非機動車安全左轉的交叉口條件研究

劉軾介

(深圳市城市交通規(guī)劃設計研究中心有限公司)

新時期，在機動車迅猛增長的背景下，城市交通擁堵、交通污染等“城市病”，迫使城市管理者審視機動車發(fā)展模式的弊端，重新考慮釋放慢行空間，引入慢行系統(tǒng)。深圳市積極倡導“綠色出行”，逐步完善慢行道施劃，并在鹽田、龍崗中心區(qū)引入公共自行車租賃系統(tǒng)。廣州、杭州等大城市，珠海、中山、順德、瀏陽等二、三線城市都不斷完善自行車道的建設，提高居民出行品質，廣受市民好評。目前，建設完善的自行車道網(wǎng)絡，打造慢行、低碳、環(huán)保的交通體系，滿足市民對品質生活的追求，已經成為各個城市提升城市形象、建設宜居城市、提高市民幸福感的重要施政措施，成為新時期的潮流和時尚。

非機動車在道路空間的組織形式直接決定車道的通行能力大小，國內非機動交通運行較好的城市均采用獨立的非機動車道。在交叉口處，根據(jù)非機動車流量的大小分別采取與人行一起過街、與機動車一起過街等方式，相關研究表明，實施非機動車二次過街方式會大大增加左轉非機動車延誤。根據(jù)《城市道路交叉口設計規(guī)范》，非機動車流量較大時，宜在交叉口設置獨立的非機動車進出口道，并與機動車道間用設施分隔。非機動車獨立進出口道宜采用與機動車一起過街的交通組織方式。杭州等城市經驗也表明，與機動車同相位的相位控制方式通行能力更大，更適宜非機動車交通流量較大的慢行走廊交叉口。但由于受機動車、對象非機動車等干擾，與機動車共相位的直接左轉形式存在一定的安全隱患。需要對非機動車直接左轉交叉口的安全邊界條件進行通過科學的分析研究，以指導實際應用。以典型十字交叉口為例，分析交叉口多種因素對機動車左轉軌跡的影響，最終建立機動車左轉軌跡間最短距離模型，通過非機動車通行空間要求，校核不同交叉口條件是否適宜實施直接左轉形式。

1 非機動車左轉組織形式

非機動車在交叉口處左轉形式主要有兩種，一種是非機動車二次過街實現(xiàn)左轉，另一種是非機動車直接左轉。

1.1 非機動車二次過街實現(xiàn)左轉

該形式具有通行安全、信號控制方式簡單等優(yōu)點，在國內各城市應用較為廣泛。然而由于需要與行人一起過街，當非機動車流量較大時，與行人相互干擾比較嚴重。適用于左轉自行流量較小或交叉口范圍較小的情況下。在典型兩相位控制交叉口，左轉非機動車二次過街能夠顯著提高直行機動車和整個交叉口的通行能力。對于交叉口進口只有一條直行車道的情況，當機動車流量較低時，實施二次過街將較大幅度地增加向左轉非機動車延誤;當機動車流量較高時，實施二次過街所致的延誤增幅相對較小。隨著進口直行車道數(shù)的增加，二次過街實施前后的延誤總體上逐漸接近。

圖1 非機動車二次過街形式

1.2 非機動車直接左轉

該形式具有通行效率高、通過能力大等優(yōu)點，在國內自行車運行較好的城市應用較為廣泛。根據(jù)信號控制方式的不同，又可分為獨立相位控制和與機動車共相位控制。獨立相位控制指非機動車使用獨立的相位通行，通行效率高、比較安全，但需增加相位時長，對于機動車流量較大的路口不適應;機動車共相位控制指非機動車利用機動車轉向相位共同左轉，能夠更好地利用相位時間，且通行能力最大，但存在一定安全隱患，適用于流量較大的交叉口，需通過研究制定交叉口安全尺寸范圍，為本文研究的主要問題。為進一步擴大通行能力，減少機非干擾，當流量較大時非機動車直接左轉一般設置左轉前置。

圖2 非機動車直接過街形式

2 非機動車安全左轉交叉口條件研究

2.1 研究思路

在非機動車直接左轉(與機動車共相位)形式中，對向機動車同時左轉時，車流之間形成一定的安全空隙，當空隙足夠大時才能保證非機動車安全通行。在建立機動車左轉模型的基礎上，綜合考慮交叉口左轉車道寬度、綠化帶寬度、中心線偏離等影響因素，構建左轉軌跡間最短距離模型，用于非機動車安全左轉的交叉口條件研究。

2.2 機動車左轉軌跡間最短距離模型

(1)模型假設

根據(jù)幾何學理論，交叉口左轉車輛在靠近停車線之前為直線行駛，軌跡曲率半徑R=∞，離開交叉口通過停車線后行駛軌跡變?yōu)橹本€，曲率半徑R=∞。為保證曲率變化的連續(xù)性，可以采用“直線—緩和曲線—緩和曲線—直線”對左轉車輛運行軌跡進行擬合，其中緩和曲線取回旋線。

圖3 交叉口模型

模型采用常見的十字交叉口，以左轉車道外側轉向起點為坐標原點，道路方向為上北下南。β為相交道路中心線夾角的一半，對于垂直相交的路口β=π/4，R為左轉車輛的轉彎半徑。左轉停止線與北進口的左轉進入車道的右邊線垂直距離hx，以及左轉車道右邊線與北進口停止線的垂直距離hy。取左轉車道寬度為dl，綠化帶寬度為dg，綠化帶中心線偏移距離gΔ。

(2)軌跡線與轉角平分線的交點坐標

根據(jù)分析，機動車左轉軌跡間最短距離為左轉軌跡線與轉角平分線相交點之間的距離。機動車轉彎部分的軌跡采用回旋曲線擬合。見圖4。

圖4 回旋曲線模型

回旋曲線的直角坐標方程為

因此可以得到

回旋線與轉角平分線的交點為回旋線的中點，l=2Rβ，r=R。得到交點坐標為

(3)機動車左轉軌跡間最短距離模型

根據(jù)交叉口假設模型，可以得到左轉車道外邊緣線的延長線的交點，兩個交點坐標為(hx，0)，(hx3，hy3)。中心點坐標為(hx0，hy0)如圖5所示。

圖5 左轉車道外邊緣線交點

機動車左轉軌跡之間的最短距離為

當南北向進出口對稱，東西進出口對稱時，南北向、東西向均在同一軸向上。根據(jù)(hx0，hy0)-(dl+dg)，y3=2×dl+dg-gΔ，得到:

將式(3)中交點坐標代入式(5)，得到

(4)模型校核

根據(jù)規(guī)范要求，在和機動車道合并的非機動車道，車道數(shù)單向不應小于2條，寬度不應小于2.5 m。非機動車專用道路邊寬度應包括車道寬度及兩側路緣石帶寬度，單向不宜小于3.5 m，雙向不宜小于4.5 m。因此在實際應用過程中，實施非機動車道與機動車同相位直接左轉的交叉口，應當模型測算的基礎上，優(yōu)化調整左轉停止線與北進口的左轉進入車道的右邊線垂直距離hx、左轉車道寬度為dl、綠化帶寬度為dg、綠化帶中心線偏移距離gΔ等參數(shù)，保證d≥4.5 m。否則為保障非機動車安全，宜采用專用相位和二次過街的形式。

3 案例分析

汕尾市城區(qū)位于粵東濱海地區(qū)，常年氣候溫和宜人，植被四季常青，且城市尺度約3.5 km，十分適宜自行車出行。以正在開展汕尾市城區(qū)非機動車車道優(yōu)化調整為例，通過校核交叉口尺寸條件，研究非機動車直接左轉的適應性，確定非機動車在交叉口的交通組織形式，并提出保障自行車安全的改善措施。

根據(jù)對汕尾城區(qū)內非機動車走廊和交叉口的梳理，規(guī)劃對非機動車單向高峰小時客流大于1 000輛的道路上設置專用道，并在節(jié)點采用與機動車同時放行的信號控制方式。對于部分交叉口機動車左轉軌跡之間的最短距離不滿足4.5 m的規(guī)范要求，需要進行調整。通過后退停車線(增加hx)、降低左轉車道寬度、縮窄綠化帶寬度等措施，優(yōu)化交叉口平面尺寸，滿足自行車安全行車要求。

表1 部分交叉口參數(shù)優(yōu)化調整前后對比

與此同時，對于部分調整后仍不滿足規(guī)范要求的交叉口，建議采取二次過街和專用信號相位的組織形式。同時完善交叉口處機動車、非機動車引導線等隔離設施。在保障非機動車交通安全的同時兼顧通行效率的提高。

4 結語

針對交叉口處非機動車直接左轉形式存在的安全隱患問題，通過建立機動車左轉軌跡間最短距離模型，明確影響最短距離的交叉口尺寸參數(shù)，為保障非機動車通行安全，需根據(jù)模型測算結果，對相關參數(shù)進行優(yōu)化調整。最后，以汕尾城區(qū)非機動車車道優(yōu)化調整為例，通過實際交叉口優(yōu)化調整案例分析，提出具體可選的優(yōu)化措施，為非機動車直接左轉形式的推廣和應用提供科學的指引和支持。

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