（交通运输规划与管理专业论文）城市快速路出入口设置影响因素研究.pdf

中文摘要 摘要：城市快速道路网建设是提高城市交通运输服务水平、缓解城市交通压 力的重要措施。城市快速路出入口作为城市快速路网的重要组成部分，不仅连接 城市快速路网和其它城市道路网，实现道路等级的过渡，其设置合理与否直接影 响城市快速路网整体效益的发挥。而目前城市快速路交通状况反映出，很多快速 路出入口成为高峰期堵车的常点，并由此引发相关快速路段和周围路网的车辆行 驶缓慢或堵车，进一步造成城市交通路网低效。 本文主要以城市快速路主辅路相接出入口为研究对象，分析介绍了城市快速 路出入口设置时考虑的三个基本特征：设置的数量、基本组合类型和出入口设置 空间位置；描述了城市快速路出入口及其附近路段的交通特性；系统分析归纳出 了影响城市快速路出入口设置的四方面因素：即快速路出入口设置基本影响因素、 道路网交通需求影响因素、公共服务设施设置影响因素、交通管理及控制方式影 响因素。 在对四方面影响因素进行分析的基础上，通过参考对北京市三环出入口附近 断面交通特性调查数据，建立了基于交通仿真的分析研究模型。选定了通过车辆 数量、通行时间、延误时间和排队长度四项评价指标作为仿真试验模型评价指标， 引入d e a a h p 两阶段集成模型对所得评价参数进行计算进一步对整体方案之间进 行优劣比选。 最后，文章以快速路主辅路路车道布设、交叉口与出口距离远近、出入口各 组合类型不同间距下、主辅路期望车速相互关系、主辅路车流量大小、主辅路车 流量比值等六项基本影响因素为主要研究对象，通过对仿真模型获得的通过车辆 数量、通行时间、延误时间和排队长度四项评价指标具体数据的分析，同时运用 d e a a h p 两阶段集成模型对所得评价参数进行评价计算，综合定量和定性相结合 的分析方法，对各种因素下的方案评价值进行定量比选分析，分别总结归纳六项 基本因素对于出入口设置和功能发挥的具体影响，获得在考虑快速路出入口设置 时较好的参考依据。 关键词：城市快速路出入口；交织区；出入口间距；交通仿真；d e a a h p 两阶段 集成模型；主辅路车流量 分类号：u 4 9 1 a bs t r a c t a b s t r a c t ：i t si m p o r t a n tf o rt h ec o n s t r u c t i o no fu r b a ne x p r e s s w a yn e t w o r kt o i m p r o v et h es e r v i c el e v e la n dm i t i g a t et h ep r e s so ft h ec i t yt r a n s p o r t a t i o n t h ee x i ta n d e n t r a n c eo fu r b a ne x p r e s s w a y , a st h ei m p o r t a n tp a r to ft h eu r b a ne x p r e s s w a y , n o to n l yi s t h ec o n n e c t i o nb e t w e e nt h eu r b a ne x p r e s s w a yn e t w o r ka n do t h e rn e t w o r k s ，b u ta l s oi st o a c h i e v et h et r a n s i t i o no fe v e r yg r a d e so fr o a d t h er e a s o n a b l el a y o u to ft h ee x i ta n d e n t r a n c ew i l ld i r e c t l yi n f l u e n c et h eu s eo fu r b a ne x p r e s s w a yn e t w o r k b u ti nf a c t ，t h e s t a t u so ft r a f f i cr e f l e c t ，m a n ye x i t sa n de n t r a n c e sa r et h ep o i n t sw h i c hc a u s et r a f f i cj a m s ， a n df u r t h e r m o r ec a u s et h er e l m i v er o a d sa n dn e t w o r k sa r o u n di n t ot r a f f i cj a m s ，a n da t l a s tc a u s et r a f f i cn e t w o r k si n e f f i c i e n t t h i sp a p e rt a k e st h ee x i ta n de n t r a n c ec o n n e c t i n gt h em a i nl i n ea n da u x i l i a r yr o a d o fu r b a ne x p r e s s w a ya st h eo b j e c to fs t u d y i ti n t r o d u c e st h et h r e eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c s i n v o l v e di nl a y o u to ft h ee x i ta n de n t r a n c e ，t h eq u a n t i t y , t h ec o m b i n a t i o nt y p e ，t h e s p a t i a lp o s i t i o n i td e s c r i b e st h et r a f f i c c h a r a c t e r i s t i ca b o u tt h ee x i ta n de n t r a n c eo f u r b a ne x p r e s s w a y i ts y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e sa n ds u m m a r i z e st h ef o u rf a c t o r sw h i c h t a k ee f l e e to nt h el a y o u to ft h ee x i ta n de n t r a n c eo fu r b a ne x p r e s s w a y ：e f f e c t st a k e nb y b a s i cl a y o u tf a c t o r s ，e f f e c t st a k e nb yt r a f f i cd e m a n df r o mc i t yt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k s ， e f f e c t st a k e nb yp u b l i cs e r v i c ef a c i l i t yp r o v i s i o n , e f f e c t st a k e nb yt h em e t h o d so ft r a f f i c m a n a g e m e n ta n d c o n t r 0 1 a c c o r d i n gt ot h ei n v e s t i g a t i o nd a t ao f t r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c sa b o u tt h et h i r d r i n g e x p r e s s w a yi nb e i j i n g ，e s t a b l i s h e st h em o d e l s b a s e do nt r a f f i cs i m u l a t i o n s e l e c t e dt h e n u m b e ro fp a s s i n gv e h i c l e s ，廿l et r a f f i ct r a v e lt i m e ，t h ed e l a yt i m e ，t h el e n g t ho ft h e q u e u ea st h ee v a l u a t i o ni n d e x e s t a k e t h ed e a a h pt w os t a g ei n t e g r a t e dm o d e lt o c a l c u l a t et h ee v a l u a t i o nv a l u eo ft h ew h o l ep r o g r a mf o rf u r t h e rc o m p a r a t i v ea n a l y s i s t h i sp a p e rm a k e su s eo ft h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa n dt h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i st o g i v es i m u l a t i o ns t u d i e so nt h ee f f e c t st a k e nb yt h el a y o u to f l a n eo nt h em a i nl i n ea n d a u x i l i a r yr o a do f u r b a ne x p r e s s w a y , t h el e n g t h so fd i s t a n c e sb e t w e e nt h ee n t r a n c ea n d t h er o a di n t e r s e c t i o n , t h el e n g t h so fd i s t a n c eb e t w e e nt h ee x i ta n de n t r a n c eo fe v e r y t y p e s ，r e l a t i o n s h i pa b o u te x p e c t a t i o ns p e e d o ft h em a i nl i n ea n da u x i l i a r yr o a d ，t h es i z e o ft r a f f i cv o l u m eo ft h em a i nl i n ea n da u x i l i a r yr o a d ，t h er a t i oo f t r a f f i cv o l u m eb e t w e e n m em a i nl i n ea n da u x i l i a r yr o a d t h r o u g ha n a l y z i n gt h ed a t af r o mb yt h en u m b e ro f p a s s i n gv e h i c l e s ，t h et r a f f i ct r a v e lt i m e ，t h ed e l a yt i m ea n dt h el e n g t ho f t h eq u e u ef o u r e v a l u a t i o nb ys i m u l a t i o no u t p u t ，u s i n gd e a a h pt w os t a g ei n t e g r a t e dm o d e lt o v 塞交道厶堂亟堂位论塞 c a l c u l a t e de v a l u a t i o nv a l u eo fv a r i o u sp r o g r a m ，g i v e sc o m p a r i s o ns t u d yo nt h ep r o g r a m u n d e rd i f f e r e n tf a c t o r s ，s u m m a r i z e sh o wt h es i xb a s i cf a c t o r st a k ee f f e c to nt h el a y o u to f t h ee x i ta n de n t r a n c eo fu r b a ne x p r e s s w a y k e y - w o r d s ：e x i ta n de n t r a n c eo fu r b a ne x p r e s s w a y ；w e a v i n gs e c t i o n s ；d i s t a n c eo f t h ee x i ta n de n t r a n c e ；t r a f f i cs i m u l a t i o n ；d e a a h pt w os t a g ei n t e g r a t e dm o d e l ；t r a f f i c v o l u m eo ft h em a i nl i n ea n da u x i l i a r yr o a d c l a s s n 0 ：u 4 9 1 v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：锨导师签名：锟 签字日期：z 鲈忙多月男日 签字日期：二护孑年易月彩日 l ， 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：z p 罗年石月方1 7 t 致谢 本论文是在我的导师毛保华教授和孙全欣教授悉心指导下完成的。两位导师 渊博的学识、敏捷的思维、开阔的眼界、高度的责任心、严谨的治学态度对我的 学习有极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来毛保华、孙全欣两位导师对我的 关心和指导。 特别感谢陈绍宽老师对我的科研工作和论文提出了许多宝贵意见。陈老师的 每次指点都使我受益非浅、他严谨作风、踏实的探索精神使我受益匪浅。在此， 向陈绍宽老师表示诚挚的谢意。 感谢高利平博士，他在繁忙的学习中抽出时间教我使用仿真软件。感谢吴海 俊同学，他在忙于完成自己毕业论文的同时抽出时间教我如何用软件进行数据计 算。同时还要感谢王学勇、冯伟、雷莲桂、陈俊励、秦颖、赖树坤、姚宪辉、李 凯胜、张鲁喻等同学对我论文的研究工作给予支持和帮助。 感谢答辩委员会的全体老师评审我的论文，并在百忙之中听取我论文答辩， 他们提出的问题和宝贵意见对我论文的改善有很大帮助。 感谢我读研生涯的所有院系领导、任课老师以及辅导员对我的培养和关怀。 感谢父母和家人，二十多年来不辞辛苦的养育和教诲，始终如一的支持和爱 护，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 最后祝愿所有关心和帮助过我的老师、同学、亲人、朋友永远身体健康、幸 福平安! 本文是在轨道交通控制与安全国家重点实验室完成的，研究得到了国家自然 科学基金重点项目( 6 0 6 3 4 0 1 0 ) 以及教育部创新团队项目( i l 订0 6 0 5 ) 的资助，作 者在此十分感谢实验室的帮助和项目的资助，这促进了我的论文顺利完成。 1 1 研究背景 1 绪论 随着我国国民经济的快速发展，城市化进程的加快，城市人口逐年增长，城 市机动车数量、特别是私人机动车拥有量逐年上升，城市的土地利用和开发带来 城市布局和环境的巨大改变。大量人口的流动和出行，机动车对道路的占用和需 求，导致城市交通阻塞和混乱情况日益加重，对城市的交通提出了更高的要求。 自8 0 年代后期，很多特大型城市如北京、上海、广州等地纷纷修建城市快速 路。如北京继修建了二、三、四环之后，将五环从高速公路改造为快速科。现在 六环即将贯通，七环也纳入城市未来规划中。同时在五环内修建1 5 条放射线快速 路( 见下图i - i ) ，有些延伸至五环路外的高速公路。北京快速路网将实现承担北 京5 0 的交通量。 一已经完成的放射绒( 6 奈) 一正在建设的放射线( s 奈) t 印将秀工的放瓣发( 毒条) 图1 1 北京城市快速路网示意图( 图片来源北京娱乐信报2 0 0 5 年9 月2 1 日) f i g i 一1t h es k e t c ho f b e i j i n gu r b a ne x p r e s s w a yn e t w o r k s 新的交通设施和道路虽然在不停的规划建设中，但是现有道路并没有能得到 有效利用。为了有效地提高城市道路的利用率，解决交通拥堵问题，有必要对城 市道路的交通现状做出科学的分析，找出合理的改善措施。 作为大型城市交通的动脉网络，城市快速路，应当成为首要得到进一步改善的 环节。 城市快速路网的重要组成部分城市快速路出入口，不仅连接城市快速路 网和其它城市道路网，实现道路等级的过渡，其设置合理与否直接影响城市快速 路网整体效益的发挥【2 j 。而目前城市快速路交通状况反映，很多出入口成为高峰期 的堵车的常点，并由此引发相关快速路段和周围路网的行驶缓慢或堵车，进一步 造成城市交通路网的低效。 以北京为例，二、三、四、五环的高峰期，很多出入口为常堵点。很多道路 由此被引发成为“魔鬼路段【3 】。北京市政府面对这些交通问题组织专家进行了深 入的研究，确定了以改造二、三环路为切入点，带动中心区交通拥挤状况好转的 实施策略。如通过改造二、三坏路，加大进出口间距，调整进出方式，封闭首蓓 叶立交出入口，完善辅路系统等一系列技术措施，提高了行驶速度，减轻了交通 拥堵，起到了一定的效果。然而，对于如何进一步改造城市快速路出入口的设置， 使它在较符合周围路况环境的需求的基础上，发挥最大效应，目前还缺乏相关的 理论和措施方面的研究【4 】。现有的关于城市快速路出入口设置方面的参照，仅有我 国在2 0 世纪8 0 年代后期编制城市道路设计规范和现行的国家标准道路工程 术语标准( g b j l 2 4 - - 8 8 ) 以及在此基础上一些工程方面的参数指标及定性规科5 1 。 综上，鉴于我国大城市快速路的特殊情况，需要进一步深入研究影响快速路 出入口设置相关因素，进一步寻求在各种具体的影响因素和路况环境条件下，如 何设置快速路出入口是较为合理的。 1 2 研究目的和意义 1 2 1 研究目的 现行道路工程术语标准( g b j l 2 4 - - 8 8 ) 中将城市快速路定义为“城市道路 中设有中央分隔带，具有四条以上的车道，全部或部分采用立体交叉与控制出入、 供车辆以较高速度行驶的道路”【6 】。现行行业标准城市道路设计规范( c j j 3 7 - - 9 0 ) ( 以下简称规范) 将城市快速路定义为“快速路应为城市中大量、长距 离、快速交通服务。快速路对向车行道之间应设中间分车带，其进出口应采用全 控制或部分控制 1 7 】。 由上可以得出现有的一些城市快速路，如北京的环路等，不是严格意义上的 快速路，它虽然具备以下快速路特征：( 1 ) 有限行车辆种类；( 2 ) 全线有流入流出 控制与管理；( 3 ) 全线无平面交叉口，主要以互通式立体交叉，进出口匝道或主辅 路出入口与其它道路相连接，且匝道和交织区间距比城市间高速公路的短。但是 2 同时他又有着以下自身的特点：( 1 ) 辅路受非机动车干扰大，进而影响到主路运行； ( 2 ) 流入流出控制并不完全，因为很多出入口和立交桥匝道都是自由进出，仅当 出现特殊情况时进行人工封闭；( 3 ) 快速路自身构造上的特点，决定了城市快速道 路交通受限于进出口和匝道。出口和匝道的通行能力受限于关联的平面道路所能 接受的服务能力，当流出需求大于此通行能力时，出口和匝道内将出现排队甚至 延伸至主线上，造成城市快速道路交通阻塞等问题【8 1 。 城市快速路出入口从连接方式上可分两类：一类是与立交匝道相接的出入口， 另一类是与辅路相接的出入口。由于与立交桥匝道相接的出入口较集中封闭，仅 受到与其相接路段通行能力的影响，而与辅路相接的出入口所受影响因素较多， 因此，本文以快速路上与辅路相接的出入口为研究对象。 由于各大城市中以北京市环路上的主辅路相接出入口较多，且影响因素复杂 明显，产生的问题也较多。因此，本文主要以较易引发北京市环路交通拥堵的与 辅路相接出入口为研究对象，分析影响城市快速路出入口设置的各方面因素，深 入研究各因素对于城市快速路出入口功能发挥的具体影响，有针对性地提出相应 设计和管理控制方面的合理性建议。 1 2 2研究意义 1 、提高城市快速路通车效率 城市快速路出入口是制约城市快速路通行能力及水平的瓶颈，一旦发生交通 阻塞，将会直接影响到快速路的通行效率，因此研究影响出入口通行能力发挥的 因素及合理设置方法，能够直接提高快速路作为城市路网主动脉发挥的效益。 2 、更有效的发挥整体城市路网功能 主辅路出入接口是快速路系统中重要的交通节点，直接影响着相关路网的通 行能力，其功能设置是否合理对平衡相关路网交通十分重要。出入口设置的合理 可以更充分的发挥快速路的功能，从而减轻次干道的压力和相关路段的压力，继 而提高整体路网通行效率。 3 、为城市快速路主辅路设置提供设计和管理方面的相关依据 现有的城市道路设计规范( c j j 3 7 - 9 0 ) ，在工程的设计、施工、监理方面 提供了很多技术上的依据，但是对于具体问题的相关技术、管理等方面的建议和 依据较少，本文对主辅路出入口设置的各种影响因素加以定性和定量的分析，有 针对性，可以为相关设计和管理者提供一些具体问题的建议。 4 、通过仿真试验研究各种因素快速路出入口设置的影响，获得较为方便的研 究思路和手段 3 通过微观仿真软件v i s s i m 进行仿真试验，观察特定因素影响下的城市快速路 出入口交通状况，测得评价数据，进行比较分析，总结各种因素影响下的出入口 功能发挥规律。 5 、验证了d e a a l t p 两阶段集成模型在交通规划方案中对所得评价数据进行计 算评价的实用性 本文选择d e a a h p 两阶段集成模型对仿真试验数据进行计算，避免了所选仿 真输出评价指标带来的单位及权重不一致的缺陷，获得的评价值较好的反映了在 各种因素影响下选用方案出入口功能及相应整体路段功能的优劣。 1 3 国内外研究现状 目前，国内外关于城市快速路出入口设置方面的研究，主要集中于研究快速 路匝道车辆减速的交通特性、快速路匝道最小间距确定、城市快速路出口标志设 置、出入口设置原则等几方面。 其中关于快速路匝道车辆减速的交通特性分析方面，国内外研究主要集中在 高速公路上，例如a a i k a i s y 经分析认为匝道流量为o 时，通行能力即为路段通行 能力2 2 0 0 ( p c p h p l ) ，通行时间在主路流量较小时受干扰也较小。主路流量较大时， 通行能力会随着匝道流量的增加而呈线性减小，平均速度也会随之减小。主路流 量较大时，减速车道长度越大，通行能力越大，平均速度越大。匝道自由流速对 通行能力和通行时间影响都很小。主路为六车道和八车道时，通行能力和平均速 度差别不大，而主路四车道时，通行能力和平均速度明显减小【9 】。此外，j u a n c a r l o sm u h a o z 和c a r l o se d a g a n z o 对高速公路出口上游瓶颈地段的车辆运行进行了 细致描述【i o 】。n e w e l l ，g f 对出口可能造成的延误加以研究【l l 】。r j a y a k r i s h n a n 等 人曾对城市道路加以仿真，提出城市道路与高速公路存在很多差别，尤其是城市 道路中的多种车型之间的相互影响【l2 1 。 关于匝道i 可距的研究大多数是针对高速公路的。美国俄勒冈州公路局、加州 公路局相继出版的公路设计手册中对各种组合形式的匝道间距进行了规定；中国 最近修编的公路路线设计规范中也对高速公路相邻出人口最小间距给出了最 小值和一般值【l 副；李硕等以高速公路加速车道合流等待理论为基础，探讨了加速 车道的设计方法【1 4 】；唐朝晖对匝道组合以及匝道设计进行了分析【1 5 】；杨少伟将汽 车在立交匝道上的行驶状态划分为5 个行驶过程，在此基础上分析了汽车在匝道上 的行驶特性u 6 ；龙科军等从交织区通行能力的角度分析了城市高架道路出v i 匝道 的设置问题【l7 1 。而关于城市快速路匝道的研究目前较少，仅有龙科军，杨晓光， 王跃辉，周志刚等从匝道组合模式、加减速车道、交织段、交通标志4 个方面分析 4 了匝道最小间距问题，对各种组合模式下最小匝道间距的组成进行了分析；通过 对加速车道驾驶行为的模拟分析，得到了基于快速路特性的加速车道长度计算模 型【1 3 】。 李爱增，李文权，王炜在他们关于研究城市快速路出口标志位置设置时通过 的对标志位置设置的依据及确定车辆变换车道时须行驶距离的详细研究阐述的基 础上，对快速路出口交通标志位置设置进行分析研究。以单向两车道快速路出口 标志位置设置为例，得到城市快速路出口标志位置设置的理论模型，并通过实例 计算得到设计车速为6 0 千米d , 时、8 0 千米d , 时及1 0 0 千米4 , 时的城市快速路出口 标志设置位置。 以上研究虽然没有直接针对城市快速路出入口设置，但是其理论依据为开展 影响出入口设置及功能发挥等方面都提供了相应的参考依据和分析思路。特别是 朱胜跃在他的关于城市快速路出入口设置探讨阐述了城市快速路出入口设置时需 要考虑的组合类型和间距设置等方面问题，只是缺乏进一步的各种因素对出入口 产生具体影响的分析和验证。本文在参阅以上理论和研究思路的基础上，进一步 对各种因素影响下出入口及其所在路段交通功能发挥情况进行分析对比，得出相 应结论。 1 4 研究方法 l 、系统分析归纳方法 通过观察，研究分析北京市的二、三、四环上的主辅路相接出入口高峰期的 拥堵状况，分析产生的原因，归纳出影响快速路出入口设置的主要因素，对影响 因素进行分类归纳，定性分析影响因素具体对出入口设置的具体影响，以及固定 出入口设置下对相应的主辅路及相关路段的影响。 2 、实地调查获得数据 选择北京三环蓟门桥西断面早高峰7 点至8 点为调查对象，进行主辅路车流量 及交通构成等相关数据采集。具体调查点选取时考虑n - 交通量大、易于发生拥 挤阻塞，周围影响因素较复杂全面的地方；调查时间，保证获得高峰期的数据， 同时要避开雨、雪、雾、风的天气。对采集的数据进行分析处理后用于分析模型 参数的标定。 3 、根据实际情况建立基于仿真的分析研究模型，定量与定性分析相结合 利用交通仿真软件v l s s i m ，将分析处理后的数据对软件所建模型进行参数标 定。研究时假设其余条件均固定，某因素选取参数采取规律性变化时进行仿真试 验。对输出数据进行比较分析，通过评价模型进行计算，得出评价结果，与定性 5 分析相比较，进一步归纳总结出在特定情况下，影响快速路主辅路出入口设置的 因素。 1 5 结构内容安排 第l 章介绍了本文研究背景、研究目的和意义，国内外研究现状，研究手段 和方法，概括介绍论文结构内容安排。 第2 章介绍城市快速路出入口设置的三个基本特征，描述了城市快速路出入 口交通特性，从快速路出入口设置基本影响因素、道路网交通需求影响因素、公 共服务设施设置影响因素、交通管理及控制方式影响因素等四个方面系统分析阐 述了影响出入口设置的因素。 第3 章通过对交通仿真的概述和对德国仿真软件v i s s i m 的模型及功能的介 绍，说明选择交通仿真和v i s s i m 软件开展本次理论研究的原因和优势；结合北京 市三环路出入口附近交通调查数据，对仿真试验模型进行标定；选定仿真试验研 究中的影响因素建立分析研究模型；选定仿真试验的评价指标和方案评价模型。 第4 章通过仿真试验研究车道布设、交叉口及出入口间距对快速路出入口设 置的影响，测得评价参数的输出数据，进行评价计算进行分析比较，得出相应结 论。引入实例说明。 第5 章通过仿真试验研究主辅路期望车速、主辅路车流量大小及主辅路车流 量之比对快速路出入口设置的影响，测得评价参数的输出数据，进行评价计算进 行分析比较，得出相应结论。 第6 章文章的结论及研究展望。 6 2 城市快速路出入口设置影响因素分析 2 1 城市快速路出入口设置基本特征 城市快速路可分为两类：一是城市内快速道路，如北京的二、三环，上海的 内环、外环，天津的外环、中环；二是城市问快速道路，如北京的京通快速路、 八达岭快速路、天津的津塘快速路、津滨快速路。第一类是位于中心市区及周围 紧密联系区之内，作为环绕中心市区的环线或与环线相交的辐射线；第二类是位 于市中心区外围联接各组团或联接中心市区与组团的快速线【2 0 】。 城市出入口按其所处位置和功能分为两类，互通式立交( 立交匝道) 出入口和快 速路与辅路相接出入口( 以下称主辅路出入口) 。根据本文的研究对象，选择主要 讨论的城市快速路出入口类型为连接快速路主路和辅路出入口，本文以下均称其 为快速路出入口。城市快速路出入口在设置时主要考虑到设置的数量、出入口组 合类型和出入口设置空间位置三个基本特征。 2 1 1城市快速路出入口基本组合类型 城市快速路出入口基本组合类型有以下六种( 见图2 1 ) ：单独入口、单独出 口、入口一出口、入口一入口、出口一出口和出口一入口。 与公路网相比，城市道路网密度大，相交道路多，短距离交通流所占比例较 高。城市快速路与其它各级道路之间交通转换极为频繁，使得其出入口间距明显 小于高速公路。 另外城市道路考虑不同的交通需求，互通式立交设置较多，在两个立交之间 设置主辅路出入口。而作为北京市二、三、四环各类立交桥多达1 2 9 个，各立交桥 之间距离也基本上在l 公里左右。因此，研究立交桥之间主辅路出入口设置即研究 在立交桥之间的主辅路路况下出入口的组合型式、设置方式及相应指标参数。 2 1 2城市快速路出入口样式及间距 出入口样式要单纯统一，可使运行中的车流能够及时、准确地找到通往目的 地的出入口，保证车辆运行安全、有序、畅通。因此，出入口设置一定要简单、 明确。 7 出入口间距合理直接影响城市快速路的使用功能，针对城市道路网密度大的 特点，出入口问距不可能过大，确定出入口的最小间距对城市快速路出入口设置 具有重要意义。 影响城市快速路出入口间距的因素很多，主要有变速车道长度、交织长度、 交通标志距离等因素，也与道路几何线形和纵坡有关。 一一一一一一一一一一耋孥一一一一一一一一一一一 卜p 辅路 入口 一一一一一一一一一一兰墅一一一一一一一一一一一 卜 卜 入口出口 一一一一一一一一一一圭墅一一一一一一一一一一一 卜卜 - r 1 、 一 叫卜 辅路 出口出口 一一一一一一一一一一善鹭一一一一一一一一一一一 辅路 出口 一一一一一一一一一一主路_ 一一一一一一一一一一 - ， 卜卜 y _ 辅路卜 入口入口 主路 弋_ - 卜 鼍 p 辅路4 图2 - i 快速路出入口基本组合型式 f i g 2 - 1t h eb a s i cc o m b i n a t i o nt y p e so f t h ee x i ta n de n t r a n c eo f u r b a ne x p r e s s w a y 城市快速路主线计算车速一般为6 0 千米时、8 0 千米时、1 0 0 千米时，与其 连通的辅道或匝道计算车速一般取3 5 千米时、4 0 千米时、5 0 千米时，城市快速 路驶入主线的车流需要加速后才能汇入，驶出主线的车流需要减速后才能分离出 去，必须单独设置加减速车道，供分、合流车辆进行速度转换，以避免对主线车 流产生干扰。车辆在速度转换过程中，行驶分为车辆变速和转换车道两个过程， 变速车道长度就是这两个过程所需的长度之和，即加速或减速车道长度和过渡段 长度之和。变速车道有两种设置方式：直接式和平行式，考虑到行驶过程中车辆 变速和转换车道是一个统一的过程，设置直接式变速车道相对合理一些；当主线 ， 一 曼 车流量很大，入口合流概率较小时，可采用平行式变速车道。 在入口后紧接着设置出口，并增设一条辅助车道连接的路段为交织区。在该 区域内，进出主线车流需要互相穿过对方行驶路径形成交织，以完成各自的车道 转换。交织长度越长，车辆转换车道机会越多、越充分，交织车流对整个区段的 通行能力影响越小，交织区的服务水平就越高。但是，交织长度的增加使出入口 间距也随之变大，从交通需求的角度来说，城市快速路出入口间距不宜过大，因 此，确定满足车辆交织运行的最小交织长度十分关键。 出于安全和提高道路利用效率考虑，进出口处应设有安全标志和指示标志， 以便驾驶员根据需要提前准备并采取相应措施( 如变换车道，加减速等) 。交通标志 应醒目，同时，应保证距离出入口有一定的长度，以满足驾驶员对交通标志指示 的内容做出反应并采取相应行动，如果距离太小，一旦错过往往没有采取措施的 余地。特别是出口指示标志，一定要提前预告驾驶员，使之作好减速驶出主线的 准备，从而提高出口的分流效率。 本文将出入口间距定义为两个相邻出入口端口之间的距离，需时间及汽车移 向邻近车道所需时间的总和计算而得。 城市快速路出入口最小间距应该根据不同的组合类型，采用如下公式计算： 入口出e 1 ：l = l 口+ l t + l w + l d + 己d + f( 2 1 ) 入口人口：l - - - 厶+ l f + 厶( 2 2 ) 出口出口：l = l d + l f + l o ( 2 - 3 ) 出口入口：l=l。(2-4) 式中，三为出入口最小间距：厶为加速车道长度；厶为交织运行所需长度： 厶为识别交通标志所需距离：厶为减速车道长度：厶为加、减速车道过渡段长度。 加、减速车道长度及过渡段长度在规范中已有给出。 识别交通标志所需距离根据知觉反应时间和采取相应行动时间来计算。驾驶 员对交通标志的知觉反应时间受许多因素影响，根据我国及国外的一些调查资料， 建议取3 秒。采取相应行动主要指变换车道，横向变换车道移动速度一般为l 米 秒，城市快速路一条车道按3 7 5 米计算，则取3 7 5 秒，因此，总的识别时间为 6 7 5 秒。据此计算不同车速下识别交通标志所需距离见表2 1 。 表2 - 1 识别交通标志所需距离 主线计算行车速度( k i n h )识别时间s 计算距离m 建议取值m 6 06 7 51 1 31 2 0 8 06 7 51 5 01 5 0 1 0 06 7 51 8 82 0 0 9 计算交织运行所需长度必须按不同交织类型分别进行。交织可分为a 、b 、c 三类。a 类为每个交织车辆必须进行一次车道转换；b 类为一种交织无须进行任何 车道转换，其它交织最多需要一次车道转换：c 类为一种交织无须进行任何车道转 换，其它交织需要两次或多次的车道转换。 根据我国现有道路情况，交织类型主要为a 类，b 类很少，c 类主要存在于 设置左侧出入口的道路设施中。根据美国道路通行能力手册计算交织长度公 式，计算得出不同类型不同车速情况下交织长度的选用值，见表2 2 。 表2 - 2 交织长度 交织类型a 类b 、c 类 辅道或匝道计算车速( k m h ) 3 54 05 03 54 05 0 6 0 2 1 52 1 05 0 05 0 0 主线计算行车速度 8 0 2 3 0 2 3 0 2 3 06 0 0 6 0 0 6 0 0 ( k m h ) 1 0 02 5 02 5 07 0 07 0 0 根据表2 - 1 、表2 2 所列数值以及规范中加、减速车道及过渡段规定的选取值， 采用公式( 2 ) ( 5 ) 计算得出不同组合类型出入口的最小间距数值见表2 - 3 2 1 1 。 表2 3 出入口最小间距 主线计算行车计算值采用值 出入口型式 速度( k m h )厶 厶三dl dl f 三三 6 01 8 02 1 01 2 07 0 5 06 8 07 0 0 入口出口8 02 l o2 3 01 5 09 06 08 0 08 0 0 1 0 02 4 02 5 02 0 0 1 2 07 09 5 09 5 0 6 01 8 01 2 05 03 5 03 5 0 入口入口 8 02 l o1 5 06 04 2 04 5 0 1 0 0 2 4 02 0 07 05 l o5 5 0 6 01 2 07 05 02 4 02 5 0 出口出口8 01 5 09 06 03 0 03 0 0 1 0 02 0 01 2 07 03 9 04 0 0 6 01 2 01 2 01 5 0 出口入口8 01 5 01 5 01 5 0 1 0 0 2 0 0 2 0 02 0 0 1 0 2 2 城市快速路出入口交通特性 美国道路通行能力手册( h c m ) 分析认为，主路出入1 3 处表现为合流、分 流的交通特性。但当分流、合流点距离短于一定长度时，此时的交通特性就不再 是合流、分流的交通特性，主路进出口间的路段表现出的是交织区的运行特性。 h c m q b 规定这一长度距离为2 5 0 0 英尺( 约6 1 0 米) ，超过6 1 0 米，出入口处的交通特 性就表现出主路合流区、分流区的交通特性，交织区多存在于城市快速路系统。 根据目前掌握的数据，北京二环、三环大部分以及四环部分进出口间距小于6 1 0 米， 所以本文重点研究交织区的交通流运行特性下的出入口设置。 美国道路通行能力手册( h c m ) 1 9 9 4 年第三版修订版中对交织区定义：行 驶方向大致相同的两股或多股车流，沿着相当长的路段，不借助于交通控制设施 进行的交叉运行，定义为交织。其道路典型运行示意图如下图2 2 ： 一一弋一一一 图2 2 交织区道路典型运行不意图 f i g 2 - 2t h es k e t c ho f t h ew e a v i n gs e c t i o no p e r a t i o n 交织区内入口角端宽度为2 英尺( 约0 6 1 米) 处到出口角端宽度为1 2 英尺( 约 3 6 1 米) 处之间距离称为交织区长度。交织区长度是交织区的十分重要的参数，其 长短直接影响着交织区内交通流运行的好坏，对交织区内车辆交通能否顺利、安 全的完成交织运行起着重要的作用。 ? ，啼 卜- 寸 图2 - 3 交织区长度示意图 f i g 2 - 3t h es k e t c ho ft h ei n t e r l e a v i n gl e n g t h 米 交织区构型，即交织区的形状与几何条件，在1 9 9 4 年版的h c m 中，根据交织 车辆驶经交织路段必须进行的车道变换最少次数，将交织区构型划分为a 型、b 型、 c 型三种。a 型交织区的关键特性为：所有交织车辆为了完成要求的运行，都必须进 行一次车道变换；b 类为一种交织无须进行任何车道转换，其它交织最多需要一次 车道转换；c 类为一种交织无须进行任何车道转换，其它交织需要两次或多次的车 道转换。a 型交织区又分为匝道( 外侧) 交织区和主要交织区。在我国的a 型交织区 中最常见形式是匝道( 外侧) 交织区，快速路主路的交织区主要属于这种类型。 交织区宽度用交织区内的车道数表示，既包括交织车辆占用的车道数，也包 括非交织车辆占用的车道数。它代表着交织区承担交通负荷的能力。在城市快速 路系统中的交织区中，能被交织车辆使用的最大车道数是最受限制的。一般交织 车辆被限制在邻接路拱线两车道之中来进行交织运行，而这两车道仍然可能保留 部分非交织车辆。因此，不论交织区断面包含多少车道，可供交织车辆使用的车 道数最多为1 4 车道【2 2 1 。 卜 + 三婚一一一一一一一一一一一 图2 _ 4 匝道( 外侧) 交织区示意图 f i g 2 4t h es k e t c ht ot h et h ew e a r i n gs e c t i o no ft h er a m p ( 1 a t e r a ls i d e ) 国内北京工业大学的陈金川博士以交织区的通行能力为研究目标，以统计分 析方法为手段，对国内的交织区车辆运行特性进行了较为系统的研究分析。陈金 川博士对北京市三环路匝道交织区的实测数据进行统计分析后认为： 车辆进入交织区后，大流量情况下，所有车辆包括交织车辆与非交织车辆都 有明显的减速过程，但相比之下，内侧车道受的影响较小；外侧车道受的影响较 大，表现为由内向外车道上车流的减速幅度由小到大；小流量情况下，内侧车道 只受到轻微的影响，而匝道交织车道出现加速过程。出现这种过程，是因为小流 率条件下，交织运行不构成主要矛盾，主路的车辆期望车速比匝道高，因而表现 出汇入主路的匝道车辆出现加速过程，而主路车辆不受其影响。在交织区同一断 面内，运行车速由外侧向内侧依次增加，这与基本路段的车速横向分布特性相同。 对于每一条车道上的车流，随着流率增加，车速的离散程度减小，同时，内侧车 道车速的离散程度大于外侧车道车速的离散程度。流率增加，车辆的跟驰行为加 1 2 强，车辆之间相互牵制，离散程度减小是正常的。内侧车道车速的离散程度大于 外侧车道，也体现出内侧车道车流受到交织影响较小【2 3 1 。 一般来说，交织区内