城市交通拥堵的二个主要原因分析及对策办法

叶跃进

每年国庆、过年等中长假高速免费时，都会发生在高速上堵长龙的壮观景象。细想一下，高速是时速60以上到时速120的交通，本应是流畅的，怎么会堵长龙呢，原因不是在高速上，而是在高速的出入口，即沿途城市难以承受高速的集中来车，是先由城市拥堵逐步地堵到了高速。

1、安全交通车流常数3.6秒及道路的饱和车流。

在长时间的观察中，我发现了一个公路交通的常数，即安全车流是每3.6秒通过一辆车，这个3.6秒是个常数，我称之为安全车流常数3.6秒。

1.1、先来看一下高速安全车速和安全跟车距离的关系。

1.1.1、按交通法规，两车A和B时速都是120km，其安全跟车是120m，

换算成秒就是，3600秒跑120000m，跟车120m，即车速每秒33.33m，跟车120m，除一下得：120/33.33=3.600秒，

即A和B两车的车流速度，是每3.6秒过一辆车。

1.1.2、现在两车A和B时速都是100km，安全跟车100m，

换算成秒就是，3600秒跑100000m，跟车100m，即车速每秒27.777m，跟车100m，除一下得：100/27.777=3.600秒，

即A和B两车的车流速度，还是每3.6秒过一辆车。

1.1.3、再来看看城市里两车A和B时速都是30km，安全跟车30m，

换算成秒就是，3600秒跑30000m，跟车30m，即车速每秒8.333m，跟车30m，除一下得：30/8.333=3.600秒，

即A和B两车的车流速度，还是每3.6秒过一辆车。

看到没有，安全交通存在一个流量常数3.6秒，每3.6秒过一辆车。

1.2、饱和车流及过急车流和过缓车流。

1.2.1、饱和车流。

假如在高速的某条车道上有一个长龙车队，很长很长，都以相同的速度行驶，C是该车道边的某一点，每隔3.6秒就有一辆车过C点，那么就可以说该车道上的车流是饱和的。

当车流速度(注意：不是车速)大于3.6秒，如7.2秒，那就是过缓车流。这时高速上开车是非常安全的，前后都看不到车。

而当车流速度小于3.6秒，如1.8秒，那就是过急车流了。这时在高速上开车就是很不安全的，看看前后左右都是车子。

1.2.2、当高速上是饱和车流而沿途城市里是过缓车流时，高速上堵长龙就开始了。

因为高速只是为人们出行的场景，人们都生活在城市，所以总要有出口。现在假设高速上每3.6秒(饱和车流)就有一辆车要进入某个城市，而这个城市每7.2秒(不饱和车流)才能接受一辆车，即高速上每下来两辆车，城市只能接受一辆，城市通行的承受能力差，出现堵车，时间一长就自然会堵到高速上。

也就是说，要想高速上不堵车，必须是沿途的城市不堵车。

2、城市堵车两大主要原因分析。

城市里面为什么会堵车？两大主要原因。第一是车的保有量过大。城市里的人越多，越富有，车就越多，道路上车子的密度就越大，跟车距离越近，在安全车流3.6秒的情况下，车速就越慢，自然越容易堵车。

这个很好理解，就是用安全常数3.6秒反推，都是安全车流，跟车60m，车速就是60km/h，跟车30m，车速就是30km/h，跟车10m，车速就只能10km/h了，跟车的距离越小，车速越慢，道路上车的密度越大，疏散的能力就小了，越容易堵车。

这是城市里人多车多的原因，很难解决。而另一个大原因就是红绿灯。

2.1、红绿灯的功过。

2.1.1、红绿灯的功劳。

本来是没有红绿灯，特别地，一座空城，四下无人，马路上只有一辆车，这时马路上是不需要红绿灯的。一般地，当一个城市人很少，车很少时，就像改革开放前那样，城市没有红绿灯也是可行的。

到了2000年，也就是改革开放20年，城市里人多起来，车也多起来，特别是2006年以后，私家车风行，没有红绿灯的城市，靠交警站路口指挥是难以应付的，这才逐步地引进道路指挥新型工具红绿灯。从2000年到如今20多年，红绿灯维护城市交通安全的作用是很大的。这个功劳不能抹掉。

2.1.2、红绿灯的压力。

近些年，城市车辆越来越多，保有量越来越大，红绿灯的压力也越来越大。

假设一个十字路口，南北、东西都是双向6车道即单向3车道，分右拐、直行和左拐，假设每向每道的路权是均等的，那么，除了右拐不影响其它行车外，直行和左拐都会影响其它方向和车道上车辆的行驶。

我们选由西向东的直行来分析，用D表示，它要影响由东向西的左拐、由南向北的直行、由南向北的左拐、由北向南的直行共4种状况的车辆行驶，其中，由南向北的直行和由北向南的直行可以合并(或者由南向北左拐与由东向西直行合并等)，至少存在3种状况不能与D直行共存。

因为路权均等，再假设各通行30秒，D直行30秒(绿灯)后，就要等红灯90秒。当D直行30秒内通过的车辆数大于或等于绿灯通行30+等红灯90=120秒内D直行所来的车辆数时，D直行是不堵的，但是，当D直行30秒内通过的车辆数小于120秒内所来的车辆数时，D直行就堵了。

举个例子，假如D直行的通过能力是30秒内10辆车，实际的车辆很少，120秒只来了3辆车，30秒内能全部通过。但若120秒内来了13辆车，显然30秒内不能全部通过。

2.2、红绿灯的无奈。

假如车流是饱和的，如上班高峰，D直行在过绿灯和等红灯的120秒内每3.6秒来一辆车，120秒内就来了33辆车。现在要让33辆车在绿灯的30秒内通过路口，计算一下，30秒/33=0.9秒，即每0.9秒通过一辆车，这是不可能的。

在现实里，D直行由红灯变绿灯，所有等侍的车辆都要有一个从静止到起步的过程，所耗时间跟人的视觉反应、思维反应、动作反应相关。

①后车驾驶人看到前车动了，正常反应0.2秒；②然后是判断，确定前车是否真的起步(因为前车存在动一下又停的情况)，这个判断通常0.4秒；③确定前车起步后，后车驾驶人才开始动作，松脚刹并把脚移到油门踏板上(还没加油)，这个动作正常(非急迫)情况下需要1秒，并且，这个1秒里车是怠速前行的，时速6码左右，也就是1秒前行2米；④最后才是驾车人加油前行，正常起步加油时速是20码，也就是每1秒前行5米。

平均一辆车长4.5米，前面怠速行驶1秒2米，接着加油行驶0.5秒2.5米，再加上①②的视觉反应和思维反应0.6秒，合计需要2.1秒左右。也就是约每2秒通过1辆车，30秒通过15辆车，不可能实现每0.9秒通过一辆车。

按照这个分析，D直行由红灯变绿灯30秒内的饱和通过能力是15辆车，而绿灯行+红灯停的120秒内D直行的饱和来车是33辆，33-15=18辆。也就是每一个周期120秒的两分钟内，都有18辆车不能通过路口。

这就是红绿灯的无奈。

3、解决城市堵车的办法。

显然，第一大主因人多车多，如果中国大城市战略不改变，这一主要原因就无法改变，所以它不属于城市交通问题。

剩下的，解决城市堵车的主要办法就只有一个，解除当前的红绿灯。

3.1、快慢交通分设。

城市交通是一个复杂的场景，细分起来，参与交通的有：人、汽车、摩托车、自行车、电动自行车、人推车等，交通阻碍来自于他们的相互交汇，人车交汇、车车交汇等。比如人车十字路口的平面十字相交，用红绿灯来解决就是人走车不走，车走人不走。

有没有办法来实现人走人的，车走车的呢，当然有，就是变人车平面相交为人车立体相交，如立交桥等。现在的城市里，基本上都是建人行立交桥，人让车，人“上天入地”，困难重重，成效不大。如果改成车行立交桥，车让人，车“上天入地”，车的通行能力远远大于人，执行起来就简单易行。按照思路，就要多建车让人的立交桥。

建造也简单。因为车让人的立交桥高都只要3米，坡度1度到10度分设几个档，这样的产品就是一个模块产品，可以批量集中生产，然后运到指定位置安装，适用性强，比建那些昂贵的城区高大立交枢纽要实用多了。

如果建设这样车让人的车行立交桥，3米高人行主洞的两边还有两个辅洞，可以建成两个2米高的电动自行车道，这样，就把复杂的城市交通相交分成三组，一组是快速(汽车、摩托车)走桥上，二组是中速(电瓶自行车、三轮车等)走桥下两边的辅洞，三组是慢速(人、人推车等)走桥下主洞。

3.2、变车车相交的硬相交为软相交。

如果说车行立交桥解决了人车相交，剩下的就是来解决车车相交了。

3.2.1、安全行车自然包括安全变道。

高速上安全跟车距离除了应付前车急刹车外，还包括相邻车道上车辆变道。

比如上A、B、C三车，时速都是100，A、B在行车道，C在超车道，当A、B的车距保持100米时，C从超车道通过变道插入A、B之间通常是安全的。

这个同样适应城市，A、B、C在城市时速30时，A、B跟车保持30米，C通过变道插入A、B之间通常也是安全的。

也就是说，在安全的跟车距离内，正常的插入式变道也是安全的。

3.2.2、城市交通中车与车的硬相交与软相交。

城市交通的十字路口，东西直行车辆与南北直行车辆的相交就是硬相交。硬相交的特点是非此即彼二者取一，若东西直行通，则南北直行就不通，反之亦然。如何保证硬相交有序通行？需要交警或红绿灯来指挥。

除了硬相交，还有一种是软相交。高速上由匝道并入高速慢车道再变道到超车道，实际上就是由最右到最左，如果是十字相交，就是硬相交，在高速是不可能的。高速上由慢车道到快车道是通过在行驶过程中的多个变道完成的，它也是一种车车相交，只不过这种相交，是在车辆不停运动中完成的，是软相交，它不需要红绿灯。

在城市里这种软相交，也是经常发生的。

也就是说在城市交通中，完成车与车的相交有两种，一种是通过红绿灯来完成的硬相交，另一种是通过行驶中的变道来完成的软相交。

现在好了，只要把城市里车辆交通所有的硬相交全部变成软相交，现行的红绿灯就可以取消了。

3.3、“掉头岛”与“单环路”。

要实现城市交通的硬相交到软相交的转变，只需要对城市的道路略加改造：一是把每一个十字路口都改成两个丁字路口，主干道保留直行，次干道取消直行。二是把主干道左拐改成直行+掉头+右拐，次干道直行改成右拐+掉头+右拐，次干道左拐改成右拐+掉头+直行。如下图一：

(图一)

3.3.1、设置“掉头岛”。

由图一可以看出，一个十字路口改成两个丁字路口后，有西左拐、南左拐和南直行三个行车方向需要在东西向的道路上进行掉头，这就需要掉头畅通、安全专门通道。

下面图二，是标准双向6车道上改建的掉头岛。

(图二：掉头岛)

估算整个掉头岛长度应该为12车道，60米左右，可以利用十字口的场地改建，也可以不利用十字口单建，各有利弊，就不分析了。

这个掉头岛其它都好，只是一个缺点，就是转弯半径很难做大。城市里大部分车辆都是可以用4车道转弯，但大型车辆如大卡车、大消防车、大公交车等，就不行。好在大卡车之类，可以设定时间，在车流不大的情况下，在掉头岛用6车道甚至8车道掉头，只是这种掉头很难规范。大消防车有特别的路权，可以局部封路和拆除路障。

大公交车就比较麻烦，需要另行解决。

3.3.2、设置“单环路”。

下而图三，是一个单环路示意图：

(图三：单环路)

单环路类似循环岛，但通常的循环岛都难以做大，若单车道就不能解决问题，若多车道，则内侧到外侧、外侧到内侧的变道困难，不适用。如果凭空做的很大，太浪费。而单环路则是围绕某个建筑物、某个场地的，基本能达到行驶车辆改变方向的作用，同时线路很长，容易变道，包括大公交车的转弯和变道。

如上图三单环路，在每个十字路口设定的是单环路上的车既可以右拐驶出，也可以直行驶出，这样，进入单环路的车只有右拐可入，直行不可入。如果设定单环路以外的车直行可入，则单环路里的车就不可直行驶出。

也就是说，单环路直行驶出与其右手边车道直行驶入，是硬相交的，二者只能取其一。

3.4、单环路+掉头岛，可以取消红绿灯。

下面图四，是单环路+掉头岛消除红绿灯的示意图：

(图四：单环路，＞＜掉头岛 )

图中，单环路布局是随意的，掉头岛是配置的，从①到②是随意选取的，从③到④也是随意选取的，表明这种交通结构是可行的。

缺点是太复杂，没有导航很难行走。

3.4.1、每个路口只要1个单环路+1个掉头岛。

下面图五，是某一个十字路口的四个方位，任意1个方位的单环路+1个掉头岛，都能取代该路口红绿灯的作用。

(图五：十字路口四个方位单环路的作用是一样的)

假设图五的左右是西东、上下是北南，那么单环路①是在东南方位，单环路②是在东北方位，单环路③是在西南方位，单环路④是在西北方位。

从图五很容易看出，一个十字路口只要一个单环路+一个掉头岛，就能实现这个路口任意方向和车道上来的车辆在三个方向的左拐、直行和右拐，只有一个方向来车需要经过掉头岛掉头才能进入单环路，影响大型车辆通行。

3.4.2、像淘汰大筒套公交车一样淘汰大公交车。

假如一个十字路口只有一路公交车，那么总能设置一个单环路来满足公交车的行驶避开掉头岛。假如三方都有公交车的来车，大致还是能够设置一个单环路来满足公交车绕开掉头岛。但若四个方向都有公交车来车，那就必然有公交车要用到掉头岛了，也就是至少有一路公交车不能通过。

解决的办法有两个，一个是淘汰大公交车，像当年淘汰大筒套公交车(带拖挂的那种)一样，现在的城市交通真的只适应中小公交车了，现在除了上班高峰，平时的公交车乘车率很难达到10%，经常看到40、50座的公交车只能拉到3、5个人在路上跑，太浪费了。

如果都改用中小公交车，20座以下的，转弯半径小于四车道的，那也就不需要单环路了，只用掉头岛就能解决。

3.4.3、单环路+新规红绿灯。

如果非要不淘汰大型公交车，那还有一个办法，就是单环路+新规红绿灯。如下图六：单环路+新规红绿灯。

(图六：单环路+新规红绿灯)

在图四中的单环路为什么要配置掉头岛，因为从图三中可以看到，当单环路里的车能从8个方向驶出时，则单环路外进入单环路就不能有8个，只能有4个，并且4个方向都只能是右拐进入。

如上图六，从左向右直行驶入与单环路从上向下直行驶出，是硬相交，二者只能取其一。

看起来也是用到了红绿灯，但这里的红绿灯跟以前的红绿灯大不相同，只管1对硬相交，若路权相等，就是各通行30秒，再按文章开头的计算一下。

按安全行车常数3.6，D直行60秒来车16辆，而按车辆起步2秒计算，绿灯30秒内能通过15辆。

一个是通行15辆，一个是来车16辆，一个同期60秒内，基本能实现不滞留车，也就是基本上是不会堵车的。

                              (完)

                             2021-10-13