干线公路快速化改造临界值设计分析
2021-03-05
（华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）
责任编辑/曹晶磊 美术编辑/王德本
随着城市规模的不断扩大，部分原来处于城市外围的干线公路逐步被包围到城市腹地，人口的大量聚集必然会使其属性转化为城市道路，对其功能也提出了新的要求，因此部分干线公路必须经过专业的快速化改造以适应新角色，改造临界值往往对工程可行性具有直接影响。
一、城市空间结构发展阶段特征
发展早期为中小城市、工业化发展阶段。集中连片发展，中心只有一个，一般呈现同心圆形态，交通线路由中心向外放射状。扩张期为大城市、工业化成熟发展阶段，城市交通线路向外扩大，人口、产业和就业岗位等开始从市区向郊区扩散，出现分散组合式或更为集中的发展模式。
发展中期为多中心、大都市区发展阶段。城市由一个中心城、多个核心城区组成。郊区人口增加，制造业、零售业、服务业等纷纷出现在郊区，形成功能较为完备的新都市，但仍依赖于中心城市的信息和服务。
发展成熟期为多个大都市区相连接组合成大都市带的发展阶段。该时期城市边缘扩散中又有聚集，形成郊区新兴中心，具备了城市典型功能。城市沿交通线继续扩展，与周围城市共同组成城市群或大都市连绵带联合发展，趋向国际化。
二、城镇化对干线公路交通影响
车辆种类变化。建设干线公路最初的目的是作为区域内重要的货运交通，因此通行货车比例最高，但当干线公路转化为城市街道后，沿线会出现住宅区、商业区，中小型轿车成为交通主力，道路车况更加复杂。
服务对象增多。干线公路的服务对象基本只考虑机动车，而城市道路的服务对象包括机动车、非机动车、行人，且交通工具多种多样，路段交织情况复杂，交通事故增多，相比而言通行效率大幅度下降。
服务距离变短且时间效应明显。干线公路主要服务于中长距离货物运输，而城市道路主要是满足中短距离出行需求，道路分叉增多，并且道路拥堵情况，具有上下班时段明显的时间效应。
三、干线公路快速化改造临界值确定分析
（一）交通效率临界值
考虑城市空间结构与交通效率关系。以上海外环线以内中心城区为分析对象，选取外滩、静安寺、淮海中路等街道和15个分布在各方向的就业中心为研究样本。采用统计学和回归方法分析，以“就业中心平均通勤时耗”为因变量，自变量包括平均职住距离、通勤方式及比例、就业密度、通勤者社会属性（平均收入、学历程度、男女比例、平均年龄等）等。运用散点图和Pearson相关系数法筛选和分析自变量，得出数据，按其相关性绝对值由大到小分别是：就业密度（0.896）、非机动化通勤比重（-0.876）、与主中心距离（-0.750）、平均收人水平（0.746）、轨道交通通勤比重（0.637）和平均职住距离（0.589）。
临界值选取。城市发展至中期时，逐步形成多中心为特点的大都市区，基本多开口城市干线道路已无法满足长距离交通需求，同时主中心出现交通拥堵，当高度相关指标（通勤效率、与中心距离、就业密度）达到临界值时，宜进行干线公路快速化改造，具体指标如表1所示。
表1 城市空间结构相关临界指标表（注：以上数值均参考均值的80%）
表1 城市空间结构相关临界指标表（注：以上数值均参考均值的80%）
（二）公路服务水平分级和临界值分析
城市道路服务水平评价标准。城市道路服务水平直接决定了通行效率及安全，我国《城市道路设计规范》（CJJ37-2012）中规定快速路基本路段服务水平分级，如表2所示（部分）。
临界值选取。干线公路一般按二级服务水平设计，当干线公路城市化后，车辆运行速度低于设计速度、服务水平相关指标或超出稳定流状态时，应实施快速化改造，具体指标如表3所示。当表中相关指标有一项达到临界条件时，即建议快速化改造。
表2 快速路基本路段服务水平分级（部分）
表2 快速路基本路段服务水平分级（部分）
表3 服务水平相关临界值表
表3 服务水平相关临界值表
（三）干线公路交叉口临界值分析
交叉口角净距设计。交叉路口是城市公路最容易发生堵车和交通事故的地点，也是干线公路快速化改造的要点之一。角净距是指交叉口与无信号控制接入口之间的距离，其实质是公路通过性与通达性之间的博弈。角净距越短，公路临界区域的通达性越大，被接入公路的交通安全性和运行效率显著降低；但角净距越大，通达性将会降低。
结合国内道路运行情况及相关研究，本文建立几种典型仿真环境条件，依据“功能等级相差二级以上公路限制相交”原则，采用速度标准差的变化系数CV值评价路段安全性，如表4所示。仿真结果如图1所示（部分），将曲线开始变缓的节点作为角净距设置效益最高的点（红圈标出）。
表4 各公路接入类别典型仿真条件
表4 各公路接入类别典型仿真条件
图1 各公路接入类型CV值-角净距曲线（部分）
临界值选取。综合分析，当干线公路交叉口间距有一项达到临界值即建议实施快速化改造，具体参考值如表5所示。
表5 交叉口间距临界值表
表5 交叉口间距临界值表
