提高有軌電車平交路口空間利用率的交通組織模式

王曉輝

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢//高級(jí)工程師）

提高有軌電車平交路口空間利用率的交通組織模式

王曉輝

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢//高級(jí)工程師）

為提高有軌電車路口的空間利用率，減少有軌電車對(duì)社會(huì)車輛的影響，提出允許機(jī)動(dòng)車在平交路口進(jìn)口道借用有軌電車軌道空間排隊(duì)的交通組織模式。分析了該模式對(duì)機(jī)動(dòng)車通行能力和延誤的改善及對(duì)有軌電車運(yùn)行的影響，并用VISSIM軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，該方案在特定條件下可以有效提高平交路口機(jī)動(dòng)車通行能力，降低延誤。

有軌電車；平交路口；交通組織；空間利用率

有軌電車是與道路上其他交通方式共享路權(quán)的低運(yùn)量城市軌道交通方式，其線路通常敷設(shè)在地面［1］。有軌電車在運(yùn)行過程中，需與其他道路交通方式競(jìng)爭(zhēng)有限的道路時(shí)空資源。而平交路口則是不同交通方式相互影響最為突出的節(jié)點(diǎn)［2］。有軌電車與其他交通方式的沖突和干擾，影響了沿線道路及平交路口的通行效率。隨著城市道路交通日益擁堵，需充分研究道路資源的合理分配，以提高有軌電車的適應(yīng)性。

目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究主要集中在有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制及對(duì)社會(huì)交通的影響方面［3］。本文對(duì)有軌電車平交路口交通組織進(jìn)行分析，從減小不同交通方式的相互影響、提高道路平交路口空間利用率方面進(jìn)行探討。

1 有軌電車平交路口交通分析及改善方案

目前，國(guó)內(nèi)已建成的有軌電車線路大多采用混合路權(quán)形式：路段設(shè)地面有軌電車專道，與其他交通方式采用物理隔離；在平交路口與其他交通方式平面交叉。

有軌電車常用的平交路口交通組織如圖1所示。這種交通組織方式存在不足之處：一方面，受有軌電車專道影響，道路機(jī)動(dòng)車進(jìn)口道空間嚴(yán)重不足，降低了路口通行能力和服務(wù)水平；另一方面，受有軌電車發(fā)車班次和信號(hào)相位影響，有軌電車專道占用率有限。

為減小有軌電車和機(jī)動(dòng)車在平交路口的相互影響，本文結(jié)合我國(guó)有軌電車與道路交通的特點(diǎn)，參照文獻(xiàn)［6］的德國(guó)規(guī)范控制方法并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，提出了改進(jìn)后的平交路口交通組織模式（如圖2所示）。利用平交路口相位的時(shí)間差，可在路口有軌電車專道上開辟允許機(jī)動(dòng)車借道排隊(duì)的空間和提高平交路口時(shí)空利用率的交通組織模式。

由圖2可見，有軌電車和平交路口左轉(zhuǎn)車流在主路方向共用通行空間。部分有軌電車專道用于左轉(zhuǎn)的道路機(jī)動(dòng)車排隊(duì)，而有軌電車停止線前移至PS1，與機(jī)動(dòng)車停止線PV，1a的間距l(xiāng)w需滿足左轉(zhuǎn)排隊(duì)長(zhǎng)度與車道漸變長(zhǎng)度之和。在有軌電車紅燈相位，左轉(zhuǎn)的機(jī)動(dòng)車可在軌道上排隊(duì)；待排在有軌電車之前的機(jī)動(dòng)車開走后，再啟動(dòng)有軌電車綠燈相位。為解決有軌電車綠燈相位時(shí)左轉(zhuǎn)車的排隊(duì)問題，在左轉(zhuǎn)車道之前增設(shè)1條左轉(zhuǎn)車停止線PV，1b及預(yù)信號(hào)，有軌電車綠燈相位時(shí)，左轉(zhuǎn)車可在預(yù)信號(hào)控制的候駛區(qū)排隊(duì)等待。

信號(hào)控制策略如圖3所示。平交路口采用東西左轉(zhuǎn)、東西直行、南北左轉(zhuǎn)及南北直行等4個(gè)基本相位和1個(gè)左轉(zhuǎn)車預(yù)信號(hào)相位。有軌電車和東西向直行車共用相位。由于有軌電車速度快、制動(dòng)距離長(zhǎng)，故為確保安全，需在利用軌道空間排隊(duì)區(qū)域設(shè)檢測(cè)器1和檢測(cè)器2，分別用于檢測(cè)軌道是否清空和控制排隊(duì)長(zhǎng)度。當(dāng)排隊(duì)長(zhǎng)度超過檢測(cè)器2時(shí)，左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)預(yù)信號(hào)VS1，b紅燈亮；當(dāng)左轉(zhuǎn)的機(jī)動(dòng)車完全通過檢測(cè)器1時(shí)，有軌電車信號(hào)TS1，a綠燈亮。在對(duì)向停止線設(shè)檢測(cè)器3。當(dāng)有軌電車通過檢測(cè)器3時(shí)，左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)預(yù)信號(hào)VS1，b綠燈亮。有軌電車停止線前正常制動(dòng)距離處設(shè)有軌電車預(yù)信號(hào)TS1，b，以提醒有軌電車提前減速。

圖1 常用有軌電車平交路口交通組織圖

圖2 允許道路機(jī)動(dòng)車借用有軌電車專道排隊(duì)的交通組織圖

圖3 允許機(jī)動(dòng)車借用有軌電車軌道排隊(duì)的平交路口信號(hào)相位

2 改善效果

針對(duì)允許借用專道排隊(duì)的交通組織模式對(duì)交通的改善效果，采用有軌電車路口延誤時(shí)間tD1、機(jī)動(dòng)車通行能力C及機(jī)動(dòng)車延誤時(shí)間tD2等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，按有軌電車專用道在路中布置、直行通過路口、不考慮信號(hào)優(yōu)先和路口設(shè)站等情況進(jìn)行分析。

2.1 平交路口的tD1

在平交路口，有軌電車在綠燈相位以設(shè)計(jì)速度勻速通過，紅燈相位車輛行駛狀態(tài)依次為減速停車、排隊(duì)等待、起動(dòng)加速通過路口。有軌電車在路口的停車延誤時(shí)間為：

式中：

tDr——有軌電車減速停車延誤時(shí)間，s；

tr——有軌電車停車通過平交路口的時(shí)間，s；

tw——有軌電車停車等待時(shí)間，s；

tg——有軌電車不停車通過平交路口的時(shí)間，s。

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

當(dāng) L>la時(shí)，tr=3.6（L-l）a/v+v/（3.6 a） （1-1）

式中：

L——有軌電車在平交路口的走行距離，m；

v——有軌電車設(shè)計(jì)速度，km/h；

la——有軌電車加速距離，m；

a——有軌電車加速度，m/s2；

ta——有軌電車加速時(shí)間，s。

不允許機(jī)動(dòng)車占用有軌電車專道時(shí)，L=lc+lt。其中，lc為平交路口東西進(jìn)口的停止線間距，lt為有軌電車長(zhǎng)度。允許機(jī)動(dòng)車占用有軌電車專道時(shí)，L=lc+lt+2 lw，其中，lw為借道停車區(qū)和漸變段長(zhǎng)度。

由計(jì)算式可看出，當(dāng)允許機(jī)動(dòng)車在平交路口借用有軌電車專道時(shí)，tD1的影響因素主要為L(zhǎng)。由于平交路口信號(hào)變?yōu)榫G燈時(shí)，有軌電車均需經(jīng)過起動(dòng)加速的過程，故停止線的提前對(duì)tDr和tr沒有直接影響，tD1主要與平交路口信號(hào)周期相關(guān)。

2.2 進(jìn)口道社會(huì)車輛通行能力

平交路口進(jìn)口道的通行能力C是各車道飽和流量S及其所屬信號(hào)相位綠信比λ的乘積之和［7］，即：

由式（2）可看出，平交路口機(jī)動(dòng)車借用有軌電車專道排隊(duì)，相當(dāng)于增加了進(jìn)口車道數(shù)，可有效提高路口通行能力。

2.3 進(jìn)口道社會(huì)車輛延誤

在平交路口延誤中，取x為所計(jì)算車道的飽和度，T為分析時(shí)段的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，e為單個(gè)平交路口信號(hào)控制類型校正系數(shù)，則各車道延誤時(shí)間為：

式中：

td1——信號(hào)控制平均延誤時(shí)間，td1=0.5 C×

td2——隨機(jī)附加延誤，td2=900 T［（x-1）+

td3——初始排隊(duì)附加延誤，主要用于平交路口現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。

可見：td1相對(duì)比較穩(wěn)定，主要和信號(hào)周期成正比；td2主要和x有關(guān)，x越大，td2就越大，當(dāng)飽和度大于1時(shí)，td2急劇增加。

有軌電車平交路口信號(hào)配時(shí)需考慮以下原則：①確保有軌電車綠燈開始之前清空路徑上的所有車輛，以確保有軌電車在綠燈期間安全通過；②使平交路口平均信號(hào)控制延誤時(shí)間最小。通常采用經(jīng)典FB法計(jì)算最佳信號(hào)周期：

T=（1.5 tT+5）/（1-Y）

式中：

tT——周期總損失時(shí)間，s；

Y——關(guān)鍵相位流量比之和。

允許道路機(jī)動(dòng)車借用有軌電車專道排隊(duì)的交通組織模式，不僅增加了進(jìn)口車道數(shù)，增加了進(jìn)口道車道組飽和流量；而且，在社會(huì)交通量一定的條件下，降低了Y和T，降低了平交路口飽和度，可有效減少機(jī)動(dòng)車的延誤時(shí)間。

3 VISSIM軟件仿真分析

運(yùn)用VISSIM軟件，對(duì)某有軌電車平交路口常規(guī)交通組織方案（方案一）和允許機(jī)動(dòng)車借用有軌電車專用道的交通組織方案（方案二）進(jìn)行仿真分析。假定2條相交道路均為雙向四車道，有軌電車專用道為東西走向；各方向均為左、直、右3條進(jìn)口道。假定有軌電車長(zhǎng)度為40 m，加速度為1 m/s2，行駛速度為50 km/h，發(fā)車間隔為150 s，平交路口的高峰小時(shí)道路機(jī)動(dòng)車流量假定如表1所示。

表1 與有軌電車平交路口的高峰小時(shí)道路機(jī)動(dòng)車流量

（1）方案一：不允許機(jī)動(dòng)車占用有軌電車專用道，結(jié)合有軌電車運(yùn)行特點(diǎn)和平交路口交通量分布，采用東西左轉(zhuǎn)、東西直行、南北左轉(zhuǎn)、南北直行4個(gè)相位，有軌電車和東西向直行車共用相位。根據(jù)各進(jìn)口方向交通量和車道布置，Y為0.95，經(jīng)試算，T=120 s時(shí)td1最小，考慮有軌電車通行時(shí)長(zhǎng)及行人過街的最短時(shí)長(zhǎng)，配時(shí)方案如圖4所示。仿真結(jié)果顯示，方案一有軌電車在該路口的平均延誤約32.7 s，平交路口機(jī)動(dòng)車通行能力為2 428 pcu/h，飽和度為1.00，機(jī)動(dòng)車平均信號(hào)控制延誤時(shí)間為77.6 s，根據(jù)HCM2000服務(wù)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，屬于E級(jí)服務(wù)水平，交通狀況較差。

圖4 方案一信號(hào)配時(shí)圖位圖

（2）方案二 利用有軌電車道設(shè)2條左轉(zhuǎn)車道，直行車道增至2條；有軌電車停車線提前至左轉(zhuǎn)車道和漸變段之前，旁邊同時(shí)增設(shè)1條左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)停車線。平交路口長(zhǎng)度lc為60 m，lw=70 m。采用東西左轉(zhuǎn)、東西直行、南北左轉(zhuǎn)、南北直行等4個(gè)基本相位和1個(gè)左轉(zhuǎn)車預(yù)信號(hào)相位（見圖3）。由于允許左轉(zhuǎn)車?yán)糜熊夒娷噷Ｓ玫琅抨?duì)，有效增加了進(jìn)口排隊(duì)車道數(shù)，故Y降至0.65。考慮有軌電車通行和行人過街的最短時(shí)長(zhǎng)，經(jīng)試算，T=90 s時(shí)td1最小。配時(shí)方案如圖5所示。

圖5 方案二信號(hào)配時(shí)圖位圖

兩個(gè)方案的平交路口延誤時(shí)間對(duì)比如表2所示。由表2可見，方案二中有軌電車和機(jī)動(dòng)車的延誤均大幅降低。有軌電車在該路口的延誤時(shí)間約為22.2 s，交叉口的機(jī)動(dòng)車通行能力為3 633輛/h，x=0.67，交叉口的機(jī)動(dòng)車平均信號(hào)控制延誤時(shí)間為44.1 s，服務(wù)水平提高至D級(jí)。部分左轉(zhuǎn)車輛需二次停車，平均左轉(zhuǎn)車輛的停車次數(shù)為1.34，而其他方向車輛平均停車次數(shù)為0.6～0.9。東進(jìn)口左轉(zhuǎn)信號(hào)控制延誤時(shí)間最長(zhǎng)，為62.9 s。

根據(jù)仿真結(jié)果，允許機(jī)動(dòng)車借用有軌電車專用道排隊(duì)的交通組織方式可有效提高平交路口通行能力，縮短機(jī)動(dòng)車在平交路口的延誤時(shí)間，對(duì)有軌電車的延誤也有一定改善。由于本文是基于有軌電車采用路中式專用道，平交路口不設(shè)站、不考慮信號(hào)優(yōu)先的假定條件進(jìn)行分析，具體應(yīng)用時(shí)需結(jié)合車路權(quán)等級(jí)、車輛選型、車站型式、信號(hào)優(yōu)先策略等論證采用。

表2 不同方案的平交路口延誤時(shí)間對(duì)比

4 安全論證及保障措施

利用有軌電車專道空間排隊(duì)的交通組織模式增加了有軌電車與機(jī)動(dòng)車潛在的沖突點(diǎn)，需要從安全性角度進(jìn)行專項(xiàng)論證，并采取必要的預(yù)防及應(yīng)急保障措施：①通過左轉(zhuǎn)車預(yù)信號(hào)來控制有軌電車專道上的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度，且漸變段上不得停車，以在有軌電車停止線和排隊(duì)車輛間形成一定長(zhǎng)度的緩沖區(qū)。②左轉(zhuǎn)預(yù)信號(hào)在有軌電車放行前轉(zhuǎn)為綠燈，信號(hào)差應(yīng)充分考慮左轉(zhuǎn)車輛駛過專道上的漸變段和排隊(duì)區(qū)所用時(shí)間，并留有一定余地。③在有機(jī)動(dòng)車排隊(duì)的專道空間和平交路口沖突區(qū)范圍設(shè)置障礙物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置；在前方車輛非正常停車或沖突區(qū)車輛未及時(shí)消散的情況下，在有軌電車有效停車距離以前，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行信號(hào)控制并發(fā)出警報(bào)［8］。④對(duì)有軌電車電車意外制動(dòng)失誤、信號(hào)控制系統(tǒng)故障等原因發(fā)生的安全隱患進(jìn)行充分論證，并設(shè)置必要的安全保障措施及應(yīng)急預(yù)案。

5 結(jié)語

現(xiàn)代有軌電車作為路面行駛的公共交通，需與其他道路交通方式競(jìng)爭(zhēng)有限的道路資源。本文從提高有軌電車與道路交通的互適性角度，提出利用平交路口相位帶來的時(shí)間差，允許機(jī)動(dòng)車借用專道排隊(duì)的組織模式，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，該模式在特定條件下可有效提高平交路口機(jī)動(dòng)車通行能力，降低延誤。具體應(yīng)用時(shí)，需結(jié)合有軌電車系統(tǒng)制式從效率提升效果和有軌電車運(yùn)營(yíng)安全等方面綜合論證，并配置完備的信號(hào)控制及應(yīng)急保障措施。

［1］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．城市軌道交通工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)：GB 50833—2012［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012：3．

［2］ 秦國(guó)棟,苗彥英，張素燕．有軌電車的發(fā)展歷程與思考［J］．城市交通，2013（4）：6．

［3］ 王舒祺．現(xiàn)代有軌電車交叉路口優(yōu)先控制管理方法研究綜述［J］．城市軌道交通研究，2014，17（6）：17．

［4］ 徐波，王波，周侃．面向協(xié)同控制的城市有軌電車交通組織技術(shù)探討［J］．城市道橋與防洪，2014（9）：16．

［5］ 王建．試論有軌電車與輕軌系統(tǒng)的相互關(guān)系［J］．城市交通，2004（3）：24．

［6］（德）道路與交通工程學(xué)會(huì)．德國(guó)交通信號(hào)控制指南-德國(guó)現(xiàn)行規(guī)范（PdLSA）［M］．李克平，譯．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006：23．

［7］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．城市道路平交路口規(guī)劃規(guī)范：GB 50647—2011［S］．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011：70．

［8］ 徐靜儀，歐冬秀．現(xiàn)代有軌電車平交路口安全保障系統(tǒng)［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）