城市道路交叉口出口道可變車道設置研究

（濟南市公安局交通警察支隊，山東濟南250000）

城市道路交叉口的交通組織對于合理利用道路資源、提高道路通行能力、減小交通延誤、緩解交通擁堵具有重大意義[1-2]。在城市道路交叉口應用的交通組織方法有：提前右轉、提前掉頭、進出口拓寬、左轉待轉區、直行待行區、禁止左轉、車道變窄、停車線前移、可變導向車道等[3-4]。如何在現有的道路資源下，進一步挖掘道路潛力，充分利用交叉口時空資源，實現“時間上爭分奪秒，空間上寸土必爭”[5]，濟南市探索了在交叉口出口道設置可變車道的新方法。

1 出口道可變車道的提出

城市道路交叉口存在道路時空資源利用不充分的現象，以典型的十字型四相位信號控制交叉口東西向直行相位和左轉相位為例：1)當東西方向進口道直行車輛放行時，南北方向出口道除少量東西方向進口道右轉車輛外，無車輛占用，造成南北方向出口道時空資源浪費；2)當東西方向進口道左轉車輛通行時，東西方向出口道除少量南北方向進口道右轉車輛外，無車輛占用，造成東西方向出口道時空資源浪費；3)當東西方向進口道左轉車輛通行時，相應的南北方向出口道只有部分車道被占用，造成南北方向出口道時空資源浪費。

城市道路交叉口交通組織優化應堅持“小改造大暢通”和“時空互補促暢通”的理念，做到施工簡單化、工期最短化，投資及交通影響最小化、效益最大化，時間與空間互補、空中與地面互補、順向與逆向互補。為此，本文提出在城市道路交叉口出口道設置可變車道的方法。具體設置方法為：在交叉口出口道內側設置可變車道，車道功能隨交叉口信號相位和其他因素的改變而變化，既具有出口道行車道功能又具有進口道左轉導向車道功能。

出口道可變車道的設置需首先改變進口道先直行后左轉的信號相序為先左轉后直行，然后在條件適宜的中央隔離帶遠離交叉口一定長度設置開口，最后設置必要的交通設施。具體使用方法為：相交方向直行相位時間內，開口后方排隊的左轉車輛在交通標志標線、誘導信號燈等配套設施誘導下進入可變車道待行；在下一個綠燈相位即該方向左轉相位內，左轉車輛借助可變車道通行，可變車道具有進口左轉車道功能；在其他相位內可變車道為正常出口道行車道，如圖1所示。

出口道可變車道與進口道內側拓寬車道功能類似，均可提高道路交叉口通行能力、減小交通延誤。但是，進口道內側拓寬車道一般需要進行中央綠化帶拆除或中央隔離帶偏移，需要對信號燈和市政管線進行遷移，且需要較長時間的封閉施工。與進口道內側拓寬車道相比，在出口道設置可變車道的方法具有顯著優點：1)施工簡單；2)工期短，

圖1 出口道可變車道的設置Fig.1 Design of reversible exit lanes

對交通影響小；3)不會降低出口道的通行能力。根據道路交叉口實際狀況，設置進口道內側拓寬車道的交叉口還可設置出口道可變車道，進一步提高交叉口通行能力。

2 設置條件

出口道可變車道可在城市道路交叉口中廣泛應用，但是并非適用于所有交叉口和交叉口的所有方向。在交叉口設置出口道可變車道應滿足以下條件：

1）必須是平面信號控制交叉口，且有專用左轉相位。適宜設置的交叉口一般是十字型或T字型信號控制交叉口，立體交叉口、環形交叉口和某些畸形交叉口不適宜。

2）出口道車道數不小于3。由于中國城市大多數交叉口右轉車輛不受信號控制，出口道至少應為相交方向右轉車輛保留1條車道，且可變車道至少占用出口道1條車道，再考慮安全因素，在設置可變車道時出口道車道數應不小于3；此外，設置出口道可變車道需配套設置提前掉頭口，為滿足提前掉頭車輛的轉彎半徑要求，出口道車道數應不小于3。

3）出口道可變車道應滿足車輛左轉轉彎半徑的要求。設置可變車道后，若左轉車輛轉彎半徑過小，易導致車輛不能正常左轉，引發交通事故。

4）進口道飽和度較大且左轉交通量較大。當左轉交通量較小、飽和度較小時，交通運行暢通，沒有必要在交叉口設置出口道可變車道。

上述前三個條件是設置出口道可變車道的靜態可行性約束條件，最后一個條件是設置的動態必要性條件。

3 設置參數

3.1 出口道可變車道通行能力

出口道可變車道的設置增加了進口車道數，如果車道長度和開閉時間設置合理，將能充分利用左轉相位綠燈時間，提高交叉口通行能力。其單條車道通行能力N逆/(輛·h-1)與進口道左轉車道通行能力N左/(輛·h-1)相同，計算公式為[6]

式中：n為一個周期內允許左轉的車輛數/輛；T周為信號周期/s；t綠為信號周期內左轉綠燈時間/s；v左為左轉車輛行駛速度/(m·s-1)；a為左轉車輛平均加速度/(m·s-2)；t左為通過停車線的左轉車輛車頭時距/s。

3.2 出口道可變車道的車道數

出口道可變車道的車道數根據其設置多條可變車道的必要性和約束條件綜合確定。當道路時空資源不足、不能重新進行空間渠化和信號配時優化緩解左轉交通壓力，而設置一條出口道可變車道仍不能有效緩解上述問題，左轉車道飽和度、排隊長度、交通延誤仍較大時，若交叉口仍能滿足設置出口道可變車道的條件則可考慮設置多條。

出口道可變車道的車道數受左轉方向出口道車道數、對向右轉車道數及本方向進口道左轉車道數的制約，出口道可變車道的車道數應滿足以下要求：

式中：n逆為出口道可變車道數/條；n對出為左轉車輛轉彎對應的出口道車道數/條；n左為本方向左轉車道數/條；n對右為對向方向右轉車道數/條。

同時，出口道可變車道的車道數受左側出口道車道數、左側相交方向右轉車道數制約，因此出口道可變車道的車道數還應滿足：

式中：n左出為左側出口道車道數/條；n交右為左側相交方向出口道右轉車道數/條。

因此，出口道可變車道最大車道數maxn逆=min{ }n對出-n左-n對右,n左出-n交右。

3.3 出口道可變車道長度

若出口道可變車道設置過短，則其綠燈相位內通行的左轉車輛較少，通行能力過小，可變車道設置意義不大；如果設置過長，不僅影響相應出口道通行能力，且由于出口道可變車道不能及時騰空導致車道內滯留車輛與對向直行車流形成沖突，容易引發嚴重的交通擁堵和交通事故。因此，出口道可變車道長度應滿足約束條件

式中：l逆為出口道可變車道的長度/m；l1為進口道導向車道線長度/m；l2為進口道第一組導向箭頭至停車線長度/m；l3為出口道路緣石轉彎處至下游第一組導向箭頭的長度/m；l4為進口道左轉車道排隊長度/m；l5為出口道路緣石轉彎處至下游交叉口車輛排隊末尾處的長度/m。

3.4 出口道可變車道的開閉時間

3.4.1 提前開啟最小時間

在進口道左轉綠燈開啟前，出口道可變車道需提前開啟，使車道開口處之后排隊的左轉車輛進入可變車道待行，開啟時間可提前至相交方向直行相位綠燈開啟一定時間后。車道開啟時間不能過早，過早開啟車道意義不大且可能與相交方向左轉車輛沖突；車道開啟太晚將導致左轉相位綠燈開啟時，第一輛進入可變車道的左轉車輛不能到達停車線處，不能充分利用時間資源，影響可變車道的通行能力。為充分利用左轉相位綠燈時間，需要研究可變車道提前開啟最小時間，這一最小時間與車道長度有關，車道越長，提前開啟最小時間越大。將左轉車輛啟動進入可變車道并在停車線處待行視為車輛低速、勻速行駛，提前開啟最小時間

式中：t開為出口道可變車道提前開啟最小時間/s；t0為第一輛車啟動進入出口道可變車道需要的時間/s，可采用2.3 s；l逆為出口道可變車道的長度/m；v開為左轉車輛進入出口道可變車道待行的平均速度/(m·s-1)，可通過實地測速取平均值確定。

3.4.2 提前關閉最小時間

左轉相位綠燈關閉前，出口道可變車道需提前關閉。關閉太早影響車道通行能力，太晚將導致出口道可變車道不能騰出空間，與下一相位對向直行車輛沖突。提前關閉最小時間與車道長度有關，車道越長，提前關閉最小時間越大，其計算公式為

式中：t關為出口道可變車道提前關閉最小時間/s；v關為左轉車輛在出口道可變車道正常行駛的平均速度/(m·s-1)，可通過實地測速取平均值確定。

4 配套措施

4.1 交叉口信號相序和配時方案的調整

在交叉口交通信號優化中，一般通過調節周期時長、綠信比、相位相序、綠燈間隔時間(若為協調控制，還有相位差)四個參數改善交叉口通行效率。其中相位相序是一個較為特殊的參數，是在信號控制交叉口交通組織優化中踐行時空互補理念的關鍵因素，通過優化相序提高交叉口運行效益是提高交叉口時空資源利用率的重要手段。

由于城市道路交叉口左轉待行區的設置，中國大多數城市采用的信號相位相序為先直行再左轉。設置出口道可變車道應將相位相序調整為先左轉后直行，在相交方向車輛直行時，本方向左轉車輛即可進入出口道可變車道待行并利用本方向左轉相位通行，充分利用交叉口時空資源。

設置出口道可變車道后，進口道左轉方向通行能力提高，應適當進行信號優化和車道功能調整。根據交叉口靜態道路條件和動態交通運行狀況，其調整方式分為以下幾種情況：不調整信號周期，減小左轉相位綠燈時間，增大直行相位綠信比；縮短信號周期，減小左轉相位綠燈時間，優化直行相位綠信比；調整車道功能，改變空間路權分配，重新進行信號配時方案設計等。

圖2 出口道可變車道標線設置Fig.2 Design of reversible exit lane markings

圖3 出口道可變車道交通標志版面設計Fig.3 Design of traffic signs for reversible exit lanes

4.2 標志標線

出口道可變車道的標線定位為指示功能的縱向標線，設置在城市道路行車道上，組成形態為字符和線條。可變車道標線采用線條和字符相結合的方式，并采用彩色鋪裝，顏色為綠色，具體設置方法為：車道兩側施劃寬度0.15 m的白色實線，并鋪設1 m寬綠色彩色路面，車道兩端中間位置分別設置一組兩端帶有黃色箭頭的可變車道文字標志，車道靠近交叉口一端文字方向為對向直行車流行車方向，車道遠離交叉口一端文字方向為本方向左轉車流行車方向，如圖2所示。

出口道可變車道的標志定位為設置在車行道上方具有指示功能的靜態主標志。可變車道兩端均需設置指示標志，按放置位置和面向車流的不同分為兩種：一種如圖3a所示，設置在交叉口處，面向對向直行車輛，可懸掛于交叉口信號燈燈柱上；另一種如圖3b所示，設置在出口道可變車道開口處，面向本方向左轉車輛，可懸掛于出口道可變車道誘導信號燈燈柱上。

表1 經十路-舜耕路交叉口晚高峰交通量Tab.1 PM peak traffic volume at the intersection of Jingshi Road and Shungeng Road pcu·h-1

表2 未設置出口道可變車道前晚高峰配時方案Tab.2 PM-peak signal timings before implementing the reversible exit lane s

表3 經十路—舜耕路交叉口車道功能劃分Tab.3 Lane channelization at the intersection of Jingshi Road and Shungeng Road

4.3 提前掉頭

交叉口掉頭車輛可能借用左轉車道或出口道可變車道，易導致以下問題：1)進口道左轉車道掉頭車輛與出口道可變車道左轉車輛形成新的沖突點，易引發交通擁堵和交通事故；2)出口道可變車道車輛掉頭相對較困難；3)掉頭車輛占用左轉道路資源和左轉相位綠燈時間。為避免出現以上問題，可在實施出口道可變車道的同時，利用同一開口空間在可變車道開口后方開設掉頭開口并設置相應的標志標線，引導車輛提前掉頭。

圖4 西出口可變車道Fig.4 Reversible lane at the west exit

圖5 提前掉頭標志標線Fig.5 Traffic signs and markings of U-turn in advance

4.4 信號誘導控制方式

出口道可變車道的信號誘導控制設施采用左轉專用誘導車道信號燈(以下簡稱“誘導信號燈”)和LED誘導顯示屏(以下簡稱“誘導顯示屏”)與交叉口信號聯動配合的方式。誘導信號燈設置在出口道可變車道開口處，誘導顯示屏設置在誘導信號燈燈柱上。

在相交方向直行相位綠燈開啟一定時間后，誘導信號燈綠燈開啟，誘導顯示屏顯示“允許左轉車輛進入左側可變車道”綠色字樣，部分左轉車輛進入可變車道待行，可變車道提前開啟；當本方向左轉相位綠燈關閉前一定時間，誘導信號燈顯示黃燈3 s后紅燈開啟，誘導顯示屏顯示“禁止左轉車輛進入左側可變車道”紅色字樣，可變車道提前關閉。可變車道提前開啟可作為左轉車輛的待行區，增大可變車道通行能力；可變車道提前關閉可避免下一相位可變車道滯留車輛與對向直行車輛沖突。

5 實例分析

5.1 實施情況

經十路為濟南市貫通東西并連接章丘和長清的主干路，承擔著過境交通和集散交通雙重功能，針對左轉需求較大、道路資源緊張的現狀，濟南市交通管理部門在經十路—環山路交叉口東出口試驗設置中國首條出口道可變車道，并在經十路—舜耕路、經十路—陽光新路等交叉口進行推廣應用。

經十路—舜耕路交叉口是經十路沿線重要節點之一，在未設置出口道可變車道之前交通擁堵嚴重，尤其是西進口，左轉交通需求遠超過車道通行能力，左轉車輛經常排隊至上游玉函立交橋下橋口而影響順河高架車輛正常通行。經十路—舜耕路交叉口晚高峰交通量如表1所示，未設置出口道可變車道前晚高峰配時方案如表2所示、車道功能劃分如表3所示。

圖6 出口道可變車道的誘導信號燈和誘導顯示屏Fig.6 Guidance signal and screen for the reversible exit lane

圖7 出口道可變車道設置前后交通運行狀態仿真對比Fig.7 Comparison of traffic operation before and after the implementation of reversible exit lane by simulation

經十路—舜耕路交叉口東出口和西出口滿足設置可變車道的條件，為緩解交通擁堵，交通管理部門對交叉口進行了改造。設置出口道可變車道的具體措施有：1)分別在交叉口東出口40 m處和西出口50 m處設置開口，開辟出口道可變車道，如圖4所示；2)將4個方向信號相位相序由先直行后左轉調整為先左轉后直行，使東西向左轉車輛充分利用可變車道道路資源借道左轉；3)設置出口道可變車道標志標線，在開口后方設置提前掉頭的標志標線，如圖5所示；4)設置出口道可變車道的誘導信號燈和誘導顯示屏，實現與交叉口信號聯動。在相交方向直行相位綠燈關閉前12 s部分左轉車輛進入出口道可變車道待行，隨后出口道可變車道關閉，如圖6所示。由于出口道可變車道的交通組織方法在中國首次使用，考慮到交通安全問題，濟南市交通管理部門采用較保守的做法，出口道可變車道僅發揮左轉車輛待行區的功能，隨著研究深入和經驗積累，未來將在適當時機調整誘導信號燈開閉時間。

5.2 運行評價

交通調查分析發現，每信號周期出口道可變車道可放行8～12輛左轉車輛，提高了交叉口通行能力。由于交叉口還應用了其他交通組織方法，交通調查不能準確反映設置出口道可變車道對交叉口交通效率的影響，因此應用VISSIM仿真軟件在交通量、車道功能、信號配時等影響因素相同的條件下，分別建立出口道可變車道設置前和設置后的仿真平臺，對比設置前后的交通運行狀況，得出兩組不同的交通指標數據。可變車道設置前后交通運行狀況仿真如圖7所示。

交通仿真數據顯示，設置出口道可變車道后，在一個信號周期內東西方向左轉交通量增加63%，停車線后最大排隊長度縮短35%，左轉車輛平均延誤降低29%，東西向直行、右轉及南北方向車輛交通指標數據基本無變化。由于設置出口道可變車道會改變信號配時方案，對信號配時優化后再次應用VISSIM軟件進行仿真，東西方向直行、右轉及南北方向車輛的交通效率得到提高，東西方向直行交通量增長11%、平均交通延誤降低8%，公共汽車通過交叉口的平均時間減少9 s。

6 結語

本文在城市道路交叉口交通組織方面提出設置出口道可變車道的新方法，對出口道可變車道進行定義，系統地研究出口道可變車道的設置條件，包括車道數、車道長度、車道開閉時間等設置參數及配套措施。這一方法充分利用道路現有時空資源，可提高交叉口的交通效率，在一定程度上有助于緩解交通擁堵。本文在出口道可變車道開閉時間的計算上考慮的因素不夠全面，下一步將結合排隊論、跟馳理論及車流波動理論對其開展深入研究，完善車道開閉時間的數學模型，并進一步對出口道可變車道設置后道路交叉口通行能力、交通延誤等進行定量分析。

∶

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