城市核心区地下环路功能及出入口设置研究

邢冬冬，黄 俊，卢志飞，杨 奎

(苏交科集团股份有限公司，南京 210019)

高密度城市核心区地下环路(以下简称“城市地下环路”)是服务于城市核心区车辆到发的地下专用道，其将城市核心区各地下车库串联起来，一方面作为地下车库联络道，集散车辆到发，另一方面发挥着分流地面交通、缓解地面交通压力的作用[1-2]。城市地下环路上承城市干道系统，下接地下车库，是连接快、慢交通，解决城市核心区交通问题的重要设施。城市地下环路系统可分为环路主线和出入口，其中出入口包括联络主线与地下车库的内出入口和联络主线与地面道路的外出入口[3]。对城市地下环路功能定位的分析，有助于明确地下环路建设的意义，指导城市地下环路主线的规划布局和合理化建设[4]。城市地下环路不同于环状地下快速路，与一般城市地下道路也有所区别，其本质是服务小汽车到发的专用地下道路，具有服务范围有限、主线成环、车辆行驶速度较低、出入口密集等特点[5]。因此，根据《城市地下道路工程设计规范》(CJJ 221—2015)[6]进行地下环路设计往往难以达到预期效果。

城市地下环路出入口设置的合理性很大程度上决定了地下环路的使用效率，但我国现有地下环路出入口的设计尚无统一标准，出入口数量和间距控制也处于起步阶段，现有部分城市地下环路利用率未达预期，在一定程度上也造成了地下空间资源的浪费。出入口设置的不合理将造成地下环路交通组织复杂、停车线路混乱，对地面交通也会造成不良影响。现有研究主要探讨了城市地下环路出入口的衔接模式、交通组织和位置布置等问题[7-9]，但对于地下环路出入口数量和最小间距等控制指标的设置尚不明确，难以指导地下环路相关设计。

综上所述，城市地下环路出入口的设置应综合考虑地下环路规模、地面交通现状、居民出行习惯等因素。因此，本文开展城市地下环路出入口数量和最小间距等指标的研究，旨在为城市地下环路规划、设计提供依据与参考。

1 地下环路功能

城市地下环路作为解决城市核心区交通问题的重要地下设施，不仅具有改善交通的功能，还在市政、枢纽、商业、人防等方面发挥着独特作用。城市地下环路功能如图1所示。城市地下环路的交通功能主要体现在整合停车资源、分流地面交通和集散到发交通等。

图1 城市地下环路功能

我国部分地下环路服务停车位数量统计如图2所示。我国绝大多数地下环路服务停车位大于5 000 个，为区域提供了充足的停车资源。

图2 我国部分地下环路服务停车位数量统计(单位：个)

城市地下环路增加了区域内部路网容量，分流了部分进出地下停车场的社会车辆，而且地下环路的抗干扰能力较强，不易受到外界恶劣环境的影响，无须等待红绿灯。因此，地下环路在改善地面交通的同时，保证了车辆通行的连续性。城市地下环路不仅优化了地面道路设置，也为地下空间整合利用提供了新的解决方案。

城市地下环路可与市政综合管廊等项目共同建设，以提高地下空间资源的利用率，使原本受制于前期投入的市政项目拥有更高的优先级，对城市建设起到促进作用。此外，对地下空间资源非常有限的老城区改造工程而言，地下环路的顶部空间可以分担部分市政功能，避免单独建立综合管廊对地下空间造成侵占。除综合管廊外，地下环路建设所产生的夹层也可为地下仓储、地下物流廊道、小型文娱活动场所等提供空间。

在城市大型交通枢纽区域设置地下环路，可以起到联系对外交通、辅助市内换乘的作用。地下环路对周边商业也能起到促进作用：一方面，地下环路与地下车库相结合，可以发展收费停车、洗车等附属服务；另一方面，地下环路通过共享停车资源，串联地下空间，可以平衡整片区域的商业发展，实现不同区域间客流的调剂功能。此外，地下环路在战时将承担一定的人防功能，方便应急疏散和物资转移，发挥防空专业队功能。

2 地下环路出入口设置

2.1 外出入口设置

城市地下环路主线车道数一般由地下环路联系的车库停车位总数、车库平均周转率、停车高峰小时系数和车辆进出比例系数等结合单车道理论通行能力计算获得。主线车道数与环路联系车库停车位总数、主线设计车速密切相关。地下环路外出入口匝道的通行能力与主线通行能力计算方法相同，但匝道往往纵坡较大，单车道实际通行能力计算应增加折减系数，通常取0.8。

地下环路外出入口与地面道路相连，受地面道路整体宽度影响，出入口宜设置为单车道模式。因此，结合环路主线通行能力和外出入口通行能力，可将地下环路外出入口数量计算公式修正为

(1)

式中，N1为环路出入口数，个；Qi为地下环路联系的单个车库停车位数量，个；ui为车库平均停车位利用率，%，一般取50%～60%；ti为停车位周转率，%，一般取50%～60%；Pi为车辆进出比例系数，一般取2；C1为出入口单车道理论通行能力，pcu/h/ln；m为出入口单向平均车道数，个，一般取1个。地下环路外出入口匝道理论通行能力[10]如表1所示。

表1 地下环路外出入口匝道理论通行能力

通过收集我国已建成与规划中的四十多个地下环路案例，对部分地下环路的出入口数量设置进行统计分析，通过式(1)计算获得地下环路出入口数理论区间，并与实际地下环路出入口数进行对比，地下环路外出入口理论计算区间与实际值分布如图3所示。部分地下环路外出入口数未达到理论计算标准，其原因可能是地面交通环境的限制。

图3 地下环路外出入口理论计算区间与实际值分布

地下环路外出入口数与服务车位数相关关系如图4所示。

图4 地下环路外出入口数与服务车位数相关关系

由图4可知，外出入口数与服务车位数整体呈负指数分布，随着地下环路服务车位数的增多，理论上应设置更多的外出入口，但受制于地面道路分布，外出入口数量不宜设置过多。地下环路外出入口数最少为4个(2进2出)，当地下环路服务车位数大于10 000个时，外出入口数不宜超过14个(7进7出)。地下环路外出入口平均间距与服务车位数相关关系如图5所示。

图5 地下环路外出入口平均间距与服务车位数相关关系

由图5可知，外出入口平均间距与服务车位数整体呈指数分布，随着地下环路服务车位数的增加，外出入口平均间距减小。考虑到环路主线车辆的通行效率，外出入口间距不宜过小，我国现有地下环路外出入口平均间距为150～400 m。

地下环路服务车位数通常为5 000～25 000个，根据上述规律，地下环路外出入口合理设置数为5～12个，平均间距为180～350 m。在实际工程中应综合考虑周边环境的影响，合理布置地下环路外出入口。

城市道路根据其在路网中的地位、交通功能和对沿线的服务功能，可以分为快速路、主干路、次干路和支路4个等级。城市快速路设计速度为80～100 km/h，且出入口、交叉点严格控制。因此，城市地下环路的外出入口一般不与快速路相连[9]。地下环路外出入口连接地面道路等级统计如图6所示。

图6 地下环路外出入口连接地面道路等级统计

由图6可知，地下环路外出入口以连接城市次干路为主。城市主干路与地下环路主线的设计速度相差较大，车辆进出需要经过较长的加速段，且易造成主干路拥堵。城市支路与地下环路主线的设计车速较接近，但支路一般车道数较少，额外设置地下环路出入口将占用有限的路面空间。因此，地下环路外出入口宜与城市次干路相连。地下环路外出入口在路网中的布置位置对整个路网的服务水平和地下车库的疏散能力均有较大影响。通常情况下，为减少对地面道路周边地块的影响，地下环路出入口匝道宜独立布置，且保持一定的间距。

2.2 内出入口设置

现有地下环路案例中，内出入口设置主要受地下环路服务地块分布情况的影响，地下环路内出入口数与地块数相关关系如图7可知。内出入口通常为双向行驶，设置于环路主线两侧。当环路内出入口过多时，一方面可能增加地下环路工程造价和施工难度，另一方面可能对地下环路主线的通行条件产生不利影响。

图7 地下环路内出入口数与地块数相关关系

地下环路内出入口与地块对应关系的3种布置形式为：①内出入口与地块一一对应；②多个相邻地块之间设置联络道共用同一内出入口；③同一地块设置多个内出入口。内出入口数与地块数对应关系如图8所示。

(a) 内出入口数=地块数

(b) 内出入口数<地块数

(c) 内出入口数>地块数图8 内出入口数与地块数对应关系

对于地块分布和地下车库规模较均匀的地下环路，其内出入口应根据地块分区情况对应布置[图8(a)]；当地块分布较密集、地下车库规模较小时[图8(b)]，间距过短、排列密集的内出入口不利于车辆的正常行驶，在设计地下车库时，应设置车库间联络通道，以减少地下环路内出入口数；当地下环路服务区间内存在较大地块、单一地下车库规模较大时[图8(c)]，为提升地下车库车辆到发效率，可设置多个内出入口，通常设置2个内出入口。

本文统计了部分地下环路内出入口数与外出入口数的对应关系，内出入口数与外出入口数相关关系如图9所示。

图9 内出入口数与外出入口数相关关系

由图9可知，地下环路内、外出入口数在总体上呈线性变化趋势。通过案例分析，地下环路外出入口一般不少于4个(2进2出)，对应内出入口数为11个。因此，地下环路主线外出入口为4个时，内出入口不宜超过11个。当地下环路内外出入口数比值过小时，一方面可考虑增设内出入口，提高地下车库车辆到发效率，另一方面可减少外出入口数，以节约建设成本。当地下环路内外出入口数比值过大时，可设置车库间联络通道，进而减少内出入口的设置数量。

2.3 地下环路出入口最小间距设置

地下环路出入口相对位置关系示意如图10所示。本文未考虑双侧不设置出入口的情况，总结地下环路相邻出入口的交通流特点，归纳得到出-出、入-入、出-入、入-出4种形式。

图10 地下环路出入口相对位置关系示意

地下环路相邻出入口交通组织关系[11]如图11所示，L为最小间距标准值。

(a) 出-出

(b) 入-入

(c) 出-入

(d) 入-出图11 地下环路相邻出入口交通组织关系

根据《城市地下道路工程设计规范》(CJJ 221—2015)[6]的要求，出入口间距应考虑安全停车视距、接入口识别视距、交通标志设置距离和车辆变道距离等因素，通常情况下以驾驶员反应时间为参考确定最小间距[2]。根据《城市道路交叉口设计规程》(CJJ 152—2010)[11]中对驾驶员辨认标志和汽车移向临近车道所需时间的规定，本文的最低反应时间取10 s。

对于出-出、入-入两种形式的出入口，采用正常行驶速度下行驶10 s的距离作为最小间距控制标准。出-入、入-出两种形式的出入口，可分别取标准值L的0.5倍和1.5倍。由于内出入口多为双向车道设置，实际地下环路中相邻出入口交通组织关系多为出-出、入-入、入-出3种形式。通过调查，相邻内出入口之间入-出形式较少，且当车辆从车库出发后立即进入相邻车库时，其行驶速度较低。因此，相邻内出入口的最小间距取值可以仅考虑出-出、入-入形式。地下环路主线出入口最小间距设计建议值如表2所示。

表2 地下环路主线出入口最小间距设计建议值 (m)

3 结论

城市地下环路将区域内地下车库串联在一个闭环内，共享停车资源，为车辆提供“最后一公里”点对点服务，显著提高车辆进出地下车库的效率，同时减小对地面交通的影响。本文基于文献调研和案例分析，在总结城市地下环路特点及功能的基础上，分析了地下环路内、外出入口设置特性，对出入口数量、布局和最小间距等指标提出建议，主要结论如下：

(1) 城市地下环路具有整合停车资源、分流地面交通、集散车辆到发、保障极端环境交通正常运行等作用，同时在市政、枢纽、商业和人防等方面发挥独特功能，为城市地下空间建设提供新思路。

(2) 本文提供了外出入口数与环路服务车位数之间的预测公式，对不同规模地下环路的外出入口数提出合理建议，地下环路外出入口数宜控制在4～14个，且以连接地面次干路为主布置。

(3) 地下环路内出入口设置主要受地块数和布局的影响，同时需考虑内、外出入口的数量关系。通过回归分析计算地下环路内出入口数与外出入口数的合理比例，当不满足内、外出入口的数量关系时，可考虑设置车库间联络道或增加单一车库出入口的方式，将地下环路内出入口总数控制在标准范围内。

(4) 基于现有设计规范对道路交叉口的最小间距规定，并结合地下环路的交通和布局特点，提出了城市地下环路出入口的最小间距建议值，当设计车速为20 km/h时，相邻内出入口间距应不小于60 m，外出入口与相邻出入口间距不小于90 m；当设计车速为30 km/h时，相邻内出入口间距应不小于90 m，外出入口与相邻出入口间距不宜小于130 m。