（交通运输规划与管理专业论文）城市快速路节点交通衔接关键问题研究.pdf

摘要 城市快速路对于保证城区交通畅通、缓解城市交通压力、有效分离中长距离交通与 短距离交通、合理的衔接与过渡城市内部道路与外部公路具有十分重要的意义。为了保 证城市快速路发挥其交通效应，缓解快速路交通压力，实现其节点交通有序运行，应深 入系统的研究快速路节点与城市相关道路的交通衔接问题，实现快速路与城市整体路网 的协调配合，促进城市交通有序发展。 本论文在研究快速路相关功能特性的基础上，从规划角度对城市快速路节点宏观交 通衔接、快速路节点微观交通规划设计和快速路节点交通衔接评价三个关键问题进行研 究。在宏观交通衔接方面，着重从线路衔接层面和路网衔接层面对快速路节点与城市相 关路网的结构衔接进行了研究，提出了基于出行选择的快速路与相关道路交通分配模 型；在节点微观交通规划设计方面，结合实际分析了常见快速路立交的功能特性及布设 条件，分析了快速路出入口的最小间距，提出了快速路主线交织段长度的计算方法；在 快速路节点交通衔接评价方面，根据影响快速路节点效率的因素，建立了衔接合理性评 价指标体系并应用模糊综合评价方法实现了评价。结合长沙市快速路二环线东南段 的交通分析，提出了二环线交通改造的方案，表明本论文的研究成果取得较好的应用效 果。 目前的研究中，对城市快速路节点交通衔接的研究尚不完善，本论文通过对已有理 论和方法进行有效的整合和利用，较好的解决了快速路节点交通衔接的关键问题，为城 市快速路的规划、建设与改造提供了科学的参考依据。 关键词：城市交通；城市快速路；立交；节点衔接；交通分配；模糊综合评价 a b s t r a c t t h ee f f e c to fu r b a ne x p r e s s w a yi sv e r yi m p o r t a n t ，b e c a u s ei tc a ne n s u r eu r b a ns m o o t h t r a f f i c ，r e d u c et h eg r o w i n gp r e s s u r eo nu r b a nt r a f f i c ，k e e pa ne f f e c t i v es e p a r a t i o nb e t w e e nt h e l o n g - d i s t a n c et r a f f i ca n dt h es h o r t - d i s t a n c et r a f f i c ，c o n v e r g e n ta n dt r a n s i tu r b a ni n t e r n a lr o a d s a n de x t e r n a lr o a d sr e a s o n a b l y t oe n s u r et h ee f f e c t i v e n e s so fu r b a ne x p r e s s w a ys y s t e m ， r e d u c et h et r a f f i cp r e s s u r eo fe x p r e s s w a ya n da c h i e v eo r d e r l yo p e r a t i o no fn o d e s t r a f f i c ，i ti s n e c e s s a r yt od os c i e n t i f i ca n dr a t i o n a lr e s e a r c ho nt h et r a f f i cc o n v e r g e n c eo fe x p r e s s w a y n o d e sa n dr e l a t e du r b a nr o a d s ，a c h i e v ea no r g a n i ci n t e g r a t i o no f u r b a ne x p r e s s w a ya n do v e r a l l u r b a nr o a d sn e t w o r k ，a n da c c e l e r a t et h eo r d e rd e v e l o p m e n to ft h eu r b a nr o a dt r a f f i c b a s e do nt h ef u n c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c so fe x p r e s s w a y , t h i st h e s i sw i l lr e s e a r c ht h r e ek e y i s s u e sa b o u tu r b a n e x p r e s s w a y n o d e sf r o mt h ev i e wo f p l a n n i n g ：t r a f f i c m a c o r - c o n v e r g e n c e ，t r a f f i cm i c r o p l a n n n ga n d e v a l u a t i o no ft r a f f i c c o n v e r g e n c e a st o m a c o r - c o v e r g e n c e ，f o c u s e do nt h ec o n v e r g e n c eo fb o t hl i n el e v e la n dn e t w o r kl e v e l ，t h et h e s i s s t u d i e st h ee x p r e s s w a yn o d e sa n du r b a nr o a d sn e t w o r k ss t r u c t u r a lc o v e r g e n c e ，t h e np r e s e n t s t h et r a f f i cd i s t r i b u t i o nm o d e lf o re x p r e s s w a ya n dr e l a t e dr o a d sb a s e dt r a v e lc h o i c e ；a b o u t n o d e st r f f i cm i c o r - p l a n n n g ，i nl i g h to ft h ea c t u a l ，i ta n a l y s e st h ef u n c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d s e t u pc o n d i t i o n so ft h ec o m m o ne x p r e s s w a yi n t e r c h a n g e ；r e s e a r c h e st h em i n i m u md i s t a n c eo f e x p r e s s w a y se n t r a n c ea n de x i t ；p u t sf o r w a r dt h ec a l c u l a t i o nf o rt h el e n g t h o ft h em a i n i n t e r w i n e dr o a d s ；i nr e g a r do ft r a f f i cc o n v e r g a n c ee v a l u a t i o ne x p r e s s w a yn o d e s ，a c c o r d i n gt o i n f l u e n c i n g f a c t o r sa b o u t e x p r e s s w a yn o d e s e f f i c i e n c y , t h e t h e s i s p u t s f o r w a r dt h e c o n v e r g a n c ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ，a n da p p l i e sf u z z ys y n t h e t i ce v a l u a t i o nm e t h o dt oa s s e s s t h er e a s o n a b l ed e g r e eo fc o n v e r g a n c e c o m b i n i n gw i t ht r a f f i ca n a l y s i so ft h es o u t h e a s to ft h e s e c o n dl o o p l i n eo fc h a n g s h a ，t h et h e s i sa d v a n c e st h et r a f f i cr e b u i l d i n gp r o g r a m s ，w h i c hi st h e g o o da p p l i c a t i o no ft h i sr e s e a c h i nt h ec u r r e n tr e s e a r c h ，t h e r ei ss t i l lr o o mf o rp r o m o t i o ni nt h et h e o r e t i c a lr e s e a r c ho n u r b a ne x p r e s s w a yn o d e sc o n n e c t i o n t h i st h e s i sp r e s e n t si m p r o v e ds o l u t i o nt ot h ek e yi s s u e s i nt h ee x p r e s s w a yt r a f f i ct h r o u g ht h ee f f e c t i v ei n t e g r a t i o na n dp r o c e s so nt h eg i v e nt h e o r ya n d m e t h o d o l o g y ，a n dp r o v i d e s as c i e n t i f i cr e f e r e n c ef o ru r b a ne x p r e s s w a y s p l a n n i n g ， c o n s t r u c t i o na n dr e f o r m k e y w o r d s ：u r b a nt r a f f i c ：u r b a ne x p r e s s w a y ；i n t e r c h a n g e ；n o d e sc o n n e c t i o n ；t r a f f i c a s s i g n m e n t ；f u z z ys y n t h e t i ce v a l u a t i o n i l 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特另t l d n 以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 嗡书 f 日期：川年j - 月3 f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囱。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名： i 铴缈 导师签名：吻m 日期：少移年工，月歹7 日 e l , 苴7 1 ：) 彤年r 月砂日 1 1 研究背景 第一章绪论弟一早 三百下匕 随着经济的迅猛增长和国家政策的有力引导，目前，我国城市化已经进入飞 速发展的时期。在未来3 0 年内，每年要有逾千万的人口移居到城市，将使城市 化率从现在的4 0 达到7 5 左右。随着城市化水平的不断提高，大量的新增人 口给城市交通带来的了巨大的压力，主要表现在以下四个方面：一是城市人口剧 增导致城市出行需求总量的快速上升；二是由于城市规模越来越大，引起出行距 离结构变化，中长距离出行比例的不断增大；三是居民出行方式结构中机动化水 平逐渐提高，机动车保有量和机动车出行总量开始呈几何级的增长【1 1 ；四是城市 交通实施的建设速度远远跟不上交通需求的增长速度。在我国许多大城市，由于 城市规模、人口基数都很大，上述问题对城市交通产生的负面影响就日益显现出 来，最突出的现象就是城市交通问题己经开始由局部瓶颈节点的堵塞开始发展成 为以中心城区为典型、大范围、整体式的路网拥堵，交通拥堵时间由高峰时段逐 渐波及到平峰时段且日趋严重。 为减轻越来越大的城市交通压力、缓解越来越严重的城市交通拥堵，在保护 大城市中心城区交通畅通的同时，使中长距离交通能与短距离交通、快速交通与 慢速交通进行有效的分离，又让城市内部路网与外围的过境高速公路、高等级公 路之间能有一个合理的衔接与过渡，国内很多大城市丌始进行城市快速路网的规 划设计与建设。国内城市最早的典型快速路是北京的二环路，其源头可以追溯从 19 7 4 年修建的复兴门立交工程到19 9 2 年形成了完整的二环快速路1 3 】。至目前， 国内已有北京、上海、广州、南京、天津、郑州、武汉、长沙等数十个城市的快 速路建成投入使用。根据调查，现状长沙市东南二环线东段高峰小时流量近 9 0 0 0 p c u ，昼夜交通量10 万多p c u ，极大的解决了各组团之间快速出行的交通需 求，提升了城市整体交通通行效率。 建设城市快速路系统目的在于通过改善城市中长距离出行需求的通行条件， 形成城市各区域之间的联系纽带和城市中长距离的交通主轴，大幅提高城市交通 效率。快速路具有容量大、速度快、无信号控制、车流连续不问断等优点，因此 具有极大的交通吸引力，能以较短的罩程和道路面积承担着较大的交通负荷m j 。 但就在快速路网发挥它巨大交通效益的同时，随着交通量的不断加大，快速交通 的一系列问题也随之产生了： ( 1 ) 由于在城市总体交通规划中，对于城市整体路网没有合理的规划，各 类道路交通功能与定位不明确，建设投入使用后，使得快速路与城市主、次干道 等相关道路上交通量分配不均衡，快速路与城市其它道路无法发挥其既有功能与 路网综合效果。 ( 2 ) 由于早期规划建设的不合理以及城市规模的飞速发展，造成快速环路 型心与中心城区型心不合，快速路路段交通流量不均。 ( 3 ) 由于快速路上行驶速度高，通行能力大且无信号控制，吸引了大量短 途交通流和慢速交通流的汇入，造成长短交通、快慢交通混行情况严重，大大增 加了快速路的交通负荷，造成快速路既有功能无法充分发挥。 ( 4 ) 由于设计的原因，节点通行能力不足，使快速路上节点处( 包括立交、 匝道进出口等处) 交通运行受阻，导致快速路与城市相关道路间车流转换困难， 形成整个快速路交通系统乃至城市整体路网的交通瓶颈。 随着交通量的增大，上述交通问题不断加剧，最终使得快速路通行效率得不 到充分发挥，即快速路达不到快速路应有的运行标准，甚至造成整个城市道路网 效率低下。社会发展、城市扩展、人口增长等各方面因素导致快速路的交通问题 激化，但最根本的原因之一是规划过程中对快速路节点的规划设计及其交通衔接 问题考虑不足或处理不当，主要涉及到快速路立交以及匝道规划设计不合理、常 规路网与快速路网的通行能力不匹配、结构衔接不合理等问题。因此，对快速路 节点的交通衔接问题进行深入系统的研究，具有非常重要的现实意义。 1 2 国内外研究现状 ( 1 ) 国外研究现状 快速路是伴随2 0 世纪城市化运动的产物，也是现代化交通和汽车工业迅猛 发展的结果。欧洲作为近代工业革命和城市化兴起的源地，最早出现城市快速路 的雏形，欧洲的政府和专家学者也最早对城市快速路展开了研究。 早期国外对快速路的研究主要借鉴于对高速公路的有关研究，如快速路交织 区的通行能力借鉴美国道路通行能力手册中分析的高速公路交织区的通行能 力，把高速公路和匝道的几何条件及交通量作为通行能力分析的输入，而把服务 水平作为输出或分析结果。因此在实际出入口几何设计中，就是不断地反复试算， 直到满足设计服务水平为止。该手册在分析高速公路匝道及匝道连接点时，与研 究交织区类型进行对比，把高速公路匝道几何条件及交通量作为通行能力分析的 输入条件，把服务水平和通行能力作为输出或分析结果【4 1 。 2 0 世纪5 0 年代后，国外对快速路与城市其它道路的智能控制已研究得较多， 但对快速路节点的交通衔接研究得比较少。五十年代，美国开始进行城市快速路 的交通建模与控制研究，主要的控制方式有主线交通控制、入口匝道控制、出口 2 匝道控制。其中入口匝道交通流的系统控制，己经在国外成功应用了近四十年， 证明其是解决城市快速道路交通拥挤和其它相关交通问题的有效方法。 在六十年代，j a w a t t e w o r t h 和佐佐木纲等学者首先提出了系统控制城市快 速路的思想，并且以快速路主线上各区间的交通量不超过其通行能力为约束，流 入快速道路的交通量最大为目标函数构筑了最早的优化控制理论。随后，其它的 控制手法不断地被提出，主要有非线性开环最优控制、线性二次型反馈控制、分 层递阶控制、递阶智能控制、模糊控制与神经元网络控制等是这类控制方法中的 典型代表，它由p a p a g e o r g i o u 等人在慕尼黑急速大学研制，并且在巴黎、阿姆斯 特月等城市成功应用，但该方法中没有考虑模型中参数的时变性和大系统自适应 控制问题并且以上所提到的这些控制方法主要是以预防主线交通的自然性阻塞 为目的，很少系统的考虑城市快速道路与一般城市道路的关联性，以及交通事件 情况下的交通控制问题 2 1 。一些研究理论在明快性，可靠性和实用性方面也存在 这诸多的问题。 ( 2 ) 国内研究现状 我国城市快速路首次出现在1 9 8 5 年制定的“城市道路交通设计规范”讨论 稿中，19 9 5 年5 月1 日丌始实施的城市道路交通规划设计规范才正式将快 速路纳入我国城市道路体系。我国大城市快速路系统是以环形放射式为典型而发 展起来的。我国有关城市快速路系统的研究主要包括快速路设计研究、快速路系 统规模的研究、快速路系统节点分析与立交选型研究、快速路系统规划理论与方 法的研究、快速路系统对城市或区域社会经济的影响分析等。快速路的规划建设 研究属于比较新的领域，虽然国内专家学者对快速路与城市其它道路的智能管理 控制有一定的探讨，但由于国情所限，未能深入研究及实施，在现阶段对城市快 速路节点交通衔接还停留在规划阶段，即对快速路节点即立交匝道设计理论研究 阶段，因此对城市快速路节点与城市其它道路的衔接研究有其一定的现实和实践 意义。 随着快速路的规划建设与应用，关于快速路系统舰划的理论研究也逐步引起 了重视，我国的研究学者也提出了多方面的研究见解。其中惠伦、刘桂生、朱胜 跃从立交、匝道出入口以及路网之间的关系出发，采用系统的思想，结合北京市 快速路的建设，对快速路系统的特点、功能进行了分析，提出了在快速路规划设 计阶段，立交以及匝道设计时应当掌握的原则和应注意的问题。贺玉龙、刘小明、 任福田在对影n 向城市快速路互通立交问距的因素进行分析的基础上，根据道路使 用者的心理特征，考虑驾驶员的最不利状况，并与交通条件相结合，根据北京快 速路一三环路的观测数据，提出了城市快速路的互通式立交的最小间距的计算方 法。陈晓鸿、周商吾从地面系统的行驶条件和匝道对地面道路通行的影响着手， 讨论分析了平行式匝道设置处对地面道路的基本要求及定位计算方法。周商吾、 3 陈晓鸿以上海市内环线高架匝道的设置及其与地面道路衔接问题作为实例，提出 了快速路与常规道路合理衔接的几点措施；邓亚娟提出了快速路立交及其出入口 绝对最小问距，一般最小问距和最佳最小间距的概念及其确定方法【2 。朱胜跃 对城市快速路出入口设置进行了研究 2 引。贺玉龙等根据道路使用者的心理特性， 考虑驾驶员的最不利驾驶状况，并与交通条件相结合，根据实测数据，提出了城 市快速路互通立交的最小间距的计算方法【2 9 1 。张海军等从交通组织管理角度出 发，对城市快速路的内部及其周边路网之间的衔接组织问题进行分析，提出了系 统化的优化方法1 30 1 。龙科军等建立了不同匝道组合模式下的匝道最小问距模型 【3 。金治富对确保城市快速路出入口交通安全与畅通的渠化设计展开了研究【3 2 1 。 1 3 论文的研究意义 城市快速路节点交通衔接问题直接关系到城市快速路及城市路网整体功能 水平的发挥，改善城市快速路节点交通运行状况，对于提高整个城市道路交通的 整体通行能力有着举足轻重的作用，因此研究快速路节点交通衔接问题具有一定 的理论与实践意义。通过本论文的研究，在对城市快速路与城市其它道路衔接的 节点规划设计、功能衔接、交通分配、效果评价等问题深入分析的基础上，重点 研究城市快速路节点交通衔接模型及交通分配模型，并建立城市快速路节点交通 衔接评价体系，具体意义如下： ( 1 ) 保证快速路节点交通衔接运行的顺畅性，实现了快速路与相交道路之 间等级的合理过渡； ( 2 ) 使快速路与相交道路功能匹配协调，实现快速路影响带内各类道路资 源有效整合，从而提高区域道路交通系统的整体效能； ( 3 ) 连接过境高速公路、有效实现城市内外交通的合理衔接； ( 4 ) 控制好瓶颈路段，为实现快速路交通控制做好前期准备； ( 5 ) 完善快速路网及其节点规划设计方法，并为相关部门进行快速路的规 划建设与改造提供一定的理论依据。 1 4 研究内容及研究思路 1 、研究内容 快速路节点交通衔接足系统复杂的问题，涉及的范围和内容很广，包括规划、 设计、建设和管理等一系列的内容。本文仅从规划设计角度对快速路节点交通衔 接问题进行研究，以快速路节点设计、线路衔接、线网衔接和衔接效果评价为核 心，对城市常舰道路节点交通衔接问题进行了深入的研究。 本文的主要研究内容如下： 4 ( 1 ) 快速路在城市道路交通网下的定义界定与其功能定位分析； ( 2 ) 快速路节点与城市相关道路的衔接结构分析与交通分配研究，对快速 路节点与相关路网结构衔接关系进行研究，提出城市快速路节点与相关道路的交 通分配模型； ( 3 ) 快速路节点规划与设计。研究快速路互通立交类型及各种类型优缺点 及改造建议，分析快速路匝道之间的合理设置距离，提出主路地面交织段设计长 度的计算方法，优化快速路出入口与辅路交通之f a j 的衔接。 ( 4 ) 建立快速路节点交通衔接的效果评价体系，并对指标体系进行量化。 并建立模糊综合评价理论模型。 论文选用长沙市二环线东南段进行快速路节点交通衔接实证分析。 2 、研究思路 本论文根据提出问题分析问题解决问题一效果评价这一思路。通过先进的技 术手段和实际课题研究，进行资料的收集与分析处理，根据交通规划的理论，结 合符合本论文特点的有关理论技术，以交通系统学理论、运输工程理论、数学理 论等主要研究方法对快速路节点交通衔接问题进行系统分析，对快速路与城市其 它道路衔接时的功能、结构、特性加以深入分析，解决快速路节点交通衔接所需 处理的关键问题。 研究思路如图1 1 ： 5 图1 1论文研究思路 6 第二章快速路功能特征及问题分析 2 1 城市快速路概念与特点 随着社会经济和城市规模的增长，城市机动车保有量持续增加，使得城市内 部中长距离交通出行需求大幅增加，城市内部中长距离快速出行需求问题亟待解 决；同时，随着城市的不断扩大，卫星城、城市群等现代城市形式逐渐出现，也 要求满足各组团之间的中长距离快速交通出行需求。因此，城市快速路的建设就 显得尤为必要。 2 1 1 快速路及其节点概念 我国建设部、国家技术监督局联合批准颁布的城市道路交通规划设计规范 ( g b 5 0 2 2 0 - - 9 5 ) 按道路在路网中的地位、功能以及对沿路建筑物的关系与服务 功能，将城市道路划分为快速路、主干路、次干路及支路四个等级。 城市道路交通舰划设计规范中的快速路定义为：快速路是城市道路中设 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 车辆以较高的速度行驶的道路。处于城市道路交通网络体系中的城市快速路，应 该保证车辆以较快速度( 一般6 0 k m h 以上) 连续行驶，满足城市内部中长距离 交通需求并合理衔接城市内外交通。 城市快速路节点是指城市快速路的主线与辅道、与其它城市相关道路实现交 通流转换的物理点位，快速路节点连接快速路与城市相关路网，实现交通流在不 同等级道路上的过渡，快速路节点的规划设计与其交通衔接设置的合理与否，直 接影响快速路进而影响整个城市路网的运行效率。 2 1 2 快速路特点 由于城市区域性长距离交通与地区性慢速交通混行、快速路交通与慢速交通 混行，使现代交通工具失去了快速便捷的效率优势，而城市快速道路系统是由不 受干扰的道路以及保证车流连续的立交设施、人行过街天桥和地下通道等设施组 成，其目的在于发挥出机动车在长距离交通时的速度优势，大幅提高城市交通的 效率。城市快速道路系统的作用在于引导区域性长距离交通与地区性短交通的分 离，采取与常规交通分离的办法大容量、快速的疏散城市交通密集地区的交通流， 使城市各组团之问建立起快速直达的交通联系。城市快速路不同于普通的城市 主、次干道，有其自身的特点1 4 ： 7 ( 1 )汽车专用 考虑到快速路的性质与功能，应禁止摩托车、电单车、拖拉机及其他一些速 度过低的车辆上快速路行驶，以避免车流行驶混乱，降低道路的服务水平或造成 交通阻塞。与此同时，各城市可根据交通组成结构特点，提出不同车道的车利，使 用限制或分时段的控制措施( 如白天或高峰时段禁止货车通行) 。 ( 2 )强大的通行能力 快速路具有非常强大的通行能力。城市快速路的规划红线一般都在6 0 米以 上。主线一般安排为双向六至八车道，辅路也可安排双向车道以上。另外，系 统在与其它道路相交处采用连续流的运行方式，使系统可以承受大容量的交通负 荷。 ( 3 )交通运行连续快速 城市快速路系统与主要相交道路均采用立体交叉，主路无信号灯控制的平面 交叉口。因此设计车速可以达到6 0 lo o k m h 的标准，保证车辆连续快速的通行。 ( 4 ) 出入口i 自j 距j 、 城市路网密度大，并要满足与相交道路之间的无缝衔接，短程交通比例较高， 因此，城市快速路与各级相交道路之间的交通转换频繁，使得进出口间距明显偏 小。同时由于相邻的交织区间距较近，也使得快速路的节点处( 车流进出口处) 交通组织复杂，成为制约快速路系统通行能力和服务水平的主因。 ( 5 ) 配套合适的辅路系统 快速路的主要服务对象是中长距离的快速汽车交通。按照有控制的快速吸 引，快速进入，快速运行的系统要求，同时为解决快速路沿线区域内部短距离交 通、禁止上快速路的机动车交通、公共交通、非机动车交通及行人交通的运行需 求，在快速路的两侧或下部配套设置辅路系统，并保证辅路系统的畅通，以保证 并完善快速路系统的使用功能。 ( 6 ) 环境要求高 出于城市快速路经过的区域基本为城市建成区或规划开发组团，因此，对道 路与周围环境的协调与配合、道路沿线的城市规划设计以及坏境保护的要求均比 较高。 2 1 3 快速路与相关道路功能界定 ( 1 ) 城市快速路与高速公路 城市快速路虽然是实现城市内部交通较快运行的重要通道，但与地区问的高 速公路相比，在道路功能、结构、交通特性方面有着本质的差别，如下表2 1 所 示。 表2 1快速路与高速公路功能差别表 指标城市快速路高速公路 主要承担地区间、城市问的长距离交 道路功能承担城市内部各组团问及衔接过境交通 通 ：1 ，点多，l 出入口匝道多，面上范围大，：1 ，线上的范同入，：1 ，点较少，出入口及 点间距相对较短 匝道间距人 人多为环路与放射线结合形式，有与之配 道路结构 大多呈线状，有与之平行的普通公路 套并行的辅路系统 规划红线较宽，一般均在6 0 以上，主线视道路等级而定，一般在双向四下道 舣向夕市道以上，辅道舣向四乍道以上以上并加紧急停车带 交通鼙大，接近或超过其通行能力。连续 交通需求相对较小，连续流，较少发 流，出入口交织严重，交通构成复杂，容 生白然拥挤。 易发生拥挤 乍种构成结构稳定，小客车一i 有率较高客货7 f 辆屯种构成变化显著 交通特性 车辆从出入口进入主线，：肖点处成为制约与有一定富余通行能力的普通公路 快速路通行能力的“瓶颈”，匝道定位要相接，有可能强制t - 辆从匝道驶出， 考虑快速路上混入的人鼙短途交通匝道定位主要为i j = = 途交通考虑 没计速度为6 0 一l o o k m h设计速度为1 0 0 1 2 0 k m h 通行能力较大通行能力大 由于快速路与高速公路有本质的差别，不能简单地把快速路视为高速公路城 市化，应根据快速路本身的道路交通特性，综合考虑快速路在城市道路交通网络 中所发挥的作用。 ( 2 ) 城市快速路与其相关道路 本论文涉及到的快速路相关道路是指除城市快速路以外的城市内部其它各 种道路，包括主干道、次干道、支路等。城市快速路相关道路主要是满足城市各 组团间及内部的中、短途交通需求。城市快速路相关道路除有机动车道外，还有 非机动车道和人行道。与城市快速路相比，城市快速路相关道路不具有封闭性， 行人和机动车可随意进入，且交叉口大多为有信号控制的平面交叉口。 2 1 4 国内外城市快速路典型 ( 1 ) 华盛顿高速环路 美国华盛顿郊区的高速环路是为了减少通过市中心的过境交通，在市区外修 建的高速坏路，被称为c a p i t a lb e l t w a y 。该高速环路全线位于市中心之外，南北 和东西直径约3 2 公罩。全长1 15 公罩，设有3 8 座立交，平均距离3 公旱， 大部分线路有单向四车道，规定行驶速度为8 8 公罩d , 时。高速坏路连接了包括 七条高速公路的二十多条放射形公路。它具有良好的行车条件，吸引了大量穿越 交通，减轻了市内的交通压力。 ( 2 )巴黎的环形道路 9 巴黎从l9 7 0 年到2 0 0 0 年共规划了三条环路：内环路、中环路和外环路。巴 黎的中环路又叫林荫环路，是一条典型的城市快速路，于19 7 3 年建成，花费十 三年的时间。该环路路全长35 5 公犟，在与各类道路相交之处，建有6 6 处立交， 另外还用立体交叉跨越了9 条铁路线和l7 条地下铁道，没有平面交叉路口，属 于全封闭式环路；限制车速6 0 8 0 公里d , 时。中环路建成后，极大的改善了巴 黎的市内及对外交通。林荫环路上的运输量已占整个巴黎市总运输量的百分之三 十，一些路段的车辆通行能力达到2 0 万辆每天，大大减轻了市内原有道路的交 通压力，缓和了市中心的交通阻塞。中环路沟通巴黎市区现有各条道路，便利了 各个方向的交通。由于它联系着通往各地的放射高速公路，保证了对外交通，减 少了穿越运输。环路车速平均为6 0 公罩d , 时，比城市路网速度( 18 公里d , 时) 有数倍的提高。 ( 3 ) 莫斯科高速道路系统 为了适应城市“多中心八大片”的规划布局，莫斯科在19 7 1 年规划将快速 路的主要放射干道和花园环路改建为连续性交通干道，各片中心般都有主要干 道通向城市各个重要地区，各个片区中心的地铁环线相连；“井 字形的高速道 路系统从核心片区的边缘通过。1 9 7 1 年莫斯科总图规定城市交通的主体是公共 交通，其目标为：通过快速路网，莫斯科人到市内任何点的交通时间不超过四 十分钟，绝大多数居民上班时间不超过三十五分钟，去莫斯科地区任何一地点的 交通时间不超过两个半小时。 ( 4 ) 荷兰的快速路 荷兰的首都阿姆斯特丹也是在城区外围修建环路的典范。其市区修建的环 路，全长3 4 公罩，环路和各种道路相交采用立体交叉，形成高速道路。西部的 高速道路是立体高架桥式的。双向六车道，限速lo o 公罩1 4 , 时。荷兰港口鹿特 月，也在市区的外围修建了一条环形线，全长4 5 公里，双向4 8 车道，限速12 0 公罩d , 时。 ( 5 )国内快速路规划建设概况 随着对快速路在城市交通系统中作用和地位认识的深入，城市快速路在我国 各大中城市得到了迅猛的发展。我国的城市环路建设，始于7 0 年代术的北京二 环路，目前，国内已经有北京、广州、上海、天津、武汉、长沙、郑州等数十个 城市的快速路建成投入使用，并着手进行快速路网舰划的落实。下面是一些有代 表性的城市快速路系统： 北京市四环路 北京四环路历时3 年建设而成，2 0 0 1 年通车，联络规划中的奥运会各主要 场馆，有着“北京绿色申奥大道”的美誉。四环路全长6 5 3 公里，设计时速8 0 1o o 公晕，完全按照高标准城市快速路设计，主路全封闭、全立交、双向8 车道， 1 n 全线共建设大小桥梁l4 7 座，并设有完善的交通安全没施。四环路与二环路、三 环路以及多条放射状快速联络线构成了北京城市快速路网，同时与现有的7 条高 速公路连接成网，承担了大量过境交通流量，减轻了城区道路交通压力。 广州市内环路 广州市内环路2 0 0 0 年1 月正式通车，全长2 6 7 公里；沿线设有l2 座立交、 11 对交通匝道和3 座过江大桥，内环路通过7 条放射线道路( 约3 3 5 公里) 与 环城高速公路相连接；大部分路段为双向6 车道；设计速度为6 0 公罩时。内环 路是广州市快速路网的重要组成部分，其功能主要是建立中心区交通屏障，减轻 市中心区交通压力，缓解中心区交通拥堵。内环线正式通车以来，市区的平均运 营车速由每小时16 公罩左右提高到2 2 公罩左右，车辆产生的废气则降低5 0 以上。 上海市高架路网系统 上海市高架路网系统是上海立体交通干线网络的骨架，其功能和效益对上海 社会经济发展有着巨大的促进作用。由内环线高架、延安路高架、南北高架、沪 阂路高架、逸仙桥高架等构成，全长6 4 公里，总投资18 3 亿元。市中心高架道 路系统的日吸引量超过6 0 万辆次，r 均车辆行驶车公旱数达到3 2 3 万力车公晕， 整个高架系统的出行量已经占了市中心出行总量的3 0 。 长沙市二环线 长沙市二环线是长沙城区的一条快速环路，全长约4 7 8 公里。它于19 9 4 年开始规划设计，19 9 5 年动工建设。其分为二环东段、南段、西段与北段；其 中东南段浏阳河猴子石大桥西桥头，全线长约l4 1 公里，为地面快速路与部 分路段高架结合，与相交道路郜采用跨线桥的形式，是二环线建设时间最早，运 营时问最长的一段，其路段昼夜断面交通量超l0 万p c u ：二环线西段与北段于 2 0 0 0 年后陆续建成，为地平式、路堤式与路颦式及跨线桥结合的快速路，主辅 严格分离。二环线的建成使用，极大的方便长沙市各个组团之间及市区与其它地 市之间的联系。 2 2 城市快速路功能定位 2 2 。1 快速路规划布设条件及指标 城市道路规划设计舰范( g b 5 0 2 2 0 9 5 ) 指出，对于人口在2 0 0 力以上的 大城市即特大城市，或长度超过3 0 k m 的带形城市，应设快速道路；对人口在5 0 力- 一2 0 0 力的大城市，可根据城市用地的形状和交通需求确定是否建造快速路， 一般快速路可呈十字形在城市中心区的外围切过；对于5 0 万人以下的小城市不 设快速道路。江苏省建设厅组织编制的江苏省城市综合交通规划导则，提出 “快速路原则上只有1 0 0 万人口以上的大城市彳考虑舰划建设”。对于组团型城 市，当组团间距离超过6 公罩，且组团间的交通流量较大时，应该修建快速路予 以连接。 根掘城市道路交通规划设计规范，城市的快速路的规划指标如下表2 2 。 快速路的舰划建设时，应依据此指标进行系统的规模测算与规划。 表2 2 城市快速路规划指标表 2 2 2 快速路及其节点分类 根据城市快速路的网络稚局形态可以分为“棋盘式 、“环线”、“放射线”、 “自由式”以及它们的组合。这几种形态均可看作由“环线+ 放射形式所组成， 这也是国内外快速路系统的基本形式。环线可以起到城市外围保护壳作用，避免 过境交通进入城市中心区，同时可以分流城市交通密集区的交通。放射线连接城 内、城外交通，可以快速疏散城市中心区的大量交通及将环线上的交通量有效转 移至城市内部。 快速路与城市相关道路的衔接节点在功能上可以分为三类，一类是快速路与 快速路相交的节点，般为环线与放射线的相交节点，即快对快节点，主要满足 交通转换功能，其实现主要形式为立体交叉，如长沙市二环线的赤新立交，为二 环线环线与机场高速放射线的衔接节点；第二类是快速路与主干路或其它道路的 连接节点，称为地对快节点，这类节点主要满足城市交通通过快速路的集敞、转 向和过境功能，其实现形式为立体交叉或高架主线跨线桥、上下匝道及地面辅道 平面交叉口相结合，如长沙市二环线上的劳动路立交、韶山路立交和人民路立交 等节点；第三类是快速路主线与辅道的连接节点，称为主辅节点，主要是主辅道 上下匝道处，如长沙市二环线东南营盘路口南北的四处上下匝道节点。 2 2 3 快速路功能分析 相对于其它城市道路而言，快速路具有下列优点：速度快、运输成本低、通 行能力大；运行时间短、社会效益高；事故率低、可靠性强；城市土地利用率高。 快速道路作为城市路网结构的核心，它的形成及作用对城市发展的影响，主要功 能体现在以下7 个方面： ( 1 ) 联络城市各个组团和卫星城，满足中长距离的交通需求； ( 2 ) 完善现代城市交通体系，促进城市、郊区、卫星城、各组团的经济发 1 2 展： ( 3 ) 屏蔽过境交通，起到城区交通保护壳的作用； ( 4 ) 调节城市路网交通量，伎路网的交通量分配更为合理，路网负荷更趋 于平衡； ( 5 ) 形成城市公共交通的主通道， ( 6 ) 形成城市规划建设的风景带， ( 7 ) 具有防灾作用，对保证消防、 2 3 城市快速路通行能力 是快速公交的基础； 带动沿线的土地丌发； 避难及运输救援物资有重要作用。 快速路的通行能力受到城市路网整体结构、相交道路和节点的通行能力、交 通流结构及快速路各组成部分等众多因素的影响，主要有以下几个方面：快速路 立交、匝道数量及立交和匝道设置的问距；关键节点的通行能力；中长距离交通 出行需求占整个城市交通出行需求的比例；驾驶员对城市的熟悉度和主观心理条 件；交通控制系统。其中，最重要的因素是快速路的结构形式。 快速路结构一般由三部分组成：快速路的基本路段，包括快速路的主线和辅 线两部分；合分流交织区；匝道。因此快速路的通行能力分析，应主要从快速路 的道路结构入手，综合考虑快速路各组成部分的通行能力。具体组成如下图所示 = = = = = = ：圣= = = = = = 巧：面一 ，七娥 图2 1 快速路各部分结构图 因此快速路的通行能力也应从以上三个方面考虑，分为快速路的基本路段： 快速路主线通行能力f ( z x ) ，辅线通行能力“f x ) ；分合流交织区通行能力砌z ) ； 匝道通行能力f f z d ) ，上述几方面的通行能力相互制约、相互影响、相互协调。 快速路的通行能力为： c = m i n ( f ( z x ) ，f ( f x ) ，f ( j z ) ，f f z d ) ) ( 2 1 ) ( 1 ) 基本路段通行能力 快速路的基本路段包括主线和辅线两部分路段，该部分的通行能力主要取决 于该段道路线形条件和交通条件，其计算方法可参照高速公路或城市道路基本路 段通行能力的计算方法。 ( 2 ) 合分流交织区通行能力 1 3 合分流交织区的通行能力主要受合分流交织区中相邻车道的基本路段的通 行能力、可接受间隙大小、驾驶员的驾驶习惯等因素影h 向。在合分流区域，车辆 的出入受跟驰车队中的相邻丽辆车之问的车头时距影响较大，因此可通过分合流 区的车辆之间的平均车头时距来进行计算 2 5 】 2 6 】： c i ：= 3 6 0 0 h o ( 2 2 ) 式中：c j z 一一合分流交织区通行能力 h o 一一均匀车速时的平均车头时距。 ( 3 ) 匝道通行能力 快速路的匝道由三个部分组成：匝道车行道，匝道与快速路主线连接处，匝 道与城市道路或辅道的连接处。因此，快速路匝道的通行能力为这三者通行能力 的最小值： c ：d = m i n ( f c z l ) ，f c z 2 ) ，f ( z 3 ) ) ( 2 3 ) 其中：f c z l ) 一一匝道车行道通行能力； f c z ：) 一一匝道与快速路主线连接处通行能力； f ( z 3 ) 一一匝道与城市道路或辅道连接处的通行能力。 匝道车行道的通行能力受匝道车道数、车道宽度、转弯半径、坡度等因素的 影响；匝道与快速路主线连接处的通行能力受基本路段上的可接受车辆插入间隙 影响；匝道与城市道路或辅道连接处的通行能力则受所连城市道路或辅道的通行 能力所限。 由于快速路的通行能力受制于交通瓶颈，也即快速路各部分通行能力中的最 小值，因此应通过各方面的综合分析，找出最小值，进而有针对性的采取相关措 施，改造瓶颈，打通关卡，从而保证快速路的路段畅通和节点衔接处的顺畅。 交通出行需求，是导致驾驶员选择快速路的最根本的因素。长距离的交通 出行，会增加驾驶员选择快速路的概率，而短途出行，则会出于对速度的偏好程 度，驾驶员选择快速路作为出行的道路概率则偏低。 2 4 城市快速路节点交通衔接问题分析 2 。4 1 交通问题产生机理 快速路在在投入使用后，由于强大的交通吸引能力，会出现交通拥挤等一系 列交通问题。产生这些交通问题的原因是多方面的，比如快速路自身规划设计与 建设的缺陷以及城市整体交通组织管理情况等。本论文从快速路节点交通衔接规 划出发，分析产生这一系列交通问题的原因。 ( 1 ) 规划与定位不明确，造成快速路与城市相关道路、快速路自身各段交 1 4 通分配不均衡。 由于在前期规划和后期的运营中，对于快速路与城市其它道路没有合理的规 划和明确的功能定位，造成快速路型心与城市城区型心不合，快速路