（交通运输规划与管理专业论文）高速公路网立体交叉布局和选型研究.pdf

摘要 互通式立体交叉布局和选型是高速公路网规划的重要内容，合理的互通式立交的布局和 选型对于促进高速公路网发挥网络效益、保证出入口畅通和行车安全、有效平衡路网流量、 合理衔接各级路网、合理安排建设资金以及有效指导后续阶段的规划和设计工作都有着重要 的作用。立交布局和选型规划研究对于完善高速公路网规划，为提供科学合理而又简便实用 的规划方法具有较强的理论意义和实用价值。 本文首先回顾了互通式立体交叉的发展状况，国内外关于立交布局和选型研究概况，并 说明了进行高速公路网立交布局规划和选型研究的作用和意义。 然后，本文系统分析和总结了立交布局规划的原则、内容、一般方法和步骤。提出了采 用类比法和主成分分析法相结合来分析城市服务性立交需求的实用方法，从数量需求的角度 对立交进行分析；文中较为详细地分析了立交间距以及立交与城市的关系，总结了立交间距 控制的要点，提出了从城市空间结构角度分析立交布局和选址的方法；并且，文中较为详细 地给出了在高速公路网规划阶段的互通式立交布局规划的步骤。 接着本文分析和研究了在高速公路网规划阶段进行的立交选型的工作内容和方法。文 中分析和总结了立交选型的原则，对互通式立交的通行能力和设计车速等技术指标进行了分 析，对立交的各基本形式的优缺点和适用条件做了总结，并遴选了2 5 种典型立交形式进行 聚类分析，将这些立交典型形式划分为不同的规模等级，并给出了不同级别立交的适用范围 和条件，为路网规划阶段的立交选型工作提供了较为简便、实用的方法。 随后本文提出了利用费用效益法对高速公路网的互通式立交数量进行评价和采用层次 分析法对立交布局进行综合评价的思路，建立了立交布局的综合评价指标体系，并对立交单 体规划方案的评价方法做了简要介绍。 最后，结合本文研究的依托项目一一安徽省高速公路网规划，对立交布局和选型规划进 行了实例分析。 关键词：互通式立交、立交布局、立交需求分析、立交选型、分级、评价 a b s t r a c t t h el a y o u ta n dt h et y p es e l e c t i o no fi n t e r c h a n g e sa r ei m p o r t a n tc o n t e n t so ft h ef r e e w a y n e t w o r kp l a n n i n g r e a s o n a b l el a y o u ta n dt y p e s e l e c t i o no fi n t e r c h a n g e sp l a ym a n ys i g n i f i c a n t r o l e ss u c ha sp r o m o t i n gf r e e w a yn e t w o r kt oe x e r tn e t w o r kb e n e f i t g u a r a n t y i n gt h et r a v e ls m o o t h a n ds a f e ，e f f i c i e n t l yb a l a n c i n gt h ev o l u m eo ft h en e t w o r k ，c o n n e c t i n gr o a d n e t w o r ko fa l ll e v e l s , a r r a n g i n gt h ef u n do f c o n s t r u c t i o n d i r e c t i n go ra s s i s t i n gt h ep l a n n i n ga n dd e s i g no f t h el a t e rw o r k p h a s e f i r s t l y , t h i sp a p e rr e v i e w st h ed e v e l o p m e n ts t a t u so fi n t e r c h a n g e s ，g e n e r a lr e s e a r c hs i t u a t i o n o fi n t e r c h a n g e s l a y o u ta n dt y p es e l e c t i o ni no u rc o u n t r ya n da ta b r o a d ，a n da c c o u n t sf o rt h e f u n c t i o na n ds i g n i f i c a n c eo fs t u d y i n gl a y o u ta n dt y p e s e l e c t i o no f i n t e r c h a n g eo f f r e e w a yn e t w o r k s e c o n d l y t h i sp a p e rs y s t e m 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 ep r i n c i p l e s ，c o n t e n t s ，m e t h o d s a n ds t e p so ft h el a y o u tp l a n n i n go fi n t e r c h a n g e s i tp u t sf o r w a r dt h em e t h o do fa n a l y z i n gt h e d e m a n do fs e r v i c ei n t e r c h a n g e sb yc o m b i n i n gt h em e t h o d so fa n a l o g ya n dm a i nc o m p o n e n t a n a l y s i s ，t h u st h en u m b e rd e m a n do ft h es e r v i c ei n t e r c h a n g e sf o rc i t i e sc a nb eg o t t h i sp a p e r a n a l y z e st h es p a c eb e t w e e ni n t e r c h a n g e sa n dt h er e l a t i o n so fi n t e r c h a n g e sa n dc i t i e si nd e t a i l ， s u m m a r i z e sg i s to fc o n t r o l l i n gs p a c e so fi n t e r c h a n g e s ，p u t sf o r w a r dt h em e t h o do fa n a l y z i n g l a y o u ta n ds i t e ss e l e c t i o no f i n t e r c h a n g ei nt h ea s p e c to f t h ec i t ys p a c i a ls t r u c t u r e t h i sp a p e ra l s o i l l u s t r a t e st h es t e p so fl a y o u tp l a n n i n go fi n t e r c h a n g ei nt h ep h a s eo ft h ef r e e w a yn e t w o r k p l a n n i n g t h i r d l y , t h i sp a p e ra n a l y z e sa n ds t u d i e st h ec o n t e n ta n dm e t h o do fi n t e r c h a n g et y p es e l e c t i o n i nt h ep h a s eo ft h ef r e e w a yn e t w o r kp l a n n i n g i ta n a l y z e sa n ds u m m a r i z e st h ep r i n c i p l eo f i n t e r c h a n g et y p es e l e c t i o n ，m a n yt e c h n o l o g yi n d e x e so f i n t e r c h a n g es u c ha sc a p a c i t y , v e l o c i t ya n d s oo n i ta l s os u m m a r i z e sa n da n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fs o m eb a s i ct y p e so fi n t e r c h a n g e ，a n d o i lt h i sb a s e ，t h i sp a p e rc h o o s e s2 5t y p e so f i n t e r c h a n g e sf o rf a r t h e ra n a l y s i s w i t ht h e p r i n c i p a lo f c l u s t e r i n ga n a l y s i s ，t h i sp a p e rd i v i d e st h e s ei n t e r c h a n g e si n t os i xg r a d e sa n ds e tu pt h ea p p l i c a b l e s c o p e sa n dc o n d i t i o n so fd i f f e r e n tg r a d e t h i sp r o v i d e sas i m p l ea n da p p l i e dm e t h o df o r i n t e r c h a n g et y p es e l e c t i o ni nt h ep h a s eo f n e t w o r kp l a n n i n g f o u r t h l y , t h i sp a p e rp u t sf o r w a r de x p e n s e - b e n e f i tm e t h o dt oe v a l u a t et h ei n t e r c h a n g en u m b e r o ff r e e w a yn e t w o r ka n dt h ea n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s st oe v a l u a t et h el a y o u to fi n t e r c h a n g e s y n t h e t i c a l l y i ts e t su pt h ei n d e xs y s t e mo fs y n t h e t i ce v a l u a t i o na n ds i m p l yi n t r o d u c e st h e e v a l u a t i o nm e t h o d so f t j a n n i n gs c h e m eo f s i n g l ei n t e r c h a n g e a tl a s t , t h i sp a p e rt a k e st h ep l a n n i n go fa n h w e i sf r e e w a yn e t w o r kf o re x a m p l et oa n a l y z e t h el a y o u ta n dt h et y p es e l e c t i o no f i n t e r c h a n g e k e yw o r d s ：i n t e r c h a n g e ；l a y o u t ；d e m a n da n a l y s i so fi m e r c h a n g e s ；t y p es e l e c t i o n ：g r a d e d i v i s i o n ；e v a l u a t i o n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下迸行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它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己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：鉴丝日期：业) 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 东南大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 高速公路网立体交叉可分为互通式立体交叉和分离式立体交叉两大类，其中，互通式立体交叉 在理论和实践中都占有主要地位，本文的研究内容主要是高速公路网中互通式立体交叉的布局和选 型研究。 1 1 研究的意义 互通式立体交叉是高速公路的重要组成部分，它是在高速公路与高速公路或高速公路与千道交 叉处起连接作用，并具有空间多层结构形态和立体交通转移功能的专用设施。作为高速公路网中的 枢纽和结点，互通式立体交叉起着转换交通流量、梳理和控制车流的作用。而合理的互通式立体交 叉的布局和选型对于促进高速公路网发挥网络效益，保证出入口畅通和行车安全、有效平衡路网流 量、合理衔接各级路网、提高路网的总体运输效率以及有效指导后续阶段的规划和设计工作都有着 重要的作用。立交布局和选型规划研究对于完善高速公路网规划，为提供科学合理而又简便实用的 规划方法具有较强的理论意义和实用价值。 1 1 1 立体交叉布局规划在高速公路网规划中的作用 高速公路网互通式立体交叉布局规划涉及到立交的数量、位置、间距和规模等多项内容，它的 作用体现在社会、经济、技术、和环境等多个方面： 1 、合理的立交布局有利于高速公路功能和特点的发挥，并提高网络效益。 高速公路是实行交通限制和分隔行驶、严格控制出入、采用较高标准平u 设置完善的交通安全与 服务设施的汽车专用公路，具有车速高、通行能力大、运输费用省和行车安全等特点。立交作为高 速公路网的结点和出入口，它的布局和选型可以影响高速公路各项功能和特点的发挥，并可以制约 网络效益的形成。 2 、合理的立交布局规划可以优化路网布局，平衡路网流量，提高总体运输效率。 在高速公路网中，合理地确定立体交叉的数量、位置、间距和规模，优化立交总体布局，相应 调整和优化路网布局，可以使交通流在高速公路网中平衡分布，使各等级路网和各条道路合理分担 交通流量，使得网络流量最大化，并最终使高速公路网的总体运输效率最高。 3 、合理的立交布局规划可以提高网络的可达性和连通度。 台理的立交布局可以提高高速公路网络的布局质量，加强网络的直捷联系，提高路网的可达性， 降低迂同率，促进连通网的形成，使得高速公路连通网络达到局部最优和总体摄优的晟佳平衡。 4 、合理的立交布局可以快速转换交通流，保证出入口畅通。 合理地处理高速公路网与规划区域内重要结点之间，高速公路与高速公路之间，高速公路与其 它等级公路之间的关系有利于快速转换交通流、保证高速公路和重要结点出入口的畅通，保障立交 基本功能的发挥。 5 、台理的立交布局可以节约投资，促进经济效益的最优化。 高速公路占地大、投资高，在我国耕地少，建设投资有限的情况下，研究立交的规划布局对于 我国公路建设具有非常现实的意义。目前，我国高速公路一些大规模的立体交叉的建设投资多达5 亿人民币以上。从系统和整体的角度合理规划高速公路网立交的数量和规模，可以合理利用国土资 源，有效节约建设资金，减少浪费，扩大高速公路网的经济效益。 6 、合理的立交布局可以影响生产力布局，促进地区的社会经济发展。 高速公路网立交布局规划不仅应适应生产力布局，还可以反过来影响生产力布局的发展。高速 1 东南大学硕士学位论文第一章绪论 公路是全封闭的，其正线通过某一区域时，对该区并无实际意义，只有高速公路入口的立体交叉设 在哪里，哪里才有重要的意义。高速公路出入口附近的地区受益最高，据调查，日本有8 0 的先导 企业分布在高速公路的出入口附近，其产品的原材料几乎全部通过高速公路运输。另外，因沿线产 业以及配套设施的建立，也会促进区域人口的就业问题得以解决，使经济发展更为活跃i l j 。 道路以及其它交通设施的建设可以促进和引导经济发展已经为人们所普遍认识和接受，同样， 立体交叉也可以起到相同的作用。社会和经济条件是影响立交布局的重要因素，立交布局也可以用 于影响地区经济的发展。合理的立交布局可以促进和引导经济发展，诱导城市形态的演变，有利于 城市人口的分散和卫星城镇的开发。而且，地区经济的均衡发展和共同富裕应该是高速公路网布局 规划所应努力促进的，而只有合理的立交布局和均衡发展的公路网才是与这一目标相适应的。 7 、合理的立交布局有利于高速公路分期建设的设施。 高速公路网建设投资巨大，需要分期设施。立体交叉作为高速公路网的联结结点，是高速公路 网干线重要度分析、路网流量分析、路网优化、建设项目成本和效益估算的重要指标，立交的布局 关系到高速公路网分期建设项目的合理排序、建设资金的合理分配和建设用地的有效控制。 1 1 2 立体交叉选型在高速公路网规划中的作用 高速公路网立交选型对于路网布局、立交布局、高速公路与重要交通结点的衔接、通行能力、 行驶车速以及工程经济和环境等方面都有着重要意义。它的作用主要体现在以下几个方面： 1 、快速转换交通流，发挥立交的功能和特点。 合理的立交选型可以适应相交道路的功能、性质以及交通流的流量和流向，适应交通量和设计 车速，符合车辆的转弯要求，能够快速、安全、通畅地转换交通流，提高行车效率。 2 、影响立交布局和高速公路网络效益的发挥。 立交形式对立交布局有重要影响，并影响立交布局规划。立交豹形式和规模是立交布局规划中 需要重点考虑的因素之一，影响立交与重要交通结点之间的衔接，影响立交与立交之间关系的处理。 而且，由于立交是高速公路网中的枢纽和结点，立交形式的选择影响着网络结点功能的发挥，影响 立交对于出行路径的选择和车辆在网络中的运行，并进一步影响高速公路网网络效益的发挥。 3 、在保障通行能力的条件f ，简化形式，节约投资。 高速公路快速、安全、经济的特点要求网络结点形式尽可能的简化，方便驾驶员识别和车辆运 行，并在保障通行年能力和合理的成本效益估算前提下，简化形式，节约投资。 4 、有效指导下阶段立交的规划和设计工作。 合理的高速公路网立交选型可以有效地指导路网规划以后各阶段的立交规划和设计工作。立交 的预可、工可和初步设计等工作都应该在高速公路网立交选型规划的指导下进行，这样才能保持立 交规划设计工作的连续性和一致性，保证立交单体的规划设计符合高速公路网规划和立交布局总体 规划的要求，保证局部和整体协调一致，有利于路网规划和立交布局总体规划的具体实施。 5 、提高立交的社会和环境效益。 台理划分立交的规模等级和选取立交的基本形式，可以有效利用国土和自然资源，美化立交周 围景观，增加立交建设的社会和环境效益。 i 2 国内外研究概况 1 2 1 国内外立交发展概况 道路立体交叉的发展是一个从构想到实现，从平面到空间，发端于城市，发展于高速公路的逐 步演变的过程。 2 东南大学硕士学位论文第一章绪论 l 、国外立体交叉的发展 第一个提出多层公路立交一一交通系统空间发展模式构想的人是现代主义建筑的鼻祖、著名的 城市规划思想家勒柯布谣埃( l e c o r b u s i e r ) 他在他的明日城市一书中阐述了新城市布局可以 接受以多层、高速的立体交叉为特征的新型、高效的交通系统”j 。伴随着欧美工业化趋于高度发展 的汽车时代的来临，高速公路在德国、意大利和美国相继问世。1 9 2 8 年，美国在新泽西州修建了第 一座公路立体交叉。随后，在芝加哥、洛山矾等地修建了多座立交。二战后，高速公路得以较大的 发展，5 0 年代中期起，美、英、法、德、日等国开始大规模修建高速公路，立交向多层化发展：目 前高速公路发达国家逐步把主要高速公路连接起来，形成国际高速公路网，而随着高速公路的发展， 各国陆续建起了大量立体交叉。并逐步形成不同的特色和风格。美国国土辽阔，立交形式众多；日 本国土狭窄。7 0 的形式是喇叭形或组合喇叭形立交；英国则以环形立交为主，特别是小环岛立交。 总之，国外立体交叉正向着多层定向式发展【ij 。 2 、国内立体交叉的发展 我国修建立交起步较晚，首先是从解决城市道路交叉口的交通问题开始的。我国第一座立体交 义武汉滨江路部分苜蓿叶立交建成于1 9 5 5 年；随后北京和广州也分别修建了立体交叉。进入上 世纪8 0 年代以后，随着我国改革开放的开展和经济的快速增长，全国各地纷纷修建高速公路，并随 之修建了大量立体交叉。如沈大高速公路全长3 7 5 k m 。共设有2 5 座立体交叉，另外北京、天津、 沈阳、南京和上海等城市。为了改善城市交通，修建了建有许多全立交或部分立交的环城高速公路。 如天津市中环路全长3 4 4 9 公里，共设置1 2 座立体交叉1 4 j 。 尽管我国立体交叉的规划和设计起步较晚，但是发展速度较快。从整体来看，立体交叉正在向 形式简洁、功能齐全、线形平顺、流畅美观和施工方便方向发展口j 。 1 2 2 立交布局和选型研究发展概况 1 、立交布局规划发展概况 近年来，随着我国社会经济的发展和对基础设施建设资金投入的加大，我国高速公路建设迅猛 发展，江苏省、广东省、河南省、福建省、上海市、苏卅市、青岛市、佛山市都已经制定了专门的 高速公路网规划，其它省份也都在积极制定高速公路网规划。立交布局规划作为高速公路网系统规 划的一部分内容，一般结合高速公路网规划进行。仅有个别省市，比如江苏省，曾经编制过专项汽 车专用路网立交布局规划。 2 、我国现有立交布局规划和立交选型的思路和方法 在我国以往的高速公路网规划中，较少从宏观的角度考虑立交布局规划，一般是在网络规划结 束之后，根据立交布置的一般原则，制定一些主要城市结点的高速公路的过境方式和立交布局规划： 在高速公路网规划中，一般没有对立交的等级和选型做专门规划，往往使规划后续工作，如预可和 工可等工作缺乏指导和依据。 在我国大多数高速公路网规划及相关研究中研究重点多放在路网的布局方面，对路网中立交 布局和选型考虑较少。 在立交布局理论研究中分析的内容多是探讨立交布局的一般原则，包括立交设置的道路条件、 交通条件和社会经济条件等，另外对立交间距和立交形式的一致性等内容做简要分析。罗霞从立交 间距、立交具体位置确定和立交地交叉角、交叉路条数等总结了高速公路立交地规划原则，乔翔和 蔺惠茹从路网和路线规划的角度总结立交规划的规划原则和规划步骤，吴国雄、王伯惠等也在著作 中列出了立交的规划原则，贺玉龙对城市立交的最小间距做了调查和研究，凌九忠、张飘等对立交 的交通布置条件做了分析和总结；立交选型的理论分析一般都是在位置选定以后，研究具体的立交 形式的设计，包括立交的基本形式、立体交叉的几何形状和结构的选择等内容。这样的规划和设计 深度一般难以在实际的路网规划阶段进行，而没有适合在路网规划阶段进行的立交选型的实用方法。 3 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 论文的章节结构和主要研究内容 第一章分析互通式立交布局和选型研究的作用，介绍互通式立体交叉的发展状况，国内外关于 立交布局和选型研究概况，说明进行高速公路网立交布局规划和选型研究的意义。 第m - - 章系统分析高速公路网互通式立交布局的影响因素，规划的内容、方法和步骤。这章首 先分析和总结立交规划的原则，然后进行立交需求分析研究，从数量需求的角度对立交进行分析， 接着研究立交间距以及立交与城市的关系，从立交在规划区域和路网中的位置分析立交的布局问题， 最后在上述分析的基础上系统总结高速公路网立交布局规划的步骤。 第三章分析和研究在高速公路网规划阶段进行的立交选型的工作内容和方法。这一章首先分析 和总结了立交选型的原则，然后对互通式立交的通行能力和设计车速等技术指标进行分析，并对立 交的一些基本形式的特征做了分析最后选取2 5 种典型立交形式进行聚类分析，将这些立交形式分 为不同的规模等级，并确定不同级别的适用范围。 第四章采用费用效益法对高速公路网的互通式立交数量进行评价、采用层次分析法对立交布局 进行综合评价，并对立交单体规划方案的评价方法做简要介绍。 第五章结合安徽省高速公路网规划，对高速公路网互通式立交布局规划和选型做了实例分析。 第六章总结论文的研究结果并说明了研究中存在的不足以及后续研究方向。 4 东南大学硕士学位论文第二章高速公路网互通式立交布局研究 第二章高速公路网互通式立交布局研究 2 1 研究的内容和思路 本章从整体的公路运输网络和全区域的综合交通体系中，研究探讨立交布局，包括立交的数量、 位置、规模和功能，把着眼点放到较高的规划层次，从全局出发，规划设计出合理的立交布局规划 方案，并作为高速公路网规划的重要组成部分与其它内容共同构成高速公路网系统规划，同时指导 下一阶段的立体交叉的规划和设计工作。 在高速公路网规划阶段，互通式立体交叉布局规划的研究内容不是详细确定互通式立交的具体 设置点位，而是从宏观上把握立交的总体布局、数量、规模、间距和位置。 本章首先系统分析和总结立交布局规划的原则，然后进行立交的需求研究，从数量需求的角度 对立交布局进行分析，接着研究立交间距以及立交与城市的关系，从立交在规划区域和路网中的位 置分析立交的布局问题摄后在上述分析的基础上系统总结高速公路网立交布局规划的步骤。 2 2 高速公路网互通式立交布局的原则 互通式立交的布局规划应该考虑到社会、经济、交通、环境和技术等条件，一般应遵循以下原 则： 1 、立交布局规划应该与社会经济发展格局和生产力布局相适应。 高速公路网建设是为了保证和促进社会经济的发展，立交布局规划应该和路网布局规划一样符 合社会经济的发展规划和生产力布局的要求，以充分体现高速公路为经济发展服务的目的。同时， 由于立交是高速公路网络和城市的出入口，立交附近的用地必然可以保持较好的交通便捷程度，降 低运输成本，即立交布局规划还可在一定程度上影响生产力布局。所以，合理的立交布局规划不仅 应适应和促进生产力的发展布局，而且还可以反过来引导生产力的发展。因此，立交布局研究要充 分考虑到这种相互作用、相辅相成的关系，以制定合理的、适应性强的立交布局规划。 2 、立交布局规划应该和道路网的主要服务对象或主要交通流生成源相适应。 立交布局规划应该为它的主要服务对象或交通流生成源。如城市、开发区等相适应，提供适当 的立交数量和规模，充分考虑该地区的经济、城市规划、地方路网以及同其它运输设施的关系等， 确定合理的立交数量、规模、衔接方式，并保持适当的间距，以保证高速公路网各项技术要求并且 避免降低网络效益。 城市出入口的立交布局应该与城市出入交通量相适应。城市结点的交通发生量和吸引量是确定 高速公路规模的重要指标，同时也应该是规划结点立交规棱的重要依据。所以在进行立交布局规划 时，应该采用定性分析和定量分析相结合的方法，充分利用交通调查数据和相关的数学方法，准确 预测规划目标年的交通发生量和吸引量，并在对地方路网和各级公路网作合理的流量分配后，结合 城市路网和周围的各级公路网进行详细研究，合理安排互通式立交布局使立交的数量一方面能够 容纳交通流转换，另一方面也使这些流量在地方路网上进行合理分流或分担，不致造成车流的过分 集中而对地方路网造成压力，以保持城市出入口畅通。 另外，高速公路互通式立交位置的选择与出入口方便与否有着很大的关系，互通式立交既要在 横向上处理好与地方路网的关系，尤其是与城市的关系，又要在纵向上保持互通立交之间的间距以 及互通式立交与其它服务设施之间的关系。而且，互通式立交与城市之间的关系在高速公路路线走 向研究时就应该给予足够的重视。 3 、高速公路网互通式立交的设置应满足相应的道路交通条件。 立交设置应满足相应的道路交通条件，应综合考虑相交道路的等级、性质、任务、交通状况等 5 东南大学硕士学位论文 第二章高速公路网互通式立交布局研究 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ 一 来决定设置立交与否，这些因素是设置互通式立交的基本条件。 4 、立交布局规划应该与公路网相适应【4 】。 高速公路网是公路网的一部分。高速公路网立体交叉的设置应符合公路网的要求，保证高速公 路的交通流畅通。立交布局不仅要考虑每个立体交叉的位置、形式和规模，更要综合考虑整个公路 网上立体交叉系统的协调性与一致性，使高速公蹄网和其它等级道路有效衔接，以便有效平衡路网 流量，提高接个公路网的运输效率。 5 、立交布局应保证路线立交规划的各项要求。 路线上的互通式立交布局应保持立交形式的一致性和路线的连续性，应满足车道数的平衡原理、 立交间距以及视距的要求，以保证车流在整条路线上安全、快速、通畅地行驶。另外，在一条高速 公路上的所有立交应该在几何设计、总体外形、交通标志和信号等方面适当地保持一致，以保证最 佳使用效果。 路线上的立交形式的一致性要求、路线的连续性要求和车道数的平衡原理在第三章中结合立交 选型论述。 6 、立交布局应保持合理的间距。 立交间距研究是高速公路网立交布局规划的主要内容，立交布局规划应该充分考虑影响立交间 距的各种因素，使高速公路网中的立交间距满足交通、道路以及用地和环境的要求。 7 、交布局规划应该充分考虑立交的功能。 从整个运输系统角度考虑，我们可以把互通式立交分为两类功能性立交：一类是系统性互通式 立交：一类是服务性互通式立交。系统性互通立交具有运输通道转换的功能。具有枢纽性质，所以 又称之为“枢纽型互通立交”，它流量大速度高，一般指高速公路与高速公路之间的立交。服务性 互通式立交具有区域服务功能，一般是指高速公路与地方道路之间的互通式立交，一般也称之为“出 入口互通式立交”。 一般情况下系统性立交不宜与服务性互通式立交合并处理，否则由于匝道上车辆干扰过多、交 通标志过近或者形式过于繁杂，而影响互通式立交功能的发挥。而且，这种情况还容易造成互通式 立交规模过大，线形上难于处理，有条件的应该尽量分开处理，即使合并处理也应在技术上仔细研 究论证。这种情况处理的合理与否对以后的预可行性研究和工程可行性研究十分重要。 8 、交布局规划应该与地区的规模和人口密度相适应。 如规划原则3 所述，立交布局规划应该与交通源的发生量和吸引量相适应，而城市的规模和人 口密度是决定地区交通出行次数的重要因素，同时也是交通吸引程度的决定因素之一。因此，立交 布局规划应该充分考虑地区的规模和人口等指标。 9 、立交布局规划应与符合经济效益的要求。 获得最大的社会经济效益是高速公路的规划和建设目标，互通立交的设置应符合经济效益的要 求，力求经济效益最大化。我国高速公路一般均为收费公路，其总收益随立交数目的增加而增加， 但每个互通立交的平均收益，当其数量增加到一定程度后，反而有减少的趋势，当高速公路总收益 与总费用达到最大时，相应的立交数目从经济上看是最佳数目。 1 0 、 立交布局规划应该与高速公路分期建设规划相适应口】。 高速公路建设投资大，建设周期长，往往需要按照建设排序分期实施，立交布局规划应该考虑 分期实施问题。由于费用、建设期上的不一致等因素，立交的位置应该考虑分期设置问题。一般而 言，对下列因素应该考虑互通式立交分期设置的可能性： 远期有重要的工业园等开发区规划的地点。 远期有港口、机场、新火车站点、旅游开发规划的地点。 远期的道路规划，包括地方规划的重要道路以及国、省级重要干道要求设置互通的地点。 由于立交间距太大，而又没有较大交通发生源的功能性互通地段。 需分期建设互通式立交的地点，应该在互通式立交的间距、可能设置地点的地形、地物、主线 的平面线形、纵断面线形等方面留有充分的余地。另外，工程上的分期修建要对用地、分期建设的 技术处理等因素予以充分考虑。 6 东南大学碗士学位论文 第二章高速公路网互通式立交布局研究 1 l 、立交布局规划应与土地利用、自然环境和生态环境相适应。 立体交叉一般占地较大，对周围的自然环境有一定影响，立交布局规划应该结合土地利用规划 和城镇发展布局规划，既要从宏观的公路网系统上来考虑立交的布局，又要结合实际地理环境，合 理选择立交位置、确定适当的立交规模，节约土地，减少对自然环境的影响，促进可持续发展。 2 3 高速公路网互通式立交的需求分析 2 3 1 立交需求分析的意义和研究思路 1 、研究的意义 由于高速公路的建设投资大、占地面积多，所以在高速公路网规划中，应首先确定高速公路网 的合理规模，以在规划中把握路网规划规模的合理摆动范围。充分发挥其社会经济效益。但是，在 高速公路网的规模研究中一般只侧重研究高速公路网的目标里程，往往忽略对立体交叉需求的分析。 互通式立体交叉作为高速公路网的结点，是高速公路网网络构成的基本组成部分，起着吞吐交通流、 转换车流方向和连接高速公路和地方道路的作用。它的规模大小和数量不仅对高速公路网的总体规 模和造价起着举足轻重的作用，而且对于满足城市和区域对高速公路的交通需求。保证和促进地方 经济的发展有着十分重要的影响。 高速公路网立体交叉的建设规模超过实际需求，将导致大量建设资金的过早占用，并造成土地 等资源浪费和大量拆迁损失，这有悖于我国正处于发展中国家水平、建设资金短缺的国情；而建设 规模过低，则会影响高速公路网功能的发挥，难以满足社会经济发展的要求，并容易造成交通拥堵、 运输效率低下、交通事故频繁等一系列后果，影响和制约社会经济的持续健康发展。 通过分析城市对高速公路网立交交叉的需求，把握互通式立交布设数量的合理范围，在进行立 交布局规划时应根据立交需求分析的结果，按照供需平衡原则，合理确定立交的数量、位置和规模， 有效控制立体交叉的总体布局，尽可能做到既不因互通立交过多而造成难以控制车辆出入，影响高 速公路通行能力，建设成本增加等不良后果，又不因立交数量过少而降低高速公路的使用效益，影 响高速公路网对区域和城市的服务。所以，城市立交需求分析对于合理控制高速公路网建设规模、 保证交通需求、节约投资以及指导立交布局规划等方面都具有积极作用。 2 、研究对象的选取 从运输系统的角度可以将高速公路网上的互通式立体交叉分为服务性立交和系统性立交两种。 系统性立交具有运输通道的转换功能，是高速公路与高速公路之间的相互交叉，具有枢纽性质，在 工程实际中一般称为枢纽型立交；服务性立交具有区域服务功能，一般是高速公路与地方道路的相 互交叉，具有出入口性质，又可称之为出入口立交。 由于系统性立交设在两条高速公路路线的交叉点，它的位置和数量是在高速公路的网络布局中 生成的，在路网布局规划初步方案拟订后，系统性立交的数量和位置可以基本确定。而对于服务性 立交，不仅它的数量在高速公路网立交总数中占有较大比例，而且，在高速公路网立交布局规划中， 它的数量和布局也是研究的主要内容。服务性立交作为高速公路与地方道路和城市的联结点，与其 所在城市的规模、人口、经济、交通需求、交通区位以及地理地貌特征等指标有着密切的关系，可 以通过分析服务性立交和这些相关因素之间的关系来分析预测城市对服务性立交的需求。所以本节 的研究对象是高速公路网中的服务性互通式立交。 3 、研究的思路 不同等级和规模的城市对高速公路的要求不同，对高速公路网中的立体交叉的需求也各不相同。 由于互通式立交的形式灵活多样、功能特点各异，其适用范围以及通行能力和工程造价等技术经济 指标也各不相同，而且，在高速公路网规划的初始阶段，难以用立交的造价、占地或者单个立交的 经济技术指标来定量表示城市对立交的需求。而服务性立交作为高速公路同地方道路和城市联系的 7 东南大学硕士学位论文第二章高速公路网互通式立交布局研究 结点，它的数量与城市的规模、经济、人口、交通区位等因素密切相关。城市规模大、人口稠密、 经济发达、交通区位重要的城市对高速公路以及高速公路上的立体交叉需求高，而城市规模小、人 口密度低、经济总量小、交通区位较弱的城市对高速公路和立交的需求相对较低。表2 1 中列出了 江苏省部分城市的立交数量，表中各城市的立交个数基本与城市的规模和区位相应。 表2 1 江苏省部分城市过境高速公路互通式立交数量p 5 】 2 4 1 2 0 l 城市2 0 0 0 年立交个数2 0 0 1 年2 0 1 0 年规划立交个数互通式立交总数 南京 1 7 92 6 镇江 459 常州459 无锡7 l l 1 8 苏州 61 21 8 南通281 0 盐城31 01 3 徐州 761 3 连云港 551 0 注：表中立交个数为市域范围内各市县立交总数。 分析表明，立交的数量可以较好地代表城市对过境高速公路的服务性立交需求。所以，可通过 分析立交数量与城市的各项相关指标间存在的这种密切关系，确定城市对服务性立交的数量需求的 合理范围，以达到分析城市对高速公路立交需求的目的。本文提出采用类比法和主成分分析法，分 析立交数量和城市各项指标间的关系，以分析和估算城市对高速公路服务性互通式立交的需求。 2 3 2 服务性立交需求分析方法 2 3 2 1 服务性立交需求分析方法概述 在上一节中已经论述了服务性立交的数量和城市的规模、经济、人口、交通需求、交通区位以 及地理地貌特征等指标相关。 日本在高速公路几何设计要领中，根据地区人口密度决定地区交通出行次数的关系，规定 了按城市人口设置互通式立交数量的标准，见表2 2 吼 表2 2 日本关于互通式立交设置数目的标准 城市人口( 万人)城市出入口立交数( 对最近的过境高等级公路而言) 小于1 01 1 0 3 0l 2 3 0 5 02 3 火于5 03 日本的这一规定是根据日本的情况而定的。日本的城市化水平高，经济发达，而且产业布局、 城乡体系以及土地利用布局都相对稳定，人口密度和交通出行次数的关系也相对稳定，因此可以用 地区人口来建立城市对立交的需求关系。然而，由于我国很多城市的经济按跳跃式发展，城市体系 布局和土地利用布局的变化也较大，相应的，城市的人口、经济、土地利用等指标也会产生较大变 化。所以，对我国城市而言，不应用人口等单一的指标来分析立交需求，而应对与立交需求有关的 多种相关指标进行综合分析进而确定立交数量的合理范围。 本章提出类比法和主成分分析法相结合的方法分析城市对立交的需求。 l 、类比法 引入类比法的原因是因为我国高速公路网建设起步较晚，很多地区( 如安徽省) 的高速公路网 8 东南大学硕士学位论文第二苹高速公路网互通式立交布局研究 通车里程较短，立交数量有限，相当数量市、县的立交数量为零，所以，难以通过本地的历史数据 将城市的指标和立交的数量进行相关分析。本章提出使用类比法，选取适当的地区作为类比对象， 研究类比地区各城市的立交数量和城市的相- 芙指标问的关系，建立各项指标和立交数量的综合表达 式，然后将待规划地区各城市的相应指标值带入，类比求得立交的需求数量。 类比法的方法和步骤是：首先，参考专家意见，按照一定的选取标准选择可以同规划地区进行 类比的国内或国外的类比地区；然后，按照一定的类比年度的选取标准选择与规划地区的规划目标 年具有可比性的类比年度；接着，选取该年度的类比地区各城市的有关立交需求分析的指标进行主 成分分析，建立城市立交需求分析指标综合表达式；最后，将待规划地区的城市的相应指标带入类 比地区的城市立交需求分析指标综合表达式。寻找相应的立交需求数量，完成类比过程。 2 、主成分分析法分析城市立交需求步骤和方法 用主成分分析法分析城市立交需求的方法和步骤是： 首先，选取与立交需求相关的指标，如类比年度的各城市的人口、人均国内生产总值、交遁发 生量和吸引量、土地面积、公路网密度、公路里程、交通区位和地理地貌特征等并将其中的定性 指标量化： 其次，对这些指标进行主成分分析，以确定这些指标的权重并据此建立各项指标的主成分综 合表达式； 然后，将类比地区各城市的指标值带入式中，求得各城市的综合表达式值； 接着，由于这个综合表达式值综合了与城市的立交需求有关的各项相关指标，可以认为它与城 市的立交需求数量有着对应的关系，因此，可以根据不同的立交数量对应的不同的综合表达式值， 划分立交需求分析综合表达式的数值区域，并与不同的立交数量对应： 最后。将规划地区各城市的指标值带入类比地区的立交需求分析综合表达式，求值，并将结果 与上一步划分的综合表达式的值域对比分析，从而找出相应的立交需求数量。 2 3 2 2 主成分分析法原理 2 3 2 2 1 主成分分析法的基本原理”0 1 在多指标( 变量) 研究中，往往由于变量个数太多、变量之间关系复杂而增加了分析难度。此 时人们自然希望用较少的变量代替原来较多的变量，而且这些较少的变量尽可能地反映原来变量地 信息。主成分分析就是基于这种降维思想的、把多个指标转化为少数几个综合指标的统计分析方法。 殴有个样品，每个样品有p 个指标x ，、轴翰，经过主成分分析，将它们综合成尸个综 合变量，即： 并且满足 y l = q l x l + c 1 2 x 2 + + c 1 ，x p y 2 = c 2 1 x i + c 2 2 x 2 + + c 2 p z p y ，= c p l x + c p 2 x 2 + + c p p x p ( 2 1 )