基于完整街道理念的車道縮減設(shè)計(jì)

李鵬舉 鄔嵐

摘? 要：為提高非機(jī)動(dòng)車和行人出行環(huán)境，各地開始提倡發(fā)展“完整街道”的設(shè)計(jì)，但是由于現(xiàn)有道路條件限制，無法通過拓寬道路來增加慢行交通空間以提高道路交通安全，而包含中央雙向左轉(zhuǎn)車道（TWLTL）的車道縮減設(shè)計(jì)是一種有效措施。本文主要研究基于完整街道理念的車道縮減設(shè)計(jì)方案，計(jì)算中央雙向左轉(zhuǎn)車道最短長(zhǎng)度、過渡段長(zhǎng)度以及過渡段距離交叉口長(zhǎng)度，并通過VISSIM建立仿真模型，以延誤、沖突和排隊(duì)長(zhǎng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)車道縮減設(shè)計(jì)方案中主路左轉(zhuǎn)比例以及適用交通量進(jìn)行分析，通過研究為城市道路進(jìn)行車道縮減設(shè)計(jì)提供一些思路。

關(guān)鍵詞：完整街道;交通安全;路權(quán);中央雙向左轉(zhuǎn)車道（TWLTL）

中圖分類號(hào)：F570? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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(guó)國(guó)內(nèi)目前的車道類型都是傳統(tǒng)道路斷面形式，雙向四車道、雙向六車道等，這是因?yàn)樵?0世紀(jì)50年代到60年代，道路工程的重心放在道路系統(tǒng)和容量的擴(kuò)張而非縮減上。無論何時(shí)何地，當(dāng)一條雙向兩車道道路某一路段的交通量增長(zhǎng)過快，為了使道路通行能力與之相適應(yīng)，在道路設(shè)計(jì)中通常的做法是將道路增加到雙向四車道。在那個(gè)時(shí)期沒有工程先例優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)三車道道路作為替代方案。

因此，雙向四車道道路從一開始便成為國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。一些道路為了適應(yīng)較高的交通量而修建雙向四車道的橫斷面，近些年來也出現(xiàn)壓縮非機(jī)動(dòng)車道和人行道來滿足機(jī)動(dòng)車出行的趨勢(shì)，例如，在一些老城區(qū)沒法變更道路紅線的情況下非機(jī)動(dòng)車道或人行道越來越窄，有的甚至直接取消非機(jī)動(dòng)車道，采取機(jī)非混行的措施，不僅會(huì)增加機(jī)非碰撞的概率，降低了交通安全，而且非機(jī)動(dòng)車和行人出行舒適度大大降低。短期來看增加機(jī)動(dòng)車道可能會(huì)緩解交通擁堵，但是非機(jī)動(dòng)車和行人出行空間被壓縮后，更多的人會(huì)轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)車出行，又會(huì)產(chǎn)生新的交通擁堵。

為了解決上述問題，美國(guó)提出了“完整街道（Complete Street）”的理念，用以重新分配路權(quán)，改變以往以機(jī)動(dòng)車出行為主的觀念，建設(shè)“以人為本”的出行方式，確保所有人出行的安全[1]?！耙匀藶楸尽奔吹缆房臻g重新分配，恢復(fù)步行和非機(jī)動(dòng)車交通空間，提高居民慢行交通舒適度。本文在基于完整街道理念的基礎(chǔ)上對(duì)道路進(jìn)行車道縮減設(shè)計(jì)，這項(xiàng)改造措施是在不改變道路紅線寬度和保證機(jī)動(dòng)車通行能力的前提下，縮減機(jī)動(dòng)車道或者減少機(jī)動(dòng)車道寬度，例如將雙向四車道改造成帶有中央雙向左轉(zhuǎn)車道（Two-Way-Left-Turn-Lane，TWLTL）的三車道道路，增加非機(jī)動(dòng)車道和人行道及其寬度，對(duì)道路路權(quán)進(jìn)行重新規(guī)劃。由國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，車道縮減設(shè)計(jì)路段一般采用無信號(hào)交叉口，故本文只考慮無信號(hào)交叉口之間的路段車道縮減設(shè)計(jì)方案。

1? 車道縮減設(shè)計(jì)方案

安全和暢通是車道縮減設(shè)計(jì)方案的初衷，在不影響機(jī)動(dòng)車通行能力的前提下對(duì)現(xiàn)有道路的路權(quán)進(jìn)行重新規(guī)劃。以傳統(tǒng)雙向四車道道路為例，將一條四車道的道路改造為一條三車道的道路，改造后道路由兩條直行的車道和一條中央雙向左轉(zhuǎn)車道組成，將節(jié)約的道路空間用于增加非機(jī)動(dòng)車道和人行道，增加或者改善慢行交通空間，提高慢行交通的舒適性，回歸“以人為本”的道路設(shè)計(jì)理念。

中央雙向左轉(zhuǎn)車道是一條設(shè)在道路中間專供左轉(zhuǎn)車輛行駛的一條車道[2]，類似于中央分隔帶，在道路中心用虛實(shí)黃線區(qū)劃道路標(biāo)線，車道內(nèi)有雙向左轉(zhuǎn)箭頭，車輛進(jìn)入該車道后等待機(jī)會(huì)左轉(zhuǎn)或掉頭，嚴(yán)禁車輛借用中央雙向左轉(zhuǎn)車道進(jìn)行超車，如圖1所示。

1.1? 道路橫斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了完善道路功能，使機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車各行其道，提升道路交通環(huán)境，此優(yōu)化設(shè)計(jì)將雙向四車道道路改造成三車道道路，橫斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)前后對(duì)比如圖2所示。

車道縮減方案中橫斷面設(shè)計(jì)的整體原則與傳統(tǒng)道路橫斷面設(shè)計(jì)沒有太大區(qū)別，橫向坡度和排水設(shè)施等按照傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)即可，其中有差異的一些設(shè)計(jì)要素如表1所示[3]。

1.2? 道路平面優(yōu)化設(shè)計(jì)

道路平面上，將中間車道設(shè)置為中央左轉(zhuǎn)車道，道路中間設(shè)置凈空區(qū)。中央左轉(zhuǎn)車道是專供左轉(zhuǎn)或調(diào)頭車輛使用的車道，車輛進(jìn)入該車道后等待左轉(zhuǎn)或調(diào)頭。在道路兩端連接交叉口處，可以增設(shè)一條右轉(zhuǎn)專用道供右轉(zhuǎn)車輛使用，減少直右車輛在交叉口排隊(duì)延誤，如圖3所示。

2? 中央雙向左轉(zhuǎn)車道

2.1? 中央雙向左轉(zhuǎn)車道的特點(diǎn)

中央雙向左轉(zhuǎn)車道具有以下優(yōu)點(diǎn)[4]：

（1）減少?zèng)_突點(diǎn)，在通常情況下，交通量增加時(shí)一般采取的方法是拓寬道路，增加車道數(shù)來提高通行能力，但這樣做會(huì)使道路沖突點(diǎn)變多，道路變得不夠安全，容易發(fā)生車禍，而車道縮減設(shè)計(jì)則通過有效減少?zèng)_突點(diǎn)和增加視距的方式達(dá)到使交通更安全的目的。

（2）中央雙向左轉(zhuǎn)車道可以使道路行車平穩(wěn)有序和相對(duì)寧靜，因?yàn)槠洳辉试S車輛超速和變道，這就減少了車輛行駛速度的離散性，而且能夠有效減少側(cè)向沖突和交叉沖突。

（3）可以在不降低機(jī)動(dòng)車通行能力和不增加延誤的前提下，提高非機(jī)動(dòng)車和行人的通行能力，不僅節(jié)約的道路資源，而且使道路空間整體的使用效率大大增加。

相對(duì)的，中央雙向左轉(zhuǎn)車道也具有其缺點(diǎn)。雙向四車道道路改造成雙向三車道后，原來道路上的車輛都集中在三車道上，每個(gè)車道的車輛密度增加。同時(shí)車輛在進(jìn)入左轉(zhuǎn)車道之前只能依次前行，無法進(jìn)行超車。如果車輛密度過大，反而會(huì)降低通行效率，造成行車延誤。

2.2? 中央雙向左轉(zhuǎn)車道過渡段長(zhǎng)度L計(jì)算

過渡段是指為了防止其中一個(gè)方向的左轉(zhuǎn)或調(diào)頭車輛由直行車道進(jìn)入中央雙向左轉(zhuǎn)車道時(shí)與對(duì)向左轉(zhuǎn)或調(diào)頭車輛進(jìn)入中央雙向左轉(zhuǎn)車道產(chǎn)生沖突，而采取在中央雙向左轉(zhuǎn)車道上設(shè)置的不允許任何車輛駛?cè)氲囊欢蔚缆罚ㄈ鐖D4所示），且過渡段的長(zhǎng)度與道路設(shè)計(jì)車速有關(guān)。

過渡段長(zhǎng)度L計(jì)算公式如下：

L=L+2L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

L=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：L為中央左轉(zhuǎn)車道過渡段的長(zhǎng)度（m）;L為中央左轉(zhuǎn)車道過渡段中禁止車輛行駛的一段距離（m），L≥15m[5];L為漸變段的長(zhǎng)度（m）;v為設(shè)計(jì)車速（km/h）;w為變化寬度（m）。

2.3? 過渡段距離交叉口長(zhǎng)度L和L計(jì)算

因?yàn)檫^渡段離兩端交叉口處的距離對(duì)于路段通行能力具有一定的影響，為了保證車道縮減設(shè)計(jì)的三車道道路通行效率達(dá)到最優(yōu)，所以探討過渡段位置與高峰小時(shí)左轉(zhuǎn)交通量之間的關(guān)系，以此確定中央左轉(zhuǎn)車道過渡段的最佳位置。其中過渡段位置的確定與道路左轉(zhuǎn)車輛有關(guān)，如圖5所示，假設(shè)中央左轉(zhuǎn)車道過渡段中心點(diǎn)為a，中央左轉(zhuǎn)車道在兩端交叉口停車線處分別有點(diǎn)b和點(diǎn)c，設(shè)路段總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，中心點(diǎn)a到點(diǎn)b的距離為L(zhǎng)，中心點(diǎn)a到點(diǎn)c的距離為L(zhǎng)，駛向b點(diǎn)左轉(zhuǎn)高峰小時(shí)交通量包括早高峰Q和晚高峰Q，駛向c點(diǎn)左轉(zhuǎn)高峰小時(shí)交通量包括早高峰Q和晚高峰Q。

過渡段距離交叉口距離確定公式如下所示：

L=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

L=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

λ=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

其中：λ為對(duì)向左轉(zhuǎn)早晚高峰小時(shí)交通量之比;L為路段總長(zhǎng)度（m）;L為過渡段距離b點(diǎn)的長(zhǎng)度（m）;L為過渡段距離c點(diǎn)的長(zhǎng)度;Q、Q為駛向b點(diǎn)的早高峰和晚高峰交通量（輛/h）;Q、Q為駛向c點(diǎn)的早高峰和晚高峰交通量（輛/h）。

2.4? 中央雙向左轉(zhuǎn)車道設(shè)計(jì)路段最短長(zhǎng)度L計(jì)算

根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)得出，在道路中設(shè)置中央雙向左轉(zhuǎn)車道需要考慮兩個(gè)交叉口的距離，如果距離過短則會(huì)增加道路延誤，造成交通擁堵，影響道路通行能力。因此，本文中央雙向左轉(zhuǎn)車道允許采取的最短路段長(zhǎng)度不得小于設(shè)計(jì)路段長(zhǎng)度L：

L≥L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

L=L+L+2L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

式中：L為道路縮減設(shè)計(jì)中最短路段長(zhǎng)度（m）;L為中央雙向左轉(zhuǎn)車道車輛排隊(duì)長(zhǎng)度（m）;L為過街人行橫道寬度（m）。

L=L+L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

式中：L為中央雙向左轉(zhuǎn)車道其中一個(gè)方向車輛排隊(duì)長(zhǎng)度（m）;L為中央雙向左轉(zhuǎn)車道另一個(gè)方向車輛排隊(duì)長(zhǎng)度（m）。

L=2×M×s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（9）

L=2×M×s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （10）

式中：M、M為無信號(hào)控制交叉口在高峰小時(shí)1min時(shí)間內(nèi)平均左轉(zhuǎn)彎車輛數(shù);s為平均車頭間隔（m）。

3? 車道縮減設(shè)計(jì)適用條件分析

車道縮減設(shè)計(jì)的目的是提高道路的安全性和暢通性，但國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，并不是所有道路都適合進(jìn)行車道縮減設(shè)計(jì)，四改三車道縮減設(shè)計(jì)一般適用于城市道路等級(jí)為次干道或支路的道路，進(jìn)行車道縮減設(shè)計(jì)對(duì)道路機(jī)動(dòng)車通行能力有一定的影響，為了不降低道路服務(wù)水平，需要對(duì)道路縮減設(shè)計(jì)的適用條件進(jìn)行分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并針對(duì)我國(guó)實(shí)際情況，綜合考慮縮減車道左轉(zhuǎn)比例、道路長(zhǎng)度以及適用交通量范圍。以下是車道縮減設(shè)計(jì)適用條件分析流程圖（如圖6所示），先選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后通過VISSIM和SSAM進(jìn)行仿真，分析車道縮減設(shè)計(jì)道路在不同左轉(zhuǎn)比例條件下的適用交通量，以及車道縮減設(shè)計(jì)所適用的路段長(zhǎng)度。

3.1? 評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文對(duì)車道縮減設(shè)計(jì)適用條件分析，主要從道路通行效率和安全性兩個(gè)方面進(jìn)行指標(biāo)選取，影響通行效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括車輛延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度，影響道路安全性的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括沖突類型和沖突次數(shù)，因此選取車輛延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度和沖突次數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)車道縮減設(shè)計(jì)道路進(jìn)行仿真分析。

（1）車輛延誤

由于我國(guó)道路服務(wù)水平劃分與美國(guó)不同，根據(jù)美國(guó)道路通行能力手冊(cè)，將無信號(hào)交叉口服務(wù)水平劃分轉(zhuǎn)化后如表2所示。

無信號(hào)交叉口通行規(guī)則采用次路讓行主路的原則，延誤計(jì)算公式如式（1）所示：

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

式中：d為車輛延誤（s/輛）;v為流向x的流率（輛/h）;c為流向x的通行能力（輛/h）;T為分析時(shí)段（小時(shí)）（對(duì)于15分鐘的時(shí)段，T=0.25）。

（2）排隊(duì)長(zhǎng)度

在美國(guó)道路通行能力手冊(cè)中，無信號(hào)交叉口采用95%位排隊(duì)長(zhǎng)度，其計(jì)算公式如式（12）所示：

Q=900T-1+? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（12）

式中：Q為95%位的排隊(duì)長(zhǎng)度（輛）;v為流向x的流率（輛/h）;c為流向x的通行能力（輛/h）;T為分析時(shí)段（小時(shí)）（對(duì)于15分鐘的時(shí)段，T=0.25）。

（3）交通沖突

將VISSIM仿真軟件中的trj文件導(dǎo)入到SSAM中，對(duì)仿真軌跡進(jìn)行分析，主要分析指標(biāo)是沖突時(shí)間（Time to Collision，TTC）。TTC是指距離沖突發(fā)生的時(shí)間，反映沖突的嚴(yán)重程度，值越小則沖突越容易發(fā)生，閾值默認(rèn)為1.5s，當(dāng)沖突時(shí)間小于或等于1.5s時(shí)認(rèn)為沖突發(fā)生，其計(jì)算公式如式（13）所示：

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

式中：TTC為第i輛車與前車i-1的沖突時(shí)間（s）;t為第i輛車到達(dá)沖突點(diǎn)的時(shí)間（s）;t為第i-1輛車到達(dá)沖突點(diǎn)的時(shí)間（s）。

3.2? VISSIM仿真模型及分析

車道縮減設(shè)計(jì)仿真模型是根據(jù)一般城市道路建立的，采用無信號(hào)控制交叉口，如圖7所示，本文車道縮減設(shè)計(jì)仿真模型，道路設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示[6]。

（1）車道縮減設(shè)計(jì)適用交通量

將傳統(tǒng)雙向四車道道路進(jìn)行車道縮減設(shè)計(jì)需要考慮的因素很多，例如道路功能、改造成本、道路現(xiàn)有交通量和未來交通量、道路車輛左轉(zhuǎn)比例以及路段長(zhǎng)度等，本文主要從道路高峰小時(shí)交通量、車輛左轉(zhuǎn)比例、路段長(zhǎng)度這三個(gè)主要因素，對(duì)車道縮減設(shè)計(jì)適用條件進(jìn)行分析。

以雙向四車道道路通行能力為基礎(chǔ)，單車道通行能力為1 850輛/h[7]，選取不同的飽和度V/C進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，由于在車道縮減設(shè)計(jì)模型仿真中飽和度超過0.5后導(dǎo)致道路排隊(duì)長(zhǎng)度過大，無法繼續(xù)仿真實(shí)驗(yàn)。因此選取飽和度區(qū)間為0.1～0.5的交通量進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。為了便于對(duì)比仿真結(jié)果，兩個(gè)仿真模型主路高峰小時(shí)交通量取不同飽和度V/C，左轉(zhuǎn)交通量比例均分別選取10%、20%、30%，右轉(zhuǎn)交通量比例均為10%，支路交通量均取經(jīng)驗(yàn)值300輛/h，一共24種交通量組合。

以表4各種交通量條件為基礎(chǔ)進(jìn)行仿真，每種交通量條件仿真10次取平均值，得到在不同左轉(zhuǎn)比例條件下平均延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度和沖突次數(shù)隨主路不同交通量的變化情況，如圖8所示。

從圖8曲線中可以看出飽和度V/C為0.4時(shí)是一個(gè)臨界點(diǎn)，當(dāng)飽和度V/C低于0.4時(shí)，平均延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度處于緩慢增長(zhǎng)狀態(tài)，當(dāng)飽和度V/C高于0.4時(shí)兩者都開始快速增長(zhǎng)。尤其是車輛左轉(zhuǎn)比例為30%的曲線急劇增長(zhǎng)，飽和度V/C超過0.35后，道路服務(wù)水平降到三級(jí)。而左轉(zhuǎn)比例為10%和20%時(shí)飽和度V/C低于0.4，才能保持比較高的道路服務(wù)水平。

從圖9交通沖突曲線可以看出，當(dāng)左轉(zhuǎn)比例為10%和20%時(shí)飽和度V/C超過0.4沖突次數(shù)開始急劇增加，左轉(zhuǎn)比例為30%時(shí)飽和度V/C超過0.35開始急劇增加，因此當(dāng)縮減設(shè)計(jì)車道左轉(zhuǎn)比例為30%時(shí)，飽和度V/C不宜超過0.35。

綜合可慮道路通行效率和行車安全，得出車道縮減設(shè)計(jì)道路在不同左轉(zhuǎn)比例下所適應(yīng)的最佳交通量，如表5所示。

（2）車道縮減設(shè)計(jì)最短路段長(zhǎng)度

對(duì)車道縮減設(shè)計(jì)仿真模型不同路段長(zhǎng)度進(jìn)行仿真模擬，分別建立路段長(zhǎng)度為100m、150m、200m、300m、500m和800m的仿真模型，為了便于對(duì)比分析，所有仿真模型左轉(zhuǎn)比例選擇20%，飽和度V/C為0.35。仿真結(jié)果如表6所示，當(dāng)路段長(zhǎng)度小于150米時(shí)，道路平均延誤明顯增加，交叉口排隊(duì)長(zhǎng)度過多，沖突次數(shù)急劇上升，不僅降低通行效率，而且還會(huì)增加交通沖突，與本文公式（7）計(jì)算的車道縮減設(shè)計(jì)最短長(zhǎng)度150m基本吻合，因此車道縮減設(shè)計(jì)道路路段長(zhǎng)度不宜小于150m。

4? 總? 結(jié)

車道縮減設(shè)計(jì)在不改變?cè)械缆穼挾鹊那疤嵯略黾勇薪煌臻g，體現(xiàn)了完整街道理念。本文通過對(duì)道路橫斷面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)四車道改造成帶有TWLTL車道的雙向三車道道路，并深入研究得出了TWLTL車道過渡段長(zhǎng)度、過渡段距離交叉口長(zhǎng)度以及車道縮減設(shè)計(jì)路段最短長(zhǎng)度的計(jì)算公式，為車道縮減設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。運(yùn)用VISSIM和SSAM仿真軟件對(duì)車道縮減設(shè)計(jì)具體使用條件進(jìn)行模擬分析，得出在不同左轉(zhuǎn)比例和V/C條件下適用交通量，最后通過仿真實(shí)驗(yàn)得出的車道縮減設(shè)計(jì)適用最短路段長(zhǎng)度，與公式計(jì)算結(jié)果相吻合，結(jié)果顯示對(duì)長(zhǎng)度大于150m的路段進(jìn)行改造效果更好。

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