我国城市地下道路研究现状及发展刍议

赵慧

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

我国城市地下道路研究现状及发展刍议

赵慧

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

回顾了我国城市地下道路研究的三个发展阶段，从研究动因、研究内容和标准规范三个方面总结研究现状。从今后有效指导地下道路交通安全运行的角度出发，我国需针对地下道路规划、交通量及构成、运行速度、线形设计、出入口分析、施工工法、安全运营保障体系、烟气及空气环境控制、逃生救援等方面开展进一步深入研究，以期明确后续关键技术的研究重点，提高地下道路运行的安全性。

城市地下道路；规划；安全设计；施工工法；安全运营

0　引言

随着城市化和机动车化水平的提高，交通需求快速增长，我国许多城市都出现了城市交通拥堵问题。究其拥堵本源，主要是交通供需的矛盾没有得到合理解决。交通供给的现有承载力和今后的开发空间受到了严峻的挑战。

在这一背景下，合理开发地下空间资源为交通所用，成为国内外城市缓解交通拥堵问题主要手段之一。其中，地下交通资源包括轨道交通、地下道路以及地下静态交通。在服务功能上，轨道交通主要是以满足公共客运需求为主，而对个性化机动车（主要是小汽车）出行需求无法满足。针对该问题，从20世纪开始，在美国、欧洲国家以及日本等地，进行了地下道路规划和建设，以解决地面交通空间不足，满足不同出行需求，整合交通系统，置换地面空间。这是因为地下道路的建设不仅提高了道路承载力，为快速增长的机动车提供了出行空间，而且在一定程度上满足个性化的机动车出行需求。因此，建设地下道路成为城市交通发展的必然趋势，地下道路相关的关键技术问题也成为研究热点。目前，我国在地下道路方面的研究主要集中在地下道路的功能定位、设计、交通安全、路网规划、环境影响评价、防火研究等方面，而对于影响地下道路安全的因素分析以及地下道路线形设计方面的研究相对较少。从提高地下道路设计安全性的角度出发，有必要结合研究现状，进一步明确今后地下道路安全设计方面的重点研究方向。

针对于此，本文通过回顾我国城市地下道路研究现状，分析了城市地下道路的相关研究特点，并探讨了地下道路安全设计方面的后续发展方向。

1　我国城市地下道路的研究现状

在20世纪初，国外就提出了地下道路建设的理念，主要是伴随着地下空间的规划及开发提出的，并在20世纪70～80年代出台了一系列的隧道规范，同样适用于地下道路的设计；世界各国也根据自身特点制定了一系列隧道的设计及安全、运营方面的规范。关于隧道的一系列研究主要是由两个权威机构ITA和PIARC组织并发布的。

我国的地下道路系统研究同样是伴随着地下空间开发利用的研究而日益兴起的。最初的地下空间开发源于北京、西安、上海以及天津等市，最初是源于城市下水道、上水管、燃气管、电力电缆以及人防工程等。在20世纪70年代，北京、天津地铁建成之后，以解决交通问题为目的，以轨道交通为主的地下空间开发在进入20世纪90年代之后日益兴起。1966年上海开始修建我国第一条地下道路——打浦路隧道（跨黄浦江），全长2.736 km，原为双向两车道（2010年2月修建了打浦路复线，改造后的断面为双向4车道），限速40 km/h，并于1971年6月建成通车,此后一段时间内地下道路建设工程较少。

为了进一步缓解城市交通压力，自20世纪90年代开始，地下道路逐渐成为地下空间开发的一个重要研究对象。出于对缓解交通拥堵、提高路网连通性等因素的考虑，全国多个城市开始修建地下道路。基于维基百科资料检索，经不完全统计，截至2013年12月，我国已建成的地下道路（位于城市地面以下，包含海底、湖底、江底等，主要服务于城市交通出行，不含城市内的山体隧道）里程约为162 km，断面形式以双向4车道、6车道居多，道路长度一般在2～6 km，限速一般是40 km/h、60 km/h和80 km/h。

随着地下道路工程项目的建设，与其相关的一系列研究也在不断深化，以期提高地下道路建设与运营的安全性。纵观地下道路的研究过程，可以分为三个阶段：起步阶段（2000年之前）、探讨阶段（2000～2005年）和发展阶段（2006年至今）。

1.1第一阶段（2000年之前）：起步阶段

该阶段正是我国城市道路交通拥堵现象逐步显现的阶段。快速增长的机动化发展水平与有限的地面道路空间形成了交通供需矛盾。在这一背景下，开发地下空间成为缓解交通拥堵的重要措施，并成为交通管理人员关注的重点。

在这一阶段，主要针对地下道路空间开发的国内外经验、开发的必要性、意义及优势等方面进行分析。针对我国道路开发空间中普遍存在的问题，对地下道路空间开发的规律进行了分析，建议采用地下道路连接地下停车场[1]。在对国内外地下交通空间综合开发案例分析的基础上，研究了北京地下交通空间综合开发的必要性和可行性及广阔的开发前景[2]。1997年10月，建设部发布了《城市地下空间开发利用管理规定》，这表明我国城市地下空间的开发利用已经从民间研究和舆论呼吁开始向政府行为转变。这对地下空间的合理开发与综合利用起到了重要的指导作用[3]。

1.2第二阶段（2001～2005年）：探讨阶段

随着道路交通拥堵问题的日益严重，地下道路作为解决交通拥堵的一种有效手段，逐渐成为人们关注的重点。在该阶段主要探讨地下道路解决城市交通拥堵问题的必要性及意义[4-9]。在2003年11月9日，中国工程院院士、解放军总参谋部科技委员会副主任钱七虎在上海某个会议上建议在中国的特大城市建设“地下高速公路”。2004年在北京举行的关于城市地下空间开发的有关论坛上，钱七虎提出解决北京城市交通拥挤时，建议修建“地下快速路”。

与此同时，地下道路作为地下空间研究中的一项重要组成部分，我国关于地下空间相关规划的研究也直接推动了地下道路的研究进程。主要的地下空间规划[10]有：北京市政府2005年7月审批通过了《北京市中心城中心地区地下空间开发利用规划（2004～2020）》，上海市政工程管理局等单位开展了《城市道路地下空间资源管理研究（2003）》，上海市政工程管理局等单位进行了《上海市地下道路网规划研究（2007）》，青岛市城市规划设计研究院进行了《青岛市地下空间开发利用规划（2006）》。在上述地下空间规划中，针对地下道路研究分析的核心思想是：合理利用地下空间开发，在交通需求量大且拥堵现象严重的区域实施地下道路，将有助于缓解地面交通拥堵现象。

1.3第三阶段（2006年至今）：发展阶段

进入2006年之后，随着地下道路研究的深入以及地下道路建设的迫切需求，重点针对地下道路相关的关键技术开展了一系列的研究，其目的是提高地下道路的安全性，更好地服务于城市交通发展。这一阶段的研究关注点是地下道路的功能定位、设计、交通安全、路网规划、环境影响评价、防火研究等。

在地下道路功能定位方面，其基本功能是缓解地面交通压力[11，12]。在地下道路建设区域上，在城市核心区建设地下道路，对缓解交通拥堵更加具有优势[13]。

在地下道路设计方面，不同研究人员关注的重点不同。由于缺乏统一的研究体系，因此目前的研究关注点差异较大，且深度不一。主要的研究重点包括：（1）研究了小汽车专用道、混合车道、货车通道三种不同交通组成的交通条件下地下道路交通三参数关系特性，建立地下道路通行能力计算模型[14]；（2）研究了地下道路视觉环境对车辆运行特征的影响[15]；（3）研究了地下道路交通设计体系、地下道路设计要点[16]、地下道路横断面[17，18]、线形设计[19，20]、设计车速[10，21]、紧急停车带、净空高度[22，23]等地下道路设计的重要指标；（4）针对地下道路的关键节点，例如地下道路进出口的布局原则[24，25]、分流合流处出入口布置形式及视距[26]、出入口与交叉口最小间距[27]、交通组织[28]、分合流区的驾驶员视认行为[29]、出入口衔接模式[30]等进行了分析。

在地下道路交通安全研究方面，一方面是明确地下道路安全性能设计的内容[31]，借鉴国外隧道的安全分级方法，或是通过驾驶模拟舱进行了场景模拟实验，开展地下道路交通安全问题的相关研究[32，33]；另一方面，结合国内外交通安全评价方法，提出地下道路安全评价指标体系[34]。

在地下道路路网[35-37]研究方面，借鉴城市地面道路的规划方法，开展地下道路路网规划研究。

在地下道路环境影响评价[38，39]方面，主要是研究地下道路项目环境影响指标体系及评价方法。

在地下道路防火方面，主要是分析城市地下道路的特点与火灾事故的关系，从政策层面提出地下道路的火灾安排措施[40]，并研究烟气控制方案及人员疏散策略[41]。

在开展地下道路研究的同时，由上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司作为主编单位负责编制行业技术标准《城市地下道路工程设计规范》，在2013年通过住建部专家评审，于2015年11月实施。

2　城市地下道路相关研究特点

通过分析地下道路的研究现状，其相关研究具有以下三个特点：

（1）在地下道路研究动因方面，我国和国外具有相似性，即伴随着城市拥堵的日益严重以及地下空间的开发而兴起。在研究时间方面，国外是从20世纪初开始地下道路方面的研究，并在20世纪70～80年代，出台了一系列的隧道规范，同样适用于地下道路的设计。我国关于地下道路的研究起步较晚，主要是从20世纪90年代前后正式开始的。

（2）在地下道路研究内容方面，国外对地下道路的研究是以“隧道”的内容展开的，除了已出台的相关规范标准之外，其研究内容还包括隧道安全、成本估计、照明、通风等。近年来，我国对地下道路关注的要点包括地下道路的功能定位、设计、交通安全、路网规划、环境影响评价、防火研究等方面。

（3）在地下道路设计标准规范方面，国外具有成熟的隧道设计体系。地下道路的设计等相关问题主要是沿用现有的隧道设计，并根据地下道路的建设特点开展一系列研究，形成多项研究报告，辅助地下道路的设计与运营管理。我国第一本行业技术标准《城市地下道路工程设计规范》中，主要对横断面、平面及纵断面、出入口、交通工程与安全设施、路面与附属设施设计等方面进行了规定，将指导后续地下道路的设计工作。

3　城市地下道路研究的后续发展方向

城市地下道路作为解决地面交通问题的重要措施，我国学者们开展了一系列的研究工作，并取得了一定的研究成果。从今后更好地支持地下道路的建设运营角度出发，需要结合《城市地下道路工程设计规范》以及地下道路工程建设实践，建立一套完整的地下道路研究体系，并与国外先进技术与工程实践经验相结合，提高我国地下道路的规划、设计、建设及运营管理水平。因此，有必要结合影响地下道路安全运行的关键技术开展进一步的深入研究，具体建议包括：

（1）地下道路的适用性以及规划研究。地下道路是以完善路网结构、解决交通“瓶颈”问题为主的道路形式。与地面道路系统的有效结合，是今后地下道路规划建设的重要方向。针对不同的城市功能区以及不同的交通功能需求，需要开展地下道路的适用性、技术标准的选取等问题的深入研究。与此同时，从提高道路交通系统整体运行效率角度出发，需要开展地下道路规划研究，主要内容包括地下道路的交通需求预测、路网结构以及与地面道路网的协调性等关键问题。

（2）地下道路交通量及构成分析。交通量是影交通安全运行的主要因素之一，通过对地下道路交通量的调查，分析地下道路的交通量特点，包括交通量大小、车辆构成以及与地面道路交通量的差异等，并与地下道路事故数据相结合，分析交通量与交通安全间的相互关系。

（3）地下道路运行速度分析。一般而言影响地下道路运行速度的因素很多，包括道路条件（道路等级、平纵线形、横断面等）、交通条件（交通量及构成等）、环境条件（噪声、污染等）、交通设施条件（标志、标线、护栏、视线诱导、防眩设施、隔离设施、照明设施等）、交通管理条件（限速、限行组织等）。在众多影响因素中，结合交通调查的数据特性，通过建立运行速度与影响因素间的量化关系模型，找出影响运行速度的关键因素，作为后续开展设计的参考。

（4）地下道路线形设计分析。线形设计一般包括平面线形、纵断面线形和平纵组合。目前关于地下道路的线形设计依据主要是沿用地面道路设计参数，然而地下道路的运行环境与地面道路存在差异，相同的线形设计条件在地面道路和地下道路两种环境下，对驾驶员的诱导效果也不一样。从交通安全设计的角度出发，建议开展在地下道路和地面道路采用相同线形设计条件时，两者对驾驶员诱导效果的差异性分析，并分析既有线形设计参数在地下道路中的适用性问题。

（5）地下道路出入口分析。地下道路受地下空间狭小、线形、光照环境等一系列因素影响，在行驶特性方面与地面道路存在差异，尤其是地面道路与地下道路衔接处的进出口、分合流出入口以及匝道出入口等节点的行驶方面存在更大的安全隐患。目前，很多学者已开展了一些关于出入口方面的研究。基于已有研究成果，还需要进一步结合实际工程项目，针对地下道路出入口的交通安全及设计参数等关键问题进行研究，包括车道数匹配、出入口线形、变速车道的类型及长度，出入口的交角、间距及交通组织等。

（6）地下道路的施工工法。主要是针对我国不同城市的地质条件、施工进度和经济性要求，采用数值模拟技术对常用的开挖方法进行对比分析，提出地下道路施工工法的建议。

（7）地下道路的安全运营保障体系。主要是针对地下道路的建造与运营提出安全控制要点，建立地下道路的运营监控系统以及安全运营保障体系，并形成相应的规范标准，提高地下道路建造运营的安全性水平。

（8）地下道路烟气及空气环境控制技术。通过对地下道路机动车污染物排放特性、火灾烟气排放的研究，分析复杂结构城市地下道路污染物扩散特性，并通过物理建模分析地下道路烟气扩散特性，提高地下道路通风系统的安全与节能运行水平。

（9）地下道路逃生救援系统。通过人员逃生疏散模拟实验，研究地下道路逃生救援系统的关键技术，主要包括逃生救援策略、疏散路线、装置、预警系统等。

4　结语

发展城市地下道路作为缓解城市交通拥堵问题的一个有效手段是城市道路系统中一个重要的研究方向。本文从分析我国城市地下道路的发展历程及现状入手，总结分析了城市地下道路研究方面的特点，并结合交通安全运行，探讨分析了城市地下道路在安全设计方面的发展方向，包括地下道路交通量及构成分析、运行速度分析、线形设计分析和出入口分析等内容，以期通过这些关键技术的研究，提高地下道路运行的安全性。

[1]王璇,杨林德,束昱.城市道路地下空间的开发利用[J].地下空间, 1994,14(1):16-23.

[2]王珊.地下交通空间的综合开发[J].北京工业大学学报,1995,21(2): 73-79.

[3]童林旭.城市的集约化发展与地下空间的开发利用[J].地下空间,1994,18(2):75-78.

[4]胡振瀛.城市交通是否必要考虑快速地下公路网[J].地下空间, 2002,22(2):173-175.

[5]江晓东,崔凤安,吴文化.城市地下高速公路[J].城市交通,2003(2): 21-27.

[6]陈志龙,姜韡.开发地下交通是解决城市交通的必由之路（上）[J].中国人民防空,2004(1):40-41.

[7]陈志龙,姜韡.开发地下交通是解决城市交通的必由之路（下）[J].中国人民防空,2004(2):40-41.

[8]吴逢春,张晓春,夏国付.城市地下快速路与地铁合建的构想[J].铁道建筑,2005(10):19-21.

[9]胡振瀛,刘新荣.开发城市地下快速公路需尽早起动[J].地下空间与工程学报,2005,1(1):24-36,45.

[10]丰晓.地下快速道路建设中若干关键技术研究[D].上海:同济大学,2007.

[11]张天然,赵娅丽,刘艺,等.地下道路功能定位及其在上海市的适用性分析[J].地下空间与工程学报,2007,3(3):406-410.

[12]袁文凯,崔扬,周欣荣.天津城市地下道路功能定位研究[J].城市,2007(8):62-64.

[13]尚德申.城市核心区地下道路建设研究[J].交通标准化,2014,42(24): 111-115.

[14]李素艳.地下道路通行能力及交通设计研究[D].上海:同济大学,2007.

[15]陈雨人,郑仕文.地下道路视觉环境影响车辆运行特征机理分析[J].同济大学学报：自然科学版,2013,41(7):1031-1039.

[16]尹海军.城市地下道路设计要点分析[J].中国市政工程,2014(4): 1-3.

[17]李素艳,杨东援,杨扬,等.城市地下道路横断面设计研究[J].地下空间与工程学报,2007,3(1):114-117.

[18]刘硕,王俊骅,方守恩.地下道路横断面对驾驶行为的影响[J].同济大学学报：自然科学版,2013,41(8):1191-1196.

[19]娄中波,王海燕,王晓华.浅析城市地下道路设计特点[J].城市道桥与防洪,2010(11):6-10.

[20]娄中波,朱彬,王海燕.城市地下道路总体设计探析[J].城市道桥与防洪,2012(6):32-36.

[21]杨阿荣.地下与地上快速路车辆运行特征对比[J].中国市政工程,2012(3):4-6,14.

[22]聂大华,周正全,崔新书,等.北京市特长地下道路最小净高研究[J].特种结构,2011(增刊):154-158.

[23]张毅.小客车专用城市地下道路的设计净高研究[J].城市道桥与防洪,2014(2):123-126.

[24]朱江.综述城市地下环形隧道及其设计要点[J].特种结构,2011, 28(6):79-83.

[25]刘源,杜传金,栗志杰.城市地下快速路进出口布置与交通功能关系研究[J].交通标准化,2012(7):47-52.

[26]秦云,张天然,刘艺.地下道路出入口设计的相关研究[J].科技研究,2006(4):160-161,167.

[27]司徒炳强,靳文舟,胡郁葱,等.地下道路地面出入口与交叉口最小间距的研究[J].华南理工大学学报,2009,37(7):10-14.

[28]李素艳,杨东援,赵娅丽.地下道路出入口交通组织研究[J].地下空间与工程学报,2007,3(4):781-786.

[29]路记红,钟石泉,马寿峰,等.地下道路分合流区驾驶员视认行为研究[J].交通信息与安全,2013,31(5):10-18.

[30]汪怡然,张志清,王雯.城市地下道路出入口衔接模式评价研究[J].交通标准化,2014,42(5):28-31.

[31]李慧珍.地下道路安全性能探析[J].交通世界,2013(13):282-283.

[32]李世民.城市地下道路交通安全系统研究[D].北京:北京工业大学,2008.

[33]周一鸣,连嘉.城市地下道路交通安全研究[J].交通标准化,2011(17): 37-42.

[34]游克思.城市地下道路交通安全评价与优化设计研究[J].中国市政工程,2015(1):12-15.

[35]潘建平,林志,韩敬文.城市地下快速道路网规划原则及其应用分析[J].地下空间与工程学报,2010,6(增1):1351-1355.

[36]韩敬文.城市地下快速道路网规划研究[D].重庆:重庆交通大学,2011.

[37]张平,吴艳华,刘黎鹏,等.城市中心区地下道路网结构形式评价[J].解放军理工大学学报,2011,12(4):361-366.

[38]崔建强,林冬,陈志龙.城市地下快速路减少机动车尾气污染的环境效益模型[J].交通运输工程与信息学报,2008,6(3):41-48.

[39]兰劲涛.地下道路环境影响评价的探析[J].中国新技术新产品,2012(9):205-206.

[40]康晓龙.城市地下快速通道性能化防火设计研究[D].北京:北京工业大学,2008.

[41]华高英.城市地下交通联系隧道性能化防火设计研究 [D].北京:北京工业大学,2009.

U412.37

B

1009-7716（2016）02-0005-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.002

2015-11-03

国家科技支撑计划“城市地下道路建造与运营安全关键技术研究”(2012BAJ01B03)；住建部科学技术项目“基于人车环境和谐发展的城市道路设计关键技术”(2011-K5-4)

赵慧（1982-），女，山西翼城人，高级工程师，从事交通工程、交通仿真和智能交通系统技术研究工作。