张国

深圳市城建交通设计研究有限公司

摘 要：在不同交通条件，将U型左转与传统四相位信控交叉口进行比较、采用交叉口负荷度V/C来作为这两种交通组织方式判别值，当V/C值小于等于0.5时，采用传统四相位交通组织优于U型左转，当V/C值大于0.5时，则相反。对U型左转延误的三个因素进行分析、V/C值对左转绕行延影响较小，对路口信控排队延误影响较大，绕行排队延误随V/C值增大而增大。

关键词：U型左转;负荷度;延误;

作者简介：张国(1989—),男，广东五华人，硕士，工程师，主要从事交通管理与控制;

1技术背景

随着社会的发展，各大城市的机动车辆保有量迅猛增加，交通拥堵已经全国各大城市普遍存在的问题。根据高德地图《2015中国主要城市分析报告》,通勤族因交通拥堵造成人均时间成本，排名第一的北京为808元/月，占平均工资的12.5%,排名前十名的其他城市，人均时间成本都超过了平均工资的10%,已经严重超出城市居民能承受的范围。交叉口作为城市道路通行能力的瓶颈，严重影响整个路网的服务质量，是造成交通拥堵的重要节点。为进一步提升深圳市道路运行水平和交通安全环境，规范新型交通组织应用，指导地区新型交通组织设施建设工作，结合地区实际应用，深圳出台《新型交通组织模式及设施设置技术指引》地方标准，将一些新型交通组织方式尝试实践。例如：借道左转车道将信号交叉口出口道内侧的一条或多条车道在既定信号相位中作为进口道的左转车道的交通组织模式；移位左转交叉口在交叉口上游一定距离处把每个进口的左转车流转移到对向直行车流出口道最外侧的一种交通组织模式；反转通行交叉口在交叉口对交通运行组织方向进行反转的一种非传统设计交叉口。

2传统信控路口时空损失

一般十字路无控制四路交叉口有16个冲突点、8个合流点、8个分流点。为提高交叉口安全，通过时空资源的优化配置，十字交叉口通过设置2个直行，2个左转相位，来分离所有冲突点，同时尽可能使各车道处于相同的交通负荷水平下。

交通信号灯作为一种非常好的交通组织措施，几乎能控制任何形式交叉口的车运行。信号灯控制存在2个显著的缺点，一个是时间上损失，另外一个是空间的损失。下面将以传统4相位信控交叉口为例，分析十字交叉口4个进口道，4个出口道在时间和空间分析各自的损失情况。

直行相位时，东西方向进口道的左转车道、南北方向进口道，由于存在车辆排队情况，车道占有率比较高，但车辆不能运行，故存在时间上的损失；而南北方向出口道，由于信号的影响均没有车辆，故存在时间和空间的损失。

左转相位时，东西方向进口道的直行车道、南北方向进口道，由于存在车辆排队情况，车道占有率比较高，但车辆不能运行，故存在时间上的损失；东西方向的出口道、南北方向部分车道，由于信号灯的影响均没有车辆，故存在时间和空间的损失。

总之，任何时刻，必然有2个以上进口道存在时间上的损失，2个以上的出口道存在时间和空间损失。

为减少信控交叉口时间上和空间上的损失，目前国内交叉口交通组织的方法有：进出口道拓宽、直行左转待行区、车道变窄、提前右转、提前掉头、禁止左转、U型左转(左转远引)、停止线前移等。

3U型左转

国内外许多专家学者对U型左转的交通组织方式进行了研究。相对于信控路口，研究表明合理的U型左转方案能够减少20%～30%的平均延误，增加20%～50%通行能力[1]。

U型左转很好地消除左转车流的影响，主要从以下三个角度考虑：(1)保证道路上直行车流顺畅通过交叉口；(2)重新组织左转车流来减少信号控制相位数(3)减少路口冲突点数量，分离冲突点。

传统U型左转使用条件非常苛刻，美国公路交通研究机构对掉头与中央分隔带及道路宽度之间的关系做出如下规定：(1)路段中央分隔带最小宽度要大于表1的规定值；(2)最少双向6车道或者单向机动车道宽大于12.7 m的路段。

表1 U型左转使用条件表 单位:m 导出到EXCEL

Zhao Rong long[2]对美国佛拉里达州的208个左转远引掉头分析，分析表明，掉头位置与支路之间的距离对车辆掉头行为的安全及效率产生很大的影响，当交织长度增加、事故路随之下降、但左转车流绕行时间增加。AASHTO[3]绿皮书远引左转掉头最小间距在122～183 m。

根据我国《城市道路工程设计规范》中间分车带最小宽度为2.0～2.5 m, 在规划及设计过程中，从节约用地的角度出发，大多数城市道路中间分车带都不大于3 m。中间带的宽度过小使得传统U型左转难以在城市道路中大量应用。

根据《城市道路交叉口设计规程》当高峰15 min内每信号周期左转车流平均流量到达2辆时，宜设置左转专用车道；主干路交叉口进口道展宽段长度70～90 m, 出口道展宽段长度30～60 m; 城市道路展宽段长度小于U型左转所需间距，若中央分隔带开口在标准路段上，加之中分带宽度过小，无法设置专用车道，导致左转车流(掉头)对直行车流存在的较大的干扰，交通安全上也限制U型左转的使用范围。

4左转延误分析

U型左转交通组织左转延误分为交叉口内信号控制延误、左转绕行延误、左转车辆变道延误，邓明君等人[4]对绕行延误和交织延误计算方法进行了详细说明，本次采用该方法进行这两部分延误计算。对于交叉口内信控延误和左转车流绕行排队延误采用《道路通行能力分析》交叉口信控延误方法计算[5]。

为了体现四相位信控交通组织、主路模式交通组织，支路模式交通组织，这三种交通组织方式的运行效率的区别，采用双向6车道道路，设计速度为50 km/h, 交通量如下表，分别计算这三种交通组织模式的延误。

表2 交通流量表 单位:pcu·h-1 导出到EXCEL

通过采用文献[4]、计算U型左转绕行延误和交织延误，同时用文献[5]计算交叉口信控延误和左转车流U型开口处排队延误，计算结果汇总为图1。

图1 交叉口平均延误与交通负荷度的关系 下载原图

4.1 U型左转与四相位交通组织比较分析

从图1可知，当路口交通负荷系数(V/C)>0.5时，U型左转掉头比四相位信控减少30%～50%的延误，选择U型左转掉头比较合理；当路口交通负荷系数(V/C)<0.5时，U型左转掉头比四相位信控的延误高很多，选择四相位信控交通组织方式比较合理。

在路口交通负荷相同的条件下，主路模式平均延误略高于支路模式平均延误，但两者相差不大。

4.2 主路模式和支路模式左转延误分析

从图1可知，在V/C<1的情况下，三种方式的左转车流延误顺序为：信控左转<支路模式左转<主路模式左转，左转车流的服务水平都比较高，在三级服务水平以内；主路模式和支路模式左转车流的延误时间随V/C变化不大，在50 s左右。当V/C>1时，四相位信控交叉口阻塞，左转车流的延误剧烈增加，超过主路模式和支路模式左转车流延误。

4.3 U型左转影响因素分析

U型左转交通组织左转延误包含交叉口内信号控制延误、左转绕行延误、左转车辆排队延误，对左转车流延误的构成比例进行分析，找出左转车流延误的主要影响因素，为减少左转车流延误，有利于提高U型左转的适用性。

当V/C<1时，绕行延误占整个左转延误的35%～50%,信控延误占比为17%～25%,绕行排队延误占比约为35%。三个延误中绕行延误对V/C值得敏感性最小；其次是绕行排队延误，最敏感的是信控延误；当V/C值大于1.1时，信控延误值大于绕行延误值。按照我国城市道路交叉口设计服务水平，交叉口整体平均延误应在50 s以内，此时绕行延误是最主要的延误。

5左转优化与分析

5.1 优化设计

为增加U型左转适用性，通过左转车道外置、利用出口道掉头、增设专用左转专用相位等措施，降低中央分隔带开口间距及宽度的要求。经过优化设计后整个交叉口设置2个信号相位，可以大大缩减信号周期，增加绿信比。

专用左转车道：为避免交织，方便左转车流停车避让横向直行车流，通过时空措施避让冲突。

开口间距：由于设置了专用掉头信号灯G2、外侧左转专用车道，取消了车辆交织，将开口间距(L)的大小的主要取决于最大排队长。

掉头口半径(R):按照城市主干路，双向6车道，交叉口进出口道渠化拓宽2个车道后，R不小于7.5 m, 除拖挂车、交接车外，满足绝大部分车辆的掉头需求。

信号灯联动：为避免左转车流与横向直行车流冲突，影响交叉口通行效率及安全，信号灯G2、G3在同一相位，G1、G4在另一相位。

5.2 对比分析

为检验U左转优化设计后效果情况，采用交通仿真的方式，对U化前后方案进行对比分析，仿真结果如下。

表3 行程时间仿真结果表 导出到EXCEL

注：(1)东-南表示车辆东转南；(2)车辆行驶起终点在距离交叉口160 m的地方

从行程时间可以发现，相同起终点的情况下，传统U型左转行程时间远大于4相位控制交叉口，也充分表明传统U型左转对交织距离非常敏感，此条件不满足的条件，很难达到提升交叉口通行效率的目的。与四相位信控相比，优化设计方法左转车辆行驶路程增加了约45%,但左转车辆行程时间却未明显增加，而直行交通的行程时间缩短了30%～50%。

根据仿真结果，优化设计方法大大增加了U型左转的适用性，克服了中央分隔带要求高、交织距离要求长的两个缺点，同时继承了U型左转的优点，使4相位交叉口变为2相位信控交口，减少交叉口延误、缩短了交叉口行程时间。

6结 论

当V/C小于0.5时，选择传统四相位信控方式比较合理，整体延误更小；当V/C值大于0.5时，选择U型左转能够显著减少交叉口延误。在交叉口设计服务水平内，绕行延误是U型左转最主要的延误。通过优化的交通组织形式降低绕行延误，将会增加U型左转的适用范围，同时提高直行交通的30%～50%通行能力。

参考文献

[1] Leng J,Zhang Y,Sun M.[IEEE 2008International Workshop on Modelling,Simulation and Optimization(WMSO)-Hong Kong,China(2008.12.27-2008.12.28)]2008International Workshop on Modelling,Simulation and Optimization -VISSIM-Based Simulation Approach to Evaluation of Design and Operational Performance of U-turn at Intersection in China[J].2008:309-312.

[2] Zhao R,Fan J,Liu P.Selection of optimal U-turn locations for indirect driveway left-turn treatments on urban streets[J].Journal of Southeast University(English Edition),2010,26(4):628-632.

[3] Transfund A I,Audits N.American Association of State Highways and Transportation Officials(AASHTO).A Policy on Geometric Design of Highways and Streets.Fourth Edition,2001.

[4] 邓明君，曲仕茹，秦鸣.基于延误的U-turn交通组织可行性分析方法[J].公路工程，2014,39(6):5.

[5] 陈宽民，严宝杰.道路通行能力分析[M].人民交通出版社，2003.

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