待行區是否本質上提高了交叉口的通行能力？

文 / 李瑞敏 清華大學副教授

交叉口通行能力由時間和空間兩個因素決定，尤其是對于信號控制交叉口。

而待行區一般設置在左轉、直行分別給予綠燈相位的交叉口（也有其他特殊情況），這里只探討左轉、直行分別給予綠燈相位的四路交叉口（可視為非常簡單的有代表性的一種），即四路交叉口的基本的四相位。

左轉待行區已經應用多年且范圍較廣，近年來在部分城市的部分交叉口，直行待行區也開始涌現，而眾多發布的研究（應用）成果表明，施劃了待行區后通行能力有明顯提高。今天提出題目中的這個問題，好像有點與常識不符，但是確實多年來一直在思考這個問題，在這里簡單談談。

為什么在一定情況下設置待行區能夠提高通行能力

首先，對于采用案例分析（即實測）得出待行區通行能力提高的結果，確實是實踐中所得。這里要探討的是為什么在一定情況下設置待行區能夠提高通行能力。

信號控制交叉口的通行能力由各相位的通行能力加和而成，因此，要判斷待行區對交叉口通行能力的提高有無影響，可以看待行區的設置對某信號相位的通行能力有無影響即可。（這里暫不討論右轉車道的通行能力，也不考慮自行車、行人對機動車的非正常干擾）

一個相位的通行能力是由該相位通行的各條車道的通行能力組成，而一條車道的通行能力則是由其獲得的綠燈時間和車道的飽和流率決定，車道的飽和流率一定的情況下，通行能力就是受到綠燈時間（或曰綠信比）的影響。

對于時間，一小時為3600秒，待行區的設置不可能將一小時變為3800秒，那么是否設置待行區后可利用的時間多了（面上看貌似是），但是從本質來看，如下圖所示，沖突點A上的時間一小時永遠是3600秒，只是在不同相位進行分配而已。

如何讓3600秒的利用率最高，那就是讓沖突點上永遠有交通流通過而不沖突且不浪費。如果做到這點，沖突點的3600秒全部被利用了，則待行區的設置也只是充分利用了3600秒，并沒有增加總的時間（當增加了沖突點上的有效綠燈時間）。

但是，為何在設置待行區后實測通行能力提高了？一個原因是因為在設置待行區之前信號控制的設置，沒有充分利用沖突點上的3600秒。下面以圖來說明（設置待行多為大交叉口，在此繪制了較大的交叉口，草草成圖，僅為示意）。

以南北向直行、左轉為例來說明，理想的情況是當直行車輛最后一輛通過沖突點A后，第一輛左轉車輛剛好到達沖突點A，二者恰恰沒有碰撞，如果要實現這種方式，需要什么樣的配時呢？

假設直行綠燈結束時刻為T1秒，此刻剛好有車輛1駛離北進口停車線（我們暫時沒考慮黃燈期間通過的車輛），左轉綠燈啟動時刻為T2秒（考慮啟動損失2秒，則實際左轉第一輛車——車輛2啟動離開停車線的時刻為T2+2秒），那么直行車輛1駛離沖突點A的時刻為T1+L1/V1秒，而車輛2到達沖突點A的時刻為T2+2+L2/V2，假定L1>L2以及直行綠燈末期V1>V2，則可假設L1/V1=L2/V2（實際上這個假設是否成立對于后面的分析無大影響，只要L2/V2不小于L1/V1即可）。

則只要保證T2+2>T1即可（即不會在沖突點相撞），這樣產生什么問題呢？即T2可以小于（或曰早于）T1，意味著什么，意味著如果嚴格控制直行和左轉車不在沖突點碰撞，則可以在直行綠燈時間沒有結束的時候就給對向專用左轉相位車輛放綠燈（實際中這可能會被信號機視為綠沖突），故實際中是不會這樣設置的，實際一般如何設置呢？

直行綠燈結束后直行3秒黃燈，再來1-3秒全紅，然后才是左轉的綠燈，也就是T2=T1+3+3（取3秒全紅），但是實際上T2可以小于T1，故實際上針對沖突點控制法而言，沖突點上可能有8秒（3+3+2，即前面提到的啟動損失）沒有車通過，這就是現在不設待行區時，清場時間把交叉口內全部清空，而浪費的沖突點上的時間（即使車輛1在黃燈末期沖過停車線，則這里的8秒變為5秒，沖突點上還是有時間浪費）。

設置了待行區后會如何？

還是假設直行車輛1到達沖突點A的時刻為T1+L1/V1秒，左轉車輛2現在不是從停車線啟動，而是從沖突點啟動（不是絕對的沖突點，而是距離沖突點非常近，圖中僅為示意），故車輛2到達沖突點的時間為T2+2秒，如果還是按照直行綠燈結束后直行3秒黃燈，再來3秒全紅，則沖突點上無車通過的時間為T2+2-T1-L1/V1，而T2=T1+6，則無車通過的時間為：T1+6+2-T1-L1/V1=8-L1/V1，即沖突點上有8-L1/V1秒沒有車通過，比不設置左轉待行區節約了L1/V1的時間，這個時間用來進行了左轉車輛的通行，故通行能力有所提高。

但是如果我們隨意調整配時，例如：假設可以將左轉的綠燈啟亮時刻早于直行的綠燈結束時刻，同時通過精確計算（例如縮短相位間隔時間），確保直行左轉車輛不在沖突點碰撞，則沖突點上不會有浪費的時間，那么其通行能力就是極限的通行能力（現在有的城市在部分交叉口使用一種進入待行區但是不停車的邏輯，即在直行綠燈快結束時通過可變信息板引導左轉車進入待行區，然后當車輛緩慢行駛到待行區前端后正好趕上左轉綠燈啟亮，則不在待行區內停車等待就可通過交叉口，實際上是用可變信息來在一定時間內代替左轉綠燈早亮的邏輯）。

因此，從上述分析看，如果配時能夠做到某些程度（例如左轉綠燈早于直行綠燈結束就啟亮等），控制沖突點一直有車通過（注意這樣說的可能有點簡單，因為沒考慮東西向等），則通行能力能夠達到一個極限，而與是否設置待行區無關。

但是為何現在設置待行區還是有意義的呢？

因為，將左轉綠燈啟亮時間設置的早于直行的綠燈結束時間對于左轉、直行相位分別放行來講，在常規上不為人們和信號機所接受；

如果真的將左轉綠燈啟亮時間設置的早于直行的綠燈結束時間，則一旦左轉車輛超速，即前面說的V2變大，則L2/V2變小，容易造成左轉車輛與直行車輛在沖突點相撞，如果如此，誰來承擔責任？

如果待行區的車道數能夠超過路段上的同轉向車道數，例如在北京的一些立交橋下，路段上的左轉車道只有一條，但是通過停車線進入橋下后，可以設置2條甚至3條左轉待行車道，則不僅時間上有更好的利用，空間上也增加了資源，則左轉的通行能力就會增加比較明顯。

故雖然從以沖突點控制為原理的分析中看待行區不會增加對時間的利用率，但是現狀卻是理論無法應用（例如無法讓左轉的綠燈啟亮比直行綠燈結束的還早，除非是搭接相位），故目前階段設置待行區還是對提高通行能力有用。

從另一個角度理解——以B點在左轉綠燈期間能夠最大通過的小汽車數量為例，假如左轉綠燈為0-40秒，飽和車頭時距2秒，不考慮啟動損失，假設從D點到B點需要4秒，從C點到B點需要2秒，則：對于施劃待行區的情況，B點有左轉車通過的時間段是2-44秒，其中，2秒是第一輛在C點的車啟動到達B點情況，44秒是在40秒時通過D點的最后一輛車；而對于沒有施劃待行區的情況，B點有左轉車通過的時間段是4-44秒，其中，4秒是第一輛在D點的車啟動到達B點情況，44秒是在40秒時通過D點的最后一輛車，則待行區施劃的影響可見一斑。

因此，當前國內情況下，對于較大的交叉口，設置待行區還是有其作用的。

這個探討引出一些問題：

是否一定需要全紅時間（當然，設置交通信號控制更重要的是要考慮安全，而從安全的角度考慮，可能結果會不一樣）？

到底是先直后左還是先左后直？

到底什么樣的交叉口是需要設置待行區，還是當做好其他方面的設計后可能也沒太大必要設置呢？

如果說這個設置待行區的必要性較大，那下面這個呢？