基于完整街道理念的車道縮減設計

李鵬舉 鄔嵐

摘? 要：為提高非機動車和行人出行環境，各地開始提倡發展“完整街道”的設計，但是由于現有道路條件限制，無法通過拓寬道路來增加慢行交通空間以提高道路交通安全，而包含中央雙向左轉車道（TWLTL）的車道縮減設計是一種有效措施。本文主要研究基于完整街道理念的車道縮減設計方案，計算中央雙向左轉車道最短長度、過渡段長度以及過渡段距離交叉口長度，并通過VISSIM建立仿真模型，以延誤、沖突和排隊長度作為評價指標，對車道縮減設計方案中主路左轉比例以及適用交通量進行分析，通過研究為城市道路進行車道縮減設計提供一些思路。

關鍵詞：完整街道;交通安全;路權;中央雙向左轉車道（TWLTL）

中圖分類號：F570? ? 文獻標識碼：A

Abstract： In order to improve the travel environment of non-motorized vehicles and pedestrians， various regions have begun to advocate the design of“complete streets”. However， due to the limitations of existing road conditions， it is impossible to increase the slow traffic space through widen the road to improve road traffic safety. The lane reduction design for turning lanes（TWLTL）is an effective measure. This paper mainly studies the lane reduction design scheme based on the complete street concept， and calculates the shortest length of the central two-way left-turn lane， the length of the transition section， and the length of the intersection from the transition section. A simulation model was established through VISSIM， and delays， conflicts and queue length were used as evaluation indicators to analyze the left turn ratio of the main road and applicable traffic volume in the lane reduction design scheme. Research shows that lane reduction design can improve road safety to a certain extent.

Key words： complete street; traffic safety; right of way; two-way-left-turn-lane（TWLTL）

0? 引? 言

我國國內目前的車道類型都是傳統道路斷面形式，雙向四車道、雙向六車道等，這是因為在20世紀50年代到60年代，道路工程的重心放在道路系統和容量的擴張而非縮減上。無論何時何地，當一條雙向兩車道道路某一路段的交通量增長過快，為了使道路通行能力與之相適應，在道路設計中通常的做法是將道路增加到雙向四車道。在那個時期沒有工程先例優先考慮設計三車道道路作為替代方案。

因此，雙向四車道道路從一開始便成為國家的標準。一些道路為了適應較高的交通量而修建雙向四車道的橫斷面，近些年來也出現壓縮非機動車道和人行道來滿足機動車出行的趨勢，例如，在一些老城區沒法變更道路紅線的情況下非機動車道或人行道越來越窄，有的甚至直接取消非機動車道，采取機非混行的措施，不僅會增加機非碰撞的概率，降低了交通安全，而且非機動車和行人出行舒適度大大降低。短期來看增加機動車道可能會緩解交通擁堵，但是非機動車和行人出行空間被壓縮后，更多的人會轉向機動車出行，又會產生新的交通擁堵。

為了解決上述問題，美國提出了“完整街道（Complete Street）”的理念，用以重新分配路權，改變以往以機動車出行為主的觀念，建設“以人為本”的出行方式，確保所有人出行的安全[1]。“以人為本”即道路空間重新分配，恢復步行和非機動車交通空間，提高居民慢行交通舒適度。本文在基于完整街道理念的基礎上對道路進行車道縮減設計，這項改造措施是在不改變道路紅線寬度和保證機動車通行能力的前提下，縮減機動車道或者減少機動車道寬度，例如將雙向四車道改造成帶有中央雙向左轉車道（Two-Way-Left-Turn-Lane，TWLTL）的三車道道路，增加非機動車道和人行道及其寬度，對道路路權進行重新規劃。由國內外經驗表明，車道縮減設計路段一般采用無信號交叉口，故本文只考慮無信號交叉口之間的路段車道縮減設計方案。

1? 車道縮減設計方案

安全和暢通是車道縮減設計方案的初衷，在不影響機動車通行能力的前提下對現有道路的路權進行重新規劃。以傳統雙向四車道道路為例，將一條四車道的道路改造為一條三車道的道路，改造后道路由兩條直行的車道和一條中央雙向左轉車道組成，將節約的道路空間用于增加非機動車道和人行道，增加或者改善慢行交通空間，提高慢行交通的舒適性，回歸“以人為本”的道路設計理念。

中央雙向左轉車道是一條設在道路中間專供左轉車輛行駛的一條車道[2]，類似于中央分隔帶，在道路中心用虛實黃線區劃道路標線，車道內有雙向左轉箭頭，車輛進入該車道后等待機會左轉或掉頭，嚴禁車輛借用中央雙向左轉車道進行超車，如圖1所示。

1.1? 道路橫斷面優化設計

為了完善道路功能，使機動車和非機動車各行其道，提升道路交通環境，此優化設計將雙向四車道道路改造成三車道道路，橫斷面優化設計前后對比如圖2所示。

車道縮減方案中橫斷面設計的整體原則與傳統道路橫斷面設計沒有太大區別，橫向坡度和排水設施等按照傳統標準設計即可，其中有差異的一些設計要素如表1所示[3]。

1.2? 道路平面優化設計

道路平面上，將中間車道設置為中央左轉車道，道路中間設置凈空區。中央左轉車道是專供左轉或調頭車輛使用的車道，車輛進入該車道后等待左轉或調頭。在道路兩端連接交叉口處，可以增設一條右轉專用道供右轉車輛使用，減少直右車輛在交叉口排隊延誤，如圖3所示。

2? 中央雙向左轉車道

2.1? 中央雙向左轉車道的特點

中央雙向左轉車道具有以下優點[4]：

（1）減少沖突點，在通常情況下，交通量增加時一般采取的方法是拓寬道路，增加車道數來提高通行能力，但這樣做會使道路沖突點變多，道路變得不夠安全，容易發生車禍，而車道縮減設計則通過有效減少沖突點和增加視距的方式達到使交通更安全的目的。

（2）中央雙向左轉車道可以使道路行車平穩有序和相對寧靜，因為其不允許車輛超速和變道，這就減少了車輛行駛速度的離散性，而且能夠有效減少側向沖突和交叉沖突。

（3）可以在不降低機動車通行能力和不增加延誤的前提下，提高非機動車和行人的通行能力，不僅節約的道路資源，而且使道路空間整體的使用效率大大增加。

相對的，中央雙向左轉車道也具有其缺點。雙向四車道道路改造成雙向三車道后，原來道路上的車輛都集中在三車道上，每個車道的車輛密度增加。同時車輛在進入左轉車道之前只能依次前行，無法進行超車。如果車輛密度過大，反而會降低通行效率，造成行車延誤。

2.2? 中央雙向左轉車道過渡段長度L計算

過渡段是指為了防止其中一個方向的左轉或調頭車輛由直行車道進入中央雙向左轉車道時與對向左轉或調頭車輛進入中央雙向左轉車道產生沖突，而采取在中央雙向左轉車道上設置的不允許任何車輛駛入的一段道路（如圖4所示），且過渡段的長度與道路設計車速有關。

過渡段長度L計算公式如下：

L=L+2L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

L=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：L為中央左轉車道過渡段的長度（m）;L為中央左轉車道過渡段中禁止車輛行駛的一段距離（m），L≥15m[5];L為漸變段的長度（m）;v為設計車速（km/h）;w為變化寬度（m）。

2.3? 過渡段距離交叉口長度L和L計算

因為過渡段離兩端交叉口處的距離對于路段通行能力具有一定的影響，為了保證車道縮減設計的三車道道路通行效率達到最優，所以探討過渡段位置與高峰小時左轉交通量之間的關系，以此確定中央左轉車道過渡段的最佳位置。其中過渡段位置的確定與道路左轉車輛有關，如圖5所示，假設中央左轉車道過渡段中心點為a，中央左轉車道在兩端交叉口停車線處分別有點b和點c，設路段總長度為L，中心點a到點b的距離為L，中心點a到點c的距離為L，駛向b點左轉高峰小時交通量包括早高峰Q和晚高峰Q，駛向c點左轉高峰小時交通量包括早高峰Q和晚高峰Q。

過渡段距離交叉口距離確定公式如下所示：

L=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

L=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

λ=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

其中：λ為對向左轉早晚高峰小時交通量之比;L為路段總長度（m）;L為過渡段距離b點的長度（m）;L為過渡段距離c點的長度;Q、Q為駛向b點的早高峰和晚高峰交通量（輛/h）;Q、Q為駛向c點的早高峰和晚高峰交通量（輛/h）。

2.4? 中央雙向左轉車道設計路段最短長度L計算

根據國內外經驗得出，在道路中設置中央雙向左轉車道需要考慮兩個交叉口的距離，如果距離過短則會增加道路延誤，造成交通擁堵，影響道路通行能力。因此，本文中央雙向左轉車道允許采取的最短路段長度不得小于設計路段長度L：

L≥L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

L=L+L+2L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

式中：L為道路縮減設計中最短路段長度（m）;L為中央雙向左轉車道車輛排隊長度（m）;L為過街人行橫道寬度（m）。

L=L+L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

式中：L為中央雙向左轉車道其中一個方向車輛排隊長度（m）;L為中央雙向左轉車道另一個方向車輛排隊長度（m）。

L=2×M×s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（9）

L=2×M×s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （10）

式中：M、M為無信號控制交叉口在高峰小時1min時間內平均左轉彎車輛數;s為平均車頭間隔（m）。

3? 車道縮減設計適用條件分析

車道縮減設計的目的是提高道路的安全性和暢通性，但國內外經驗表明，并不是所有道路都適合進行車道縮減設計，四改三車道縮減設計一般適用于城市道路等級為次干道或支路的道路，進行車道縮減設計對道路機動車通行能力有一定的影響，為了不降低道路服務水平，需要對道路縮減設計的適用條件進行分析，結合國內外實踐經驗，并針對我國實際情況，綜合考慮縮減車道左轉比例、道路長度以及適用交通量范圍。以下是車道縮減設計適用條件分析流程圖（如圖6所示），先選取評價指標，然后通過VISSIM和SSAM進行仿真，分析車道縮減設計道路在不同左轉比例條件下的適用交通量，以及車道縮減設計所適用的路段長度。

3.1? 評價指標

本文對車道縮減設計適用條件分析，主要從道路通行效率和安全性兩個方面進行指標選取，影響通行效率的評價指標包括車輛延誤和排隊長度，影響道路安全性的評價指標包括沖突類型和沖突次數，因此選取車輛延誤、排隊長度和沖突次數作為評價指標對車道縮減設計道路進行仿真分析。

（1）車輛延誤

由于我國道路服務水平劃分與美國不同，根據美國道路通行能力手冊，將無信號交叉口服務水平劃分轉化后如表2所示。

無信號交叉口通行規則采用次路讓行主路的原則，延誤計算公式如式（1）所示：

d=+900T-1++5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（11）

式中：d為車輛延誤（s/輛）;v為流向x的流率（輛/h）;c為流向x的通行能力（輛/h）;T為分析時段（小時）（對于15分鐘的時段，T=0.25）。

（2）排隊長度

在美國道路通行能力手冊中，無信號交叉口采用95%位排隊長度，其計算公式如式（12）所示：

Q=900T-1+? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（12）

式中：Q為95%位的排隊長度（輛）;v為流向x的流率（輛/h）;c為流向x的通行能力（輛/h）;T為分析時段（小時）（對于15分鐘的時段，T=0.25）。

（3）交通沖突

將VISSIM仿真軟件中的trj文件導入到SSAM中，對仿真軌跡進行分析，主要分析指標是沖突時間（Time to Collision，TTC）。TTC是指距離沖突發生的時間，反映沖突的嚴重程度，值越小則沖突越容易發生，閾值默認為1.5s，當沖突時間小于或等于1.5s時認為沖突發生，其計算公式如式（13）所示：

TTC=t-t， ？坌t>t? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（13）

式中：TTC為第i輛車與前車i-1的沖突時間（s）;t為第i輛車到達沖突點的時間（s）;t為第i-1輛車到達沖突點的時間（s）。

3.2? VISSIM仿真模型及分析

車道縮減設計仿真模型是根據一般城市道路建立的，采用無信號控制交叉口，如圖7所示，本文車道縮減設計仿真模型，道路設計參數如表3所示[6]。

（1）車道縮減設計適用交通量

將傳統雙向四車道道路進行車道縮減設計需要考慮的因素很多，例如道路功能、改造成本、道路現有交通量和未來交通量、道路車輛左轉比例以及路段長度等，本文主要從道路高峰小時交通量、車輛左轉比例、路段長度這三個主要因素，對車道縮減設計適用條件進行分析。

以雙向四車道道路通行能力為基礎，單車道通行能力為1 850輛/h[7]，選取不同的飽和度V/C進行仿真實驗，由于在車道縮減設計模型仿真中飽和度超過0.5后導致道路排隊長度過大，無法繼續仿真實驗。因此選取飽和度區間為0.1～0.5的交通量進行仿真實驗。為了便于對比仿真結果，兩個仿真模型主路高峰小時交通量取不同飽和度V/C，左轉交通量比例均分別選取10%、20%、30%，右轉交通量比例均為10%，支路交通量均取經驗值300輛/h，一共24種交通量組合。

以表4各種交通量條件為基礎進行仿真，每種交通量條件仿真10次取平均值，得到在不同左轉比例條件下平均延誤、排隊長度和沖突次數隨主路不同交通量的變化情況，如圖8所示。

從圖8曲線中可以看出飽和度V/C為0.4時是一個臨界點，當飽和度V/C低于0.4時，平均延誤和排隊長度處于緩慢增長狀態，當飽和度V/C高于0.4時兩者都開始快速增長。尤其是車輛左轉比例為30%的曲線急劇增長，飽和度V/C超過0.35后，道路服務水平降到三級。而左轉比例為10%和20%時飽和度V/C低于0.4，才能保持比較高的道路服務水平。

從圖9交通沖突曲線可以看出，當左轉比例為10%和20%時飽和度V/C超過0.4沖突次數開始急劇增加，左轉比例為30%時飽和度V/C超過0.35開始急劇增加，因此當縮減設計車道左轉比例為30%時，飽和度V/C不宜超過0.35。

綜合可慮道路通行效率和行車安全，得出車道縮減設計道路在不同左轉比例下所適應的最佳交通量，如表5所示。

（2）車道縮減設計最短路段長度

對車道縮減設計仿真模型不同路段長度進行仿真模擬，分別建立路段長度為100m、150m、200m、300m、500m和800m的仿真模型，為了便于對比分析，所有仿真模型左轉比例選擇20%，飽和度V/C為0.35。仿真結果如表6所示，當路段長度小于150米時，道路平均延誤明顯增加，交叉口排隊長度過多，沖突次數急劇上升，不僅降低通行效率，而且還會增加交通沖突，與本文公式（7）計算的車道縮減設計最短長度150m基本吻合，因此車道縮減設計道路路段長度不宜小于150m。

4? 總? 結

車道縮減設計在不改變原有道路寬度的前提下增加慢行交通空間，體現了完整街道理念。本文通過對道路橫斷面進行優化設計，將傳統四車道改造成帶有TWLTL車道的雙向三車道道路，并深入研究得出了TWLTL車道過渡段長度、過渡段距離交叉口長度以及車道縮減設計路段最短長度的計算公式，為車道縮減設計提供了一定的依據。運用VISSIM和SSAM仿真軟件對車道縮減設計具體使用條件進行模擬分析，得出在不同左轉比例和V/C條件下適用交通量，最后通過仿真實驗得出的車道縮減設計適用最短路段長度，與公式計算結果相吻合，結果顯示對長度大于150m的路段進行改造效果更好。

參考文獻：

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