城市道路通行能力设计要点分析

2017-04-08陈艳

城市道桥与防洪 2017年3期

关键词：交通流量交叉口城市道路

陈艳

(柳州市市政设计科学研究院，广西柳州545006)

城市道路通行能力设计要点分析

陈艳

(柳州市市政设计科学研究院，广西柳州545006)

分析了城市道路设计通行能力及其计算方法，明确了设计通行性能与道路断面通行量的关系。综合分析了影响道路通行能力的基本因素，并分析总结了相关设计要点；最后提出了提高城市道路通行能力的设计措施，以改善城市交通效率。

城市道路；交通流；通行能力；设计要点

0 引言

通行能力是道路结构所能够容纳行驶车辆数量的性能量度，对于道路的横断面设计、路线规划、交通运输规范等具有重要的指导作用。随着我国城镇化建设的推进，城市道路的建设要求越来越高。一方面，在有限的土地资源下，道路结构应该尽可能少地占用公用资源；另一方面，还需要考虑一定时间内，因城市的发展引发的道路交通量的增长需求，避免严重堵车影响道路通行[1,2]。

通行能力的度量是单位时间内所能够通过道路断面的最大车辆数，可以指所有车道或单个车道，一般意义上指单个车道更具有比较性，且道路和交通状态处于理想情形。市政道路交通具有连续性强、交通密度大、交叉口多和交通混合等特点，车辆的行驶规律和习性也显然有别于公路道路。因此，需要明确地掌握城市道路通行能力的影响因素，从而找到提高通行能力和效率的城市道路设计方法，改善通行可靠性。

论文将首先给出城市道路设计通行能力的概念及其计算方法；其次，分析影响城市道路通行能力的主要因素，分析各种因素的内在机理；最后提出改善城市道路通行能力的设计方法，为城市道路的设计和交通管理提供参考。

1 道路设计通行能力及其计算

1.1 设计通行能力

道路结构在设计中需要根据承担的服务交通流量确定道路的通行能力。不同服务水平下所要求的通行能力是有差异的，特别是对于城市的不同等级的道路结构。一般而言，道路设计通行能力与可能交通量存在如下关系：

式中：C设计为设计通行能力；C可能为可能通行能力，即实际道路和交通状态下单位时间内可能通过的道路结构某一断面的最大可能交通量；是给定的服务水平。

可以看出，对于相同的可能交通量C可能，如果道路的服务等级不一致，例如城市主干路、次干路和支路，其设计的通行能力也不一样。道路的规划设计中主要根据设计通行性能确定相关设计参数。

1.2 设计通行能力的计算方法

道路通行能力的计算一般以饱和交通流量为基础，特别是对于城市道路交通。饱和流量的核心反应是道路交叉路口的交通流特点，如果饱和交通流量发生变化，则会引起道路交叉路口的交通信号周期、通行能力和红绿灯时间等显著差异，直接影响道路的规划设计。

饱和流量的计算分析有多种方式[3]，例如交通密度方法和车头时距方法，其中车头时距的分析是最为常见的分析方法，其计算原理是：各个车辆进行排队驾驶，从所排序的第4辆车或者第5辆车开始，车辆的跟车行驶逐渐趋于稳定。该稳定的车头时距所对应的交通流量即为饱和交通流量。

2 道路通行能力的影响因素和设计要点

影响道路通行能力的因素众多，从城市交通流的运行特点来看，主要影响因素是车道宽度、车道数量、道路线形、交通组成和交叉口设计等，以下进行详细分析。

2.1 车道宽度

车道宽度是通行能力的重要影响因素，在城市道路设计中尤为重要。若车道宽度不足，车辆被限制在很小的横向净空范围内驾驶，为了安全行驶车辆被迫降低行驶速度，且驾驶员一般倾向于在纵向保持较大的行驶净空以弥补横向净空的不足。若车道宽度富余较大，则道路的宽度增加，扩大了对道路两边建筑土地的征用，给紧张的城市土地资源增加了更大的负担[4]。综上，尽量采用较小的车道宽度以追求最佳的道路设计质量和经济性。

通过图1结合城市道路车辆运行的相关数据进行分析。散点图是通过不同车道的饱和交通流量计算得到的数值，曲线是针对数据的最小二乘多项式优化结果，获得了饱和交通流量与车道宽度的变化规律。可以看出：随着车道宽度的加大（2.8～3.5 m），饱和交通流量显著增大，这种增长趋势基本是线性的；当超过3.5 m后，交通流量的增长趋势变得缓慢，在3.5～4.0 m的范围内，变化缓慢；当超过4 m后，虽然数据有限，没有后续的实际数据走势图，但从拟合的曲线趋势来看，后面基本趋于平缓。以上说明：在4 m以上的车道宽度，交通的集散性能已经不受车道宽度限制；在3.5 m以下，交通通行能力受车道宽度影响非常显著。综合上述分析，对于城市道路结构，应该选择车道宽度3.5～4.0 m，且3.5 m的车道宽度是较好的选择。

图1 车道饱和交通流量随车道宽度的变化

2.2 车道数量

车道数量显然影响道路通行能力。选择最佳的车道数量可以达到最好的交通集散效率，但是由于车道数量的增减会非常显著地影响通行能力，因此一般而言车道数量的可优化空间不大，同时车道数量的确定需要考虑未来一段时间内的交通增长。

需要注意的是，为了使得城市交通的通行性能最佳，同时保障公共交通的运行，城市道路的车道设计往往考虑不同车型的车道通行问题。例如，超车道方便小型汽车和轿车通过，最外侧车道方便载重货车通行，而为了保障城市人员的公共出行，往往还会设置专用的公交车道。这些都是在考虑通行能力的基础上，结合城市用地给出合理的车道数量设计。

2.3 道路线形

道路线形包含平曲线和竖曲线，平曲线包含直线段和曲线段，而竖曲线包含上下坡直线段和曲线段。其对道路通行能力的影响主要在曲线半径和道路坡度两个方面。

（1）曲线半径。车辆在平曲线段上行驶会受到离心力作用，因此存在车辆与路面的横向滑移或者倾覆。当曲线半径过小，车轮摩擦不足于提供横向离心力时，会导致严重的侧滑和倾覆，影响行车安全。我国《城市道路设计规范》（CJJ 37—2012）给出了不同的设计行驶速度条件下，道路设计所应该遵从的最小平曲线半径。竖曲线则影响行车的视野，同时竖曲线半径过小会导致跳车现象，引发行车安全问题，因此也需要基于设计行车速度确定最小的竖曲线半径。

（2）道路坡度。车辆的机动性能之一就是爬坡能力。我国很多城市处于山区，道路设计不可避免遇到较大的坡度，坡度大对于车辆的连续爬坡要求高，不可避免地影响到车辆的通行能力。设计中需要根据车辆的爬坡性能设计适宜的坡度和坡长，一般而言在设计时速20 km/h的情况下，道路的设计坡度不宜大于8%。

2.4 交通组成

城市道路交通显著区别于公路交通的特点之一是混合交通流。虽然我国城市道路的设计中，机动车和非机动车实现分离行驶，但是低等级道路则是混合。另外，公交车辆、轿车、货车也共同组成城市交通的基本载体。这种混合交通，因各种交通主体不同的交通选择行为，不可避免地影响到整体的道路通行性能。

首先，货车的混入，严重影响整个道路行驶的机动性。由于货车载重较大，其外形大，机动性能又差，因此往往不倾向于超车、换道等，另一方面处于货车周边的轻型车辆则会倾向于保守驾驶，从而降低整体的道路通行能力。

其次，公共汽车也会影响道路通行。公交车外形较大，虽然其机动性尚好，但是经常存在路面停靠载客问题。如果载客点没有进行很好地设计，而是在平直道路上直接停靠，则会显著降低整个道路的通行性能。

最后，多车道交通行驶的关键是各种车型遵从交通规则，轻型车辆靠左行驶，重型车辆靠右行驶，才能极大提高整体道路的通行效率，降低车辆超车频度，降低交通事故的发生概率。

2.5 交叉口设置

交叉口是城市道路交通的瓶颈。为了实现不同方向交通流的有序交换，需要交叉口和信号灯的使用，但是不合理的交叉口设计会降低通行性能，导致交通延误。

直接的道路交叉设计包含十字型、T型、X型、环形和错位交叉等，其中最合理的设计是十字交叉。十字交叉使各支路交通的视野广，不存在视线盲区。如果因为道路和城市建设的原因需要进行斜交叉，则需要保证交叉角度大于45°以减少视线盲区，提高车辆通过交叉口的通行效率。

另外一种避免交叉口使道路通行能力降低的设计方法是采用立体交叉。这种设计方法在目前的发达城市应用广泛，特别是交通量较大、车速较快的交叉区域。