地下综合管廊与人非共板路侧带断面的空间耦合优化

2019-12-26李由金辉洪杰何春木王先兵

智能建筑与智慧城市 2019年12期

关键词：管廊城市道路宽度

李由，金辉，洪杰，何春木，王先兵

LI You, JIN Hui, HONG Jie, HE Chun-mu, WANG Xian-bin

（台州学院）

(Taizhou University）

1 引言

城市道路既是城市交通和市政管线的载体，又是城市景观和城市公共空间的重要组成部分，在很大程度上影响着城市空间结构、用地布局以及城市各项功能的正常运转。一方面，道路空间的优化设计应注重维护所有道路活动者特别是慢行和公共交通出行者的空间权利；欧洲城市在支路等级道路保障公交路权优先，以荷兰和丹麦为代表的西北欧国家建成了系统化、网络化的慢行交通系统，有效保障了非机动车和行人的出行路权[1-3]。2003年，美国精明增长联盟负责人大卫·哥德堡提出了“完整街道”的明确概念，以建设安全、绿色、活力的街道为目标[4]。纽约市交通运输局致力于将纽约建成路权平等、公交优先、自行车和行人友好度最高的城市之一[5-6]。另一方面，城市市政基础设施的种类和规模不断增加，地下综合管廊的布置给道路地下空间的合理利用提出了更高的要求。李朝阳等[7]指出在道路横断面设计时路侧带、非机动车道的宽度尺寸往往是由管线布置而不是交通的需要决定的。本人从完整的城市道路功能角度对城市道路的各项功能及其实现形式进行梳理（见表1），运用人体工程学和混合交通流冲突概率模型,研究从平面到立体、从地面到地下的道路空间综合利用方式，特别是地下综合管廊与人非共板路侧带断面的空间耦合优化和可行的一体化布置方案。

表1 城市道路功能及实现形式

2 人非共板路侧带空间设计

2.1 慢行交通一体化和人非共板路侧带断面

城市道路横断面由机动车道、非机动车道、人行道、分车带、绿化设施带等组成，其中人行道、绿化设施带等组成路侧带。慢行交通一体化模式是指在城市道路断面设计中通过将非机动车道和人行道布置在同一平面板块上，降低或消除人行道与非机动车道之间的高程差，科学设置非机动车道和人行道的断面形式，压缩和优化断面宽度的尺寸，使非机动车道和人行道在空间资源和时间资源上可以互相借用的设计方案，工程实践中主要是指人非共板路侧带断面形式[8-9]。

近年来机动车出行量增长迅速，非机动车和行人出行不便。有学者提出应该对传统的道路空间，特别是非机动车道和人行道的空间进行优化。例如，从表面上看，机动车、非机动车、行人各行其道，提高了交通安全性，但实际上机、非、行人在同一条道路上的同时优先意味着都不优先[7]。大量非机动车道往往被闲置，加之机非分隔带的限制，非机动车道难以被充分利用，导致道路资源严重浪费。合理的道路横断面形式应尽量减少不利于道路空间有效利用的物理分隔，便于将来随交通流的变化适时进行改造。另外，机动车和非机动车之间速度差较大，存在严重的机非干扰。机动车占用非机动车道进行行驶和停靠,侵占非机动车的路权，阻断非机动车的连续通行，影响其通行安全；机动车的噪声和尾气降低了慢行交通的出行舒适度。同时，非机动车干扰和降低了外侧机动车道的通行能力，形成阻滞干扰和摩擦干扰；非机动车影响公交车和出租汽车的停靠和乘客上下车，形成公共交通车站的瓶颈，降低公共交通的运行效率[11-12]。

慢行交通流由于速度较低且非机动车和行人两者之间的速度差也较小，具有可膨胀与可压缩的特性[10]，更加适合于进行同平面布置。

表2 人非共板路侧带断面的优点

2.2 人非共板路侧带断面的优、缺点和优化措施

通过综合比较（见表2、表3），人非共板路侧带断面在城市道路空间有限的情况下，采取机动车和慢行交通之间“绝对分行”，行人和非机动车之间“适当混行”的解决方式，平衡了道路设计中通行效率和路权公平之间的矛盾。它首先保证了非机动车和行人的出行安全，保障了机动车的通行效率和公共交通的运行不受干扰，适当增大路侧带的宽度便于布置公共交通的配套设施，同时为地下综合管廊的敷设预留了地下空间，提高了道路的综合空间利用率。因此，人非共板路侧带是国内城市道路设计中值得运用和推广的道路断面形式，下面针对其具体断面形式和断面尺寸的优化进行研究。

表3 人非共板路侧带断面的缺点和解决措施

2.3 人非共板路侧带断面形式

人非共板路侧带断面按非机动车道、人行道和绿化设施带的不同位置分为以下几种不同的断面形式（见表4）。其中断面形式一和国内现有城市道路常用路侧带布置形式一致，便于施工改造，并且有利于公交站台、出租汽车停靠点和非机动车停放布置，是实践采用较多的人非共板路侧带断面形式。

2.4 人非共板路侧带断面尺寸

根据人体工程学和相关设计规范，研究人非共板路侧带断面中非机动车道、人行道和绿化设施带的断面尺寸，提出满足最小通行能力要求的“极限尺寸”和满足日常通行能力要求的“推荐尺寸”。基于人非混合交通流的冲突模型，提出适合不同道路等级的人非共板路侧带断面尺寸组合。

2.4.1 人行道

人体正面通行宽度为0.55m～0.6m，考虑人体步行摆动幅度和两侧缓冲空间，1条人行带宽度宜为0.75m。如考虑车站、码头等人流密集场所和盲人、残疾人通行需求，1条人行带可加宽为0.9m[14-15]。人行道应布置不少于2条人行带以满足双向通行要求，并且总宽度为单条人行带宽度的若干整数倍。因此，人行道最小宽度为0.75m×2=1.5m，并且满足一侧盲人或轮椅0.9m和一侧行人0.6m同时交会通行的要求，可作为满足人行道最小通行要求的极限尺寸。根据相关设计规范，各级城市道路人行道的最小宽度为2m～4m，一般值为3m～5m，可作为满足人行道日常通行要求的推荐尺寸。

表4 人非共板路侧带断面形式[13]

2.4.2 非机动车道

根据相关设计规范，1条自行车道的宽度可按照自行车车身宽度0.6m和行驶时的左右摆幅宽度各0.2m计算，规定为1.0m。1条三轮车道的宽度，按照三轮车车身宽度1.25m，加上左右载物宽度各0.2m和行驶时的左右摆幅宽度各0.2m，规定为2.0m。电动自行车或助动车的速度较快，通行宽度应大于普通自行车通行宽度，一般可取1.2m～ 1.5m。

当非机动车靠边行驶时，受道路的缘石、护拦、侧墙、雨水进水口、路面平整度和绿化植物的影响，要求设置0.25m的安全距离，因此1条单向非机动车道宽度为1m+0.25m×2=1.5m。通常道路一侧非机动车道一般应布置不少于2条自行车道，宽度≥2.5m，以满足双向通行要求，并且宽度为2.5m的非机动车道也能满足电动自行车1.5m和普通自行车1m同时交会通行的要求，兼顾了三轮车2m的通行，可以作为满足非机动车道最小通行要求的极限尺寸。按照非机动车道宽度应为一条自行车道宽度的若干整数倍的规定[14]，各级城市道路非机动车道的最小宽度为3m～5m，设置路缘带后的一般值为3.5m～5.5m，可作为满足非机动车道日常通行要求的推荐尺寸。

2.4.3 绿化设施带

绿化带和设施带通常设置在路侧带最外侧，位于机动车道和慢行交通廊道之间，为了便于公共交通和慢行交通相互衔接和转换可以布置：公交站台、出租汽车停靠点、公共自行车或共享单车存取点、非机动车停放区等交通配套设施。由于其不承担交通通行功能，也是设置消防设施、市政管线和地下综合管廊检修通道的理想位置。因此，绿化带和设施带的空间尺寸应满足上述功能的空间需求。

根据相关设计规范，当单排种植行道树时，绿化带最小宽度为1.5m；设施带根据不同设施设置时占用宽度为 0.5m～1.5m，并可与绿化带结合设置。常规公交站台宽度不宜小于2m，条件受限时，不得小于1.5m。非机动车根据停放角度的不同，单排停车所需宽度为 1m～2m。地下综合管廊的人员出入口、逃生口、吊装口、进风口、排风口等洞口尺寸不应小于1m×1m[16]，宽度为1m～2m。

综合考虑，绿化带结合设施带设置为绿化设施带时，同时满足道路绿化、道路附属设施、交通设施和地下综合管廊布置的最小极限尺寸为1.5m；推荐尺寸为2m。

2.4.4 人非共板断面的通行宽度

陈峻等[17]通过建立人非共板混合交通流模型，

式中：TCcb为自行车交通总冲突数；TCcbp为超越冲突数；TCcbm为相遇冲突数；fp、fm分别为超越冲突和相遇冲突的权重因子。

研究表明随着人非共板通行宽度的增加，交通冲突强度值均呈现减少的趋势。自行车相遇对向行人冲突、自行车超越行人冲突强度明显大于自行车超越自行车冲突以及电动自行车超越自行车冲突强度。

王殿海等[18]通过建立非机动车和行人的全阻挡冲突频率计算模型，设在单位长度L(1km)内单向行驶的人非共板内发生同向全阻挡冲突的频率为d，行人流量为Qp，且假定行人带内行人数量服从泊松分布：

其中：

πi 为发生全阻挡的次数；i =0,1, 2,…,S；S为行人带总数，s为行人间距，则S=L/s，其中L=1km，s=0.5 m，则S=2000；

vi为第i个行人带步速；u为非机动车速度；W为人行道宽度；m为平均行人数。

计算发现同向全阻挡冲突频率随着人非共板通行宽度的增加而下降。当平均行人数m=5时，通行宽度为3m的冲突频率d已经超过0.8，产生了严重拥堵；当通行宽度提高为4m时,d值接近0.4,当通行宽度达到5m～6m时，d值不超过0.1（见图1）。

图1 同向全阻挡频率计算曲线对比

2.5 人非共板路侧带断面的尺寸组合

上述模型计算结果显示，人非共板路侧带断面的通行宽度应达到4m，宜达到5m～6m及以上。路侧带总宽度为5.5m～6m的现有城市道路，可以依据“极限尺寸”进行人非共板路侧带断面改造。新建城市道路可以根据道路等级和行人、非机动车的实际交通量，在路侧带总宽度为7m～10m的范围内，灵活选用不同的路侧带宽度尺寸组合（见表5）。

表5 人非共板路侧带断面宽度尺寸组合（单位/m）

3 地下综合管廊空间设计

3.1 地下综合管廊

地下综合管廊(日语为“共同沟”，英文为The underground pipeline colligate alure or Utility Tunnel），是建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施[16]。地下综合管廊虽然在设计、施工难度和造价要高于传统的直埋式和架空式管线，但具有：管线集中布置、避免重复开挖、日常检修和维护方便、具有防灾抗灾能力的突出优点。国内城市新建管廊多数采用矩形断面的现浇混凝土综合管廊结构，以下针对不同舱室数量的矩形断面管廊所需地下空间作重点研究。

3.2 地下综合管廊截面形式和截面尺寸

地下综合管廊的截面形式和尺寸应根据所纳入管线的种类、数量、预留空间等确定。

3.2.1 入廊管线种类和兼容性

给水、雨水、污水、再生水、燃气、热力、电力、通信等市政管线可纳入地下综合管廊。根据相关规范，有些管线应避免同舱布置或者必须独立布置。综合考虑管线同舱敷设的兼容性和管廊空间利用的经济性，可以把常用管廊截面归纳为单一管线舱（单一舱）和多管线综合舱（综合舱）的组合。

3.2.2 地下综合管廊截面尺寸

综合管廊断面应满足管线安装、检修、维护作业所需要的空间要求。管廊内部净高不宜小于2.4m，管廊内双侧设置支架或管道时检修通道净宽不宜小于1.0m，单侧设置支架或管道时检修通道净宽不宜小于0.9m，配备检修车时检修通道净宽不宜小于2.2m[16]。根据国内城市工程案例数据[19-20]，单舱管廊如单侧布置管线，内尺寸宽度为1.7m～2m，加上管廊两侧壁厚各0.3m～0.4m，外尺寸宽度约为2.5m～3m；如双侧布置管线，外尺寸宽度约为3m～4m。双舱管廊如采用1个综合舱结合1个单一舱，外尺寸宽度约为5.5m～6.5m；如采用2个综合舱，外尺寸宽度约为7m～7.5m。三舱管廊一般采用1个综合舱结合2个单一舱，或2个综合舱结合1个单一舱，外尺寸宽度约为8m～10m（见表6）。

表6 地下综合管廊截面类型和外尺寸一览表

3.3 综合管廊和人非共板路侧带断面一体化方案

通过两者空间尺寸的耦合比较，5.5m～10m的人非共板路侧带断面地下空间可以满足从单舱到三舱的地下综合管廊布置要求。干、支线地下综合管廊和缆线管廊的主体宜设置在道路绿化设施带和人非共板通行断面下，管廊位于地面的人员检修出入口、通风口宜设置于绿化设施带内,管线吊装口、投料口等大型开口宜设置于绿化设施带或人非共板通行宽度范围内(见图2、图3）。