象限绕行平面交叉交通组织方式研究

□文/武生权 娄中波 陈巧志 李秉穹

传统十字形平面交叉因造价低、占地小、建设费用少等优点成为我国道路常用的平面交叉形式；但当直行和左转交通量较大时，若仍然采用两相位控制，直行和左转车辆冲突严重，非常不利于行车安全。若采用四相位控制，增设左转专用相位后信号周期以及各相位绿灯时长急剧增加，行车延误严重，通行效率低下，严重影响平面交叉的服务能力；若改建成立交，从空间上相互分离左转和直行车流，虽然能彻底解决交叉口的拥堵问题，但是一些大城市格局已经确定，周边建筑物的拆迁和改移异常困难，建设成本过高，不具备可实施性。

1 象限绕行平面交叉

美国北卡罗莱纳州的亨特斯维尔地区创新采用了象限绕行的新型平面交叉（Quadrant Intersection）形式，即在传统十字形平面交叉的某一象限区域设置左转专用车道，使车辆均通过连接道路绕行实现左转，彻底消除主交叉口处左转专用相位对直行交通流的影响，有效缩短交叉口的信号周期长度，提高交叉口车辆的通行效率。见图1。

图1 象限绕行平面交叉口

建设前，通过教育引导，让当地认识并了解到象限绕行平面交叉口左转交通流的运行方式。一段时间的跟踪研究表明[1～2]，此项目有效地缓解了原平面交叉口的交通拥堵现象，提高了车辆的通行效率，减少了交通事故的发生，对行车安全有利。此项目的成功，有力验证了象限绕行平面交叉这类新型交叉口应用的可行性，方便了其进一步推广应用。目前国内有关十字形平面交叉口的研究更多的集中在优化信号配时、增设左转待行区以及合理的人工引导等方向[3～5]，对象限绕行平面交叉口等非传统交通组织方式的研究则相对较少，因此有必要对其做出深入分析总结。

2 车辆运行方式及安全性分析

象限绕行平面交叉设计的关键就是处理好左转车辆的运行方式，为方便进一步分析研究，现假设左转道位于西南象限内，各方向左转车辆的运行方式见图2。

图2 象限绕行平面交叉左转车辆运行方式

安全性研究是平面交叉口创新设计所必须面对的问题，因此有必要进一步分析在采用象限绕行平面交叉布设之后，其安全性相对于传统十字形布设方式是否有一定程度的提高。传统十字形平面交叉和象限绕行平面交叉交错点的分布见图3和图4。

图3 传统十字形平面交叉交错点分布

图4 象限绕行平面交叉交错点分布

将两类平面交叉交错点的数量进一步分析比较，见表1。

表1 平面交叉交错点数量

由表1 可知，象限绕行的布设方式相比传统的平面交叉口，冲突点减少了6 个，交错点减少了2 个，有效提升了平面交叉口的安全等级，有利于行车安全。

3 临界车道流量计算模型分析

在研究传统十字形平面交叉的交通流量问题时，可以参考临界车道流量法（CLV）来进行分析[6]，即通过车道利用率（LUF）加以转化使之分解为各行车方向的单车道交通量。近些年的相关研究表明，临界车道流量法可以显著提高平面交叉口的通行能力，减少行车延误，通过此方法确定出的交叉口的服务水平可以和VISSIM软件的仿真结果相媲美[7～9]。

3.1 传统十字形平面交叉临界车道流量

在研究传统十字形平面交叉时，通常需将某行车方向的交通总量转化为单车道交通量。本文采用标准车道利用率来反映平面交叉车道的使用情况，即单车道最大交通量与总交通量的比值，见表2[10]。

表2 标准车道利用率

依据临界车道流量法，某行车方向的单车道交通量为

式中：vi——单车道交通量，辆/（h·车道）；

Vi——交通总量，辆/h；

LUFi——车道利用率；

i——交通流的类型。

计算时，首先需要明确路口车辆的冲突类型，故依据传统十字形平面交叉各方向的交通流向来确定其冲突运动的组合方式，见图5和表3。

图5 传统十字形平面交叉交通流向

表3 平面交叉冲突运动的组合与类型

由表3 可知，各向的右转车辆可能与其右侧的左转车辆存在合流，因此在计算临界车流量时必须对右转交通量进行调整。

3.2 象限绕行平面交叉临界车道流量

参考十字形平面交叉临界车流量的计算方法，同理可得象限绕行平面交叉临界车道流量CLV。

1）左转车道位于西北象限

2）左转车道位于西南象限

3）左转车道位于东南象限

4）左转车道位于东北象限

3.3 象限绕行平面交叉左转车道位置选择

在选择象限绕行平面交叉左转车道的最佳位置时，首先要依据表3对平面交叉冲突点的临界车道流量分别进行计算，挑选最大值，将左转车道布设于此象限内。若在实际应用中此象限内不具备布设左转专用车道的条件，则布设于下一级临界车道流量较大的象限内，同时与传统平面交叉进行对比分析，直至将其降低到合理的范围为止。

4 应用实例

为能够更好理解临界车流量法在象限绕行平面交叉中的实际应用，通过实例来研究证明，假设东西方向和南北方向的交通量和车道数已知，见图6。

图6 平面交叉处交通量和车道数分布

结合图6和表3进行分析计算，可以得到各方向的单车道交通量。见表4。

表4 平面交叉冲突运动的临界车道流量 辆/(h车道)

由表4可知，关键的冲突点为东向左转和西向直行。若将象限平面交叉的左转专用车道分别布设在四个象限内，按照式（3）～（6）分别进行计算并与传统十字形平面交叉口进行比较，可得左转专用车道位于西北象限内，临界车道流量的降幅最大，可有效缓解了平面交叉口的交通拥堵问题。

5 结论

1）通过对交错点数量的对比分析验证了象限绕行平面交叉的安全性。

2）基于临界车道流量分析方法，得到了象限绕行平面交叉临界车道流量的计算模型。

3）在不同的交通量和车道数条件下，计算分析得到了象限绕行平面交叉左转专用车道最佳位置的确定方法。

4）通过具体的实例进行分析验证，进一步明确了象限绕行平面交叉的设计优势，为缓解我国平面交叉口的交通拥堵问题提供了新的解决思路。

5）本文只是从理论上对传统十字形平面交叉和象限绕行平面交叉进行了分析研究，今后仍需要结合具体的交通现状，对其做出进一步论证。