（道路与铁道工程专业论文）城市立交多方案比选的方法研究及应用.pdfVIP

武汉理： 大学硕士学位论文 摘要 对立交多个方案的评价比选是立交设计的一个重要环节，立交使用功能 的好坏关键在于立交方案选择的合理性。立交方案的评价比选是一个多目标、 多层次的决策分析过程，这是一个经过长期研究但仍未彻底解决的问题，难 点在于评价指标种类繁多、影响因素错综复杂，不易综合评定。 本文以城市立交多方案的评价比选为主要研究对象，主要研究内容有： ( 1 ) 以选型评价为基础，分析了常用立交型式的特征参数，并在此基础上研 究了影响立交方案选择的条件等。( 2 ) 在评价指标体系的构建及量化方面， 建立了基于功能指标、技术指标、经济指标、环境指标、管理指标等准则的 评价指标体系，研究了各指标具体的量化方法，利用隶属度函数将不确定问 题数量化，将量纲不同、无法比较的指标值量化成可以相互比较的无量纲数 据。( 3 ) 在评价指标权重的确定方面，本文摒弃了专家打分、问卷调查等权 重确定的传统方法，将主观赋权法和客观赋权法相结合，建立一种组合赋权 法来确定评价指标的权重，提高了权重的准确性和客观性。( 4 ) 在城市立交 多方案比选模型的建立方面，对主要以数学理论为基础的现代方案评价方法 进行了对比分析，研究了各自的优缺点及适用范围，并以多级模糊综合评判 的数学方法为理论基础，建立了基于组合赋权法的综合量化评价模型，来用 于城市立交多方案评价比选。 将该研究成果应用到广东省佛山市黄岐互通立交改造工程中，分析了该 方法的应用过程及使用要点，并将该应用过程进行了总结，为城市立交多方 案评价比选的后续研究和工程应用提供了参考。 关键词：城市立交；方案比选；评价指标体系；组合赋权法：综合量化 评价模型 a b s t r a c t e v a l u a t i n gm u l t i s c h e m e sa n ds e l e c t i n ga b e t t e ro n ei sa ni m p o r t a n tp a r to f u r b a ni n t e r c h a n g ed e s i g n ，b e c a u s ea ni n t e r c h a n g e sg o o dp e r f o r m a n c ed e p e n d so n i t s s e h e n l e ，sr a t i o n a l i t y b u ti t ss om u l t i o b j e c t i v ea n dm u l t i l e v e lap r o c e s so fa n a l y s i s a n dd e c i s i o n - m a k i n gt h a ti th a sb e e nf o ra g e s ，a n di t sd i f f i c u l t i e sd u et ow i d er a n g e o fi n d e xa n dc o m p l e xi m p a c tf a c t o r s t h i sa r t i c l em a d eas t u d yo ns c h e m es e l e c t i o no fu r b a ni n t e r c h a n g e ，a n dt h e m a i nc o n t e n t so ft h es t u d yw e r ea sf o l l o w s ：( 1 ) b a s e do nt h es c h e m ee v a l u a t i o na n d s e l e c t i o n ，t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ep a r a m e t e r so ft h ec o l i l m o ni n t e r c h a n g et y p e s ，a s w e l l 硒t h ei m p a c to ft h ei n t e r c h a n g es c h e m es e l e c t i o n ( 2 ) t h i sp a p e re s t a b l i s h e da g e n e r a le v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ，w h i c hw a sb a s e do nt r a n s p o r tf u n c t i o ni n d i c a t o r s ， t c 宅h n i c a li n d i c a t o r s ，e c o n o m i ci n d i c a t o r s ，e n v i r o n m e n t a li n d i c a t o r s ，m a n a g e m e n t i n d i c a t o r sa n ds oo n a l s oi tb r i n g sf o r w a r dm e t h o d st oc a l c u l a t i n gt h ei n d e xb y u s i n gs u b j e c tf u n c t i o nt om a k et h eu n c e r t a i ni n d i c a t o r st oq u a n t i t a t i v ei n d i c a t o r s ，a n d c h a n g et h ed i f f e r e n td i m e n s i o ni n d e xt od i m e n s i o n l e s sv a l u e sf o rc o m p a r e ( 3 ) t h i s p a p e rs e tu pac o m b i n e dw e i g h t i n gm e t h o df o re v a l u a t i o nw e i g h td e t e r m i n i n g a n d t h ea c c u r a c ya n do b j e c t i v i t yo fw e i g h td e t e r m i n i n gw a si n c r e a s e db yt h em e t h o d ， w h i c hg a v eu pt h em e t h o d so fe x p e r t sc o n s u l t a t i o n ，q u e s t i o n n a i r es u r v e y , a n d c o n 内i n e d l es u b j e c t i v em e t h o dw i t ho b j e c t i v em e t h o d o ) b a s e do na n a l y s e so f m o d 唧m e t h o d s r e s p e c t i v ea p p l i c a t i o ns c o p e ，w h i c hb a s e do nt h em a t h e m a t i c a l t h e o r y , t h i sp a p e re s t a b l i s h e dac o m p r e h e n s i v ea n dq u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o nm o d e lo f u r b a ni n t e r c h a n g es e l e c t i o nb a s e do nc o m b i n e dw e i g h t i n g , u s e i n gt h em u l t i l e v e l f u z z yc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tf o rt h e o r e t i c a lb a s i s a tl a s t ，t h i ss t u d yr e s u l t sw e r eu s e dt oh a n g q ii n t e r c h a n g er e c o n s t r u c t i o n p r o j e c to ff o s h a ng u a n g d o n gp r o v i n c e t h ea p p l i c a t i o np r o c e s sa n d t h em a i nu s i n g p o i n t sw e r ea l s oa n a l y z e d ，a n dt h i ss y s t e m a t i ca p p l i c a t i o ns u m m a r y c a nm a k ea r e f e r e n c ef o rf u r t h e rs t u d ya n dp r o j e c ta p p l i c a t i o no fu r b a ni n t e r c h a n g es c h e m e e v a l u a t i o na n ds e l e c t i o n i i 武汉理1 ：大学硕十学位论文 k e y w o r d s ：u r b a ni n t e r c h a n g e ；s c h e m es e l e c t i o n ；e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ； c o m b i n e dw e i g h t i n g ；c o m p r e h e n s i v ea n dq u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o nm o d e l i l l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 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 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：r 期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： ( 注：此页内容装订在论文扉页) 日期： 武汉理+ j ：人学硕十学位论文 第1 章绪论 立体交叉是指道路与道路、道路与铁路相交时，利用跨线桥或地道等构造 物，使两条路线在不同的水平面上通过的交叉形式l l j 。 立体交叉是伴随着交通运输和汽车工业的迅速发展而产生的一种道路交通 设施。随着我国经济的不断发展，城市化进程的不断推进，汽车拥有量和交通 量剧增，交通堵塞时有发生，城市交通问题突现。道路上一些平面交叉口已成 为行车的咽喉地段，交通拥挤不堪，不断发生堵塞现象，通行能力小，车速低， 油耗大，交通事故率高。为此，将平面交叉改为立体交叉，通过建设跨线构造 物，使相交道路的交通流在空间上分离，从根本上消除交通流之间的相互干扰， 同时通过修建匝道，将道路之间的交通流连接起来，实现车流之间的转换，可 以有效解决平面交叉口存在的交通问题，提高车速，改善安全性能，增加通行 能力。总之，城市立交建设对缓解大城市的交通拥堵起到了积极作用。 研究表明，使城市道路交叉向立体化方向发展将成为我国解决现有交通问 题的有效手段之一【2 卅。因此，在今后一段时问内，立体交叉的建设将是我国基 础设施建设的重要组成部分【7 】。 1 1 城市立交的发展概况 1 1 1 国外概况 在2 0 世纪2 0 年代初，国外提出了城市中采用多层立体交叉的快速交通系 统的构想，并逐步发展成为现实。追溯道路立体交叉的发展和演变，从构思到 实现，从平面到空间，发端于城市道路，发展于高速公路。1 9 2 5 年，德国最早 开始修建公路立交，但立交发展最快、应用最广的是美斟8 - 9 1 。 1 9 2 8 年美国在新泽西州的两条道路交叉处修建了第一座苜蓿叶型立交，如 图l 。l 所示，这座立交不仅利用跨线桥将两条主线从空间上分离开来，而且利用 四条小环道巧妙地将两条主线连成一个整体，实现主线之问的车流的转换，可 谓巧夺天工，令人们对这一划时代的创造所赞叹。 武汉理i 大学硕士学位论文 图l 一1 美国新泽西州w o o db r i d g e 苜蓿叶立交( 1 9 2 8 ) 1 9 3 6 年，加拿大在安大略省别尔里格城附近的公路上建成第一座三路喇叭 型立体交叉【1 ，如图1 - 2 所示。该立交利用一座桥粱从空间分离主线，然后利用 条匝道和一条小环道实现主线之削的转换，构思巧妙，既节约工程造价，又 实现高速转换功能。 瓣 鬻澜 鬻 图1 - 2 加拿大安大略省喇叭型立交( 1 9 3 6 ) 第二次世界大战后，随着汽车保有量的急剧增加，人类活动时空观发生转 变，要求运输方式快速化，高速公路应运而生，传统的平面交叉已不能适应高 速公路交通特性的要求，代之而起的是空间立体交叉的交通发展模式。2 0 世纪 5 0 年代中期开始，英、法、德和 1 本等国开始大量修建高速公路，立体交叉向 多层化方向发艘，进入2 0 【廿纪6 0 年代，澳火利亚、西班牙、墨西哥以及一些 发展中国家也加入了大量修建立体交叉的行列。到日前，各国陆续修建了大量 的立体交叉、并逐步形成了不同的特色和风格。 武汉理1 人学硕十学位论文 随着各种形式立交的修建，发达国家立交的规划、设计理论也同趋成熟， 对于立交设计中的交通量预测，匝道通行能力分析等交通条件都作了大量的研 究工作，并形成了相对完整的理论体系。现在，立交设计的新结构、立交细部 线形的优化设计以及立交施工的新技术、新材料已经成为国外的主要研究对象 国内概况 我国修建立体交叉首先从解决城市道路交叉口的交通拥堵问题开始的。2 0 世纪5 0 年代初，乌鲁木齐市在火车站站前广场处依“坡”就势建造了我国第一 座城市立交；1 9 5 9 年武汉建设江汉一桥时，利用桥头引道供滨河路通行，也建 成了同样形式的立交。1 9 7 4 年1 0 月北京长安街和二环路交叉口处修建复兴门立 交，这是北京的第一座城市立交【l “，如图1 - 3 所示。这些立交代表了我国城市立 交早期的建设水平。 图1 3 北京的复兴门立交( 1 9 7 4 ) 在改革开放的三十年中，我国城市立交的建设取得了长足的发展。如上海 2 0 0 8 年建成的共和新路立交，如图1 4 所示；如重庆在2 0 0 7 年建成的陈家坪立交 桥，如图1 - 5 n 示；如成都2 0 0 8 年建成的大观立交，如图1 6 所示：如郑十h 2 0 0 8 年 在建的会水路立交，如图l 一7 所示。这些都是我国立体交叉高水平发展的典范， 这些风格迥异的立交已成为一个地区、一个城市交通发达的象征，已成为城市 交通不可缺少的一部分，标志着该地区的经济发展状况。 武汉理i 。人学硕士学位论文 图1 4 上海共和新路立交陶1 5 重庆陈家坪立交 图l - 6 成都大观立交图1 7 郑州金水路立交 纵观我国立交几十年的发展历程，我们可以看到立交在我国经历了一个从 低级向高级，从简易立交向复杂立交，从形式单一向多元化发展的过程。我国 在立交的设计和建设方面取得了相当多的研究成果，并积累了一定的经验。 1 2 我国城市立交建设存在的问题 我国修建立体交叉首先从解决城市道路交叉口的交通拥堵问题开始的。尽管 我国立交的规划、设计起步较晚但发展速度举世瞩目，到目的为l e 建成了上 千座气势宏伟、外形美观的立交。从整体看，我国的立交正在向着形式简洁、 功能齐全、线形平顺、流畅美观、施工方便等方向发展。但我国在立交建设快 速发展的同时，还存在以下问题：在建设立交时缺乏对城市道路网络的整体研 究，所修建的立交与交通状况不相适应，立交的陌道设置不能充分满足车辆和 行人的交通需求，修建的立交难以发挥其应有的功能。许多城市修建立交存在 一定的盲目性，仅将其视为城市交通现代化的标志，形式上标新立异，为了所 武汉理i ：人学硕十学位论文 谓的“气派”及“城市现代化 ，一味追求“大手笔”、“大立交”，而不从 该区域路网交通需求出发来分析该交叉口的交通流特点，根据交通功能确定立 交方案。有的立交建成之初，虽然缓解了该枢纽点的交通堵塞，但运行一段时 间后，很快又成为交通瓶颈，车辆经常受阻，出现地面上的车辆上不去，桥上 的车辆下不来的局面。而有些立交修建后，其通行能力甚至不如平面信号交叉 上的通行能力，不得不被拆除，最近北京、天津等许多大城市最近陆续拆除了 一些“问题”立交，以改善交通状况【3 】。 因此，有必要对城市道路中的立交选型、评价进行分析研究，建立一套实用 的理论方法，为立交建设的方案比选提供一定的指导，减少立交方案选择的盲 目性。 1 。3 城市立交方案比选研究的现状 评价、比选是人类社会的一项经常性的认识实践过程，对某一个事物进行 比选是一个多因素相互联系、相互作用的综合评价过程。 传统立交方案评价的方法有：经验判断法、专家评分法、经济计算法等。 传统的比选方法大多以人的主观意识为评价标准，方案的评价缺乏客观性。现 代方案评价方法是以模糊数学、运筹学等理论为基础，主要有加权综合评分法、 技术经济比较法、层次分析法、模糊评价法、神经网络法、灰色关联分析法、 加权相对偏差距离最小法等【1 3 - ”】。现代方案评价方法的提出，使部分评价指标 可以半定量或定量描述，这使得方案比选工作的科学客观性有了一定的提高。 虽然国内外已经提出了不少立交多方案评价比选的方法，但这些方法都在 不同程度上存在着某些缺点，如参数确定比较随意、指标体系不尽合理、指标 量化不准确、理论与应用脱节等。 参考文献【1 砚5 】就立交方案比选问题进行了广泛地研究，试图运用较为科学 的数学评价方法来进行立交的评选。这方面的研究成果产生了较为广泛的影响， 也被后人所认同和继承。现在，如何更好地实现立交多方案的评价比选，国内 外的许多学者都在致力于这方面的研究。 5 武汉理一r 大学硕+ 学位论文 1 。4 研究的目的、意义 城市立交建设己经从仅仅满足使用功能的要求逐步转变到要综合考虑安 全、功能、技术、经济、景观、环境等各方面因素的要求上来。大规模建设转 变到精细化建设上来，所以在建设的前期需要作充分的论证工作。在这其中， 方案的评价比选工作是整个过程的重点。如何从若干个方案中选择出在各个方 面都有优势的方案，一直是摆在设计专家们面前的一个问题。由城市立交多方 案比选的研究现状可知，虽然国内外已经提出了不少立交多方案评价比选的方 法，但由于这些评价方法的实用性、科学性、可信性、可靠性还有待于提高， 所以未能在实际中得到大规模应用。 为了使城市立交方案的比选更加客观，本文将以模糊数学和信息论为基础， 构建立交多方案比选的综合量化评价模型，使评价指标的量化更加科学合理、 使评价指标权重的确定更准确客观，并将构建的综合量化评价模型引入到城市 立交多方案的评价比选中来，探索一种行之有效的、可操作的方法，以期能为 后续的研究和工程应用提供参考。 1 5 研究的内容 本文所研究的城市立交多方案的比选，是指对经初步可行性研究后而确定 的多个可行性方案进行比选择优，是在满足城市交通基本要求的基础上，符合 预定的设计要求、没有明显功能缺陷的情况下，为了从这些方案中选出更加完 美的方案所进行的比选工作。 主要研究内容： ( 1 ) 以选型评价为基础，对城市立交进行分类，分析常用立交型式的特征 参数，包括直行、左、右转匝道的设计速度，交叉口总通行能力和占地面积等。 并在此基础上研究影响立交方案选择的交通条件等。 ( 2 ) 在评价指标体系的构建及量化方面，建立基于功能指标、技术指标、 经济指标、环境指标、管理指标等准则的评价指标体系，并对各指标的量化提 出具体的方法，利用隶属度函数将不确定问题数量化，将量纲不同、无法比较 的指标值量化成可以相互比较的无量纲数据。 ( 3 ) 在评价指标权重的确定方面，本文用指数标度层次分析法进行主观赋 6 武汉理t 人学硕十学位论文 权，用熵值法来进行客观赋权，将主观权重和客观权重按照一定准则组合，构 建一种组合赋权法来对指标权重进行客观确定，避免采用专家打分等主观确定 的方法。 ( 4 ) 在城市立交多方案比选模型的建立方面，对主要以数学理论为基础的 现代方案评价方法进行对比分析，研究各自的优缺点及适用范围，建立以模糊 数学和信息论为基础的综合量化评价法，应用到城市立交多方案比选中，并加 以系统化，建立一个可操作的数学模型。 ( 5 ) 将新建模型应用到广东省佛山市黄岐互通立交改造工程中，一方面验 证综合评价模型用于城市立交多方案比选的可行性，另一方面将该应用过程进 行系统化总结，为后续的研究和工程应用提供参考。 7 武汉理工大学硕十学位论文 第2 章城市立交多方案比选的概述 交叉口是公路与公路、公路与铁路、公路与城市道路、城市道路与城市道 路相交的地方。当相交线路在同一平面位置相交时，称为平面交叉；当相交线 路在不同平面位置相交时，称为立体交叉。在道路交通网络中，不可避免的存 在着各种交叉路口，但交叉路口的出现会使道路交通网中原干线道路上平稳的 交通流产生堵塞或被间断的现象，会影响到整个道路运输系统的相对效率，并 对其通行能力和安全方面产生较大的影响。 互通式立体交叉可以利用匝道形成各方向的直接互通来避免行车上的冲 突，是一种可以实现道路交通流高效转换的交通设施，它是道路交通网络中的 重要组成部分。本文把城市互通式立体交叉作为主要研究对象。 2 1 城市立交的分类及特征参数比较 立体交叉的型式很多，它们有各自的功能与作用，分别适用于不同的交通 情况。立体交叉型式总的分为基本型、非基本型、复合型。其中基本型包括菱 型、喇叭型、苜蓿叶型、环型和定向型五种；非基本型是由这五种基本型式变 化、组合派生出来的；复合型是指相邻很近的两处互通式立交直接连接而形成 一个整体的立交【3 j 。 为了研究立交的选型，现把各种交型式按照三路交叉、四路交叉和多路交叉 等情况进行系统分类，并将主要型式的特征参数，如设计速度( 直行、匝道的 左转和右转) 、通行能力、占地面积及其适用情况等进行系统概括，并作分析比 较，如表2 1 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 表2 1 互通式立体交叉的特征参数比较 慕 设计速度( k m h )交叉口 占地面积 直行 左转右转 总通行能力 ( 公顷) 立交型式 ( p c u f n ) 6 0 8 03 0 4 03 0 4 0 6 0 0 0 8 0 0 0 3 5 4 5 喇叭型适用情况：1 高速公路与快速路相交：2 扁速公路及快速路与一般道 路相交；3 h j 地允许的市区t 帮交义口 6 0 8 02 5 3 52 5 3 55 0 0 0 7 0 0 03 o 4 0 子叶型 适刚情况：1 城市快速路、主干路之间的相互交叉：2 苜蓿叶立交的 路前期i ：程 交8 0 1 0 0 7 0 - 8 0 7 0 8 08 0 0 0 1 1 0 0 06 0 7 0 叉 三路定向 型 适用情况：1 各方向交通量都很人的高等级道路相交；2 地形适宜的 双向分离式道路相交 6 0 8 02 5 3 52 5 3 55 0 0 0 7 0 0 02 5 3 0 三路环型 适用情况：中等交通量的主干道与次干道相交；2 市区t 型、y 型交 叉口 6 0 8 03 0 4 03 0 4 09 0 0 0 1 3 0 0 07 0 9 0 苜蓿1 型 适用情况：1 高速公路相互交义；2 高速公路与快速路、主干路相交； 用地允许的市区主要交义口 部分苜蓿 3 0 8 0 2 5 3 53 0 - - 一4 06 0 0 0 8 0 0 0 3 5 5 0 适用情况：1 高速公路与快速路、主干路相交；2 苜蓿叶型立交的前 叶犁 期i ：程 四3 0 8 02 5 3 52 5 3 55 0 0 0 7 0 0 02 5 3 5 路 菱形适用情况：1 用地困难的城市主要道路与次要道路相交；2 一般不用 交 于公路收费的立交 叉 8 0 l o o7 0 - 8 07 0 8 01 3 0 0 0 1 5 0 0 08 5 1 2 5 四路环型 适用情况：1 主要用于车速较高的城市杉! 速路、主干路、环城路之间 的交义；2 市区机动车与非耄r动车分离行驶的立交 四路涡轮 6 0 8 0 3 0 - - 4 0 3 0 4 0 9 0 0 0 1 4 0 0 0 7 5 9 0 适用情况：1 城市快速路和环城公路之间的相交；2 高速公路之间的 型 相互交叉 多 6 0 8 02 5 3 52 5 3 57 0 0 0 1 0 0 0 04 0 - - - 4 5 路 多路环型 适用情况：1 地势平坦开阔，左转弯交通量人，相交道路条数多且交 交 角相著较大的城市道路；2 不收费的多条公路相交 叉 9 武汉理i ：人学硕+ 学位论文 2 2 影响立交选型的交通条件分析 影响立交选型的主要因素有交通条件、经济条件( 包括占地、拆迁) 、地理 位置、环境及自然条件等。其中交通条件是最关键的因素，所选的立交方案首 先要在满足交通条件的基础上再考虑其他条件。影响立交方案选择的交通条件 包括：( 1 ) 立交的交通量和通行能力；( 2 ) 立交设计车速；( 3 ) 相交道路等级及 立交等级；( 4 ) 立交服务水平。 2 2 1 立交的设计交通量与通行能力 城市立交的主要目的是提高交叉口的通行能力，减少交通流交汇时的干扰， 从而保证道路交叉处的交通安全与快速通行。因此交叉口的交通流量和通行能 力是立交选型首要的考虑因素。 1 ) 设计交通量 在进行立交选型时，既要满足近期交通量的要求，又要考虑远景交通量的 发展。我国立交的设计交通量一般是以规划远景年份的第3 0 个高峰小时的交通 量为标准【2 7 1 。 2 ) 通行能力分析 交通流进入立交的过程是固定的，依次由匝道进入主线。立交的总通行能 力主要受匝道上的通行能力的控制，在立交整体运行中只要有一条匝道的通行 能力不能满足该方向交通量的要求时，就会影响立交的总通行能力2 纰9 1 。 ( 1 ) 匝道的通行能力 在理论上，匝道的设计通行能力由以下三个数值中的最小值决定： 匝道与主线连接部分的通行能力； 匝道本身的通行能力； 匝道与辅道连接部分的通行能力。 ( 2 ) 立交的总通行能力 当主线和匝道的通行能力大于预测的流量时，总通行能力至多与各进口道 通行能力之和相等；当某流向流量服务的车行道出现饱和时，必然会影响到总 通行能力，这时总通行能力小于各进口道通行能力之和。因此立交总通行能力 不能是组成立交各部分通行能力之和，而是折减后的立交进口道的通行能力【l3 1 ， 即： l o 武汉理工人学硕十学位论文 ：主c ：一圭鱼笋 ( 2 1 ) if 尸f 式中：g 一立交总通行能力； g 一为q 提供服务的主线或匝道的通行能力： q 一第f 个超过相应通行能力的流向流量； m 一第f 个流向的出口流量； 屈一q 占相应的进口道的流向流量的比例，； p 一立交流量中有p 个流向流量超过了为其服务的主线或匝道的通行能 力。 2 2 2 立交的设计速度 立交设计车速的确定，关系到立交的几何形状及各组成部分的尺寸，以及 视距、超高等因素。立交设计车速包括直行车速和转弯车速，合理地确定立交 设计车速是充分发挥立交功能的关键因素之一。 ( 1 ) 立交直行车速 立交的直行车速是沿相交道路主线直行的车速，为保证直行车速的快速通 行，一般此车速应接近主线上的设计车速。 ( 2 ) 立交转弯车速 立交匝道上的车速一般不宜大于一条主线的最大通行能力的车速，我国城 市主线道路最大通行能力相应车速为4 0 - - - 5 0 训3 1 。 在本文的2 1 节中，对立交直行、左转、右转的设计车速作了详细的分析， 并把每种立交型式的直行、左转、右转的设计速度做了概括总结，如表2 1 所示， 可以在以后作为选型的参考。互通式立交的匝道车速与立交的型式有着密切关 系，根据拟定的互通式立交型式，就可以大致确定不同的匝道设计速度。 2 2 3 立体交叉的等级 根据我国公路线形设计规范( j t gd 2 0 2 0 0 6 ) 规定，两条相交道路的等 级和立交设计交通量决定了立交的等级。对于城市立交的等级划分，国内外遵 循的原则有所不同，但都是取决于连接道路的设计车速和交通量等因素。 查阅文献可知，我国常用的城市立交等级划分情况的如表2 2 所示。 武汉理工大学硕十学位论文 表2 2 我国城市立交的等级划分 立交总交通量 主线设计速度( k m h ) ( 辆日) 8 06 05 04 03 02 0 c 2 0 0 0 0iiii i i i i i i i 1 0 0 0 0 c 2 0 0 0 0iii ii i ii l li i i c 0 。正态分布形隶属函数以石= a 为界，分为升半正态形和降半正态形。 o 图4 - 2 正态分布形隶属函数 直线形隶属函数，如图4 - 3 所示，可分为升形( 如a 图) 和降形( 如b 图) 两种，隶属函数表示为： f 0 x b f 1x 口 惭吣卜譬b - x 等 3 ) 式中：“( x ) 为评价指标第二步的量化值，x 为评价指标第一步的量化值，a 、 武汉理j r 人学硕士学位论文 0 f l ,b x a )b ) 图4 3 直线形隶属函数 模型一和模型二是对定量指标的量化方法，对于定性指标的量化可采用模 型三表示的隶属函数。 ( 3 ) 模型三 均值形隶属函数： “(x)2而x(3-4) 式中：u ( x ) 为评价指标第二步的量化值，x 为评价指标第一步量化后的模糊 取值，其值在1 9 之间。 3 4 评价指标量化的具体方法 3 4 1 功能指标 1 ) 通行能力 由于不同立交方案，直行方向的交通对立交的形式影响不大，因此立交方 案评价时可只考虑匝道的通行能力，匝道的通行能力取决于下列三者的最小值 【2 8 】： ( 1 ) 匝道本身的通行能力； ( 2 ) 匝道与主线连接部分的通行能力； ( 3 ) 匝道与被交叉道路连接部分的通行能力。 一座立交所有匝道的通行能力为： = e f ( 3 _ 5 ) 武汉理一j ：人学硕十学位论文 式中：嚣一立交匝道条数； m 一第i 条匝道的通行能力( p c u h ) 。 则立交通行能力的隶属函数为： 1 0 x 虬 删_ 最q 协6 ) 【 1 x l 懈 式中：f 。一立交方案中最大通行能力( p c u h ) ； 。一平交道口时的通行能力( p o a h ) ； x 一某立交方案的通行能力( p c u h ) 。 2 ) 饱和度 饱和度是设计交通量与设计通行能力之比，它是反映汽车在道路上运行状 况的一个重要指标。饱和度越低，车辆运行的自由度越大，但匝道利用越不充 分：饱和度越高，匝道利用越充分，但车辆行驶越不自由，严重时会发生交通 堵塞现象。按交通功能要求，饱和度不应大于1 ，其计算公式为【2 7 】： s ：盟( 3 - 7 ) 设 式中：s 一饱和度； q 设一设计交通量( p e u h ) ； 设一设计通行能力( p u e h ) 。 饱和度的隶属函数为： 一( x 一- o 5 j 2 “( z ) = e 0 1 0 9 ( 3 - 8 ) 式中：石一某立交方案的饱和度。 3 ) 安全性 安全性是立交功能发挥的基本保障，安全性作为评价立交方案的一个重要 的指标，是具有一票否决的功能的指标。影响交通安全的因素是多方面的，比 如司机、车况、道路条件、环境、交通量等。在立交方案评价中主要从匝道的 平曲线和纵坡度两方面考虑立体交叉的安全性【1 4 】。 平曲线与交通事故的关系 武汉理。i ：人学硕十学位论文 平曲线与交通事故的关系可用平曲线半径影响系数k l 来表示， 查回归分析可得如下计算公式： k o 8 6 + 警一警 根据事故调 ( 3 - 9 ) 式中：尺一平曲线半径( m ) 。 纵坡度与交通事故的关系 纵坡度与交通事故的关系可用纵坡度影响系数k 2 表示，其计算公式为： f o 1 6 一o 8 8 f o 0 4 产 一1 1 i 一l 丘： 1， _ 1 鱼 2 ( 3 1 0 ) 。 i o 3 6 + 0 7 6 i 一0 0 4 i 2 i 3 次百万辆车，很危险。 由此可见，k 值能较好地反映道路安全性能，称之为安全系数。安全系数的 隶属函数为： f l x l 式中：x 一某立交方案的安全系数k 。 4 ) 行驶速度 汽车在每条匝道上行驶处于一种变速行驶状态，它主要与平面线形要素、 武汉理丁大学硕士学位论文 纵断面线形要素及平纵线形组合有关。对于行驶速度的量化，其基本方法是将 一条匝道线形按特征划分为加、减速段和匀速段，根据匝道的平面线形和纵断 面线形分别算得该分段对应得车速，并取较小者作为该分段的实际车速，这样 可得到整条匝道的行驶速度变化曲线。 行驶速度是以各条匝道的加权平均车速来表示的，其计算公式为： 矿：争丝( 3 - 1 3 )矿= y 盟 ) 肓l j2 i j 式中：万一一条匝道不同速度的分段数； 以一第速度分段的平均车速( k i i 汕) ： s ，一第，速度分段的长度( m ) ； l ；一第i 条匝道的长度( m ) 。 行驶速度的隶属函数为： 小，= 去喜尚 式中：历一该立交方案匝道数； 矿一第i 匝道的行驶速度( k m h ) ； k 1 一第i 条匝道的设计速度( k m h ) 。 5 ) 行驶距离 行驶距离即反应立交匝道绕行程度，影响到车辆行驶距离、行驶时间以及 由此产生的营运支出。立交匝道布设往往会出现车辆绕行行驶，但也有不需绕 行或绕行较少的，它随立交型式和地形地物不同而异。因此从降低互通的整体 营运成本考虑，互通