• 新しい平面交差形式
  主要道路の連続した交通流を持つ
  

A.クジノフ博士

都市道路および高速道路建設の現状の概要

各国の自動車輸送の発展に伴い、道路建設にはさまざまな方向性が生まれた。自動車輸送の利用により、米国の都市は従来の境界を越え、60～80キロメートルの範囲に拡大した。高速道路は郊外の低層住宅地と市中心部を結びつけた。温暖な気候、広大な米国の国土、20世紀初頭の安価な労働力は、自動車保有台数の増加とともに高速道路建設の急速な発展を促した。新技術、材料、建設機械が次々と開発された。高速道路上の広い車間距離は、米国の大型高級車のサイズを制限しなかった。個人交通の発展は公共交通を大きく上回った。

日本では、土地の高い価値により、都市は主に垂直方向に発展し、既存の道路網の多層的な拡張が伴った。高い交通密度（建物間の小半径の道路を通じた）、低速、小型交通手段の出現につながった。駐車場の不足と交通流の密度から、高級大型車よりも小型で軽量、経済的な車の数が多かった。日本の自動車産業は、米国よりも有利な発展方向を得た。1960年代半ばから始まった大規模な道路建設プロジェクトにより、日本は現代的で発展した道路網を構築できた。交通流管理システムの使用は、ネットワーク全体の容量を最大化し、都市をコンパクトに保ち、公共交通を効果的に活用できるようにした。

欧州諸国では、自動車化の進展が遅れた。1930年代初頭、米国では千人あたり250台の自動車を保有していた（現在は約700台）が、英国やフランスでは40台、ドイツではわずか10台（現在は約530台）だった。欧州の道路建設では、特にドイツの方向性が顕著だった。ドイツは道路建設、特に高速道路（アウトバーン）に多大な努力を注いだ。戦前のドイツの政治経済状況は、大量の労働力の利用を可能にした。都市、特に大都市では、依然として狭い2車線道路網が残っていた。その後、速度制限や「交通静穏化」措置により、住宅地から交通を徐々に排除した。道路網の一部は交通密度が高く混雑し、残りは主に地域交通や駐車に使用された。都市集積の内陸交通は近隣の高速道路に移り、渋滞を引き起こし、場合によっては高速道路への流入を制限または制御する必要があった。最終的に、都市集積は連続交通流の高速道路を通じて徐々に一体化した。ドイツの公共交通は旅客輸送の23％に過ぎない。

ロシアの都市道路および高速道路の改良と建設

各道路建設の方向性は、さまざまな要因に影響され、時代のニーズを反映し、それぞれの見通し、利点、欠点を有する。ロシアの道路網発展の主な特徴は、自動車化の進展が道路建設の進度を大きく上回っていることである。これは、欧州諸国が10年で米国の自動車化レベルに追いつき、1980年代になってようやく対応する道路網を構築した状況に似ている。ロシアは非常に短期間でこの問題を解決する必要がある。重要な要因は以下の通り：

同時に、ロシアはすでに高度に発展した舗装道路網を有しており、問題の一部は既存道路のアップグレードと改修にある。
現在の有利な要因は以下の通り：

ロシアの都市の重要な利点は、比較的コンパクトな構造と、高度に発展した公共交通の基盤が整っていることである。

上記の要因と既存の経験に基づき、現代の都市道路および高速道路網の発展の主要な見通しを以下にまとめる。

都市道路：

高速道路：

都市道路および高速道路の通行能力とその効率は、ほぼ完全に交差点の通行能力に依存する。これは道路の核心であり、最も高価な部分である。そのため、道路建設の歴史において、交差点の計画方案と改良方法が常に焦点となってきた。（モスクワでは、MKADの交通量増加に伴い、三つ葉型交差点の左折ランプが拡張された。左折を許可する解決策は、Uターン可能でMKADに公共交通があるため、一時的に受け入れられている世界的にユニークな例である。）

上記の特徴に基づき、ロシアの道路網の効果的な発展は、新しい交差点タイプの使用によって成功裏に実現できる。

新しい交差点とその主要な2つの要素

20世紀初頭、立体交差点の開発と建設が積極的に推進された。これらの交差点は、道路の通行能力を大幅に向上させ（理論上では2倍）、連続交通流を実現した。しかし、20世紀後半、都市用地の需要と高コストのため、三つ葉型およびその改良型交差点がより一般的になった。立体交差点は、高速道路同士が交差する場合—例えば高速道路交差点—では依然として不可欠である。同時に、交通専門家は平面交差点の改良も試みた。1970～80年代には、全方向で連続交通流を可能にする総合的な平面交差点が開発された。これは1972年にフランス（図1）と1966年に米国で特許を取得した。

図1a                                                                                                    図1b

図2では、この交差点を通常の十字路から変換する2段階の理論的発展図を示しています。

その主な意義は、交通流を2つの方向に等しい部分に分割することにある。これらの交通流の部分は、いくつかの簡単な交差点を同期して通過し、全体として大きな複雑な交差点を形成し、連続した交通流を実現する。これらの簡単な交差点を通過した後、交通流は再び合流する。実際の適用においてこの交差点が効率的でない理由は2つある。まず、これは三つ葉型交差点の代替案であり、2つの道路の連続交通を実現することを目的としているが、その面積（約25ヘクタール）は三つ葉型交差点を大きく上回る。次に、現代の電子交通管理が成功していても、事故が発生した場合に1つの段階を遅延させるのが困難な、厳密に同期された連続交通流に依存している。この複雑な交差点は、環状交差点と組み合わせて使用されることで実用化された（図1aおよび図1b）。ここでは、各交差道路の交通流も2つの方向に分割され、2つの主要なロータリーを通じて実現される。複雑な交差点の簡単な十字路は、分流と合流の要素に置き換えられ、4つの小さな交差点が含まれる。これらは英国で既に建設されている（ロンドン、スウィンドン、カーディフ - www.sanjoc.de）。

この交差点は理論上、通常の環状交差点の通行能力の2倍であり、将来的にはロシアで適用される可能性がある。

米国では、KaufmanがT型交差点に対してこのタイプの実用的で特許を取得した交差点を開発した（図3）。その進歩は、主要道路の連続交通流と蓄積レーン（ゾーン）の設置にある。欠点は、二次道路からの左折の欠如とUターンの不可である。
複雑な交差点の発展理論では、中間段階（図2b） - 交差道路上の連続交通流交差点は重要かつ実現しやすい。この段階は提案されたペンデル型交差点の基本原理である。（この図は現在、図7として追加されるべきかもしれない）。
したがって、ペンデル型交差点の最初の要素は、連続交通流のレーン変換である。
2番目の要素 は、英国のKimberとSiemensが設計した交差点の基礎である。それは、車両が交差点前の停止線に沿って一列に並び、交差点を通過した後に「漏斗」に分流する（図4）。この要素は非常に先進的で、交通流の確率的特性に適合している。停止線前の車両の蓄積（キューには15台の車両があるかもしれないが、信号フェーズの時間はその数に基づく可能性があり、実際には1台しかない場合、フェーズの時間が無駄になる）とは対照的である。その適用は、信号フェーズの時間を短縮し、時間の無駄を減らし、交差点の通行能力を向上させる。KimberとSiemensが設計した交差点は、幾何学的形状により全体の効率が十分ではなく（停止線の延長により交差点の規模が増大）、環状交差点の発展の1つの段階にすぎない。

これら2つの要素—連続交通流でのレーン変更と停止線に沿った車両の蓄積—はそれぞれ実践で適用されており、統合体として簡単に実現できる。車両が漏斗に集まることは、料金道路で既に広く使用されている。提案された交差点では、これは独立した要素として扱われ、この統合体の一部とは見なされない。

ペンデル型交差点の交通流

この交差点タイプ（図5）には多くの種類とバリエーションがある。その幅は42メートルから60メートル、長さは80メートルから170メートルの範囲である。図6は主要タイプの交差点の信号サイクル段階（第1案）を示している。交差点の交通流は次の通り：中央車線では流量が連続しており、最初の蓄積エリアは主要道路から左折する車両で同時に埋められる（フェーズA）。この「主要道路左折フェーズ」は約20秒続く。次に、これらのエリアに二次道路の車両が埋まり始め、同時に2番目の蓄積エリアの車両が離れ始める。これはフェーズB - 「蓄積エリアの充填と解放フェーズ」で、約20秒続く。第3フェーズの前に、補助フェーズが存在する—連続交通流が中央車線から側道に変換されるサブフェーズ。車両は車線ごとに移動し、時間差は約5秒である。第3フェーズフェーズC - 「車両が最初の蓄積エリアから2番目の蓄積エリアに移動」し、同時に二次道路の左折を完了する。その後、連続交通流は側道から中央車線に再び移動し、同じ時間差で行われる。新しいサイクルが始まる。サイクル時間は約70秒で、連続交通流の速度は時速60キロメートルである。第2案では、主要道路の分離帯エリア内に左折車線が設置されている。信号フェーズの時間と蓄積エリアの容量は、交差点の通行需要に応じて調整される。交差点とその信号の管理は、センサーによってサポートされる。
この原理は、5つの一方通行道路の交差点の設計にも使用されている。この交差点の原理は、他の多くの具体的な状況にも適用できる。

新しい交差点の通行能力と時間損失

ここで 非常に重要なのは（図表からわかるように）、蓄積エリアの容量が増加しても、総通行能力はごくわずかな範囲でしか向上しないことである。 したがって、既存の同一平面交差点の通行能力評価方法は、提案された新しい交差点には適用できない。蓄積エリアの長さが約21メートルになると、二次道路の最大通行能力（2車線で毎時1000～1800台）が達成され、70秒の信号サイクルと一致する。 さまざまな交差点タイプおよび異なる交通組織方案に対して、幾何学的パラメータと通行能力を決定するための数学モデルとプログラムが作成されている。 一部のパラメータは、カザフスタンでの実地テストと物理モデルで決定された。
主要道路の単向通行能力は毎時3000～4500台、二次道路は毎時1000～1800台で、左折車流は毎時300～600台、右折車流は毎時600～800台（地上の歩行者通路がある場合）。主要道路の車線数は3車線に増やせ、主要道路の直進通行能力をさらに向上させることができる。

都市でこのような交差点を使用する理由

現在、ロシアの都市では自動車の数が急激に増加しており、これらの都市はある程度、個人自動車交通の高い強度に適応できていない。 車両過多による遅延、燃料の浪費などの問題は、都市の道路網（街路網）の改良を緊急に必要としている。これは主に、バリアフリーの高速道路（主要道路）の建設に関連している。 この決定の有効性は、自動車化が進んだ複数の国の経験によって検証されている。
しかし、バリアフリーの高速道路の建設は非常に高価であり、これがその最初の主要な欠点である。 2番目の主要な欠点も歴史的根拠があり、都市内にバリアフリーの高速道路がある場合、公共交通の効率が低下し、全体的に交通の不必要な迂回が増加する点にある。
公共交通の効率低下の理由は、街路網の需要と個人自動車交通の需要が相反することである。具体的には、個人自動車交通に必要なバリアフリー道路網の密度は0.2～0.3キロメートル/平方キロメートルであるが、公共交通に必要な街路網の密度は3～4キロメートル/平方キロメートル（これはバス停の歩行者アクセシビリティに関連する）である。したがって、バリアフリーの高速道路は鉄道のようになり、都市を独立したエリアに分割し、公共交通の利便性と直達性を奪う。

この矛盾は以下の例で特に顕著である：
米国の都市では、高度に発展した高速道路網により、個人交通が旅客輸送の最大95％を担っていた。一方、ロシアの都市では最近まで、公共交通が旅客輸送の95％を担っていた。しかし、米国の都市の交通用地は都市総面積の40％を占め、ロシアの都市では14～18％に過ぎないが、両国の都市人口規模は同じである。
この個人交通への過度な依存は、莫大なエネルギー損失と高額な道路メンテナンス費用をもたらした。
約30年前、米国は公共交通のバランスの取れた発展に注目し始めたが、巨大な都市規模と発展したバリアフリー道路網の下では、これは極めて困難で非効率的だった。
米国の都市では、この交通矛盾はあまり明確には現れなかった。高速道路の建設が自動車化とほぼ同時に進んだためである。しかし、最初の欠点—高コストと都市用地の大量需要—は1956年にすでに明らかだった。バリアフリーの高速道路で最も高価で都市用地を大量に占める部分は、異なる層の交差点であり、そのコストは道路網全体の約50％を占める。
欧州諸国はほぼ同時にバリアフリーの高速道路のこれら2つの欠点に直面した。英国、ドイツ、フランスの公共交通は旅客輸送の約20％を担っている。現在、燃料と道路建設コストの増加（異なる層の交差点の建設費は約4000万ユーロで、15年前は800万から1000万マルクだった）により、ドイツは代替公共交通の発展に多大な努力を払っている。

ロシアの都市では、公共交通の主導的発展と個人交通の弱い発展が、全体の人口流動性の大きな障害となっている。 個人交通の移動機会が比例して不足している。
  
しかし、バリアフリーの高速道路を建設するという伝統的な方案は、ロシアの都市にとってほぼ完全な再構築を意味する。これは他の国の都市の過去に戻り、過剰な都市拡大を伴う。都市拡大は莫大なエネルギー支出をもたらし、バリアフリーの高速道路の建設は公共交通のさらなる発展の主要な利点を失い、社会全体の移動時間の増加につながる。これは現在、個人交通の優先発展から始まった西洋諸国の都市が直面している問題である。西洋の解決策を形式的に模倣することで、ロシアの都市は同じ問題を解決する際に西洋の都市と同じ状況に陥るが、実際にはロシアはこの問題をすでに解決している。

図9は、都市の主要道路網における新しい交差点の適用基本図を示し、都市の道路網の発展において2つの交通形態を調整する理論的基礎を説明している。この理論は実際には、異なる層の交差点のまばらな配置に多く使用されているが、その論理的推論は、社会全体と個人の利益のバランスにおいて合理的であり、都市計画の経験によって検証されている。この理論は必須の都市建設方案ではないが、バリアフリーの高速道路の発展に柔軟で経済的な方向性を提供する。新しい交差点の使用の利点には、いくつかの低レベルの利点も含まれる：

図9                                                              2,0 P                                 1,5 P                            1,0 P

都市の主要道路網における提案交差点の基本適用図         
                 

ペンデル型交差点の実際の適用可能性は、主に交通組織とその信頼性にある。専門家がさまざまな事故状況、技術的問題、初回実験結果について議論する際に肯定的な評価を得ているほか、実際の適用にさらに近づく一連の論拠を挙げることができる。これらの論拠は以下のようにまとめられる：

これらの交差点の使用は、幹線ネットワークの発展に新しい方向性を示す。実験的な交差点を建設し、その機能を分析することは、実際の適用に向けた具体的な基盤を築く。

高速道路向けの新しい交差点

高速道路向けに設計されたペンデル型交差点は、幾何学的形状、サイズ、占有面積において都市の主要道路交差点と異なる。図10は、この交差点の基本的な外観を示している。主要方向の車両が最高80～100キロメートル/時の速度で連続走行できる。これは交差点内の速度制限である。交通の安全と必要な通行能力を確保するため、従来の異なる層の交差点もこの速度制限を採用することが多く、主に交通流の分流と合流によるものである。ペンデル型交差点の長さは約400メートル、幅は250メートルで、占有面積は4.0～4.2ヘクタールである。一方、一部の立体交差は高速道路で約6.0ヘクタール、完全な四つ葉型立体交差は8.0～16.0ヘクタールの面積を占める。交差点のバッファゾーンの幅は、ロシアで許可されている最大車両サイズ（長さ24.0メートルの自動車および貨物列車）を収容できるように決定される。欧州基準では、このサイズは19.0メートルまで短縮可能である。

図10 SX1, 2006

提案された交差点は、単方向で2または3車線の連続通行を維持できる：

ペンデル型交差点は、すべてのタイプの部分的な異なる層の立体交差を代替でき、主要道路と二次道路の交差点に適している。
ここで例示する交差点の車線設計は、標準および設計規範に準拠している。従来、連続交通は異なる層の立体交差によってのみ実現可能だったため、高速道路の設計規範では同一層の交差点の可能性は考慮されていなかった。したがって、この同一層の交差点の使用に伴い、設計規範に区別が必要である。

交通組織とその技術的メンテナンス

周期的な車線変更により、交差点は連続交通を実現する。各方向の車線切り替え間隔は5～6秒である。交通組織は、各車線の上に3つの水平信号灯を設置して管理される。ある方向の緑信号が点灯すると、黄色信号（中間灯）が点灯し、次に新しい方向の緑信号が点灯し、元の方向は赤いバツ印に変わる。このような車線切り替えの組織は、予告信号や交通標識によってさらに強化でき、これは実践でよく適用される。最も効果的な補足は、道路上にペアで設置された信号灯を使用し、移動信号で進行方向を表示することである。車両が交差点を通過する際、車流は1車線ずれるため、極端な速度超過の場合でも車流の合流の安全が確保される。
バッファゾーン内の車両の配置は、運転者の行動心理と一致する—すなわち、交差点に最初に到達した車両が最初に離れる。バッファゾーンの信号フェーズ時間は、常に容量の予備を保持するように設計される。交差点全体の信号制御システムは、センサー技術によってサポートされ、集中管理および監視される。バッファゾーンの車両配置は、すでに実践で適用されている（例：モスクワのコルホーズ広場では、左折車線に40台以上の車両が収容可能）。
バッファゾーンの排出も同様の「漏斗」方式で行われ、料金道路や一部の交差点で一般的である。その組織は主に「漏斗」のサイズに依存する。信号灯の管理は、この要素およびバッファゾーン間の移行において、交通の安全確保に非常に重要である。このプロセスはセンサー技術によってサポートされ、監視される必要がある。安全性を高めるために、バッファゾーンの停止線で、走行車線への早期進入を制限する機械的手段を使用できる。
ペンデル型交差点の重要な利点は、ロシアの多くの地域で特に重要な冬季の交通組織に関連する運用コストを削減できることである。たとえば、モスクワ-サンクトペテルブルク高速道路では、交差点の負荷が大きいため、軽量バリアを設置して標線を行う必要があるかもしれない（図11）。
この技術的解決策は、冬季の交差点メンテナンスの唯一の方法ではない（交差点エリアに特別な路面を使用することも可能）が、交通組織において一定の利点がある。このバリアは、運転者の交差点の認識を高め、許可された速度を維持し、どんな気象条件でも良好な視界を提供する。

                                                                                   図11            

立体交差は、検出器付きのビデオカメラなどの交通制御および管理システムの信頼性の高い運用を保証する。全体として、これは高度に組織化され、安定した交通流の再分配および制御ノードとなる。このような立体交差のコストは、多層交差点のコストの10分の1を超えない。これは、提案された立体交差付きの交差点が、異なる層の不完全な交差点よりも少なくとも5～7倍安価であることを意味する。

提案された交差点の通行能力

ペンデル型交差点の通行能力は、現在高速道路と制御された二次道路の交差に使用されている不完全な立体交差の通行能力と等しい。
主要道路直進方向2車線の連続走行の通行能力は毎時3000～3600台である。3車線の連続走行の通行能力は毎時4500～4800台である。
二次道路直進方向単向2車線の通行能力は毎時1000～1800台である。
右折の通行能力は、完全立体交差の通行能力とほぼ等しく、毎時800～1200台である。主流との合流は加速車線ではなく第3車線を通じて行われるためである。
左折の通行能力は、不完全立体交差の通行能力に相当し、毎時300～800台である。提案された交差点と完全・不完全立体交差の左折時間損失は基本的に同じで、三つ葉型立体交差での左折車両の環状走行時間は40秒を下回らない。左折車線を2車線に増やすと、その通行能力は完全立体交差のレベルである毎時1200台に達する。
最適な信号サイクル時間は70～90～100秒の間である。
図12は、料金道路交差点とその料金所設置を示している。

図12

T型交差点

図13は、二次道路と主要道路の交差に設計された交差点を示している。このような交差点は2つの主要なフェーズを持ち、主要道路の直進および右折の通行能力は主要な交差点タイプと同じである。左折の通行能力は毎時900～1000台である。T型交差点の形状、サイズ、左折車線数、蓄積エリアの数はそれぞれ異なる。蓄積エリアの車線数は1～4である。交差点の長さは330メートルの範囲で、都市環境では70～80メートルに短縮可能である。このような交差点の交通組織は単純で、交通制御技術手段によるメンテナンスが容易で、高い交通安全性を確保する。
この交差点は、ロシア、ウクライナ、ポーランドなどの地域的に発展した国や分散型小規模定住国家にとって非常に重要である。左折車両が追加エリアを利用して逆行した後、右側から主流に合流する解決策—「オフセット左折」は、現在ウクライナの高速道路で広く使用されている効果的だが一時的な高速道路の解決策である。交通量の増加に伴い、この交通組織の安全性は低下し、最終的には受け入れられなくなる。ペンデル型T型交差点は、これらを成功裏に代替し、主要道路ネットワークを定住パターンに適合させることができる。
ポーランドでは、定住パターンがロシアと類似しているが、高速道路の交通量が多いため、異なる層の不完全な立体交差が採用されている。これにより、隣接する町間の交通が大きく迂回し、主要道路の交通負荷が増加する。

図13  ST1, 2006

図14および15では、ペンデル型交差点と接続口の異なる方案を示している。これらはこの種の交差点の計画解決策の高い柔軟性を示している。このような交差点は、トラックの割合が低い（最大10％）交通流量に適している。トラックの割合が高い（30～40％）交通流量には、異なる計画設計の交差点が必要である。

図14 SX2, 2009  ペンデル型交差点の斜角方案

図15 ST2, 2009  ペンデル型接続口の方案

図16 SX3, 2009  2段階主要交差点方案

図17 三段階主要交差点方案（図16に示すように、トラックは右側車線から左折可能）

提案された交差点の適用効果

ペンデル型交差点は、高速道路と二次道路の交差に適しており、不完全立体交差の直接的な代替方案である。同じ通行能力と交通組織時間で、ペンデル型交差点は以下の利点を持つ：

ロシアの広大な地域と都市間の長い距離により、高速道路のほとんどの区間は4～6車線を超える必要がなく、ほとんどの区間は主に二次道路との交差である。
都市集積または主要都市の近くでは、高速道路の車線数は8～10に増加し、平等な道路の交差が頻繁に発生し、完全立体交差が必要となる。高速道路と二次道路の交差は、総交差の80～85％を占める。ドイツでは、国土面積が小さく高速道路網が密集しているにもかかわらず、主要車線数は4～6であり、高速道路と二次道路の交差、すなわち不完全立体交差が少なくとも70％を占める。
ペンデル型交差点は、4～8車線の高速道路に適しており、不完全立体交差の主要な代替方案となる。
高速道路網で提案された交差点を使用することで、その発展期間が短縮され、国家の経済レベルの向上に貢献する。たとえば、モスクワ-サンクトペテルブルク高速道路の建設では、これらを使用することで資本投資を30～35％削減し、快適で経済的、高技術な高速道路を構築できる。

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