（安全技术及工程专业论文）城市快速路交通衔接的有关理论与技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s tr a o t w i t ht h er a p i dg r o w t ho ft r a f f i cd e m a n dn o w a d a y s t r a f f i cd e m a n di s b e c o m i n gi n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t t h ee v e rg r o w i n gt r a f f i cp r o b l e m sh a v e b e c o m eab o t t l e n e c kw h i c hr e s t r i c t st h ed e v e l o p m e n to fc i t i e s i nt h eu r b a n r o a dn e t w o r k ，u r b a ne x p r e s s w a yp r o v i d e sl a r g eu r b a nr o a dw a f f i cv o l u m e ， h i g hl e v e lo fs e r v i c et r a f f i ce n v i r o n m e n tf o rt h ed e v e l o p m e n to fu r b a nr o a d n e t w o r k ，w h i c hp l a y s a r t i m p o r t a n tr o l e i nu r b a nt f a f f i c d e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，m a n yd o m e s t i ca n df o r e i g nc i t i e sh a v eg r a d u a l l yb u i l tu r b a n e x p r e s s w a ys y s t e m 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 a n da c h i e v ea no r d e r l yc o n v e r g e n c eo fu r b a nr o a dn e t w o r k ，i ti sn e c e s s a r yt o d os c i e n t i f i ca n dr a t i o n a lp l a n n m ga n dh a v ear e s e a r c ho nt h ec o n n e c t i o nw i t h o t h e rc i t yr o a d s s ot h a ti tc a nb ea c h i e v e da no r g a n i ci n t e g r a t i o no fu r b a n e x p r e s s w a ya n du r b a nr o a d sn e t w o r k ，u r b a nr o a dt r a f f i cw i l lg e tas o u n d p r o s p e c t ，a n df i n a l l yr e a l i z es a f e ，r a p i da n de f f i c i e n td e v e l o p m e n to fu r b a n t r a f f i c t h i sp a p e rm a i n l ya i m sa tt h et r a f f i cc o n n e c t i o np r o b l e mo fn r b a n e x p r e s s w a ya n do t h e rc i t yr o a d s ，d e e p l ya n a l y z e st h es t r u c t u r ec o n n e c t i o na n d t h et r a f f i ca s s i g n m e n to ft h eu r b a ne x p r e s s w a ya n do t h e rc i t yr o a d s ，p u t s f o r w a r dt h ec o n n e c t i o ne v a l u a t i o ns y s t e mo fu r b a ne x p r e s s w a ya n do t h e rc i t y r o a d s ，a n db r i n g si ng r a ye v a l u a t i o nt h e o r yf o re v a l u a t i o n b a s e do ut h es t u d yo nt h ed e f i n i t i o n f u n c t i o na n dt r a m cc h a r a c t e r i s t i c s o fu r b a ne x p r e s s w a yi nt h eb a c k g r o u n do fu r b a nr o a dn e t w o r k ，t h i sp a p e r s y s t e m a t i c a l l ya l _ t a l y s e st h et r a f f i cp r o b l e m so fu r b a ne x p r e s s w a ya n do t h e r c i t yr o a d s f o c u s i n go nt h es t r u c t u r ec o n n e c t i o na n dt r a f f i ca s s i g n m e n to f 西南交通大学硕士研究生学位论文第l l 页 u r b a ne x p r e s s w a ya n do t h e rc i t yr o a d s ，t h ep a p e rm a k e sp l a n so nt h e c o n n e c t i o np o i n to fu r b a ne x p r e s s w a ya n do t h e rc i t yr o a d s ：p a r t i a le x i t sr a m p a n d i n t e r c h a n g e 。p r e s e n t sm i n i m u ms p a c i n gc a l c u l a t i o nm e t h o do ft h e a d j a c e n tr a m pc o n v e r g e n c em o d e l i nt h ep a p e r , t h et r a f f i ca s s i g n m e n tm o d e l o fu r b a ne x p r e s s w a ya n do t h e rc i t yr o a d si sp u tf o r w a r db a s e d0 nt h ed e m a n d o fu s e r s t r i p m e a n w h i l e ，i tb u i l d su pt h eb e h i n dm a c r o s c o p i cv e r t i c a la n d m i c r o s c o p i ch o r i z o n t a le v a l u a t i o ns y s t e mo ft h eu r b a ne x p r e s s w a ya n do t h e r c i t yr o a d s a tl a s t ，t h ep a p e ra p p l i e sg r a ye v a l u a t i o nt h e o r yw i t h t h e q u a n t i t a t i v er e s e a r c ht o l q s e s st h ec o n n e c t i o no fc h e n g d uu r b a ne x p r e s s w a y a n do t h e rc i t yr o a d s ，a n du s e st h e p r a c t i c a le x a m p l e s t oe v a l u a t et h e e s t a b l i s h e ds y s t e m k e y w o r d s ：u r b a ne x p r e s s w a y ；o t h e rc i t yr o a d s ；s t r u c t u r a lc o n n e c t i o n ； t r a f f i ca s s i g n m e n t ；g r a ye v a l u a t i o nt h e o r y 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着我国社会经济的快速发展，城市化进程的不断加剧对城市交通运输 提出来了更高的要求经济的发展一方面促进了交通的发展，另一方面也为 交通提出了制约的难题。城市规模不断扩大、人口数量激增、土地规划混乱 导致城市交通客货混杂、机非混杂、长短途混杂、交通拥堵等交通问题。因 此当前解决交通问题的关键在于提高道路交通通行能力，保证道路交通通行 速度，满足长短途交通需求，快速路概念的提出正迎合了城市交通快速通达 的要求快速路承载交通容量大、车辆行驶车速高，是城市道路交通的主动 脉。快速路的建设极大地缓解了城市交通压力，同时也提高了城市交通运输 的服务水平。 目前，世界上许多国家的城市都已经建成了一定规模的城市快速路系统， 如纽约、伦敦、东京，莫斯科等，我国的北京，上海等城市已经形成快速路 系统，北京已建成了五环，现在正在建设六设，同时为了配合北京二、三、 四、五环的发展，北京将建1 5 条放射线，这五条环路和1 5 条放射线构成了 北京的快速路网，快速路网将承担北京5 0 的交通流量。上海已建成内、外 两环，现正在建设中环“m 1 。另外，天津、广州、南京、石家庄、南宁、成都、 西安、武汉等城市也正在实施快速路的建设，还有许多城市已完成快速路系 统的规划设计，正积极准备建设实施嘲 快速路在发挥城市交通主动脉作用的同时，也为城市交通带来了新的问 题： ( 1 ) 随着我国汽车保有量的增加，城市道路网的交通量不断增加，由于对 于快速路与城市其它道路没有合理的规划，因此快速路与城市其它道路上交 通量分配比例不均。造成快速路与城市其它道路无法发挥既有功能。 ( 2 ) 由于快速路上行驶车辆速度较高，通行能力较强，但同时也吸引了短 途交通流的汇入，无疑增加了快速路的交通负荷，影响了快速路功能的正常 发挥。 ( 3 ) 由于城市道路网密度比较大，因此快速路与道路相交多，短距离交通 流所占比例较高。城市快速路出入口间距小，与其它各级道路之间交通转换 极为频繁，因此道路交叉比较严重，造成的拥堵时常发生。 由此可见，社会发展、城市扩展等各方面因素导致快速路的交通状况问 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 题激增，而快速路系统是一个由众多出入口构成的复杂系统，加之与道路交 通网车流交织情况严重，因此必须采用系统工程的方法对快速路与道路交通 网的衔接与管理进行深入研究。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 快速路的概念源于国外，它是2 0 世纪兴起的城市化运动的产物欧美上 世纪3 0 年代开始修建快速路，6 0 年代许多发达国家包括美国，日本、法国、 俄罗斯等的大城市都已建成较为完善的城市快速路系统。早期国外对快速路 的研究主要借鉴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工作中，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 分析的输入作为输出或分析结果“1 。 对快速路系统规划中的定量分析常用美国的传统四阶段法，以前大多数 的研究集中在快速路的立交以及匝道的定位、设计上，现在的研究主要针对 对快速路与城市其它道路的集成智能控制，如a k i y a m a t 和y a s u d a k 研究了 城市快速路网络实际应用的转换系统嘲叫该系统的想法源自电子收费系统， 可以通过保持城市快速路与城市道路之间交通流的适当的平衡来解决道路拥 挤问题。该系统不仅能解决公平征税功能，同时也可以保持位于城市中心环 路上的车流平衡。在该项研究中，提出了一个随机分配模型，该模型可适用 于不同道路条件。如果交通流由一定的技术所控制，这种转换系统将会对城 市交通网络发挥更好的作用。日本豹g i 如教授分析了该系统的工作原理、及 该系统在日本的应用情况，计算得出应用该系统所取得的社会效益，由于安 装了e t c 电子缴费收集系统及适当的信息储备，使得该系统发挥更大效益， 并为城市交通网络提供自动交通调试方法“1 。 日本的t o s h i h a r uh a s e g a w a 分析了应用于大阪与神户城际问快速路上的 控制系统，对该系统的工作原理、硬件设施、数据处理进行了介绍，该控制 系统别为正常交通流控制与突发事件交通流控制两个系统，两个系统相辅相 承，协调控制阪神快速路的交通流o 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 美国加里福尼亚大学的a i 旬【a b d e r 于1 9 8 5 年对快速路上的互通式立交的 几何设计与交通流特性进行研究。研制出一个微观模拟模型和计算机程序， 并且利用大量的基础统计数据、实测数据对该模型进行检验和校正该模型 包括高速公路及匝道的复合车头间距分布模型、人车关系模型、车头时距模 型、高速公路换车道模型，以及汇入过程模型。该模型用来预测互通式立交 桥在小同条件卜的交通特征，以及评价几何设计对交通合流的影响。 国外对快速路与城市其它道路的智能控制己研究得较多，但对快速路与 城市交通的衔接研究得比较少。城市快速道路的交通建模与控制研究在五十 年代开始于美国，主要的控制方式有：入口匝道控制、出口匝道控制、主线 交通控制。其中入口匝道流入交通的系统控制己经被国外3 0 余年的成功应用 证明是解决城市快速道路交通拥挤和其它交通问题的根本方法。 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 快速道路的思想，并且以快速道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，它是p a p a g e o r g i o u 等人在慕尼黑急速大 学研制的，并且己在巴黎、阿姆斯特丹等城市成功的应用，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“” 一些研究在理论上缺乏明快性，可靠性和实用性方面也存在这诸多的问题。 1 2 2 国内研究现状 我国城市快速路是从社会、经济发展的实践中提出来的。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，直到1 9 9 5 年9 月1 日开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。快速路的规划建设研究从起步到现在的经历了十年，因此属 于比较新的领域。虽然国内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与 城市其它道路的交通衔接还停留在规划阶段，因此对快速路与城市其它道路 的衔接研究有其一定的现实意义。 随着快速路在我国城市的逐步发展，关于快速路系统规划的理论研究也 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 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，立交及匝道设计时应当掌握的原则 和应注意的问题“1 。朱胜跃还对匝道出入口的类型、出入口设置的原则， 出入口阅距的确定及出入口设计需考虑的问题进行了系统分析“”。 贺玉龙、刘小明、任福田在对影响城市快速路互通立交间距的因素进行 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驾驶状况， 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“”。 李泽民在借鉴国内几个著名大城市快速路系统规划成果的基础上，对快 速路系统布局规划中的互通式立交、出入匝道的最小间距、辅道设计进行了 定性分析探讨，提出了合理建议值；并对快速路系统的合理规模进行了定量 探讨。以快速于道总通行容量与规划年末主城区预测拥有的机动车日均出行 总量两者是否匹配协调来校核规划快速路规模合理与否。 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面道路的基本要求及定位计算方法周 商吾、陈晓鸿以上海市内环路高架匝道的设置及其与地面道路衔接问题作为 实例，提了快速与常规道路合理衔接的几点措施“”。 潘勇、郑晓红，对城市互通式立交进行适当的分类与分级，在此基础上 提出不同的间距时城市立交间不同的连接方式，以及城市立交规划与设计的 不同对策。 邓亚娟从点、线、面系统地对城市快速路与普通道路在结构上的衔接问 题作了系统分析研究，提出了快速路与常规道路联合交通分配的时间模型与 距离模型，在此基础上应用大型建设项目交通影响范围确定方法对快速道路 的交通影响范围进行确定“】。 陈德望、吴建平，蔡伯根利用理论推导和系统仿真等方法分析了有关城 市快速路交通控制的一些基本问题，包括入口匝道车流控制、出口匝道排队 控制、快速路交通优先等问题“”。 1 3 论文研究的目的及意义 城市快速路与城市其它道路的交通衔接直接关系到城市快速路及城市其 它道路整体功能水平的发挥，对于从总体上提高整个城市道路交通的整体通 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 行能力有着举足轻重的作用，通过本课题的研究，在对城市快速路与城市其 它道路功能衔接、交通分配、衔接评价等问题上的深入分析的基础上，重点 建立城市快速路与城市其它道路的结构衔接模型及交通分配模型，并确立城 市快速路与城市其它道路的衔接评价体系，处理好城市快速路与城市道路交 通路网的合理衔接问题，为城市规划快速路提供理论基础。 ： 通过对城市快速路与城市其它道路在城市交通背景下的功能、结构、特 性等方面的深入分析，在广泛收集快速路各数量指标、数据的基础上，对快 速路与城市其它道路在结构匹配、交通分配、衔接评价等方面深入研究，并 对重点衔接处出入口匝道及立交等进行系统综合地研究，提出城市快速 路与城市其它道路交通分配模型，建立快速路与城市路网的衔接评价体系， 并对成都市快速路实例作为论证评价。 1 4 论文研究内容及思路 1 4 1 论文研究内容 由于快速路与城市其它道路的交通衔接是一个系统的复杂问题，涉及方 面比较广，本论文主要从快速路与城市其它道路衔接的系统理论方面和应用 技术方面入手，首先对快速路在城市道路交通网络背景下的概念界定、功能 定位及快速路的交通特性着手，结合我国快速路发展的现状以及在道路运行 中出现的问题，着重从快速路与城市其它道路的结构衔接、交通分配等方面 进行全面、系统地分析，并对快速路与城市其它道路局部结合点出入口 匝道及立交加以规划，并提出快速路与城市其它道路的衔接评价体系，对快 速路与城市其它道路的评价加以量化。 本文的主要研究内容如下： ( 1 ) 快速路在城市道路交通网下的功能定位； ( 2 ) 快速路与城市其它道路的衔接结构分析，重点分析衔接局部结合点： 出入口匝道、立交； ( 3 ) 快速路与城市其它道路的交通分配研究； “) 快速路与城市路网的衔接评价体系，并对指标体系进行量化； ( 5 ) 应用灰色评价理论对成都市快速路与城市其它道路的衔接进行评价。 1 4 2 论文思路 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 通过先进的技术手段进行资料的收集，处理，根据交通规划的理论结 合应用符合本课题特点且覆盖多个学科领域的有关理论技术，以交通运输工 程理论、系统学理论、数学理论等主要研究方法对快速路与城市其它道路的 交通衔接方面进行系统分析，以系统论的方法，深入分析在城市道路交通网 的背景下，在与城市其它道路衔接时的快速路的功能、结构、特性加以深入 分析，并结合我国现行城市快速路的发展实际需求进行创薪研究，解决本课 题所需处理的关键问题。 研究思路如图卜1 。 1 资料收集、整理分析 l 1 r j 系统分析快速路与城市其它道路衔接问题 i i 1 0 l上j r l 快速路与城市其它道快速路与城市其它道快速路与城市其它道路 f 路结构衔接分析路交遁分配分析局部衔接重点的分柝 l 上 快速路与城市其它道路 衔接评价体系研究 n 确定方案 凰i 1 论文研究思路 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章快速路系统分析 2 1 快速路在城市道路交通网络背景下的概念界定 2 1 1 快速路概念 随着社会经济的发展，城市机动车辆数目增多，人们社会出行需求增长， 城市交通拥堵问题严重，城市内部快速出行通达问题亟待解决，与此同时， 城市向郊区发展规模不断扩大，大城市及其卫星城市的出现，也要求在中长 距离的交通出行下快速通达，快速路的出现将解决这些城市交通问题 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 b5 0 2 2 0 _ _ 9 5 ) 按道路在路网中的地位、交通功能以及对沿路建筑物 的服务功能，将城市道路划分为快速路、主干路、次干路及支路四类【蝎1 。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。 在城市道路交通网络背景下的快速路，应该具有连续交通流，车辆行驶 达到一定速度，能够满足城市中长距离交通需求 2 1 2 快速路的特点 快速路完全为交通功能服务，是解决城市中长距离快速交通运输的动脉。 对比城市道路交通网中其它种类道路，快速路有其自身的特点： 区别于城市内其它道路的服务功能，快速路仅为机动车提供快速通行， 实现交通功能。 快速路全程无交叉口，以立体交叉或进出口匝道与城市其它道路相连， 且匝道间距比高速公路短“ 在快速路两侧不宜设置吸引大量人流的公共建筑物的进出口。两侧建 筑物的进出口应加以控制“。 主线一般设置双向6 8 车道，两侧辅路或地面道路设置双向4 “6 车道， 道路容量大，道路上行驶车流为连续交通流啪1 有与之配套的辅路系统，按照有控制的快速吸引，快速通行的系统要 求，在快速路的两侧或一侧设置辅路系统，以完善快速路系统的使用功能。 汽车专用。由于道路性质所限，应禁止拖拉机、摩托车以及一些时速 过低的车辆上快速路行驶，避免行驶秩序混乱，降低道路通行能力 环境要求高快速路所经区域基本为城市建成区或开发组团，因此要 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 求道路要与周围环境相适应，一方面不能破坏道路沿线的环境，另一方面要 融入到城市规划建设的设计中。 2 1 3 快速路与高速公路的区别 城市快速路与高速公路相比，在道路结构、交通特性方面存在着多方面 的本质差异。”，如下表2 1 所示 表2 - 1 快速路与高速公路的区别表 城市快速路高速公路 结点多，面上范围大，出入口匝道多，线上的范围大。匝道间距大 间距短 大多为放射性+ 环形，有与之并行的辅 大多呈线状，有与之平行的普通公 道路结构 路系统 路 规划红线较宽，一般均在6 0 - - 1 0 0 m 左视道路等级而定 右 道路功能承担城市内部及过境交通 主要承担城市问交通 交通需求大，交通量接近于通行能力 交通需求相对较小，连续流，车种 连续流。出入口交通构成复杂容易构成简单较少发生自然拥挤 发生糖挤 车种构成变化小，小客车占有率较高车种构成变化显著 交通特性 车辆从出入口进入主线，出入口成为与有一定富余通行能力的普通公 制约快速路通行能力的“瓶颈”，匝道路相接，有可能强制车辆从匝道驶 定位要考虑快速路上混入的大量短途出，匝道定位主要为长途交通考虑 交通 设计速度为6 0 - 1 0 0 k m h 设计速度为1 2 0 k m h 由于快速路与高速公路有着本质的差别，不能简单地把快速路视为高速 公路进城转交雨来。应根据快速路本身的道路交通功能。综合考虑在城市道 路交通网络中所发挥的作用。 2 2 快速路的功能定位 2 2 1 快速路的设置条件 在城市道路规划设计规范( g b 5 0 2 2 0 - - 9 5 ) 中明确指出，对于中、小 城市不设快速道路，对于人口在2 0 0 万以上的大城市( 即特大城市) ，或长度 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 超过3 0 k i n 的带形城市，应设快速道路。 快速路通常需要采用高架或全立交的方式以保证其通行功能，因此相对 于其它城市道路造价较高，因此只有足够的机动车交通需求时才适合建设。 对于大城市而言，如北京、上海、广州、天津，其中心市区占地规模均在3 0 0 k m 2 以上，市区周边径向距离在1 5 3 0 k i n 左右，都符合建设快速路的条件。这些 城市发展速度较快，而且城市用地逐步扩展，在市中心外围都发展一定数量 组团及卫星城，为将这些组团、卫星城、工业区、货物流通中心等区域紧密 连接起来形成大都市圈，缩短时空距离也需要建设快速道路。对于人口5 0 万 以下的城市，其用地范围有限，一般在7 k i n 8 k m 以下，市民活动基本上在骑 自行车3 0 m i n 以内的范围内，交通需求有限，因此没有必要修建快速路。 2 2 2 快速路的分类 根据城市快速路的网络布局形态可以分为：“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几条环线和放射线所组 成。环线环绕城市，可以起到屏障作用，避免将过境交通引入城市中心区， 同时可以分流放射线的交通。放射线连接城内、城外交通，可以为出入城市 的交通服务 根据快速路所处位置及连接地域分为城市内快速道路和城市间快速道 路。城市内快速道路即位于城市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。城市间快速道路，是指位于市中心 区外围联接各组团或联接中心市区与卫星城市之间的快速道路，通过快速路 系统实现组团间的空间距离从时间上加以缩短，使城市的概念在时空上得到 统一 2 2 3 快速路与城市其它道路衔接节点分类 快速路与城市其它道路的衔接节点在功能上可以分为两类，一类是快速 路与快速路相交的节点，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；另一类是主干路或是地方道路与快速路的节点，称其为 地对快节点，这类节点主要满足城市交通的集散、转向和过境功能，其实现 形式为立体交叉或高架与地面交叉口相结合 2 2 4 快速路的功能分析 城市道路交通网络的交通功能一般可分为通过性交通和服务性交通功 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 能，快速路作为城市交通的主动脉，其主要的功能如下： ( 1 ) 提高城市的交通可达性，降低交通出行时空消耗总量。 ( 2 ) 形成城市大容量快速交通走廊，实现快速的通过性交通功能，它不仅 实现大城市内部交通通达，而且把大城市与其周边组团紧密地联结起来，是 对外联系的通道，同时又把大量入城交通引入城市。 ( 3 ) 缓解市中心区的交通压力，将出行距离较长的出行过程强制或诱导到 该中心区的边缘道路上，通过快速路上的立体交叉将汇集性的交通引导至城 市道路交通网中，实现出入城交通的快速分流。 ( 4 ) 屏蔽过境交通对城市内部道路网络的影响，特别是市中心地区道路上 的交通过多干预，实现全方位的过境，方便过境交通绕过城市中心。 ( 5 ) 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 展，满足日益增长的交通出行需求。 2 2 5 快速路对城市发展的影响分析 ( 1 ) 快速路对城市布局的指向性功能分析 随着大城市经济的发展，其城市功能逐渐转变和产业结构开始转型中 心城人口、住宅、商业等逐渐向近郊和远郊疏解扩散，其城市化地区迅速向 外扩展蔓延，主要是沿主要的快速道路蔓延，它们的发展大多依赖于原有城 市结构系统的发展，近似摊大饼式的沿着道路发展向外蔓延，显得混乱无序， 其负面特征主要是表现在缺乏或者没有系统的土地用地规划，消耗土地多， 低密度的在城镇边缘地区蔓延，生态环境保护乏力，社会治安问题突出等等， 因而引起广泛的关注快速路对城市的这种指向性有赖于交通规划和城市有 关部门严格规划与控制。 ( 2 ) 快速路对沿线地区经济的时效性功能分析 交通运输是带动城市经济发展的纽带，在交通运输发达的地区，其城镇 经济发展速度比较快。一般来说，首先建成的快速路对沿线城镇经济发展的 促进更加突出。从理论上说，快速路的建设存在边际效益递减的规律，即随 着道路建设的进行，后建设的道路产生的经济效益就会减弱，所以从经济学 上来看，道路的建设最好不要一哄而上，盲目推进。从实际上来看，早期建 设的快速路对沿线的城镇争取到了较好的交通区位条件。其区位优势带动了 城镇经济的发展。这说明区域可达性的改善对于区域经济的促进有比较明显 的作用，而快速路正是实现区域可达性的最直接、最明显的基础设施，因此 说明快速路对沿线地区经济的发展具有时效性的功能指示 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 ( 3 ) 快速路对地区经济影响的空间差异功能分析 不同运输供给对城镇经济影响的空闻差异有所不同，同一运输方式中不 同等级形式对城镇经济的影响也有所差异。不同等级的道路由于技术标准、 涉及性能等方面的差异，对城镇发展的影响也各有差别其中，快速路由于 是全封闭，全立交、出入口的相对距离受到严格的控制，对沿线城镇的改善 不会有太多的积极圣乍用，相反由于其它的等级公路出入口没有控制，交通基 本不收费，各种交通工具基本是自由使用，所以其它的产业会沿着这种公路 蔓延，经济带动作用明显，但是城市成线状化也特别突出。因此，大都市区 城镇经济发展的初期，道路网络结构应以非高速公路为主，并可以看作是快 速路建设的先行形势；随着区域经济发展的推进，再有步骤地提升快速于道 网络因此应该适当发展，因城市发展需求而定。 2 3 快速路的交通特性 2 3 1 快速路规划指标快速路的车流分布关系分析 城市道路交通规划设计规范中给出了大城市的快速路的规划指标( 见 下表2 2 ) 。 表2 - 2 大城市快速路规划指标 快速路的规划建设时，应依据此指标进行系统规划，不推荐在中小城市 规划建设快速路，大城市建设时充分结合城市发展的实际情况，考虑城市环 境、经济发展状况、城市布局和基础设旃建设量力而行。 2 3 2 快速路的交通特点 2 。3 2 1 快速路的交通流特性 快速路的道路交通规划指标决定了快速路上的交通运行特点，城市快速 路的交通流运行，由于主路上采用全封闭、全立交的形式，是快速、连续的 交通流，而辅路由于受信号控制的交叉口的影响，是典型的间断流，规律性 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 的出现等候排队和车队消散现象。1 。 城市快速路在设计标准、服务对象、交通规则等方面与高速公路有较大 差别，因此快速路的交通流特性与高速公路的交通流特性也存在差异“” 城市快速路直线段较短，出入口间距小，进出快速路车流量大，交织 严重，自由流速度低，服务的交通流量较小 城市快速路的车流速度和密度间的关系用两段直线描述比较合适。密 度小于1 5 p c u k m 时，速度保持不变；当密度大于1 5 p c u k m 继续增加时。速 度呈线性递减，阻塞密度大约在7 5 8 0 p c u k m 之间。 在多车道( 单向三车道以上) 的城市快速路上。车流较少时，车辆主 要集中在中间车道上行驶；当车流较大时，第l 车道所占比例最大。外侧车 道车流量虽然有所增加，但流量和车速均比内侧车道低。 2 3 2 2 快速路的车速特性 快速路是实现大运量、长距离快速交通的主要城市道路。行车速度是一 个随机变量，相关研究表明快速路上的车速显示出一定的特性 快速路上运行车速基本上呈正态分布，在匝道入口处，车速比较集中， 一般星偏态分布。 快速路的设计车速为6 0 8 0 k r n h ，因此在快速路上行驶的机动车辆车速 较高。 在基本路段上车辆数量较少时，车辆行驶的自由度较大，可以自由超 车，能以自由流运行，车辆可以按其期望车速行驶。 随着流量的增大及交通流密度增加，车辆的行驶要受到制约，车辆相 互之间的干扰增大，车流行驶缓慢，产生排队现象。 2 3 3 影响快速路通行能力因素分析 快速路的通行能力受到快速路各组成部分多方面的制约，制约因素可分 为： 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，两短途出行，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 快速路匝道数量及匝道设置间距。匝道数量多，意味着可利用进出快 速路主线的机会增多，必然会吸引部分车辆利用多个匝道实现车道转换。设 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 3 页 置短小间距的一方面影响主线的通行能力，频繁的车辆进出会减小主线的通 行能力；而另一方面由于匝道间距小则会增大匝道的通行能力。 驾驶员的主观心理条件驾驶员是否选择快速路及选择哪一个出入口 出入快速路，均与其喜好与驾驶习惯有关。 交通监控系统完善交通监控系统能为驾驶员提供实时路况信息，驾 驶员可以按照监控系统提供的道路交通情况，判断最佳出入口进出快速路， 不仅会调节车辆出入快速路的距离及时阗，而且对道路管理部门对快速路实 施有效匝道控制。 2 3 。4 快速路的通行能力分析 快速路的通行能力分析，应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 快速路一般由三部分组成：快速路的基本路段( 包括快速路的主线和 辅线两部分) ；分合流交织区：匝道。如下图所示： 行驶方向 图2 - l 快速路道路结构图 因此快速路的通行能力也应从三个方面考虑，分为快速路的基本路段， 快速路主线通行能力矗) 、辅线通行能力。，l ：分合流交织区通行能力。) 匝道通行能力石。上述几方面的通行能力相互制约、相互影响、相互协调， 构成了快速路通行能力的取值范围，因此在讨论快速路的通行能力时，不是 单纯考虑某一方面的通行能力，而是要综合考虑三个方面的通行能力，则快 速路的通行能力应为： c = l n i l l ，( e ) ，厂( c ，) ，厂旧) ，厂h ) ( 2 - 】) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 ( 1 ) 快速路基本路段通行能力 快速路的基本路段，包括快速路的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 路基本路段通行能力的计算方法【2 1 1 ( 2 ) 分合流交织区通行能力 分合流交织区通行能力是影响快速路通行能力的重要方面，由于快速路 的出入口数量较多。间距较小，特别在早晚高峰时，大量车流进出快速路， 导致分合流交织区成为交通“瓶颈”分合流交织区的通行能力主要受分合流 交织区中相邻车道的可接受间隙大小、基本路段的通行能力、驾驶员的驾驶 习惯等因素影响。在分合流区域，车辆的驶出入受跟驰车队中的相邻两辆车 之间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 来进行计算瞄】【圳： c ：，- - 3 6 0 0 h e 式中：q 分合流交织区通行能力； _ j i o 均匀车速时的平均车头时距。 ( 2 2 ) ( 3 ) 匝道能行能力 快速路的匝道由三个部分组成：匝道与快速路连接处，即匝道与基本路 段连接处；匝道车行道；匝道与城市道路的连接处。因此，快速路匝道的通 行能力为这三个组成部分各自通行能力的最小值，即： 巳= m i i l 厂( q ) ，厂心) ，厂( c 3 ) ) ( 2 3 ) 其中；厂( c 1 ) 匝道与快速路连接处通行能力： 厂( c 2 ) 匝道车行道通行能力； 厂( c 3 ) 匝道与城市道路连接处的通行能力。 匝道与交织区类似，对于快速路来说干扰较大、易发生运行问题，并且 匝道的各个组成部分的通行能力和服务水平之间有着紧密的联系。匝道与快 速路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 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 夏 市道路连接处的通行能力则受所连城市道路的通行能力所限 由于快速路的通行能力受制到各部分能力中的“瓶颈”值，在分析快速 路的通行能力时，应综合考虑快速路各部分的通行能力，在对各方面通行能 力相互关系的研究的基础上，找出通行能力中的最小值，即为快速路的通行 能力，进而改善快速路的交通组织与管理，保证快速路的车辆的畅通，充分 发挥快速路的快速通达的功能。 2 4 快速路与城市其它道路衔接的交通问题分析 2 4 1 交通问题产生机理 城市快速路的发展，一方面解决了快速增长的交通需求，另一方面则带 来了不可忽视的城市交通问题。本文从快速路与城市其它道路衔接角度出发， 分析产生交通问题所产生的原因。 ( 1 ) 快速路与城市其它道路交通分配不均，快速承担交通比重偏大 随着我国汽车保有量的增加，城市道路网的交通总量不断增加，由于对 于快速路与城市其它道路没有合理的规划，因此快速路与城市其它道路上交 通量分配比例不均，造成快速路与城市其它道路无法发挥既有功能。 据资料显示2 0 0 3 年，北京已建成二环至五环的城市快速路，快速路里程 达到2 1 6 k m ，长度占城市道路路的5 8 ，却承担了城市路网交通负荷5 0 9 6 的交 通流量一 ( 2 ) 长短途混行比例高，导致拥堵 由于快速路上行驶车辆速度较高，通行能力较强，但同时也吸引了短途 交通流的汇入，无疑增加了快速路的交通负荷，加之城市道路网密度比较大， 因此快速路与道路相交多，短距离交通流所占比例较高。城市快速路出入口 间距小，与其它各级道路之间交通转换极为频繁，因此道路交叉比较严重， 造成的拥堵时常发生，影响了快速路功能的正常发挥 ( 3 ) 衔接结构不合理，交通不畅 快速路与城市其它道路的衔接部，日益成为交通拥堵的瓶颈。 立交匝道口处交叉冲突严重。主路出口直接连通匝道，会导致主路出 口的车流与辅路上车流形成交叉冲突，严重干扰交通安全。因此将主路出口 前移，变立交匝道口交叉冲突为主路与辅路的交织冲突。如下图所示 西南交通大学硕士研究生学位论文第! 堕互 新开主路出口原立交匝道的出1 2 1 图2 - 2 解决立交匝道交叉冲突 主路与辅路衔接处，出入主路的路口设置不当易造成拥堵。辅路进入 主路的路口在出主路路口的上游时，若间距过短则极易在主路上形成车流交 织，干扰主路行车秩序，造成主路拥堵。因此在设置出入口时，若出入口间 距过短时，应将出主路的路口设置在入主路路口的上游，将交织转移至辅路， 不至于影响主路行车。 三；萑三j 色= 三当弋口 筮鳖= = = = 三 = = = = = 光- - 一一 堑墼友囱 图2 - 3b ) 解决主路车流交叉 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 诸如此类在结构衔接上的不当造成车流交织的情况比较多，因此应从快 速路本身的结构方面入手，充分考虑车流运行特点，适当采取将车流交叉变 车流交织、减少车流交织点、适当改变衔接方式、调整匝道位置等措施解决 交通问题。 2 4 。2 总体解决对策 社会发展、城市扩展等多方面因素导致快速路的交通状况问题激增，而 快速路系统是结构复杂的道路体系，加之与道路交通网车流交织情况严重， 因此针对快速路与城市其它道路衔接所引起的交通问题，必须从整体上对快 速路与道路交通网的结构衔接与交通组织管理角度分析解决 ( 1 ) 优化城市道路布局，提高道路通行能力【2 9 由于城市交通量的迅速增长所引起的交通需求的扩大，应从提高道路通 行能力角度出发，逐步改造城市道路网，增强道路的连通性，提高道路容量 与服务水平。增强城市普通道路相对于快速路的优势，引导快速路上剧增的 短途交通转向城市普通道路运行，从而调整快速路的长短途交通运行比例， 增强快速路的通行能力。 ( 2 ) 调整道路结构，组织交通有序衔接 对于快速路匝道间距应做适当调整，避免匝道间距过小，频繁的出入交 通影响快速路主路与辅路的交通秩序对于匝道出入口设置顺序，要因地制 宜，选取适当合理的衔接类型，避免快速路主路拥堵，变快速路主路交通拥 堵转移到辅路上。 对于交叉口处的交叉问题，要结合道路交通条件，充分考虑周边道路情 况，选择将交叉问题转为交通交织问题处理，因为交织点较交叉点交通运行 更为安全可靠，不易发生交通事故，以确保道路交通良性运行 ( 3 ) 实施科学的交通组织政策，引导有序交通 对高等级道路实行“机非分离”政策，减缓机动车与菲机动车的相互干 扰，有利于道路提高车辆运行速度。 实施驾驶信息诱导，为驾驶员提供实时道路交通状态信息，作为驾驶员 出行选择的依据，从总体上控制交通流向，以调整交通需求，减轻城市主要 道路的拥堵情况。 对城市快速路及主干路上的潮汐交通，可实行单向交通政策，但要做好 交通预报及交通引导，解决出行者的不满，避免给出行者带来不便。 ( 4 ) 完善道路交通监控系统，系统控制交通运行 亘塑窑堕盔兰堡主塑壅皇兰垡垒窒蔓! ! 要 由于快速路与城市道路交通系统是一个复杂的交通