基于臨界車道流量法的移位左轉平面交叉交通組織研究

□文/王志華

傳統十字形平面交叉因造價低、占地少等諸多優點成為我國常用的平面交叉形式，但當直行和左轉交通量較大時，車輛行駛沖突嚴重，信號周期及各相位綠燈時長急劇增加，嚴重影響了平面交叉的服務性能；若改建成立體交叉的形式，雖然能一定程度上緩解道路交通擁堵問題，但會導致占地面積增加、拆遷量加大，特別是在我國一些大城市路網已經成型的情況下，改移周邊建筑物異常困難，不具備可實施性。

鑒于此，深圳市吸收了國外先進經驗，結合當地交通情況，對傳統平面交叉進行了改進，在彩田-福華路口的彩田路南北雙向建成了國內首個移位左轉平面交叉口；一段時間的跟蹤統計表明，彩田-福華路口的通行能力增加了29%，其中最擁堵的南進口通行效率提升了57.6%，排隊長度縮短215 m，有效緩解了交通擁堵問題[1]。

目前國內有關十字形平面交叉的研究更多集中在優化信號配時、增設左轉待行區及合理的人工引導等方面[2～4]，對移位左轉平面交叉等非傳統交通組織方式的研究則相對較少。

1 移位左轉平面交叉口概述

移位左轉平面交叉口CFI（Continuous Flow Intersection）是近年來美國常用的一種新型平面交叉形式，它通過合理組織道路橫斷面的形式，節約了道路用地，徹底改變了傳統平面交叉左轉車流的運行方式，使左轉車流在達到主交叉口之前通過中央分隔帶轉移到對向車流最外側的專用車道，使左轉車流與直行車流一同放行，從而消除了主交叉口的左轉專用相位，提高了交叉口處車輛的運行效率，減少了行車延誤。見圖1。

圖1 移位左轉平面交叉口左轉車輛的運行方式

2 平面交叉口臨界車道流量計算模型

2.1 臨界車道流量法

在研究傳統十字形平面交叉的交通流量問題時，通常采用臨界車道流量法（CLV）進行分析[5]，即通過車道利用率（LUF）加以轉化使之分解為各行車方向單車道的交通量。

早在1963年，Drew，D R[6]就提出利用臨界車道流量法來指導平面交叉相關設計；近些年Kar P P 等[7]的相關研究進一步表明采用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服務水平甚至可以和VISSIM 軟件的仿真結果相媲美[8]。

本文以此方法為基礎，對傳統的十字形平面交叉和移位左轉平面交叉分別進行計算。

2.2 傳統十字形平面交叉臨界車道流量

通常需要將某行車方向的交通總量轉化為單車道交通量，要考慮交通流占比、車道數及交通管理等因素的影響。在應用時若依據實際統計的交通量并充分考慮上述因素，將嚴重影響工作效率。故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，見表1[9]。

表1 標準車道利用率

依據臨界車道流量法，各行車方向的交通總量乘以車道利用率便可得到不同行車方向的單車道交通量

式中：vi——某行車方向的單車道交通量，輛/（h·車道）；

Vi——某行車方向的交通總量，輛/h；

LUFi——車道利用率；

i——交通流的類型以及車道類型。

計算時，必須明確路口車輛沖突的組合與類型，這是臨界車道流量法分析計算的基礎。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類型，見圖2和表2。

圖2 傳統十字形平面交叉交通流向

表2 平面交叉沖突運動的組合與類型

由表2可知：右轉彎車輛與其右側的左轉車輛存在合流現象。因此在計算平面交叉總的臨界車流量時，必須對右轉交通量進行調整，參考表2中的沖突運動組合進行比較計算，從而獲得平面交叉臨界車流量CLV。

2.3 移位左轉平面交叉臨界車道流量

移位左轉平面交叉設計目的是通過在道路上設置幾處交叉節點，在左轉車輛達到主交叉口之前實現分流，減少左轉車輛對直行交通的影響，降低主交叉節點的臨界車道流量。參考傳統十字形平面交叉臨界車流量的計算方法，類似可得移位左轉平面交叉的臨界車道流量CLV。

1）節點位于東向道路中分帶上

2）節點位于西向道路中分帶上

3）節點位于北向道路中分帶上

4）節點位于南向道路中分帶上

2.4 移位左轉平面交叉節點位置選擇

在選擇移位左轉平面交叉節點的最佳位置時，首先要依據表2對平面交叉各沖突點的臨界車道流量分別進行計算，根據計算結果挑選最大值，將交叉按節點布設于此方向道路的中分帶上。若臨界車道流量較大的位置不止一處，應將第二處交叉節點布設在下一級沖突較高方向道路的中分帶上，最后將移位左轉平面交叉口的臨界車道流量與傳統十字型平面交叉進行分析比較，直至將交叉口的臨界車道流量值降低到可接受的范圍內為止。

2.5 交叉服務水平

服務水平是指道路使用者（包括駕駛員、乘客和行人）從道路交通條件等方面可能獲得的服務質量。我國道路設計標準和相應的規范中通常將服務水平分為六級[10]，采用臨界車道流量與通行能力的比值（V/C）作為評價道路擁擠程度并劃分服務水平的重要依據，見表3。有關信號交叉口通行能力劃分標準見表4[5]。

表3 信號交叉口服務水平

表4 信號交叉口相位數與通行能力 輛（/h·車道）

表4是傳統的十字形平面交叉口通行能力。在移位左轉平面交叉口，依據設置節點數量的不同，情況有所不同，若僅在某一方向的道路中分帶上設置一處交叉節點，主交叉口通行能力為1 700輛/（h·車道），若在東西向或者南北向設置兩處交叉節點，主交叉口通行能力可達1 760 輛/（h·車道），若在各方向的道路上均設置交叉節點，主交叉口通行能力可高達1 850 輛/（h·車道）。

3 實例分析

為了能夠更好地理解臨界車流量法在移位左轉平面交叉中的實際應用，通過一個實例來說明，假設東西方向和南北方向的交通量和車道數已知，見圖3。

圖3 平面交叉處交通量和車道數分布

結合圖3 和表2 進行分析計算，可以得到各方向的單車道交通量，見表5。

表5 平面交叉各方向單車道交通量

根據式（2）進行計算，可以得到平面交叉東西方向和南北方向的臨界車道流量，見表6。

表6 平面交叉沖突運動的臨界車道流量 輛（/h·車道）

根據式（3）～（10）進行計算并結合表3 和表4 有關信號平面交叉相位數、通行能力和服務水平之間的聯系，可得兩類平面交叉性能評價指標，見表7。

表7 平面交叉性能評價指標

由表7可知，平面交叉總的臨界車道流量為1 510輛/（h·車道），其中東向左轉和西向直行車輛的CLV為860 輛/（h·車道），占比最高，達到了57%，為該平面交叉口的關鍵沖突點；其次西向左轉和東向直行車輛的CLV 值也達到了700 輛/（h·車道），占比同樣較高，為次沖突點，因此移位左轉平面交叉在設計時必須妥善的解決好這兩方向的行車沖突問題。

交叉節點應優先布設于西向的行車道上，此時主交叉口的CLV 降低到1 350 輛/（h·車道），與傳統十字形平面交叉相比，采用移位左轉平面交叉的布設形式之后，CLV 減少了160 輛/（h·車道）；考慮到西向左轉和東向直行車輛之間的行車沖突同樣較為嚴重，應當考慮在東向的行車道上設置另一處交叉節點，此時主交叉口的CLV 降低到1 310 輛/（h·車道），CLV 減少了200 輛/（h·車道），主交叉口的服務水平由之前的四級提升到了三級。若有條件，在各方向的道路上均設置交叉節點后，主交叉口的CLV 可大幅度降低到1 060輛/（h·車道），與傳統平面交叉口相比，此時移位左轉平面交叉的服務水平顯著提高，減少行車延誤，從而徹底緩解了平面交叉口的交通擁堵問題。

4 結論

1）基于臨界車道流量分析方法，得到了移位左轉平面交叉主交叉及各交叉節點臨界車道流量的計算模型，在不同的交通量和車道數條件下，分析計算得到了交叉節點最佳位置。

2）結合傳統平面交叉通行能力和服務水平的劃分標準，以臨界車道流量估算方法為基礎，提出了移位左轉平面交叉服務水平的確定方法，可在移位左轉平面交叉設計時簡單、快速的確定其整體性能。

3）通過實例的對比驗證，進一步明確了移位左轉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。

4）本文只是從理論上對傳統平面交叉和移位左轉平面交叉進行了分析研究，需要結合具體的交通狀況做進一步論證。□■