基于完整街道理念的车道缩减设计

李鹏举 邬岚

摘  要：为提高非机动车和行人出行环境，各地开始提倡发展“完整街道”的设计，但是由于现有道路条件限制，无法通过拓宽道路来增加慢行交通空间以提高道路交通安全，而包含中央双向左转车道（TWLTL）的车道缩减设计是一种有效措施。本文主要研究基于完整街道理念的车道缩减设计方案，计算中央双向左转车道最短长度、过渡段长度以及过渡段距离交叉口长度，并通过VISSIM建立仿真模型，以延误、冲突和排队长度作为评价指标，对车道缩减设计方案中主路左转比例以及适用交通量进行分析，通过研究为城市道路进行车道缩减设计提供一些思路。

关键词：完整街道;交通安全;路权;中央双向左转车道（TWLTL）

中图分类号：F570    文献标识码：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

我國国内目前的车道类型都是传统道路断面形式，双向四车道、双向六车道等，这是因为在20世纪50年代到60年代，道路工程的重心放在道路系统和容量的扩张而非缩减上。无论何时何地，当一条双向两车道道路某一路段的交通量增长过快，为了使道路通行能力与之相适应，在道路设计中通常的做法是将道路增加到双向四车道。在那个时期没有工程先例优先考虑设计三车道道路作为替代方案。

因此，双向四车道道路从一开始便成为国家的标准。一些道路为了适应较高的交通量而修建双向四车道的横断面，近些年来也出现压缩非机动车道和人行道来满足机动车出行的趋势，例如，在一些老城区没法变更道路红线的情况下非机动车道或人行道越来越窄，有的甚至直接取消非机动车道，采取机非混行的措施，不仅会增加机非碰撞的概率，降低了交通安全，而且非机动车和行人出行舒适度大大降低。短期来看增加机动车道可能会缓解交通拥堵，但是非机动车和行人出行空间被压缩后，更多的人会转向机动车出行，又会产生新的交通拥堵。

为了解决上述问题，美国提出了“完整街道（Complete Street）”的理念，用以重新分配路权，改变以往以机动车出行为主的观念，建设“以人为本”的出行方式，确保所有人出行的安全[1]。“以人为本”即道路空间重新分配，恢复步行和非机动车交通空间，提高居民慢行交通舒适度。本文在基于完整街道理念的基础上对道路进行车道缩减设计，这项改造措施是在不改变道路红线宽度和保证机动车通行能力的前提下，缩减机动车道或者减少机动车道宽度，例如将双向四车道改造成带有中央双向左转车道（Two-Way-Left-Turn-Lane，TWLTL）的三车道道路，增加非机动车道和人行道及其宽度，对道路路权进行重新规划。由国内外经验表明，车道缩减设计路段一般采用无信号交叉口，故本文只考虑无信号交叉口之间的路段车道缩减设计方案。

1  车道缩减设计方案

安全和畅通是车道缩减设计方案的初衷，在不影响机动车通行能力的前提下对现有道路的路权进行重新规划。以传统双向四车道道路为例，将一条四车道的道路改造为一条三车道的道路，改造后道路由两条直行的车道和一条中央双向左转车道组成，将节约的道路空间用于增加非机动车道和人行道，增加或者改善慢行交通空间，提高慢行交通的舒适性，回归“以人为本”的道路设计理念。

中央双向左转车道是一条设在道路中间专供左转车辆行驶的一条车道[2]，类似于中央分隔带，在道路中心用虚实黄线区划道路标线，车道内有双向左转箭头，车辆进入该车道后等待机会左转或掉头，严禁车辆借用中央双向左转车道进行超车，如图1所示。

1.1  道路横断面优化设计

为了完善道路功能，使机动车和非机动车各行其道，提升道路交通环境，此优化设计将双向四车道道路改造成三车道道路，横断面优化设计前后对比如图2所示。

车道缩减方案中横断面设计的整体原则与传统道路横断面设计没有太大区别，横向坡度和排水设施等按照传统标准设计即可，其中有差异的一些设计要素如表1所示[3]。

1.2  道路平面优化设计

道路平面上，将中间车道设置为中央左转车道，道路中间设置净空区。中央左转车道是专供左转或调头车辆使用的车道，车辆进入该车道后等待左转或调头。在道路两端连接交叉口处，可以增设一条右转专用道供右转车辆使用，减少直右车辆在交叉口排队延误，如图3所示。

2  中央双向左转车道

2.1  中央双向左转车道的特点

中央双向左转车道具有以下优点[4]：

（1）减少冲突点，在通常情况下，交通量增加时一般采取的方法是拓宽道路，增加车道数来提高通行能力，但这样做会使道路冲突点变多，道路变得不够安全，容易发生车祸，而车道缩减设计则通过有效减少冲突点和增加视距的方式达到使交通更安全的目的。

（2）中央雙向左转车道可以使道路行车平稳有序和相对宁静，因为其不允许车辆超速和变道，这就减少了车辆行驶速度的离散性，而且能够有效减少侧向冲突和交叉冲突。

（3）可以在不降低机动车通行能力和不增加延误的前提下，提高非机动车和行人的通行能力，不仅节约的道路资源，而且使道路空间整体的使用效率大大增加。

相对的，中央双向左转车道也具有其缺点。双向四车道道路改造成双向三车道后，原来道路上的车辆都集中在三车道上，每个车道的车辆密度增加。同时车辆在进入左转车道之前只能依次前行，无法进行超车。如果车辆密度过大，反而会降低通行效率，造成行车延误。

2.2  中央双向左转车道过渡段长度L计算

过渡段是指为了防止其中一个方向的左转或调头车辆由直行车道进入中央双向左转车道时与对向左转或调头车辆进入中央双向左转车道产生冲突，而采取在中央双向左转车道上设置的不允许任何车辆驶入的一段道路（如图4所示），且过渡段的长度与道路设计车速有关。

过渡段长度L计算公式如下：

L=L+2L                                               （1）

L=                                      （2）

式中：L为中央左转车道过渡段的长度（m）;L为中央左转车道过渡段中禁止车辆行驶的一段距离（m），L≥15m[5];L为渐变段的长度（m）;v为设计车速（km/h）;w为变化宽度（m）。

2.3  过渡段距离交叉口长度L和L计算

因为过渡段离两端交叉口处的距离对于路段通行能力具有一定的影响，为了保证车道缩减设计的三车道道路通行效率达到最优，所以探讨过渡段位置与高峰小时左转交通量之间的关系，以此确定中央左转车道过渡段的最佳位置。其中过渡段位置的确定与道路左转车辆有关，如图5所示，假设中央左转车道过渡段中心点为a，中央左转车道在两端交叉口停车线处分别有点b和点c，设路段总长度为L，中心点a到点b的距离为L，中心点a到点c的距离为L，驶向b点左转高峰小时交通量包括早高峰Q和晚高峰Q，驶向c点左转高峰小时交通量包括早高峰Q和晚高峰Q。

过渡段距离交叉口距离确定公式如下所示：

L=                                                （3）

L=                                                （4）

λ=                                                （5）

其中：λ为对向左转早晚高峰小时交通量之比;L为路段总长度（m）;L为过渡段距离b点的长度（m）;L为过渡段距离c点的长度;Q、Q为驶向b点的早高峰和晚高峰交通量（辆/h）;Q、Q为驶向c点的早高峰和晚高峰交通量（辆/h）。

2.4  中央双向左转车道设计路段最短长度L计算

根据国内外经验得出，在道路中设置中央双向左转车道需要考虑两个交叉口的距离，如果距离过短则会增加道路延误，造成交通拥堵，影响道路通行能力。因此，本文中央双向左转车道允许采取的最短路段长度不得小于设计路段长度L：

L≥L                                                 （6）

L=L+L+2L                                            （7）

式中：L为道路缩减设计中最短路段长度（m）;L为中央双向左转车道车辆排队长度（m）;L为过街人行横道宽度（m）。

L=L+L                                               （8）

式中：L为中央双向左转车道其中一个方向车辆排队长度（m）;L为中央双向左转车道另一个方向车辆排队长度（m）。

L=2×M×s                                               （9）

L=2×M×s                                              （10）

式中：M、M为无信号控制交叉口在高峰小时1min时间内平均左转弯车辆数;s为平均车头间隔（m）。

3  车道缩减设计适用条件分析

车道缩减设计的目的是提高道路的安全性和畅通性，但国内外经验表明，并不是所有道路都适合进行车道缩减设计，四改三车道缩减设计一般适用于城市道路等级为次干道或支路的道路，进行车道缩减设计对道路机动车通行能力有一定的影响，为了不降低道路服务水平，需要对道路缩减设计的适用条件进行分析，结合国内外实践经验，并针对我国实际情况，综合考虑缩减车道左转比例、道路长度以及适用交通量范围。以下是车道缩减设计适用条件分析流程图（如图6所示），先选取评价指标，然后通过VISSIM和SSAM进行仿真，分析车道缩减设计道路在不同左转比例条件下的适用交通量，以及车道缩减设计所适用的路段长度。

3.1  评价指标

本文对车道缩减设计适用条件分析，主要从道路通行效率和安全性两个方面进行指标选取，影响通行效率的评价指标包括车辆延误和排队长度，影响道路安全性的评价指标包括冲突类型和冲突次数，因此选取车辆延误、排队长度和冲突次数作为评价指标对车道缩减设计道路进行仿真分析。

（1）车辆延误

由于我国道路服务水平划分与美国不同，根据美国道路通行能力手册，将无信号交叉口服务水平划分转化后如表2所示。

无信号交叉口通行规则采用次路让行主路的原则，延误计算公式如式（1）所示：

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

式中：d为车辆延误（s/辆）;v为流向x的流率（辆/h）;c为流向x的通行能力（辆/h）;T为分析时段（小时）（对于15分钟的时段，T=0.25）。

（2）排队长度

在美国道路通行能力手册中，无信号交叉口采用95%位排队长度，其计算公式如式（12）所示：

Q=900T-1+                         （12）

式中：Q为95%位的排队长度（辆）;v为流向x的流率（輛/h）;c为流向x的通行能力（辆/h）;T为分析时段（小时）（对于15分钟的时段，T=0.25）。

（3）交通冲突

将VISSIM仿真软件中的trj文件导入到SSAM中，对仿真轨迹进行分析，主要分析指标是冲突时间（Time to Collision，TTC）。TTC是指距离冲突发生的时间，反映冲突的严重程度，值越小则冲突越容易发生，阈值默认为1.5s，当冲突时间小于或等于1.5s时认为冲突发生，其计算公式如式（13）所示：

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

式中：TTC为第i辆车与前车i-1的冲突时间（s）;t为第i辆车到达冲突点的时间（s）;t为第i-1辆车到达冲突点的时间（s）。

3.2  VISSIM仿真模型及分析

车道缩减设计仿真模型是根据一般城市道路建立的，采用无信号控制交叉口，如图7所示，本文车道缩减设计仿真模型，道路设计参数如表3所示[6]。

（1）车道缩减设计适用交通量

将传统双向四车道道路进行车道缩减设计需要考虑的因素很多，例如道路功能、改造成本、道路现有交通量和未来交通量、道路车辆左转比例以及路段长度等，本文主要从道路高峰小时交通量、车辆左转比例、路段长度这三个主要因素，对车道缩减设计适用条件进行分析。

以双向四车道道路通行能力为基础，单车道通行能力为1 850辆/h[7]，选取不同的饱和度V/C进行仿真实验，由于在车道缩减设计模型仿真中饱和度超过0.5后导致道路排队长度过大，无法继续仿真实验。因此选取饱和度区间为0.1～0.5的交通量进行仿真实验。为了便于对比仿真结果，两个仿真模型主路高峰小时交通量取不同饱和度V/C，左转交通量比例均分别选取10%、20%、30%，右转交通量比例均为10%，支路交通量均取经验值300辆/h，一共24种交通量组合。

以表4各种交通量条件为基础进行仿真，每种交通量条件仿真10次取平均值，得到在不同左转比例条件下平均延误、排队长度和冲突次数随主路不同交通量的变化情况，如图8所示。

从图8曲线中可以看出饱和度V/C為0.4时是一个临界点，当饱和度V/C低于0.4时，平均延误和排队长度处于缓慢增长状态，当饱和度V/C高于0.4时两者都开始快速增长。尤其是车辆左转比例为30%的曲线急剧增长，饱和度V/C超过0.35后，道路服务水平降到三级。而左转比例为10%和20%时饱和度V/C低于0.4，才能保持比较高的道路服务水平。

从图9交通冲突曲线可以看出，当左转比例为10%和20%时饱和度V/C超过0.4冲突次数开始急剧增加，左转比例为30%时饱和度V/C超过0.35开始急剧增加，因此当缩减设计车道左转比例为30%时，饱和度V/C不宜超过0.35。

综合可虑道路通行效率和行车安全，得出车道缩减设计道路在不同左转比例下所适应的最佳交通量，如表5所示。

（2）车道缩减设计最短路段长度

对车道缩减设计仿真模型不同路段长度进行仿真模拟，分别建立路段长度为100m、150m、200m、300m、500m和800m的仿真模型，为了便于对比分析，所有仿真模型左转比例选择20%，饱和度V/C为0.35。仿真结果如表6所示，当路段长度小于150米时，道路平均延误明显增加，交叉口排队长度过多，冲突次数急剧上升，不仅降低通行效率，而且还会增加交通冲突，与本文公式（7）计算的车道缩减设计最短长度150m基本吻合，因此车道缩减设计道路路段长度不宜小于150m。

4  总  结

车道缩减设计在不改变原有道路宽度的前提下增加慢行交通空间，体现了完整街道理念。本文通过对道路横断面进行优化设计，将传统四车道改造成带有TWLTL车道的双向三车道道路，并深入研究得出了TWLTL车道过渡段长度、过渡段距离交叉口长度以及车道缩减设计路段最短长度的计算公式，为车道缩减设计提供了一定的依据。运用VISSIM和SSAM仿真软件对车道缩减设计具体使用条件进行模拟分析，得出在不同左转比例和V/C条件下适用交通量，最后通过仿真实验得出的车道缩减设计适用最短路段长度，与公式计算结果相吻合，结果显示对长度大于150m的路段进行改造效果更好。

参考文献：

[1] European Parliament Research Service. Urban Mobility： Shifting Towards Sustainable Transport Systems[R]. Brussels： European Parliament Research Service， 2014.

[2] 袁荷伟. 城乡结合部路段中心式双向左转车道设计研究[J]. 公路工程，2013，38（6）：250-253，259.

[3]  Knapp K， Chandler B， Atkinson J， et al. Road Diet Informational Guide[R]. Washinton DC： Federal Highway Administration， 2014.

[4] 彭永辉，程建川. 城市道路四车道改造为三车道的研究[J]. 中外公路，2008（1）：190-193.

[5] 唐琤琤，侯德藻，姜明. 道路交通标志和标线手册[M]. 北京：人民交通出版社，2009.

[6] 潘义勇，余婷，马健霄. 基于路段与节点的城市道路阻抗函数改进[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版），2017，36（8）：76-81.

[7] 美国交通研究委员会TRB. 道路通行能力手册（精）[M]. 北京：人民交通出版社，2007.