（系统工程专业论文）北京市立体交叉路口阜成门立资立交桥混合交通流干扰研究.pdf

舫交通人学毕业譬3 9 3 5 1 3 摘要 f 混合交通是我国城市交通的一大特色，混合交通在供需总量和结构上 的双重失衡也是北京市面临的主要矛盾，并且日益严重，而北京市自8 0 年代以来，城市发展己趋定型，大规模进行交通规划的时代已经过去，对 缓解城市交通紧张局势的研究，多集中于交通管理方面。因此，如何提高 北京市现有道路的运行效率就显得越来越重要。l 。 ， 本文鼽是着眼于此摹在参考国内外研究成果的基础上，以道路立体交 叉口为重点，结合北京市混合交通的实际情况，把阜成门全苜蓿叶型互通 式立交桥作为实例进行剖析，从而对北京市立交路口混合交通流间的相互 干扰进行理论研究，分析了立体交叉口交通状况中现存的问题，重点探索 了立交路口道路通行能力、各方向车速与立交几何数据和交通量的关系、 立体交叉口混合交通流的分流、合流、交织对车流的影响这三方面模型的 建立，并具体分析了阜成门立交口的机动车与非机动车混合交通流的干扰 状况，以评价其立交交通功能的效益，探索出缓解立交路口混合交通流干 扰问题的有效途径，为制定交通管理措施提供依据。 本文综合运用了交通工程学的有关理论及数学、计算机等辅助手段， 重点对各种干扰情况进行了数学建模和量化计算，以期得到具有普遍适用 性的立交路口混合交通流的干扰模型。 最后，为了提高立交路口的运行效率，结合北京市交通现状，对有关 问题提出了合理化的政策和建议。 关键词：混合交通立体交叉路口道路通行能力运行速度干扰度 北方交通入学毕业设计( 论义) a b s t r a c t t h eb l e n dt r a f f i ci sa g r e a t c h a r a c t e r i s t i co ft h e c i t y t r a n s p o r t a t i o ni nc h i n a t h em a i np r o b l e mt h a tb e i j i n gf a c e si s t h e d u a ll o s so fb a l a n c eo nt h et o t a ls u p p l ya n dd e m a n da n dt h et r a f f i c s t r u c t u r e s t h i ss i t u a t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u s i na d d i t i o n ， t h ed e v e l o p m e n to f b e i j i n gh a sb e e ns h a p e ds i n c e 19 8 0 t h et r a f f i c d e s i g na tl a r g es c a l eh a sa l r e a d yb e e ne v e nd i f f i c u l t t h es t u d yo f r e l i e fo ft h et r a f f i cs i t u a t i o n m a i n l y f o c u s e so nt h et r a f f i c m a n a g e m e n t t h e r e f o r e ，i tb e c o m e sm o r ei m p o r t a n tt h a t h o wt o i m p r o v et h ec a p a c i t ya n dc a r r y i n ge f f i c i e n c yo ft h ep r e s e n tr o a d si n b e i j i n g t h i sa r t i c l ei sj u s tt ot h ep o i n t b a s e do nt h er e l a t e dr e s e a r c h r e s u l t sf r o mf o r e i g nc o u n t r i e sa n do u r s ，i ta n a l y s e st h ef u c h e n g m e n g r a d ei n t e r s e c t i o nw i t ht h ee n t r a n c et ot h i sg r a d ei n t e r s e c t i o na sa c o r e a n dt h ea r t i c l ec o m b i n e st h e p r e s e n ts i t u a t i o no fc i t yb l e n d t r a f f i ci nc h i n a t o g e t h e r i t a p p l i e st h et h e o r yo ft r a f f i ce n g i n e e r i n ga n dt h em e t h o d so f m a t h e m a t i c so rc o m p u t e r st ot h es t u d y i no r d e rt oc o m eu pw i t ht h e d i s t u r b a n c em o d e l sf o ru n i v e r s a l a d a p t a t i o n ，i t s e t s u p u s e f u l m a t h e m a t i c sm o d e la n d q u a n t i t a t i v e v a r i a b l e sf o rd i s t u r b a n c e s i t u a t i o n f i n a l l y , i no r d e rt oi m p r o v et h eo p e r a t i n ge f f i c i e n c yo ft h e e n t r a n c eo f t h i sg r a d e i n t e r s e c t i o n ， i tr a i s e sr e a s o n a b l e p o l i c ya n d ! ! 垄銮塑查兰兰些坠生! 堡兰2 s u g g e s t i o n s f o rr e l a t e dp r o b l e m sw i t hc o n s i d e r a t i o no ft h ep r e s e n t s i t u a t i o no ft r a f f i ci nb e i j i n g k e y w o r d s ：b l e n dt r a f f i c ，o p e r a t i n gs p e e d ，t r a c kc a p a c i t y d i s t u r b a n c e g r a d ei n t e r s e c t i o n 北京市立体交叉路l j ( 阜成门立交桥) 混合交通流十扰研究 第一章绪论 1 1 导言 技术进步、经济的繁荣、城市化进程的加快，势必引起交通需 求的急剧增加及交通需求结构的显著变化，而另一方面交通供给 增长的滞后性及交通资源的有限性，造成了交通供需在总量和结 构上的双重失衡，并且日益严重。据统计1 9 7 8 1 9 9 3 年，我国城 市道路面积和长度增加了3 7 倍和2 9 倍，人均道路面积从3 4 一 增至6 5 m 2 ，公交车辆和线路分别增加了2 4 倍和2 8 倍。但同期 城市汽车保有量增加了5 7 倍，且近年来汽车增长率普遍在1 5 2 0 ，有的城市高达3 0 。 我国大多数城市都是依靠地面常规交通工具运送乘客，缺乏大 容量的快速客运交通工具。单一的交通结构以及各种混合交通方 式形成相互干扰的恶性循环，造成城市交通的严重拥挤，甚至堵 塞，而且具体表现在城市中心区的主要线路上。 国家统计局按照5 0 万人口以上的城市可视为大城市的划分方 法，统计得到1 9 9 5 年我国共有7 5 个大城市，随着城市经济的蓬 勃发展，如何治理大城市、特大城市、超特大城市的混合交通流 的“滞胀症”，成为随之而来的热点、难点问题。 而城市混合交通流的顺畅运转对于城市经济发展有着十分重要 的保证作用，这是因为：其一，城市交通混合流是城市的动脉流， 如果交通流滞胀或梗阻，城市交通处于瘫痪，城市就不能运转和 生存，那么，高速度的经济建设和高质量的生活环境就无法实现。 其二，通畅、高效、安全的混合交通流有显著的时空效益。由于 大城市的功能特征决定了大城市本身是现代化、社会化、多功能 化的经济、文化活动的中心。人流、物流的通畅流动，可以促进 社会经济活动的运转，产生显著的时间效益。据资料测算，北京 市二环路上修建了十余座立交桥之后，使得二环路上人、车混合 交通畅通，仅1 9 8 1 1 9 8 7 七年间，由于车速提高节约的时间所 产生的经济效益达2 亿元。十个立交桥路口减少了路口延误时间 1 北京市：体交叉路u ( 阜成门：交桥) 混台交通流十扰研究 和紧急刹车、加减速的机械损耗，以路口的效益计算约为3 亿元。 则仅此交通流之畅通所带来的形成时间效益和路口效益之和为5 亿元。其三，通畅的交通流状况，可以把城市中各种资源、设施 有机地联动起来，进入快捷的流通领域，参与社会生产、分配、 交换、消费的各环节，从而产生良性循环的“增值”效益。据资 料统计，由于混合交通流不畅，仅在北京市2 5 0 个主要路口每辆 车若延误一分钟，一年的损失可达8 0 0 0 万元。据固内专家估算， 日本东京三个区做的估算结果是，1 3 0 万人口，如果每人上、下班 因交通流不畅延误一分钟，一年的损失相当于建造四车道高速公 路7 5 公里。英国每年因交通流不畅所造成的损失达1 0 亿英镑。 目f j ，北京市三环以内的混合交通流十分不畅，虽然市政府、交 通部门做了大量的工作，但仍然梗阻情况频繁发生。据北京市统 计局资料，1 9 9 8 年北京市各个电汽车客运量为3 4 7 亿人次、地下 铁道45 亿人次、出租汽车6 5 亿人次、自行车3 8 亿人次，仅上 述四项统计，北京市1 9 9 8 年完成的客运量约为8 4 亿人次，若每 人每天因交通不畅通延误1 0 分钟计算，则全年浪费时间约为5 0 4 0 亿小时，这不仅意味着巨大的社会财富损失，而且严重地影响着 经济的发展。其四，社会的发展、技术的进步、经济的繁荣，势 必引起交通需求的急剧增长以及交通需求结构的显著变化，而另 一方面交通供给增长的滞后性及交通资源的有限性，造成了城市 交通供、需在总量和结构上双重失衡的矛盾日益尖锐。据统计， 1 9 7 8 1 9 9 5 年，我国机动车的增长和线路分别增长了2 4 倍和2 8 倍，汽车增长近7 倍，我国又是世界上独无二的自行车王国， 北京市每百人自行车拥有量近7 0 辆。这样，各种车流、人流之间 形成互相干扰的混合交通流的恶性循环，一方面激化了城市交通 流的堵塞，以北京市为例，具体表现在旧城区、城市中心区的主 要路段、主要交叉口上的混合交通流负荷达到或超过o 8 5 ，完全 处于饱和状态，致使机动车的运行速度降至1 0 1 5 公里j 、时， 有的地段只有5 1 0 公里，j 、时。另一方面，增大了道路交叉口 处交通事故的发生率。 2 ! ! 塞生：些堡奎墨堕呈! 呈垡塑兰奎堡! 望垒銮望丝垫型壅一 1 2 论文研究背景 拥有1 0 0 0 万人口以上的超特大城市北京是全国交通堵塞 情况较为严重的城市，现有的1 5 0 万辆汽车保有量和正以迅猛之 势增长的私家车，使北京路网面临着巨大的压力。调查表明，混 合交通的病症已由“滞胀”转为“梗阻”，混合交通流中的“流畅” 已经失去前景。而北京市自八十年代以来发展已趋定型，大规模 进行交通规划的时代己过去，对缓解城市交通紧张局势的研究多 集中于交通管理方面。 我国城市交通极具特色，即自行车占多数的非机动车与机动 车混行，机动车中快、慢车混行的混合交通。这种混合交通在北 京这样的特大城市表现的尤为突出。我国自行车的生产量、拥有 量和使用量位居世界榜首，成为名副其实的“自行车王国”。自行 车交通以其安全性低和远高于公共汽车1 0 倍的单位载客面积严重 影响着城市干道的通行能力。据统计1 9 9 3 年北京市长住人口 1 0 1 5 1 2 万，机动车保有辆5 6 7 9 8 5 辆，自行车拥有量约为6 0 0 万 辆；1 9 9 0 年北京市区客运量中，自行车负担的客运量为3 1 ，o o 亿 人次，占客运总量的5 7 8 。经过八十年代的持续高速增长，城 市自行车拥有量基本处于饱和，但由于暂住人口的增长因素，它 仍保持每年1 0 的增长率。 北京市主要道路网的机动车交通负荷接近或大于0 8 0 ，已处于 饱和状态。混合交通流的不畅导致道路交通困境的严峻局势，已 经严重制约了城市政治、经济、文化的稳定发展，同时也对居民 的生活、工作和学习带来了严重的威胁，所以对城市混合交通流的 研究显得日益迫切。究其原因很多，其中，在主要路段及交叉口 处非机动车交通对机动车交通的干扰，以及转弯机动车对直行机 动车的干扰、冲突，是导致通行能力降低，排队长度延长，等待 时间加大，及至事故日益增多的主要原因。 本文是在参加导师王莉教授主持的北京市科委9 8 年项目北 京市混合交通流干扰研究的部分实测、分析、测算、建模等研 3 北京市立体交叉路i = 】( 阜成门立交桥) 混合交通流干扰研究 究的基础上，综合运用交通工程学、数学、计算机科学、系统工 程学的有关理论和方法，独立撰写而成的。因此，本文主要对北 京市立体交叉混合交通流干扰问题进行深入的研究，并以阜成门 全苜蓿叶互通式立交桥作为实例。 1 3 国内外研究现状 混合交通现象，尤其是立交路口的混合交通流在国外不如我国 突出，因而国外的交通规划、管理、控制等理论、模型方法只停 留在对单一机动车流的研究上，几乎没有反映混合交通的特点。 国内对混合交通流的研究多集中于路段和平交路口，但成果 也比较少，由于立交路口相关因素众多且关系复杂，故其研究是 一大难点，使得目前理论研究进度缓慢、研究层次尚浅、成果较少， 因此可参照借鉴的理论和实案实在很少。 4 i ! 室史兰堡銮墨堕望! 呈堕盟! ! 奎堑! 堡垒銮丝堕士垫型! ! 一 第二章北京市立交桥 2 1 北京市立交桥的作用 道路交叉1 3 是道路网的重要组成部分，可以说是咽喉地区， 道路通过车流量的多少，一般的情况下不是取决于区间段，而是 取决于道路交叉口的通行能力、速度及等待时间等诸多因素。 立体交叉是从空间将两条或多条交叉道路上的交通分割丌的设 施，立体交叉路口是联结城市各相关道路的交汇点，又是道路行 驶的交通枢纽。 北京市道路交叉1 3 主要分为两大类：一类是立体交叉，另一类 是平面交叉。根据北京道路网的规划，主干道与主干道相交以及 规划中的快速系统的交叉口均采用立体交叉：次干道和支路等一 般的道路相交时采用的是平面交叉，因此平面交叉的数量大大超 过立体交叉路口。 北京的立体交叉口主要是在二环、三环、四环和轴线及9 条放 射线相交处，其中二环路和出城干道相交处，8 0 年代末期建成了 1 0 处立体交叉，三环和放射线相交建成1 2 处立体交叉。 北京市市区道路的立体交叉口是北京市路网建设中的重要结 点，也是道路交通中的矛盾点。它能使经过立交路口主要方向或 全部方向的车流不停顿、不间断地连续运行，能提高车流运行速 度，节省运行时间和总的燃料消耗，减少( 与平面交叉相比) 交 通流造成的空气污染，并提高交叉口的通行能力，但立交路口用 地多、造价高。 2 2 北京市立交桥的分类 根据当前北京市的交通量密集、车辆持续增多的特点，北京市 已建成9 2 座立体交叉，分两种型式：一种是快慢完全分开的三层 式立交，另一种是将快慢主要方向分开的两层立交。 道路立体交叉按道路上、下位置及结构形式不同，主要可分为 下穿式( 即隧道式) 和上跨式( 跨路桥) 两种基本类型。一般说， 5 i ! 皇变兰堡奎墨堕坚! ! 些塑兰銮堕! 堡垒銮望垫些型壅 下穿式占地较少，立交易于处理，在美观和居民心理上，下穿式 有利，般多用于市区。其缺点是施工期较长，造价高，易积尘 土，排水不良，养护麻烦。上跨式施工容易，造价低于下穿式， 其缺点是占地面积大，高架桥影响市容观瞻，引道纵坡大，对机 动车交通不利，故多用于市郊。 道路立体交叉按功能可区分为两类：一类是分离式立体交叉， 仅设隧道或跨线桥一座，不征占土地，设计构造简单，上、下道 路无匝道相连，相交道路上的车辆在交叉处不能转弯到另一条道 路上去，多用于铁路和道路的立体交叉。另一类是互通式立体交 叉，除设隧道或跨路桥外，并设有匝道连接上、下道路，任何一 相交道路上的车辆都可以通过匝道转向行驶到另一相交道路上 去。此种立交构造复杂，占地较多，多用于城市道路的立体交叉。 2 3 北京市互通式立交桥的结构功能特点 由于北京的城市交通中苜蓿叶型互通式立交桥居多，且运行状 况比较复杂，因此将具有代表性的北京市阜成门全苜蓿叶型互通 式立交桥作为典型实例进行剖析。 此型立交桥四个左转弯匝道均为环形，优点是：所有右转弯均 是用定向型的外连接完成；所有左转弯交通流与横路交通流没有 任何冲突点，转弯交通流和横路上的交通流都可以不中断的连续 运行。其缺点有：所有左转弯均是以2 7 0 度的右转弯代替，内环 半径小且是反定向，故行驶不便且对匝道进一步提高通行能力有 所限制，主线上每一行驶方向有两个进口，两个出口，转弯交通 对过境交通的干扰较大；主线上出口在入口前面排列，主线行车 道上有交织运行，增加了出入交通对过境交通的干扰。 2 4 北京市阜成门立交桥交通状况 2 4 1 阜成门立交概况 一、工程概况 6 北京市立体交叉路【_ i ( 申成门立交桥) 混台交迎流十扰州究 阜成门立交位于阜成门大街与西二环路交叉路口，结合二期地 铁工程的建设，修建了本立交工程。 阜成门立交工程为二层长条苜蓿叶型互通式立交。阜成门大街 上跨二环路，桥型为三i l 箱型断面预应力连续梁。 立交工程主要工程数量：二环道路水泥混凝土路面1 5 6 2 0 m 2 ， 阜成门放射线与四条匝道及非机动车道沥青路面3 2 5 4 3 m 2 ，挡墙高 6 0 c m ，南北方向长4 0 0 m ，东西长1 3 0 8 米。人行梯道4 座，水泥 方砖步道9 8 6 9 m 2 ，还有上水、下水、电力、电信、煤气管道等工 程。阜成门立交桥梁建筑面积2 1 5 0 m 2 ，立交占地6 1 公顷。投资 总额达2 8 2 5 万元。立交于1 9 7 7 年1 0 月1 同通车。 二、设计概要 ( 一) 交通规划和通行能力 阜成门大街是沟通东西城区交通主要干道，阜内大街现在道路 宽1 9 m ，阜外大街现在道路宽1 5 m ，道路行驶条件较差。按立交通 行能力计算：阜成门大街经规划后，道路展宽至2 8 m ，这样与二环 道路各进口道路，原设计车道线按照三车道计，则四个方向的路 口总设计通行能力达1 2 0 0 0 辆小时。 ( 二) 立交选型 阜成门立交形式属于长条苜蓿叶型，主要是根据地铁拆迁范围 和对本地区交通量的分析而定。长条苜蓿叶型立交有交通行驶方 向明确，保证直行畅通，并兼顾左右转弯的特点。 优点： ( 1 ) 其所有左转弯均由环圈式匝道来完成。 ( 2 ) 无须交通信号。 ( 3 ) 交通运行连续又自然。 ( 4 ) 必要时可分期修建，在同类立交中造价较低。 缺点： ( 1 ) 要求大的用地，且环圈匝道的半径不宜过小。 ( 2 ) 在快速公路和次要路线上的交织可能严重限制通行能力。 ( 3 ) 环圈匝道的出口在构造物之后。 7 i ! 塞塑兰堡奎墨堕里! 里些! ! 兰奎堕! 塑垒銮塑堕垫型! ! ( 4 ) 快速公路上双重出口使行车标号复杂。 ( 5 ) 下面构造物有附加交织车道，增加造价。 ( 6 ) e h 快速公路速度到内部环圈匝道控制速度的减速长度不足。 ( 7 ) 行车安全不良。 ( 三) 主要设计技术指标 阜成门立交主要设计技术指标如下： l 、计算车速：立交中主道计算车速为6 0k m h ，匝道计算车 速为2 5 k m h 。 2 、立交道路纵坡：机动车道最大纵坡3 5 ，非机动车道和 混行道纵坡小于等于1 7 1 。 3 、匝道转弯半径： 1 8 0 度转弯的缘石半径采用二一f i , 园，半径为1 7 2 米与1 2 米， 主要考虑增大机动车行驶半径。 4 、通行能力：6 1 3 千辆当量小汽车小时，1 6 - 一2 0 千辆当 量自行车小时。 5 、桥梁净高： 机动车道为4 4 5 m ，非机动车道为3 3 5 m 。 6 、桥梁设计荷载： 汽一2 0挂一l o o 履一5 0 人群荷载一3 5 k n m 2 ( 四) 横断面设计 立交范围内二环路横断面设计内为三幅路，中间机动车道宽为 2 8 4 米水泥混凝土路面，横坡1 ；两侧非机动车道宽7 米沥青路 面，分隔带宽1 6 m 。非机动车道外侧人行道宽3 m 。此外，匝道为 双向机动车与非机动车混行车道，路面宽度为1 5 m 。 资料见( ( 城市立体交叉设计实例) ，1 9 8 6 年版 2 4 2 阜成门立交桥的车流分析 通过对阜成门立交路口实际调查，我们发现其车流分布存在 着早晚两个高峰。在高峰期间，虽然立交路口无信号灯控制，没 有严格的类似与平交口的排队等候绿灯周期内通过的情况，但是 8 北京市立体交叉路i a ( 阜成门立交桥) 混台交通流干扰研究 由于车流是不间断流，道路负荷度增大，道路尤其是匝道上的通 行能力小于交通量的需求，再加上非机动车对机动车的交叉干扰， 以及立体交叉范围内多次交织，使得高峰期间车流常常出现拥挤、 堵塞现象。为了研究干扰延误，我们对交通流分析如下： ( 1 ) 南北主线上：在每个方向上( 如由北到南) 机动车有两 次分流和两次合流，有四次机动车与机动车的干扰，有四次机动 车和非机动车的干扰冲突。 ( 2 ) 东西主线上：在每个方向上( 如由东到西) 机动车有两 次分流和两次合流，机动车与非机动车的交叉冲突点有4 个。 ( 3 ) 整个立交口有四个交织区，每一主线分方向各有一个交 织区，为多重交织区。 交织运行，其含义是两个或两个以上的交通流沿公路相当长 路段运行的总方向相同，且在没有交通控制设施的情况下，相交 而过的运行称作交织运行。 交织区的类型可分为简单交织区和多重交织区两类。简单交 织区由一单个汇合点接着有单个分离点形成；多重交织区由一个 汇合点接着有两个分离点或由两个汇合点接着有一分离点形成。 2 4 3 阜成门立交路口交通现状 在1 9 9 8 年1 1 月交通实测中，该立交主线已增加了车道，现为 南北方向单向四车道加一个机动车辅道，共五个车道。并且，东 西方向扩展到1 6 1 9 米，现计算的设计总能力约为1 5 2 1 8 9 辆，j 、时， 比原来1 2 0 0 0 辆1 1 增加了2 6 8 ；现在实测总能力约为1 7 4 7 9 辆 小时，超设计能力为1 4 ，9 。 日益增长的交通量使得道路拥挤、通行不畅、能力降低，实 测的主线速度、匝道速度、交织点速、交织区段速度均低于设计 车速，远没有发挥立交通行的优势。 9 北京市立体交叉路口( 阜成门立交桥) 混合交通流十扰研究 第三章立体交叉的交通功能 3 1 交通功能分析 随着高速公路和城市快速路的发展，立体交叉应运而生。它 可解决平面交叉产生的通行能力低下、交通事故多、行车延误和 燃料消耗大等问题。 现代化的道路交通对立体交叉的要求越来越高，从立体交叉 的交通功能、形式、造价、建设和养护管理等许多方面都提出了 要求。其中，对立体交叉交通功能的要求是最基本的。 交通功能完善与否是评价立体交叉的重要依据。立体交叉的 交通功能可从以下几方面来体现： l 、通过性 通过性指交通流通过交叉口所需的时间和所走过的距离。时 间和距离愈短，说明立体交叉的通过性愈好。与此相关的评价指 标有：延误、行车速度和匝道绕行长度。 2 、安全性 安全性指立体交叉保证交通流通过的安全程度。立体交叉是 通过空间的方式将交通流从方向、种类上加以分离，从而达到减 少甚至消除冲突点的目的。冲突点的多少直接影响着交通安全的 程度。分流点、汇流点及交织段也对立体交叉的交通安全有较大 的影响。完全立交型立体交叉，如苜蓿叶型立体交叉消除了冲突 点，因此它的安全性较好。与此相关的评价指标有：冲突点数、 匝道出口和入口、交织段数量。 3 、方向性 方向性是指转向车流实施转弯运行的便利程度。立体交叉除 具有分离直行交通流的功能外，主要是解决转向交通流的问题。 转弯车辆行车方向的明确程度、转弯匝道的转向角度是评价方向 性的主要因素。 4 、舒适性 它是指立体交叉使用者在视觉和感觉上被提供的舒适水平。 1 0 ! ! 室立皇堡奎墨堕旦! 皇盛旦立奎堑! 望垒奎翌堕垫! | ! 窒 它涉及到立体交叉各组成部分的几何线形、造型、周围环境和交 通流本身的情况。它较难由指标表示。 5 、容纳性 它是指立体交叉的通行能力是否满足相应交通量的需要。立 体交叉的通行能力不仅在整体上应满足要求，在其各组成部分包 括主线、匝道、出口、入口等处的通行能力都应该满足交通量的 要求。 3 2 交通功能的评价指标 立体交叉的交通功能，其评价指标繁多，需要综合考虑诸项 因素。经分析，可以选择交通量、通行能力、行车速度及服务水 平作为立体交叉交通功能的评价指标。 ( ) 、交通量：它包括立交总交通量、各断面、各流向交通 量。这些资料的取得应采用交通调查、交通规划的方法，经分析、 预测、修正后确定。一般应有： ( 1 ) 现状及规划年度的小时交通量。 ( 2 ) 设计小时交通量。其计算公式为： ( d h v ) = a d t k d d h v ( 单向) 各方向的设计小时交通量( v h ) 。美国、r 本目前多用第3 0 小时交通量作为设计交通量，即设计小时交通量 = 第3 0 小时交通量= 年均日交通量第3 0 小时交通量系数。 a d t ( 双向) 两个方向的合计年平均日交通量( 辆天) 。 k 高峰小时系数，一般为o 0 9 0 1 2 ， k = 高峰小时交通量 6 0 i t x ( t 时段内的最高交通量) 1 ，t 一5 m i n 或1 5 r a i n 。当道路交通量饱和度较高时k 小，道路交通量饱和度 较低时k 大。日高峰小时交通量相当于8 5 的年均日交通量，接 近第3 0 位小时交通量。 d = 方向不均衡系数，一般为o 5 0 _ - o 6 0 。 d = 主要行车方向交通量双向总交通量。 资料见( ( 道路立交的规划与设计) ) ，1 9 9 4 年版1 1 1 ! ! 塞塑兰堡銮墨堕旦! 呈些! j 兰窒堑! 堡垒窒望堕垫型窒一 ( 二) 、通行能力：它由机动车和非机动车两部分的通行能力 构成，并且在立交的不同部分其通行能力是不同的，故又可分为 主线通行能力、交织段通行能力、 匝道的通行能力。后面将对 此介绍。 ( 三) 、行车速度：它包括主线、匝道上的行车速度及计算速 度。主线上的计算行车速度与一般道路设计中采用值一致，但匝 道的设计车速，因受转弯半径的限制，其值一般低于主线设计车 速。 ( 四) 、服务水平：对主线、匝道、交织段分别规定一定的服 务水平等级，依据所选用的水平来评价立体交叉的交通功能。 l 、服务水平的概念 它是指道路使用者从道路状况、交通条件、道路环境等方面 可能得到的服务程度或服务质量，如可以提供的行车速度、舒适 度、方便、司机的视野以及经济安全等方面所能得到的实际效果 与服务程度。不同的服务水平允许通过的交通量不同称之为服务 交通量，服务等级高的道路车速快，驾驶员开车的自由度大，舒 适与安全性好，但其相应的服务交通量就小：反之，允许的服务 交通量大，则服务水平低。 目前服务水平大体按下列指标划分： ( 1 ) 行车速度和运行时间： ( 2 ) 车辆行驶的自由程度( 通畅性) ； ( 3 ) 交通受阻和受干扰的程度，以及行车延误和每公里停车 次数等； ( 4 ) 行车安全性( 事故率和经济损失等) ； ( 5 ) 行车的舒适性和乘客满意的程度； ( 6 ) 经济性( 行驶费用) 。 然而，由于实际确定服务等级时，难以全面考虑和综合上述 诸因素，服务水平就是道路使用者根据交通状态，从道路所能得 到的服务效果的程度。它与行车速度、运行时间、行动自由度、 交通中断或受阻及行车安全性、舒适性和经济性等有关。由于行 1 2 北京市立体交叉路口( 卑成门立交桥) 混合交通流干扰研究 车速度是最主要的影响因素，并与其他的所有因素有关，同时又 是最容易测量的项目，所以一般都把它作为评定的标准。但也有 采用交通密度来评定的。故仅以其中的行车速度及服务量与通行 能力之比，作为评定服务等级的主要影响因素。同时，由于这几 项指标易于观测，而且车速和服务交通量也同其它因素有关，所 以取此二者作为评价服务水平的主要指标。 ( ( 美国通行能力手册) ) 把服务水平分为六个等级，如下： a 级畅行车流。特征为交通量少、车速高、交通密度低， 驾驶员在客观许可的条件下，可按自己的意愿来控制车速而无任 何干扰和延误。一般可作为高速道路的设计标准。 b 级稳定车流( 稍有延误) 。特征为车速开始受到交通条 件的限制而有所降低，但驾驶员仍能较为自由的选择合理的车速。 其低限可作为野外快速道路的设计标准。 c 级稳定车流( 可接受延误) 。特征为车速和机动性受到 较大交通量的影响，驾驶员已经不能自行决定车速，但还能得到 较满意的车速。它可作为一般城市道路的设计标准。 d 级接近不稳定车流。特征为车速受到相当大的影响， 能勉强维持所需的车速，行车机动性和舒适性变得较差。 e 极不稳定车流。特征为行车不畅、车速很低，处于时 开时停的状态，交通量接近于道路的通行能力。 f 级强制车流。特征为能勉强行驶，车速极低，道路通 行能力低于实际交通量，出现排队等候甚至完全堵塞的现象。一 般来说，这种道路对交通的意义已经不大，必须进行改建。 服务水平是个重要的概念，它合理的反映了通行能力的取值 标准。下表为美国城市干道的不同服务水平标准，可供研究时参 考。设计通行能力则为可能通行能力乘以表中的服务交通量通 行能力之比求得。 1 3 北京市0 ：体交叉路i a ( 申成门札交桥) 混合交通流十扰训究 美国城市干道的服务水平 交通流情况( 典型的近似值，无严格的标准) 服务v c 平均负荷合适高 水平 描述 车速v系数峰小时 值 英里h系数b a 级畅行车流3 0 o o o 7 00 6 b 级稳定车流2 5 o 1 o 8 00 7 0 ( 稍有延误) c 级稳定车流2 00 30 8 5o 8 0 ( 可接受延误) d 级接近不稳定车流1 50 70 9 0 0 9 0 ( 可容忍耽误) e 级 不稳定车流( 拥挤，不接近1 5 1 ( 0 8 5 o 9 51 能容忍耽误)典型) f 级 强制车流( 堵塞) 3 5 m ) 当车道宽度等于3 5 米时，k w = 1 0 0 ，车道宽度与影响系 数之间的变化关系如下： 1w o ( m ) 3 03 5 4 04 5 5 0 ik 。( ) 7 51 0 01 1 1 1 2 01 2 6 5 4 3 进口道直行机动车道的通行能力计算 4 3 北京市芷体交叉路口( 阜成门立交桥) 混合交通流十扰研究 s 5 4 3 1 国内外每条机动车道的道路通行能力实际采用数据 f 1 1 法国：道路宽度3 7 5 米，通过量1 3 0 0 1 5 0 0 辆h ，最大 2 0 0 0 辆，h ( 此时车速为6 0 k m h ) ，当交通量超过2 0 0 0 辆，1 1 时即发 生堵塞。 f 2 ) 英国：城市快速道路，一般1 2 0 0 1 6 0 0 辆h ，最大可达2 0 0 0 辆h ( 互通式立交道路) 。 f 3 ) 荷兰、丹麦：最大值2 0 0 0 辆，1 1 。 f 4 1 原西德：理想的通过量1 7 0 0 辆h 。 ( 5 ) 美国：城市干道，车速2 4 8 0 k m h ，平均通过量1 3 5 0 2 0 0 0 辆h ( v = 5 6 k m h ) 。 ( 6 ) 日本：城市高速道路，车速2 0 6 0 k m h ，最大交通量 13 0 0 2 0 0 0 ( 辆h ( v = 4 5 k m h ) 。 ( 7 ) 我国：立体交叉道路1 5 0 0 辆小时( 饱和度o 7 ) 。 北京市交通规划研究采用数据为： 对于快速路有： 主路双向六车道9 6 0 0 辆h ( 6 1 6 0 0 ) ，车速6 0 8 0 k m h ；( 完 全分流) 辅路双向四车道2 6 0 0 辆h “6 5 0 ) ，车速2 0 4 0 k m h ： 对于主干路有： 主路双向六车道3 9 0 0 辆h ( 6 6 5 0 ) ，车速4 0 6 0 k m h ；( 部 分分流1 辅路( 自行车) x 2 向四车道2 2 0 0 辆h ( 4 5 5 0 ) ； 对于次干路有： 主路双向四车道2 2 0 0 辆h ( 4 5 5 0 ) ，车速3 0 5 0 k m h ( 混行) ； 辅路( 自行车) x 2 向二车道1 2 0 0 辆h ( 2 x 6 0 0 ) 根据前面的计算公式，按求最大值的方法，当v = ( 1 。+ l 。) 2 9 ( g + 中i ) r 时，通行能力n 达到最大。其计算值远小于国外 观测的实际通过量2 0 0 0 辆车道小时，原因在于车流行驶中 车辆制动距离，前后两车的制动距离不等，当前面的车发现故 障采取停车措施后并不是原地停车，而是要再行驶一段距离， “ 北京市立体交叉路i a ( 阜成门立交桥) 混合交通流十扰研究 紧随其后的车虽然也采取制动措施，但所使用的制动力系数与 前面的不同，因此在计算当中制动距离采用前后两车制动距离 之差比较接近实际情况。即考虑前后车制动力系数利用程度不 同，在制动距离公式中加入前后车制动力系数之差k = k 2 k 。， 一般取k = 0 1 5 - - 0 3 0 。 依据上述日本、美国、法国的数据( 通行能力为2 0 0 0 辆车 道小时) 推算，当取= o 0 2 、中= o 3 0 5 、i = 0 时，k 的取值及 有关数据如下表，表中数据与上述取0 1 5 - - 0 3 0 接近。 速度( k m h ) f k = o 3f k = o 4f k = o 5制动距离m车头间距m 日本4 5 ( 1 2 5 0 m s ) 0 1 6 0 70 2 1 1 0o 2 6 1 24 o o1 7 5 美国5 6 ( 1 5 5 6 m s ) 0 1 6 7 00 2 1 9 50 2 7 1 76 4 42 3 0 法国6 0 ( 1 6 6 3 m s ) d 1 6 5 70 2 1 7 50 2 6 9 37 3 3 2 5 0 5 4 3 2 立交口进口道直行机动车道的通行能力 在本课题研究过程中，根据前面的计算公式，按求最大值 的方法，当v = ( 1 。+ l d ) 2 9 ( 耻中i ) 依r 时，通行能力n 达到最 大。以小汽车、大客车( 货车) 、铰接车( 三轴以上货车) 的车长l 。= 5 米，安全距离l d = 1 0 米，= 0 0 2 ，中在干燥路面时取o 4 5 ，i - 3 ， 前后车制动力系数之差k = 0 2 2 5 代入，可得相应的车速为 1 5 1 7 m s ( 5 4 6 k i n h ) ，通行能力为2 0 1 0 辆，车道h 。取服务水平 为不稳定车流、延误时间可以忍受，对应的饱和度为0 9 ，则实 际通行能力为1 8 0 0 辆车道小时。 南北方向：1 8 0 0 + ( 3 3 5 + 0 5 2 * 0 8 3 ) = 6 8 0 0 辆车道h 东西方向：1 8 0 0 ( 1 9 + 0 8 * 0 8 3 ) = 4 6 5 0 辆车道h ( 大型车 尚未折算) 在阜成门立交桥入口道的调查表明，靠中间的车道实际通 过车数为1 9 0 0 辆小时，其中包括少量中型车辆，折算后接近 2 0 0 0 辆d , 时，此时车速在3 0 公里j j , 时左右。 4 5 北京市立体交叉路口( 阜成门立交桥) 混合交通流干扰研究 s 5 4 4 自行车道的通行能力 自行车的尺寸为长1 9 m ，宽0 5 m 。每个方向第一条车道宽 1 5 m ，以后每增加一条车道，路面的宽度增加1 0 m 。每条自行车 道的通行能力可根据以下公式计算： ( 1 ) n z = 1 0 0 0 v ( 1 0 + r l v + r 2 $ v 2 ) ( 辆小时车道) ( 2 )n ，= 3 6 0 0 v 1 = 3 6 0 0 v ( 1 ( 1 + 1l + s ) 式中：v 一一自行车的车速，一般为1 5 k m h ，约4 2 m s 1 n - 自行车长度，约为2 m ； r 一一系数，r l = o 1 6 ，r 2 = 0 0 0 9 2 ； 1 一一运动中的自行车车头问的距离，m ： 1 ，一制动停车后自行车间的安全距离，o 2 - 1 o m ； s 一一带0 动距离，s t = v 2 2 a ，m ； a 一加速度，取9 8 1 m s 2 。 按照求最大值的方法，( 1 ) 当v = ( 1 9 r ：) “2 时，通行能力达到 最大值2 3 8 0 辆小时：( 2 ) 当v = 2 a ( 1 0 + 1 。) “2 时，通行能力最大。 在城市交通中，自行车的车速一般为1 0 一1 5 公里小时，则运动中 的自行车占用车道的长度约为4 6 米，利用公式( 2 ) 计算的通过能 力约为2 2 0 0 辆小时；据观测，运动中的自行车最小车间距离可 达1 o 1 5 米，以此推算，当车速在1 0 公里，j 、时左右时，一条 车道的通行能力可达2 5 0 0 辆以上。因此，在连续车流条件下( 有 隔离带) 一条自行车道的理论通行能力可取为2 2 0 0 辆小时，可能 通行能力取2 0 0 0 辆d , 时。 由相关资料得，二层立交的自行车设计通行能力为4 0 0 0 8 0 0 0 辆自行车h 。我国城市道路交通规划设计规范规定：1 、 非机动车道设计服务水平以良为标准，其对应的设计车速为l l 一 1 4 公里4 时，饱和度0 5 0 - 0 6 9 ；交通状况是车速与横向空间 略受限制，行人能穿越。2 、此时立体交叉进口道通行能力为1 5 0 0 辆车道小时( 比照立体交叉进口道计算) 。3 、在交通高峰时， 服务水平可控制在中等：速度6 1 0 公里4 , 时，饱和度0 7 - 0 9 ： 交通状况是车流密集，行人不易穿越，骑车时受到约束，不能 4 6 北京市立体交叉路口( 阜成门立交桥) 混合交通流二垫研究 自由骑，但能忍受。这里以服务水平良反推，一条自行车道的 理论通行能力约为2 1 6 0 辆小时，与上述分析计算相近，那么可 能通行能力取2 0 0 0 辆小时比较合适。 对于阜成门的非机动车道，南北方向现在非机动车道净宽为 7 3 5 - 0 5 = 3 m ，即有3 条自行车道；东西宽为2 8 m ，可取3 条自行 车道；经过查阅资料得a 级的单车道匝道总宽为7 m ，双车道匝道 总宽为8 5 m ，而阜成门的内匝宽为1 5 m ，外匝宽为1 3 f i ，所以，各 匝道非机动车道均按3 条算。 据此，将数据代入得白行车道进口道的能力约为： 东西方向：2 0 0 0 * 3 = 6 0 0 0 辆小时，折合小汽车1 2 0 0 辆4 , 时。 南北方向：2 0 0 0 * 3 = 6 0 0 0 辆小时，折合小汽车1 2 0 0 辆小时。 如下表： 4 7 北京市立体交叉路口( 阜成门立交桥) 混合交通流干扰研究 非机动车道通行能力表 自行车理论通行能力自行车实用通行自行车换算通行能力 方向 n n 4 能力 n 月 n 换算= c 3 n 实用 - - n c l n 目 n n 理n n c 1 n 实用 c 3 n 换” 主南北 31 9 7 6 45 9 2 9 2o 84 7 4 3 4o 2 5 1 1 8 5 9 北南 31 9 7 6 45 9 2 9 2o 84 7 4 3 4o 2 5 1 1 8 5 9 东西 31 9 7 6 45 9 2 9 2o 84 7 4 3 40 2 5 1 1 8 5 9 线 西东 31 9 7 6 45 9 2 9 20 84 7 4 3 4o 2 5 1 1 8 5 9 2 3 7 1 6 81 8 9 7 3 4 4 7 4 3 6口 计 内一内 31 9 8 9 95 9 6 9 70 8 4 7 7 5 8o 2 51 1 9 3 9 匝 二内 32 0 4 5 86 1 3 7 4 o 84 9 0 9 9o 2 51 2 2 7 5 道 三内 31 9 8 9 9 5 9 6 9 7o 84 7 7 5 8o 2 5 1 1 9 3 9 四内 32 0 4 5 86 1 3 7 4 o 84 9 0 9 90 2 51 1 2 7 5 外 一外 32 0 4 5 8 6 1 3 7 40 84 9 0 9 9o 2 5 1 2 2 7 5 匝 二外 31 9 8 9 95 9 6 9 7 o 84 7 7 5 80 2 5 1 1 9 3 9 道 三外 32 0 4 5 8 6