車輛的運行方式見圖2。

圖2 象限繞行平面交叉左轉車輛運行方式

安全性研究是平面交叉口創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十字形布設方式是否有一定程度的提高。傳統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量進一步分析比較，見表1。

表1 平面交叉交錯點數量

由表1 可知，象限繞行的布設方式相比傳統的平面交叉口，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軟件的仿真結果相媲美[7～9]。

3.1 傳統十字形平面交叉臨界車道流量

在研究傳統十字形平面交叉時，通常需將某行車方向的交通總量轉化為單車道交通量。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，故依據傳統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，各向的右轉車輛可能與其右側的左轉車輛存在合流，因此在計算臨界車流量時必須對右轉交通量進行調整。

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）左轉車道位于西北象限

2）左轉車道位于西南象限

3）左轉車道位于東南象限

4）左轉車道位于東北象限

3.3 象限繞行平面交叉左轉車道位置選擇

在選擇象限繞行平面交叉左轉車道的最佳位置時，首先要依據表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，將左轉車道布設于此象限內。若在實際應用中此象限內不具備布設左轉專用車道的條件，則布設于下一級臨界車道流量較大的象限內，同時與傳統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已知，見圖6。

圖6 平面交叉處交通量和車道數分布

結合圖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和西向直行。若將象限平面交叉的左轉專用車道分別布設在四個象限內，按照式（3）～（6）分別進行計算并與傳統十字形平面交叉口進行比較，可得左轉專用車道位于西北象限內，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 結論

1）通過對交錯點數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條件下，計算分析得到了象限繞行平面交叉左轉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，今后仍需要結合具體的交通現狀，對其做出進一步論證。