非机动车安全左转的交叉口条件研究

刘轼介

(深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司)

新时期，在机动车迅猛增长的背景下，城市交通拥堵、交通污染等“城市病”，迫使城市管理者审视机动车发展模式的弊端，重新考虑释放慢行空间，引入慢行系统。深圳市积极倡导“绿色出行”，逐步完善慢行道施划，并在盐田、龙岗中心区引入公共自行车租赁系统。广州、杭州等大城市，珠海、中山、顺德、浏阳等二、三线城市都不断完善自行车道的建设，提高居民出行品质，广受市民好评。目前，建设完善的自行车道网络，打造慢行、低碳、环保的交通体系，满足市民对品质生活的追求，已经成为各个城市提升城市形象、建设宜居城市、提高市民幸福感的重要施政措施，成为新时期的潮流和时尚。

非机动车在道路空间的组织形式直接决定车道的通行能力大小，国内非机动交通运行较好的城市均采用独立的非机动车道。在交叉口处，根据非机动车流量的大小分别采取与人行一起过街、与机动车一起过街等方式，相关研究表明，实施非机动车二次过街方式会大大增加左转非机动车延误。根据《城市道路交叉口设计规范》，非机动车流量较大时，宜在交叉口设置独立的非机动车进出口道，并与机动车道间用设施分隔。非机动车独立进出口道宜采用与机动车一起过街的交通组织方式。杭州等城市经验也表明，与机动车同相位的相位控制方式通行能力更大，更适宜非机动车交通流量较大的慢行走廊交叉口。但由于受机动车、对象非机动车等干扰，与机动车共相位的直接左转形式存在一定的安全隐患。需要对非机动车直接左转交叉口的安全边界条件进行通过科学的分析研究，以指导实际应用。以典型十字交叉口为例，分析交叉口多种因素对机动车左转轨迹的影响，最终建立机动车左转轨迹间最短距离模型，通过非机动车通行空间要求，校核不同交叉口条件是否适宜实施直接左转形式。

1 非机动车左转组织形式

非机动车在交叉口处左转形式主要有两种，一种是非机动车二次过街实现左转，另一种是非机动车直接左转。

1.1 非机动车二次过街实现左转

该形式具有通行安全、信号控制方式简单等优点，在国内各城市应用较为广泛。然而由于需要与行人一起过街，当非机动车流量较大时，与行人相互干扰比较严重。适用于左转自行流量较小或交叉口范围较小的情况下。在典型两相位控制交叉口，左转非机动车二次过街能够显著提高直行机动车和整个交叉口的通行能力。对于交叉口进口只有一条直行车道的情况，当机动车流量较低时，实施二次过街将较大幅度地增加向左转非机动车延误;当机动车流量较高时，实施二次过街所致的延误增幅相对较小。随着进口直行车道数的增加，二次过街实施前后的延误总体上逐渐接近。

图1 非机动车二次过街形式

1.2 非机动车直接左转

该形式具有通行效率高、通过能力大等优点，在国内自行车运行较好的城市应用较为广泛。根据信号控制方式的不同，又可分为独立相位控制和与机动车共相位控制。独立相位控制指非机动车使用独立的相位通行，通行效率高、比较安全，但需增加相位时长，对于机动车流量较大的路口不适应;机动车共相位控制指非机动车利用机动车转向相位共同左转，能够更好地利用相位时间，且通行能力最大，但存在一定安全隐患，适用于流量较大的交叉口，需通过研究制定交叉口安全尺寸范围，为本文研究的主要问题。为进一步扩大通行能力，减少机非干扰，当流量较大时非机动车直接左转一般设置左转前置。

图2 非机动车直接过街形式

2 非机动车安全左转交叉口条件研究

2.1 研究思路

在非机动车直接左转(与机动车共相位)形式中，对向机动车同时左转时，车流之间形成一定的安全空隙，当空隙足够大时才能保证非机动车安全通行。在建立机动车左转模型的基础上，综合考虑交叉口左转车道宽度、绿化带宽度、中心线偏离等影响因素，构建左转轨迹间最短距离模型，用于非机动车安全左转的交叉口条件研究。

2.2 机动车左转轨迹间最短距离模型

(1)模型假设

根据几何学理论，交叉口左转车辆在靠近停车线之前为直线行驶，轨迹曲率半径R=∞，离开交叉口通过停车线后行驶轨迹变为直线，曲率半径R=∞。为保证曲率变化的连续性，可以采用“直线—缓和曲线—缓和曲线—直线”对左转车辆运行轨迹进行拟合，其中缓和曲线取回旋线。

图3 交叉口模型

模型采用常见的十字交叉口，以左转车道外侧转向起点为坐标原点，道路方向为上北下南。β为相交道路中心线夹角的一半，对于垂直相交的路口β=π/4，R为左转车辆的转弯半径。左转停止线与北进口的左转进入车道的右边线垂直距离hx，以及左转车道右边线与北进口停止线的垂直距离hy。取左转车道宽度为dl，绿化带宽度为dg，绿化带中心线偏移距离gΔ。

(2)轨迹线与转角平分线的交点坐标

根据分析，机动车左转轨迹间最短距离为左转轨迹线与转角平分线相交点之间的距离。机动车转弯部分的轨迹采用回旋曲线拟合。见图4。

图4 回旋曲线模型

回旋曲线的直角坐标方程为

因此可以得到

回旋线与转角平分线的交点为回旋线的中点，l=2Rβ，r=R。得到交点坐标为

(3)机动车左转轨迹间最短距离模型

根据交叉口假设模型，可以得到左转车道外边缘线的延长线的交点，两个交点坐标为(hx，0)，(hx3，hy3)。中心点坐标为(hx0，hy0)如图5所示。

图5 左转车道外边缘线交点

机动车左转轨迹之间的最短距离为

当南北向进出口对称，东西进出口对称时，南北向、东西向均在同一轴向上。根据(hx0，hy0)-(dl+dg)，y3=2×dl+dg-gΔ，得到:

将式(3)中交点坐标代入式(5)，得到

(4)模型校核

根据规范要求，在和机动车道合并的非机动车道，车道数单向不应小于2条，宽度不应小于2.5 m。非机动车专用道路边宽度应包括车道宽度及两侧路缘石带宽度，单向不宜小于3.5 m，双向不宜小于4.5 m。因此在实际应用过程中，实施非机动车道与机动车同相位直接左转的交叉口，应当模型测算的基础上，优化调整左转停止线与北进口的左转进入车道的右边线垂直距离hx、左转车道宽度为dl、绿化带宽度为dg、绿化带中心线偏移距离gΔ等参数，保证d≥4.5 m。否则为保障非机动车安全，宜采用专用相位和二次过街的形式。

3 案例分析

汕尾市城区位于粤东滨海地区，常年气候温和宜人，植被四季常青，且城市尺度约3.5 km，十分适宜自行车出行。以正在开展汕尾市城区非机动车车道优化调整为例，通过校核交叉口尺寸条件，研究非机动车直接左转的适应性，确定非机动车在交叉口的交通组织形式，并提出保障自行车安全的改善措施。

根据对汕尾城区内非机动车走廊和交叉口的梳理，规划对非机动车单向高峰小时客流大于1 000辆的道路上设置专用道，并在节点采用与机动车同时放行的信号控制方式。对于部分交叉口机动车左转轨迹之间的最短距离不满足4.5 m的规范要求，需要进行调整。通过后退停车线(增加hx)、降低左转车道宽度、缩窄绿化带宽度等措施，优化交叉口平面尺寸，满足自行车安全行车要求。

表1 部分交叉口参数优化调整前后对比

与此同时，对于部分调整后仍不满足规范要求的交叉口，建议采取二次过街和专用信号相位的组织形式。同时完善交叉口处机动车、非机动车引导线等隔离设施。在保障非机动车交通安全的同时兼顾通行效率的提高。

4 结语

针对交叉口处非机动车直接左转形式存在的安全隐患问题，通过建立机动车左转轨迹间最短距离模型，明确影响最短距离的交叉口尺寸参数，为保障非机动车通行安全，需根据模型测算结果，对相关参数进行优化调整。最后，以汕尾城区非机动车车道优化调整为例，通过实际交叉口优化调整案例分析，提出具体可选的优化措施，为非机动车直接左转形式的推广和应用提供科学的指引和支持。

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