摘要：优先发展公共交通是解决当前中国城市交通问题的必由之路，也是世界各国发展交通的成功经验。本文以深圳市龙华新区现代有轨电车建设为契机，从交通设计的角度对有轨电车规划设计做了一定深度的探究和分析。
首先介绍了深圳市龙华新区现代有轨电车的功能定位及开行方案。通过对现代有轨电车的车站停靠能力、主支线路口通行能力及起点站站前折返能力的研究对现代有轨电车的系统运能做了深入研究，同时明确了龙华线远期的运营目标。现代有轨电车在某种程度上是轨道交通和市政工程的综合体，它除了具有轻轨的运行特性外，还要与市政道路交通相结合，其交通要素主要体现在路权形式、车道布设方式、车站型式及交叉口设计等，这些交通要素对市政道路交通的整体通行会产生直接的影响。本人通过项目推进过程中交叉口设计的不断优化，总结了交叉口渠化设计、常规公交站点配套设计、站台各组成部分设计应当注意的要点内容。
另外沿线站台型式与交通控制设计也密切相关，本文还介绍了现代有轨电车在交叉口的控制方法——主动优先控制、被动优先控制及无优先控制三种类型及各自的实施条件。针对本线的技术特点，提出了主动优先加被动优先协同控制的设想，为进一步的细化研究提供了相应的技术参考，为运营组织的深入设计提供技术支撑。
关键词：功能定位；系统运能；交通要素
绪 论
在城市交通拥堵不断加剧的形势下，优先发展公共交通已经成为我国和世界各国解决城市交通问题的共同选择。现代有轨电车是揉合轨道交通和市政道路两种特质的，承担公交主要职能的一种中低运量轨道交通系统。90年代起，欧洲主要国家大量恢复或新建有轨电车线路，美国、加拿大、澳大利亚和日本陆续在中等城市引入现代有轨电车（以下简称有轨电车）。有轨电车具有安全、可靠、环保、舒适、快捷、成本低等优点，其系统采用电力牵引，是绿色交通方式，相对地铁、轻轨等其他城市轨道交通而言，其运量小，但相应基础设施建设工程量小，能大大地节省基础设施建设的投资；同时可节省大量运营、维护成本。
本人参与深圳龙华新区有轨电车的总体总包设计任务，完成了可研、初步设计、施工图设计和包括《有轨电车线站位及车辆段选址与道路交通详规研究》、《信号优先及乘客服务信息系统专项研究》等十多项专题研究。由于该线的特殊性、对周边交通的影响及有轨电车本身在国内的项目经验并不多，政府对这第一条示范线高度重视，在一些关键的技术问题上提出了很多技术要求，本文以深圳龙华线的建设为契机，对有轨电车与市政交通的规划设计做进一步研究。
一、概述
1、项目背景
鉴于深圳龙华新区轨道线网布局及建设时序、新区空间发展布局、各功能产业园区的交通的诉求，深圳龙华新区急需着手发展中运量的交通系统，解决近期交通拥堵推动龙华新区两区一城的战略发展，提升区位优势和品质，打造一条“绿色、科技、人文”的有轨电车线路。如图1-1
主线1路：清湖站—观澜中心站，运营里程8.5km，南北向贯穿龙华新区，串联观澜和地铁4号线清湖站。
支线2路：观澜中心站—下围站，运营里程7.7km，为联系观澜科技园与观澜老城区的主要通道。
支线3路：下围站—清湖站，运营里程6.5km。
2、明确有轨电车功能定位有利于有轨电车的各项研究的推进。
有轨电车在大城市中可以承担地铁等骨干公共交通网络的“补充、延伸、联络、过渡”等辅助功能。深圳龙华有轨电车是新区公共交通网络的次骨干功能，是轨道交通的“延伸和补充”。本工程与地铁4号线延长线平行，但间距合理，为龙华与观澜间提供可靠的双保险公交走廊，并为地铁4号线延长线建设创造更好的条件。
深圳市十二五交通发展规划也提出：以轨道交通为骨干，以“公交+慢行”为导向，构建公交优先、高效便捷的一体化绿色综合交通体系。明确了有轨电车在城市综合交通体系中的定位及与轨道、BRT、常规公交等的关系。
支撑新区城市空间结构的形成，加强各功能片区间快速联系的功能。
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龙华线线路图及运营图 图1-1
二、龙华线系统运能的研究
龙华线的系统运能取决于车站停靠能力、路口通行能力（和信号周期密切相关）及首末站折返能力。
1、车站停靠能力
车站不具备越行条件同时只设置单个停车位时，前后两车以车辆停靠需要的最短时间为车头时距行驶时，车站停靠能力达到最大，即：
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（2-1）
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（2-2）
式中：
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—最大停靠速率（辆/h）；
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—最短停靠时间（s）；
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—车辆进站时间（s），.png)
，其中l为车辆驶入站台时，车辆之间的最小间隔（取值车长）；b为进站时刹车减速度，一般取.png)
；
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—车辆启动和离开车站时间（s），.png)
，其中.png)
为离开站台时的加速度，可取.png)
，l含义与前面相同；
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—乘客上下车时间（s），.png)
，其中k上下乘客总数（人）；.png)
为一名乘客上下车平均耗时（s）；.png)
为车门数（个）；
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—开关门时间（s）。
龙华线采用100%低地板钢轮钢轨电容车，4 或5模块编组，车长38m。由此计算出.png)
=8.3s，.png)
=8.8s。车辆在站台处需有固定充电时间为20s，经计算.png)
与.png)
之和小于20s，故取值20s，则.png)
=37.1s，.png)
最大停靠速率[3600/37.1]=97辆/h。
2、主支线路口通行能力核算
龙华线通行能力最小的路口为环观南路与大和路主支线交叉口。交叉口随本次改造完成渠化设计，左右转与直行交通分离，设置人行天桥实现人车分离。由于通行能力核算针对是有轨电车远期运营组织，故实际信号配合及运营组合可能会有所不同，本专业对该路口通行能力进行核算，为运营提供相应的技术支撑。
该路口交通组织平面布置如图2-1所示，开行方案如图2-2所示。
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主支线交叉口交通组织图 图2-1
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主支线开行方案图 图2-2
（1）设计边界条件
该路口有三条交路的有轨电车通行，车辆在路口出口道上设置站台，站台设置一个停车泊位。
车辆在每个进口道上都有两种方向行驶的可能，前后车可能存在“压车”的可能。
（2）设计分析
路口信号周期与远期的有轨电车运营匹配，增加路口有轨电车的通行能力，信号周期设置为150s。根据路口预测的各个方向交通量，该路口的信号相位组织如图2-3所示，在每两个电车相位之间均设置一定清空时间，避免车辆追车停靠。以清湖往北运营车辆为例，结合信号相位组织，有轨电车发车间隔如图2-4所示。3个信号周期内，有第一个周期的直行相位、第二个周期的直行相位及右转相位、第三个周期的直行及右转相位5个通道满足三辆车的通行；该运营组织是通过牺牲第二、三辆车的延误（车辆在路口提前等待）保证在第二或者第三个信号周期内通过。车辆在进入该路口前的路段通过车辆跟踪定位系统及行车速度，前后车的车头时距调整到150s、110s及190s。
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主支线交叉口相位组织图 图2-3
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南进口车辆发车间隔图 图2-4
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（2-3）
式中：
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—车辆到达路口在一个信号周期的时间点；
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—直行车平均进站延误时间；
根据该路口分析，该路口通行能力按照列车发车间隔控制，取值25辆/h。
3、起点站站前折返能力研究
作为4号线近期在龙华新区的延伸，龙华线的起点应该选择在4号线二期终点清湖站的附近。由于地铁站距路口只有180米距离，不满足站前折返线、停车线的距离要求。龙华线与地铁无缝衔接方案主要解决折返问题。
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起点区域方案示意图 图2-5
（1）设计边界条件
远期列车发车间隔为2.4分钟，该信号灯周期若大于2.4分钟，一个周期只能最多两辆列车通行，不能满足列车运营要求；若信号灯周期小于2.4分钟，可以提高列车通行对数，2.4分钟应该是信号周期的整数倍，否则信号周期与运营难以匹配，但1.2分钟的信号周期难以满足该路口配时需求。故该路口信号周期取列车发车间隔时间144s，取值为150s。
如果按照常规的直行、左转加相交路的直行、左转相位组织，该路口只有一个相位可以通行有轨电车，而且是绿灯时间较短的左转相位通行。列车需要在一个周期内双向至少通行两辆车。
若提高该路口车辆通行能力，需简化该路口相位减小路口信号周期（交通信号周期与交通量相关，在此不再赘述），或者插入单独的信号相位保证有轨电车通行。
（2）设计分析
为了提高清湖站折返能力，可以利用清湖站两侧正线进行交替折返。折返步骤：列车进入Ⅰ站台/列车出Ⅱ站台→列车出Ⅰ站台/列车进Ⅱ站台。
1）折返进路示意
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折返示意图 图2-6
2）折返能力计算
办理列车进入Ⅰ站台进路时间：5s；同时列车可从Ⅱ站台出；
列车进入Ⅰ站台，站前曲线半径40m，通过曲线限速20km/h，通过牵引模拟计算，进站时间40s；列车出Ⅱ站台时间：通过曲线限速20km/h，通过牵引模拟计算，出站时间35s。
停站上下客时间：60s；
驾驶室转换时间：15s；
办理列车出Ⅰ站台进路时间：5s；同时列车可进Ⅱ站台出；
通过渡线进入Ⅱ站台，交叉渡线采用槽型轨6号道岔，侧向允许过岔速度20km/h；站前曲线半径40m，通过曲线限速20km/h，通过牵引模拟计算，进站时间50s；列车出Ⅰ站台时间，侧向通过交叉渡线，允许过岔速度20km/h；通过曲线限速20km/h，通过牵引模拟计算，出站时间40s。
根据远期该路口的各流向的交通量，该路口的配时方案如图2-7；为减少有轨电车的停车延误，在原四相位基础上插入了个补时相位，以保证该路口的正常通行。
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（2-4）
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—第一辆车到达路口在一个信号周期的时间点；
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—车辆平均进站延误时间；
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起点站交叉口相位组织图 图2-7
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折返计算图 图2-8
由图2-8可以看出，列车要保证正常运营，在路口的等候时间为进Ⅱ站台的允许时间最小为35s，而随机到达该路口的有轨电车平均延误为25.4s；该路口通行能力满足远期的运营需求。另外进入清湖方向的车辆在进入该路口前的路段通过车辆跟踪定位系统及行车速度，前后车的车头时距调整到150s、110s、190s；三辆车有连续两辆车以接近绿波的形式通过该路口。
结论：有轨电车通行能力计算不同于公交车或者BRT，有轨电车对沿线的交通信号组织及相位提出了更高的要求。受车站停靠特征影响，车辆发车虽达不到轨道交通的要求，但也不会像常规公交车可以连续通过路口设计。龙华线按照超员（8人/m²）不少于380人计测，最高断面每小时发25对车辆，系统运能为单向7500人/h。本人认为单一的比较有轨电车高于或者低于快速公交运能的观点还有失全面。
三、有轨电车交通要素分析
现代有轨电车是行走于地面道路的一种公共交通工具，它除了具有轻轨交通的运行特性外，还要与市政道路交通相结合，其交通要素主要体现在路权形式、车道布设方式、车站型式及交叉口设计等，这些交通要素对市政道路交通的整体通行会产生直接的影响。
1、路权、车道布设方式、站台型式
（1）现代有轨电车路权形式
现代有轨电车的路权形式主要有全封闭路权、半封闭路权和共享路权三种形式。半封闭形式采用地面敷设方式，基础设施简单，经济、便捷；在穿越平交道口时，采取现代有轨电车信号优先措施能够保证现代有轨电车较好的服务质量（旅行速度和准点率）。
（2）现代有轨电车车道布设方式研究
现代有轨电车车道布设方式按照其布置位置的不同主要分为三大类：路中式、路侧式、双向同侧式。从道路交通组织、乘客交通组织、沿线既有道路改造等几个方面分析比较现代有轨电车车道布设方式如表3-1所示。
表3-1车道布设方式对比表
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（3）现代有轨电车车站型式研究
路中布设的有轨电车站台型式，一般分为岛式车站和侧式车站两种类型，岛式站台又分为整体岛式站台和分离岛式站台，侧式站台又分对位侧式站台和错位侧式站台。
表3-2 站台类型对比表
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站台类型示意图 图3-1
结论
站台的设置型式和道路改造条件、现代有轨电车线形、工程造价、周边客流情况等因素密切相关，同时站台的设置型式是个系统工程与前后站台也有相应的关系，应结合工程实际条件综合设定，灵活运用才能达到最大的系统功能。
2、交叉口设计
有轨电车与市政道路交叉口设计紧密相连，本人以错位侧式站台为例，并借鉴多次专家评审意见，归纳总结交叉口设计当中应关注的要点。
（1）交叉口渠化
根据各个方向交通量，合理分配交叉口道路资源；原则上路口直行车道数不应小于路段的直行车道数。
由于有轨电车行驶在道路中央，原来的左弯待转区已没有设置条件，有轨电车对沿线的左转及掉头车辆造成一定影响，一个信号相位平均损失2~3辆左转小汽车通行；同时沿线小区出入口原本可以左转现在只能右进右出并通过下游的交叉口掉头，增加了该路口的掉头车数量，该路口没有限左考虑时应考虑增加左转车道数。
交叉口进出口车道数应匹配，避免道路资源浪费，由于有轨电车涉及道路扩改，应重视路口车道的顺直设计。
（2）常规公交站点优化
与有轨电车停靠站就近布置，减少乘客换乘距离，方便公交进出并减少对其它车流的影响。常规公交尽量设置港湾，规模为2~3个停车位，以减少公交停靠对社会车辆的影响；利用出口的加速车道与常规公交港湾共用一个车道的渠化设计，减少道路的拓宽工程量。如图3-2所示。
（3）站台构成
站台设置在出口道上，包含斑马线及行人驻足的二次过街岛、站台缓冲区、站台、渐变段，具体布局如图3-2所示。
1）二次过街岛
侧式站台及有轨电车线路占用道路资源宽度约为10.5米，利用站台的延伸部分设计为二次过街安全岛可提升行人过街安全性。
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站台主要构成图 图3-2
2）站台缓冲区
路口停止线至车站最近端处设置了约7米的乘客进出站缓冲区。
缓冲区一般不设置雨棚，需满足路口视距三角形的需求。
缓冲集中性客流进出站给站台造成的压力，为乘客过街提供充足的等候区。
有必要的地方可以为未来设置过街天桥地道预留条件。
3）站台渐变段
对于错位式侧式站台，有轨电车线间距在路段和路口保持不变，有轨电车车辆行驶顺直。机动车需要按照S型行驶轨迹过渡渐变才能正常行驶。
机动车按S型行驶轨迹进行过渡转换时，为便于计算S型行驶轨迹可视为反向圆曲线。假定渐变段长度为.png)
，社会车道中线偏移宽度为.png)
，每段反向曲线半径均为.png)
，如图3-3所示。
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出站渐变段计算示意图 图3-3
则根据.png)
计算得 （3－1）
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（3－2）
曲线最小半径是以汽车在平曲线部分能安全而舒适地行驶所需的条件，圆曲线半径的计算公式如下：
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（3－3）
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—渐变段长度；
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—车道偏移宽度；
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—曲线半径，（m）；
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—设计车速，（km/h）；
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—横向力系数，考虑潮湿的沥青路面，取0.24；
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—路面横坡度或超高横坡度，取-0.015。
通过计算分别得出各设计车速对应的反向曲线一般最小半径，根据公式（3-3），社会车道中线偏移宽度取3.5m时，则根据反向曲线最小半径计算得出，相应渐变段长度，如表3-3所示。
表3-3 设计速度对应渐变段长度表
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3、站台位置分析
以分离岛式站台为例分析站台布置位置。
路口后设置站台，车辆到达路口，如果遇到红灯，需要2次停车，即红灯停车和进站停车。路口后设置站台，比较有利于交通信号主动优先控制；而路口前设置站台比较有利于被动优先控制。
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路口后设站启停示意图 图3-4
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路口前设站启停示意图 图3-5
若供电制式采用无接触网的超级电容时，路口后设置站台可能存在2次停车，需核算超级电容的电量。
假设信号周期为80秒，现代有轨电车绿灯时间20，车辆一次加减速延误5秒，车辆停靠站台20秒。则路口后设站车辆的平均延误为51.25S；路口前设站车辆的平均延误为47.5S，相比路口后设站节约了3.75S。但路口前设站车辆要做到一次启停，车站需紧贴路口，立体过街设施实施就没有条件，也不利于进站客流缓冲。
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路口后设站延误 图3-6
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路口前设站延误图 图3-7
结论：错位侧式站台由于道路渠化设计中进口道需要更多车道，应优先考虑路口后设站，而分离岛式站台根据信号优先实施策略如果采用被动优先建议优先考虑路口前设站，如果采用主动优先建议优先考虑路口后设站。
四、交叉口信号控制
根据控制策略的不同，有轨电车在交叉口的控制方法大致分为主动优先控制、被动优先控制及无优先控制等。无优先控制即有轨电车跟随机动车相位放行，不采取任何优先措施。
1、被动优先控制
被动优先控制方法是基于固定配时的非感应信号优先，各种配时参数均基于历史数据求解得到，不需任何检测装置，不考虑有轨电车是否到达。被动优先通常采用调整信号周期、增加有轨电车相位绿灯时间、分割有轨电车相位、限制社会车辆转弯等方法实现。
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有轨电车5种通过模式 图4-1
2、主动优先控制
主动优先控制方法具有更强的适应性，当检测到有轨电车到达时，根据电车运行信息、当前交通状态以及信号控制逻辑，为有轨电车提供相应的服务。主动优先控制一般采取绿灯延长、红灯早断、相位插入等控制方法。
根据有轨电车到达时刻及信号状态的不同，可将有轨电车分为5种通过模式，如图4-1所示。
通过模式①：预测通过时段位于有轨电车相位绿灯内。
通过模式②：预测通过起始时间位于有轨电车相位绿灯，终止时间位于有轨电车相位红灯。
通过模式③：预测通过时段均位于第m个相位（非有轨电车上一相位）的绿灯期间。
通过模式④：预测通过时段位于有轨电车绿灯相位前一相位的绿灯期间。
通过模式⑤：预测通过起始时间位于有轨电车前一相位绿灯期，终止时间位于有轨电车相位绿灯内。
不同的电车通过模式，所对应的信号优先策略也不同，模式①情况下，电车可在当前相位通过路口，不需要信号优先控制；模式②情况下，需对电车进行绿灯延长控制；模式③情况下，需对电车进行相位插入控制；模式④、⑤情况下，需对电车进行红灯早断控制。
3、控制策略
龙华线沿线以岛式和侧式站台为主，岛式和侧式站台均按照几个站点一组布置，以图4-2为例，列车上行的时间.png)
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分别与下行的.png)
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的时间相等，列车1号路至2号路、3号路至5号路可考虑有轨电车的绿波设计。根据对有轨电车信号优先控制方法的研究，初步研究龙华线控制策略方案如下：
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沿线站台布置概图 图4-2
针对全线大部分为岛式站台和错位侧式站台，实施主动优先和被动优先协同设计的原则。
对于主动优先等级分别采用绿灯延长+红灯早断+插入相位、绿灯延长+红灯早断、绿灯延长三种策略；对背景交通进行部分相位补偿。
结 论
通过上述研究，本文得出以下结论：
1、本文以深圳龙华线为例，从城市综合交通体系的范畴论述有轨电车的功能定位，以功能定位为目标简单推敲有轨电车的起点方案研究。功能定位的确定有的放矢，更利于方案的推进，层次性强。
2、通过对站台停靠能力的研究、有轨电车起点站交叉口站前折返的能力测算、主支线交叉口的通行能力核算，论述了单向7500人/h的系统运能实现是可行的。
3、着重对包括有轨电车路权形式、有轨电车车道布设方式、有轨电车车站型式及交叉口设计的有轨电车交通要素进行了深入研究。有轨电车的交通要素是有轨电车的“形”。深圳龙华线的“形”是布置于道路中央的有轨电车专用线，站台以整体岛式及错位侧式站台相呼应，是深圳的景观线、示范线。
4、交叉口设计当中，如何处理相交道路右转加速车道、有轨电车站台、常规公交的港湾设计提供了一个平面设计范例，值得推广。
参考文献：
[1] 深圳市龙华新区现代有轨电车可行性研究报告，北京城建设计研究总院有限责任公司，2013年1月。
[2] 王波 明瑞利 贺方会 《现代有轨电车系统分析与规划要点》都市快轨交通·第3 期2012 年6 月。
[3] 丁强 《现代有轨电车交通概述》都市快轨交通·第6期2013年12月。
[4] CJJ 152-2010，城市道路交叉口设计规程，中华人民共和国住房和城乡建设部。
基金项目：
课题方向：现代有轨电车规划设计。
论文作者:陆强
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/29
标签：站台论文; 有轨电车论文; 路口论文; 相位论文; 交叉口论文; 交通论文; 信号论文; 《基层建设》2020年第2期论文;