提高有轨电车平交路口空间利用率的交通组织模式

王晓辉

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉//高级工程师）

提高有轨电车平交路口空间利用率的交通组织模式

王晓辉

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉//高级工程师）

为提高有轨电车路口的空间利用率，减少有轨电车对社会车辆的影响，提出允许机动车在平交路口进口道借用有轨电车轨道空间排队的交通组织模式。分析了该模式对机动车通行能力和延误的改善及对有轨电车运行的影响，并用VISSIM软件进行仿真验证。结果表明，该方案在特定条件下可以有效提高平交路口机动车通行能力，降低延误。

有轨电车；平交路口；交通组织；空间利用率

有轨电车是与道路上其他交通方式共享路权的低运量城市轨道交通方式，其线路通常敷设在地面［1］。有轨电车在运行过程中，需与其他道路交通方式竞争有限的道路时空资源。而平交路口则是不同交通方式相互影响最为突出的节点［2］。有轨电车与其他交通方式的冲突和干扰，影响了沿线道路及平交路口的通行效率。随着城市道路交通日益拥堵，需充分研究道路资源的合理分配，以提高有轨电车的适应性。

目前，国内相关研究主要集中在有轨电车信号优先控制及对社会交通的影响方面［3］。本文对有轨电车平交路口交通组织进行分析，从减小不同交通方式的相互影响、提高道路平交路口空间利用率方面进行探讨。

1 有轨电车平交路口交通分析及改善方案

目前，国内已建成的有轨电车线路大多采用混合路权形式：路段设地面有轨电车专道，与其他交通方式采用物理隔离；在平交路口与其他交通方式平面交叉。

有轨电车常用的平交路口交通组织如图1所示。这种交通组织方式存在不足之处：一方面，受有轨电车专道影响，道路机动车进口道空间严重不足，降低了路口通行能力和服务水平；另一方面，受有轨电车发车班次和信号相位影响，有轨电车专道占用率有限。

为减小有轨电车和机动车在平交路口的相互影响，本文结合我国有轨电车与道路交通的特点，参照文献［6］的德国规范控制方法并对其进行了改进，提出了改进后的平交路口交通组织模式（如图2所示）。利用平交路口相位的时间差，可在路口有轨电车专道上开辟允许机动车借道排队的空间和提高平交路口时空利用率的交通组织模式。

由图2可见，有轨电车和平交路口左转车流在主路方向共用通行空间。部分有轨电车专道用于左转的道路机动车排队，而有轨电车停止线前移至PS1，与机动车停止线PV，1a的间距lw需满足左转排队长度与车道渐变长度之和。在有轨电车红灯相位，左转的机动车可在轨道上排队；待排在有轨电车之前的机动车开走后，再启动有轨电车绿灯相位。为解决有轨电车绿灯相位时左转车的排队问题，在左转车道之前增设1条左转车停止线PV，1b及预信号，有轨电车绿灯相位时，左转车可在预信号控制的候驶区排队等待。

信号控制策略如图3所示。平交路口采用东西左转、东西直行、南北左转及南北直行等4个基本相位和1个左转车预信号相位。有轨电车和东西向直行车共用相位。由于有轨电车速度快、制动距离长，故为确保安全，需在利用轨道空间排队区域设检测器1和检测器2，分别用于检测轨道是否清空和控制排队长度。当排队长度超过检测器2时，左转待转预信号VS1，b红灯亮；当左转的机动车完全通过检测器1时，有轨电车信号TS1，a绿灯亮。在对向停止线设检测器3。当有轨电车通过检测器3时，左转待转预信号VS1，b绿灯亮。有轨电车停止线前正常制动距离处设有轨电车预信号TS1，b，以提醒有轨电车提前减速。

图1 常用有轨电车平交路口交通组织图

图2 允许道路机动车借用有轨电车专道排队的交通组织图

图3 允许机动车借用有轨电车轨道排队的平交路口信号相位

2 改善效果

针对允许借用专道排队的交通组织模式对交通的改善效果，采用有轨电车路口延误时间tD1、机动车通行能力C及机动车延误时间tD2等指标进行评价，按有轨电车专用道在路中布置、直行通过路口、不考虑信号优先和路口设站等情况进行分析。

2.1 平交路口的tD1

在平交路口，有轨电车在绿灯相位以设计速度匀速通过，红灯相位车辆行驶状态依次为减速停车、排队等待、起动加速通过路口。有轨电车在路口的停车延误时间为：

式中：

tDr——有轨电车减速停车延误时间，s；

tr——有轨电车停车通过平交路口的时间，s；

tw——有轨电车停车等待时间，s；

tg——有轨电车不停车通过平交路口的时间，s。

其中：tg=3.6 L/v，la=0.5a ta2，ta=v/（3.6 a）。

当 L>la时，tr=3.6（L-l）a/v+v/（3.6 a） （1-1）

式中：

L——有轨电车在平交路口的走行距离，m；

v——有轨电车设计速度，km/h；

la——有轨电车加速距离，m；

a——有轨电车加速度，m/s2；

ta——有轨电车加速时间，s。

不允许机动车占用有轨电车专道时，L=lc+lt。其中，lc为平交路口东西进口的停止线间距，lt为有轨电车长度。允许机动车占用有轨电车专道时，L=lc+lt+2 lw，其中，lw为借道停车区和渐变段长度。

由计算式可看出，当允许机动车在平交路口借用有轨电车专道时，tD1的影响因素主要为L。由于平交路口信号变为绿灯时，有轨电车均需经过起动加速的过程，故停止线的提前对tDr和tr没有直接影响，tD1主要与平交路口信号周期相关。

2.2 进口道社会车辆通行能力

平交路口进口道的通行能力C是各车道饱和流量S及其所属信号相位绿信比λ的乘积之和［7］，即：

由式（2）可看出，平交路口机动车借用有轨电车专道排队，相当于增加了进口车道数，可有效提高路口通行能力。

2.3 进口道社会车辆延误

在平交路口延误中，取x为所计算车道的饱和度，T为分析时段的持续时长，e为单个平交路口信号控制类型校正系数，则各车道延误时间为：

式中：

td1——信号控制平均延误时间，td1=0.5 C×

td2——随机附加延误，td2=900 T［（x-1）+

td3——初始排队附加延误，主要用于平交路口现状评价。

可见：td1相对比较稳定，主要和信号周期成正比；td2主要和x有关，x越大，td2就越大，当饱和度大于1时，td2急剧增加。

有轨电车平交路口信号配时需考虑以下原则：①确保有轨电车绿灯开始之前清空路径上的所有车辆，以确保有轨电车在绿灯期间安全通过；②使平交路口平均信号控制延误时间最小。通常采用经典FB法计算最佳信号周期：

T=（1.5 tT+5）/（1-Y）

式中：

tT——周期总损失时间，s；

Y——关键相位流量比之和。

允许道路机动车借用有轨电车专道排队的交通组织模式，不仅增加了进口车道数，增加了进口道车道组饱和流量；而且，在社会交通量一定的条件下，降低了Y和T，降低了平交路口饱和度，可有效减少机动车的延误时间。

3 VISSIM软件仿真分析

运用VISSIM软件，对某有轨电车平交路口常规交通组织方案（方案一）和允许机动车借用有轨电车专用道的交通组织方案（方案二）进行仿真分析。假定2条相交道路均为双向四车道，有轨电车专用道为东西走向；各方向均为左、直、右3条进口道。假定有轨电车长度为40 m，加速度为1 m/s2，行驶速度为50 km/h，发车间隔为150 s，平交路口的高峰小时道路机动车流量假定如表1所示。

表1 与有轨电车平交路口的高峰小时道路机动车流量

（1）方案一：不允许机动车占用有轨电车专用道，结合有轨电车运行特点和平交路口交通量分布，采用东西左转、东西直行、南北左转、南北直行4个相位，有轨电车和东西向直行车共用相位。根据各进口方向交通量和车道布置，Y为0.95，经试算，T=120 s时td1最小，考虑有轨电车通行时长及行人过街的最短时长，配时方案如图4所示。仿真结果显示，方案一有轨电车在该路口的平均延误约32.7 s，平交路口机动车通行能力为2 428 pcu/h，饱和度为1.00，机动车平均信号控制延误时间为77.6 s，根据HCM2000服务等级的划分标准，属于E级服务水平，交通状况较差。

图4 方案一信号配时图位图

（2）方案二 利用有轨电车道设2条左转车道，直行车道增至2条；有轨电车停车线提前至左转车道和渐变段之前，旁边同时增设1条左转待转停车线。平交路口长度lc为60 m，lw=70 m。采用东西左转、东西直行、南北左转、南北直行等4个基本相位和1个左转车预信号相位（见图3）。由于允许左转车利用有轨电车专用道排队，有效增加了进口排队车道数，故Y降至0.65。考虑有轨电车通行和行人过街的最短时长，经试算，T=90 s时td1最小。配时方案如图5所示。

图5 方案二信号配时图位图

两个方案的平交路口延误时间对比如表2所示。由表2可见，方案二中有轨电车和机动车的延误均大幅降低。有轨电车在该路口的延误时间约为22.2 s，交叉口的机动车通行能力为3 633辆/h，x=0.67，交叉口的机动车平均信号控制延误时间为44.1 s，服务水平提高至D级。部分左转车辆需二次停车，平均左转车辆的停车次数为1.34，而其他方向车辆平均停车次数为0.6～0.9。东进口左转信号控制延误时间最长，为62.9 s。

根据仿真结果，允许机动车借用有轨电车专用道排队的交通组织方式可有效提高平交路口通行能力，缩短机动车在平交路口的延误时间，对有轨电车的延误也有一定改善。由于本文是基于有轨电车采用路中式专用道，平交路口不设站、不考虑信号优先的假定条件进行分析，具体应用时需结合车路权等级、车辆选型、车站型式、信号优先策略等论证采用。

表2 不同方案的平交路口延误时间对比

4 安全论证及保障措施

利用有轨电车专道空间排队的交通组织模式增加了有轨电车与机动车潜在的冲突点，需要从安全性角度进行专项论证，并采取必要的预防及应急保障措施：①通过左转车预信号来控制有轨电车专道上的车辆排队长度，且渐变段上不得停车，以在有轨电车停止线和排队车辆间形成一定长度的缓冲区。②左转预信号在有轨电车放行前转为绿灯，信号差应充分考虑左转车辆驶过专道上的渐变段和排队区所用时间，并留有一定余地。③在有机动车排队的专道空间和平交路口冲突区范围设置障碍物实时监测装置；在前方车辆非正常停车或冲突区车辆未及时消散的情况下，在有轨电车有效停车距离以前，应及时进行信号控制并发出警报［8］。④对有轨电车电车意外制动失误、信号控制系统故障等原因发生的安全隐患进行充分论证，并设置必要的安全保障措施及应急预案。

5 结语

现代有轨电车作为路面行驶的公共交通，需与其他道路交通方式竞争有限的道路资源。本文从提高有轨电车与道路交通的互适性角度，提出利用平交路口相位带来的时间差，允许机动车借用专道排队的组织模式，并进行了仿真验证。验证结果表明，该模式在特定条件下可有效提高平交路口机动车通行能力，降低延误。具体应用时，需结合有轨电车系统制式从效率提升效果和有轨电车运营安全等方面综合论证，并配置完备的信号控制及应急保障措施。

［1］ 中华人民共和国住房和城乡建设部．城市轨道交通工程基本术语标准：GB 50833—2012［S］．北京：中国建筑工业出版社，2012：3．

［2］ 秦国栋,苗彦英，张素燕．有轨电车的发展历程与思考［J］．城市交通，2013（4）：6．

［3］ 王舒祺．现代有轨电车交叉路口优先控制管理方法研究综述［J］．城市轨道交通研究，2014，17（6）：17．

［4］ 徐波，王波，周侃．面向协同控制的城市有轨电车交通组织技术探讨［J］．城市道桥与防洪，2014（9）：16．

［5］ 王建．试论有轨电车与轻轨系统的相互关系［J］．城市交通，2004（3）：24．

［6］（德）道路与交通工程学会．德国交通信号控制指南-德国现行规范（PdLSA）［M］．李克平，译．北京：中国建筑工业出版社，2006：23．

［7］ 中华人民共和国住房和城乡建设部．城市道路平交路口规划规范：GB 50647—2011［S］．北京：中国计划出版社，2011：70．

［8］ 徐静仪，欧冬秀．现代有轨电车平交路口安全保障系统［J］．交通科技，2015（5）：141．

Improvement of Transportation Organization Mode for Effective Space Utilization at Tram Intersections

WANG Xiaohui

In order to improve space utilization at tram intersections and reduce the tram impact on social vehicles，a traffic organization mode allowing the occupation of tram lane by other queuing vehicles is introduced，the influence of this mode on traffic capacity，on delay of vehicles and trams is analyzed.The approach is verified by VISSIM simulation,and the result indicates that this method could improve traffic capacity effectively and reduce the delay undercertain conditions.

tram；intersection；transportation organization；space utilization

Author′s address China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.，Ltd.，430063，Wuhan，China

U491.2+32∶U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.12.011

2016-11-08）