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中国智能交通协会

美国道路瘦身策略发展及应用

2018-04-13   来源:城市交通


  随着完整街道概念的提出,道路瘦身策略在美国的道路规划设计中广泛使用,意在通过减少原有的机动车道空间满足非机动车、行人等出行需求和安全要求。笔者基于美国联邦公路管理局(Federal Highway Administration, FHWA)发布的《道路瘦身信息指南》(Road Diet Information Guide)进行整理。探讨道路瘦身提升交通系统安全性及维持交通系统正常运行的原理、道路瘦身的影响因素及适用性分析、设计方法以及效果评价。并从提高道路安全性和协调现行标准两方面讨论道路瘦身在中国的应用价值。
道路瘦身的发展历程及主要形式
  1 概念
  道路瘦身是道路规划设计的一种策略,通过减少道路横断面中机动车道所占空间 (例如减少机动车道数量或缩小机动车道宽度),将更多空间用于其他用途或者作为其他交通方式通行空间,从而获得交通系统整体性能的提升。道路瘦身后多余的空间可用于:增设或拓宽人行道;增设或拓宽绿化带;增设单侧或双侧非机动车道;拓宽剩余车道;增设一条中央左转专用道;增设一条中央右转车道;增设一条可逆的中央车道;将最外侧车道转为应急车道。
  2 发展历程
  20世纪五六十年代,美国道路工程的主要目标是扩张交通系统能力,以致出现很多能力过剩的4车道道路,道路瘦身改造项目应运而生。目前有记录的最早的道路瘦身改造工程是1979年在美国蒙大拿州比林斯市十七西街的4车道改3车道工程。被改造道路宽12.2m,日均交通量为1万pcu/d。研究表明,在道路瘦身改造后,冲突事故数量减少且未造成明显的交通延误。
20世纪90年代,随着爱荷华州、明尼苏达州、蒙大拿州等地的实行,道路瘦身逐渐开始在美国各州流行起来。在西雅图、华盛顿、波特兰、俄勒冈州等地,道路瘦身最先在市区实行。近期,美国联邦公路管理局将道路瘦身及其他道路结构改造方式纳为安全的对策,并将道路瘦身作为一个以安全为重点的4车道横断面改造方式。
  3 主要形式
  (1)4车道改造为3车道
  最典型也是应用最广泛的道路瘦身形式是将原有的双向4车道改造为带有中央左转专用道的3车道(简称“四改三”)(见下图)。改造后的3车道两旁画斜线部分可用于增设非机动车道、人行道、路内停车空间等,而在中央左转专用道中也可以设置行人过街安全岛,具体设置情况依据道路实际情况而定。

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4车道改造为3车道

  (2)3车道改造为2车道
  改造前有3条机动车道,两侧为两条路内停车车道。大部分城市街道会采用这一道路空间布局模式,其改造主要是通过移除一条机动车道,同时缩窄一条停车车道,这样可以提供一个受保护的双向自行车道(见下图)。

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3车道改造为2车道

  (3)非机动车道改造为隔离式非机动车专用道
非机动车道通常在街道两侧,与机动车道相邻,存在潜在的交通冲突。若在道路一侧设置双向非机动车道,将一个路内停车车道移至非机动车道与机动车道之间,相当于将停车车道作为一个缓冲隔离带,保护非机动车避免与机动车交通流产生冲突(见下图)。需要注意的是,由于中国自行车(包括电动自行车、助动车等)交通量较大,单侧设置双向自行车道虽有尝试,但能否广泛应用仍值得商榷。

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隔离式非机动车专用道

设计要素与方法
  1 几何要素设计
  几何要素设计主要为确定项目细节、改造工程的轮廓及改造工程的横断面。
  设计控制因素
  设计中的控制因素主要包括车辆、环境、交通流(非机动车和机动车)等影响因素。例如,在进行掉头半径和交叉口转弯半径设计时,应该考虑对该设施使用频率较高车辆的类型与最大设计尺寸。同理,行人、非机动车设施的设计则受行人交通量与出行特征、非机动车尺寸与行驶特征的影响。同时,道路瘦身设计还应兼顾机动车驾驶人的能力和局限性,应力求实现速度上的协调,此外还需考虑对所有道路参与者的引导,通过标线、信号等使路径更为清晰。下表为考虑设计控制因素时,不同功能道路的设计控制范围。

不同区域道路设计控制范围

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  几何参数设计
  几何参数设计的主要元素包括视距、坡度、平面曲率和超高等。
  由于道路横断面的变化而引起的车辆位置变化可能会对水平视距有一些影响。道路瘦身的关键视距分析需要包括行人交叉口、公共汽车站以及路内停放的可能成为视线障碍物的车辆。
  设计坡度时,需要选择一定的坡度使道路的运行速度接近其设计速度。对于不同功能、地形和设计速度的道路,其最大坡度一般为5%~12%(与中国有差异)。此外要考虑所服务设计车辆的性能,使坡度与设计车辆相适应。
  道路瘦身工程一般不会使平面曲率和超高有明显变化。基本的设计速度、侧摩阻力和超高关系均适用。
  横断面设计
  道路瘦身工程中横断面设计的整体原则与传统道路横断面设计相近,例如横向坡度、排水系统、人行道宽度等要素基本不变,按照传统准则设计即可。下表主要说明一些发生变化的横断面要素设计标准和原则。

道路瘦身横断面要素设计标准

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  交叉口设计
  传统交叉口设计的基本原则适用于道路瘦身工程内及邻近的交叉口。道路瘦身工程中与交叉口相关的设计原则包括:
  1)需要保证进行道路瘦身改造的道路内及附近的交叉口视距充足;
  2)通过分析评估右转车辆的延误情况来决定是否需要右转车道,并依据右转车辆类型设计右转车道转弯半径;
3)单车道环形交叉口(见下图),能通过消除冲突类型及降低交叉口运行速度来提升安全性,但在道路瘦身改造工程中设置环形交叉口时,需要考虑公众反应和接受程度;

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环形交叉口

  4)如果道路瘦身改造工程包含非机动车道,那么交叉口设计也应该进行相应修改。
  2 运行要素
  道路瘦身改造是否成功还需考虑是否能维持道路系统正常运行及提升所有道路参与者的安全性。因此在设计过程中,需要考虑如道路空间分配、行人过街、信号变化、过渡区域、人行道标线等运行要素的设计。
  道路横断面空间分配设计
  道路瘦身改造对现有道路空间再分配时,需要考虑道路瘦身改造工程的目标及其服务用户的需求,以此决定每一条车道的类型和宽度。3车道道路的车道类型包含但不限于直行机动车道、中央左转专用道、非机动车道、公交专用车道以及停车车道。每一类改造的道路均应单独评估和设计。
  行人过街设计
  为提升行人过街的安全性,可采取行人安全岛与灯泡形转角(Bulb-outs corner)两种措施。利用中央左转专用道设置的行人安全岛(见下图)可以降低行人与机动车的冲突,同时将行人过街分为两部分,使行人每次过街时只需要关注一个方向的机动车。灯泡形转角(见下图)能减少行人过街距离、减少行人过街的信号灯时间、增加行人过街视距。设计灯泡形转角时不应该延伸至非机动车道,最好能与街道停车区域连接,同时还需要考虑减小转弯半径。

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行人过街安全岛

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灯泡形转角

  信号控制设计
  主要道路上车道数量的减少需要额外的绿灯时间(尤其在高峰时段)保持服务水平,但会增加次要道路上的交通延误,需在设计时协调权衡。实行道路瘦身改造后,还需要使信号朝向与现有的车道结构相适应,且每条车道至少需要一个信号灯组,以保证其运行水平。另外,可以考虑采用环形交叉口,通过减少排队,提供更顺畅的交通流,以改进运行水平。
  标志标线设计
  道路瘦身的标志标线应按照《交通控制设施手册》(Manual of Unified Traffic Control Devices, MUTCD)的要求和建议设置施划。如需重新施划车道标线,则应将旧线清除干净。
  影响因素及效果分析
  1 影响因素
  虽然道路瘦身能提升系统安全性且为行人与非机动车提供出行条件,但并不是所有道路都适合道路瘦身改造工程,以下因素会影响实施道路瘦身的可行性。
  安全因素
  道路瘦身的初始目的是缓解交通冲突、提升交通系统安全性。未改造的 4车道道路因为左转与直行交通共用一条车道,容易导致追尾冲突、左转冲突及速度差异等问题。当以提升安全性作为改造目的时,设计人员必须判断现有的冲突是否可通过实施道路瘦身得到解决。
  交通系统运行因素
  对于能否实行道路瘦身,需要考虑道路交通系统的运行特征,主要包括:
  1)现状道路使用情况,因为道路瘦身的目标是满足道路使用者对道路的实际功能需求。
  2)速度,分析是否需要降低交通流速度及车辆间速度差异。
  3)服务水平,需要考虑排队和延误情况。
  4)服务质量,需要分析道路瘦身对行人、非机动车及机动车用户体验的影响,并对某些方面服务质量的下降提出相应的缓解措施。
  5)日均交通量,为是否能够实施道路瘦身提供初步评估标准,美国联邦公路管理局以日均交通量2万pcu/d以下为判定道路瘦身可行性的临界标准。
  6)高峰小时单向交通量,是决定道路瘦身可行性的一个定量指标。爱荷华州道路瘦身导则指出,当高峰时段单向交通量在875pcu/h以上时可行性较小且高峰时段主干路服务水平会降低。
  7)转向交通量与模式,如果将道路瘦身确定为一个可行的选择,需要更详尽地分析现有及期望的直行和转向交通量。
  8)特殊车辆,实施道路瘦身时,需要考虑频繁停车或行驶较缓慢的特殊车辆,如公共汽车、货车等。实施者应该分析道路车辆停靠的数量及持续时间,并考虑采取缓解非法超车行为的措施(例如设置专用停靠区域)。
  非机动车、行人、公共交通及货运因素
  从行人与非机动车角度考虑道路瘦身设施可行性时,需要考虑道路上是否有行人与非机动车设施、行人与非机动车的出行程度、道路瘦身实施后对其需求满足程度以及实施后对行人与非机动车出行的诱增量。
  此外,还需要考虑公共交通的运行对其他交通参与者的影响。改造后公共交通车辆在唯一的直行车道停车,可能会引起正常交通流延误或非法超车。在研究道路瘦身可行性时,需要分析并提出上述问题缓解手段。
  在有货运交通的道路上,需要判断道路瘦身是否满足当地货运种类与运量的需求及其对货车尺寸的适用性,同时,还需要考虑道路瘦身能否提供适当的货车停车区域。
  其他影响因素
  除上述因素外,可用路权和费用、平行道路、路内停车、铁路平交道路交叉口、公众宣传与教育等影响因素也会产生影响。例如,道路瘦身可能会引起交通流转移至平行道路中。需要研究此现象对驾驶人及周边居民的影响。
  2 效果分析
  安全性提升与运行优化
  首先,道路瘦身通过改善道路结构来提升交通安全性。道路瘦身中的“四改三”不仅将交叉口直行冲突点由8个减至4个,还消除了路段中的追尾、侧碰、视距不足等冲突类型。研究表明,在实施道路瘦身后,整体的碰撞事故率能下降19%~47%,同时35岁以下及65岁以上的机动车驾驶人的冲突事故率也会降低。
  此外,道路瘦身还通过减少速度差异来提高交通安全性并优化系统运行。在一个未改造的4车道道路上,行车道间车辆速度有较大差异,机动车驾驶人也会因为前方停止的车辆(如左转车辆停止待转)而减速或变道,形成停车—启动断续交通流或使驾驶人在高速交通流中穿行。相应的,道路瘦身通过分离直行车道与左转车道,减少车辆的速度差异和车辆间的相互影响,提供一个更为流畅持续的交通流,同时减少交通冲突事故的数量及降低事故严重性。
  最后,道路瘦身改造工程还通过左转专用道减少信号控制交叉口的延误,也通过减少穿行车道数,使次要道路交通流更易进入主路,减少次要道路交通穿行延误,优化交通系统运行。道路瘦身对交通安全性及交通系统运行的效果可以体现在美国纽约市布鲁克林第四大道的改造工程上。在第四大道进行道路瘦身改造是因为其机动车超速率较高、中央隔离较窄等问题。由下图可以看出,改造后,每个方向减少一条机动车道,从而减少冲突点和冲突类型并减小机动车之间的速度差异;路内停车区域加宽;中央分隔带两侧增设缓冲空间,可以提高过街行人安全性。改造前后街道实际情况如下图所示。

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第四大道改造前后道路横断面

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第四大道第十二街改造前后对比

  据纽约交通运输部(New York City Department of Transportation)数据,比较道路瘦身实施一年后的事故数据与实施前三年事故数据平均值,得出如下结论:
  1)改造后第四大道第十五街的行人受伤数据降低61%,总碰撞事故降低20%,产生人身伤害的碰撞降低16%。第三街及第九街的交叉口事故改善情况尤其明显,事故率分别降低41%和59%。
  2)第四大道双向行驶方向的机动车超速率(速度大于35英里/h)均下降约75%,其中,向南行驶的驾驶人速度高于35英里/h的比例由29%降至7%。

  3)小汽车交通量水平和行程时间大体保持稳定,向南的晚高峰车流略有减少。行人交通量也同样保持稳定。
行人、非机动车出行优化
  即使是最简单的道路瘦身工程,对行人和非机动车的出行环境都有一定程度的改善。通过道路瘦身改造工程增设的非机动车道或人行道弥补了现有路网的不足,对非机动车或行人出行的可行性和安全性有积极影响(见下图)。需要注意的是,由于国内外非机动车交通量的差异,图中的非机动车道设置形式难以满足中国较大非机动车交通量的需求。

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隔离式非机动车道

  协同增效效应

  通过对改造后道路的调查发现,道路瘦身有很多协同增效效应,很多时候某一方面的提升会对另一方面产生积极影响。例如,非机动车道不仅为非机动车提供出行方便,还增加了行人与机动车的缓冲隔离(见下图)。

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改造前后人行道与机动车道位置关系

  应用价值
  从道路瘦身的特性来看,道路瘦身实际上是一种综合优化已有道路空间使用的策略,即在不明显降低通行能力的情况下,通过车道的优化提高道路的安全性并为各种方式的出行者提供良好的通行空间。然而,道路瘦身策略的应用具有较强的局限性。例如,“四改三”交通组织方式未必适合中国城市道路的具体情况;其对所节省空间的非机动车通行空间的利用分布也与美国道路上自行车交通量较小、种类单一有一定关系,未必适合中国非机动车交通量大的特点。
  总之,其提高交通安全性、平衡不同交通方式的理念仍然值得中国城市借鉴。
  1)提升道路安全性。
  安全、畅通是道路设计和使用最为关注的方面,而二者的协调往往需要不断的权衡和优化。进行道路设计时,通过合理评估道路交通量需求,合理协调路段及交叉口通行能力的匹配,从而合理设定路段、交叉口范围内的机动车道数量与宽度;为行人与非机动车设置相应的服务设施,例如人行道、非机动车道、行人安全岛、非机动车与机动车之间的缓冲空间等。力求在不明显降低机动车通行能力的前提下,通过降低机动车超速率、减少机动车间速度差异、减少机非冲突点、增加为交通弱势群体提供的安全设施等,使道路交通系统的安全性得以提升。
  2)完善道路功能、推进绿色道路。
  中国多数城市处于出行方式快速转型过程中,曾占城市居民出行绝对主导地位的非机动车与步行开始逐渐让位于机动车出行。


  在此情况下,如何通过道路功能的合理划分改变机动车交通在道路系统中的主导地位,是中国城市道路交通系统必须面对和回答的问题。道路瘦身实际上降低了道路资源中服务于机动车的比例,通过对某些道路实施道路瘦身,将道路空间不仅仅局限于为机动车出行服务,还考虑到步行、非机动车与公共交通的通行空间,使道路功能更加完善。对于中国城市道路而言,在过于强调为机动车服务的背景下,利用道路瘦身重新划分道路通行权空间,通过利用机动车节省出的空间来进行街道绿化,通过提升步行、非机动车、公共交通出行的便利性吸引更多步行与非机动车出行,提升道路活力。同时也可结合公交优先战略,通过压缩机动车宽度或减少机动车道条数增设公交专用车道,以提高公共交通的吸引力,调整居民出行结构,完善道路服务功能。
  3)与中国现行标准相协调。
  前文所述数据主要针对美国道路情况,中国对于城市道路亦有自己的设计要求和标准,在实施中应有选择地参考和借鉴。中国城市道路规范规定的机动车道宽度标准(3.0~3.5m)高于许多国家。近年来,中国许多城市已就缩窄车道宽度问题做过试点,部分地区将车道宽度缩至2.7~2.8m以增加车道数量,取得良好效果。因此,机动车道宽度标准可以酌情降低下限。在非机动车道宽度方面,美国在道路瘦身后设置的非机动车道往往约1.5m,但中国非机动车交通量较大,指标应有所提高。

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