城市道路主辅路出入口设计形式探讨

游 堃

(国晟设计有限责任公司，湖南 长沙 410000)

1 基本概念

主辅路出入口针对道路断面设置有主路与辅路，并做了物理隔离的情况，是车辆在主路与辅路之间的分合流进出口，其范围包括驾驶员识别出入口、变换车道、速度转换和汇流的全过程，车辆所行驶的距离。

从驾驶员的角度分析，可以将主路与辅路之间交通转换分成三个区段：识别段、变速段和汇流段。识别段用于提前布设标志标牌，向驾驶员提示前方出入口，做好变道准备。变速段包含车道渐变段与加减速车道段，驾驶员在本段完成车道转换和速度转换。汇流段用于驾驶员判断相邻车道安全并择机并入。

城市道路设计中，根据道路等级和设计速度的不同，采用不同的变速段和汇流段形式，并逐渐形成了三种城市道路主辅路出入口的形式，主要包括平行式、定向直接式和双向进出式。

1.1 平行式出入口(I型)

与主线车流平行，利用侧分带设置加减速车道和渐变段，以控制主辅交通转换的出入口。由于其增设一个专用车道用于分合流，车辆在主辅转换过程中，可以先并入加减速车道完成速度转换和观察汇入车道的交通情况，然后在出入口择机汇入，给驾驶员创造了较好的通行条件和观察条件。此类出入口对主线车流影响最小，通行能力最好，是最高等级的出入口形式，车辆可维持较高的速度完成交通转换，一般用于城市快速路和城市快捷路。

1.2 定向直接式出入口(II型)

当城市道路建设受用地、拆迁等因素影响，空间不足以布设平行式出入口时，可以通过在侧分带设置斜角定向开口的形式，无加减速车道和渐变段，通过提前设置交通标志、标线引导的方式，诱导驾驶员提前观察汇入车道情况，再择机完成主辅车流转换。驾驶员在观察阶段和转换阶段均会降低现有车道的车流速度，从而降低通行能力，且定向直接式出入口采用斜角汇流的形式，当车辆驶入出入口时，驾驶员对欲汇入车道的观察视界最小，存在一定的视野盲区。此类出入口为一般等级的出入口形式，车辆需以较低的速度完成交通转换，一般用于城市快捷路和城市主干路。

1.3 双向进出式出入口(III型)

当侧分带较窄时(≤1.5 m)，对于以服务功能为主的低等级道路，且进出需求量均较大时，可在侧分带设置简易开口，开口无特定指向，允许主入辅与辅入主两种交通流向，开口宽度一般可容纳2～3辆车同时完成主辅路交通转换。车辆进入此类出入口时，行车速度极低，对现状车流通行能力影响最大，且驾驶员盲区最大，需提前设置交通标志和标线引导车流。此类出入口为较低等级的出入口行驶，车辆需以极低的速度完成交通转换，一般用于城市主干路和城市次干路。

总结上述主辅路出入口形式、道路等级与所在城市，统计如表1所示。

表1 调研道路与出入口形式统计表

2 现行出入口设计存在的问题

2.1 出入口合流位置未设置单独车道

由于城市发展对用地方面的要求越来越苛刻，导致城市道路建设中用地越来越拘束。虽然城市快速路仍普遍设置有单独的加减速车道供主辅路交通流转换使用，但是部分主干路设计时，受用地影响，在主路与辅路车道转换过程中，未设置单独车道作为过渡，转换车辆需在出入口以斜角汇入，缺乏单独加减速车道供驾驶员行驶过程中观察汇入车道是否有后方车辆，而需要在开口处缓慢探头以观察后方，在降低车道通行效率和交通转换效率的同时，也增加了出入口车流与后方直行车流发生碰撞事故的风险。

2.2 出入口位置侧分带绿植造成视野盲区

由于设计阶段和施工阶段对安全视距的疏忽，而未注意在出入口位置对植物种植的特殊要求，导致在出入口位置侧分带的绿植过密过高，影响侧分带两侧车辆驾驶员的通视，形成视野盲区，驾驶员在主辅路转换前的观察阶段无法获取汇入车道的车辆信息，而盲目汇入车道，导致主路与辅路车辆均未发现对方而发生碰撞事故。

2.3 出入口设置过宽，导致流向紊乱

部分道路的出入口开口过长，出入口主入辅与辅入主两个方向车流均不受阻碍，驾驶员无法判断是出口还是入口，导致出入口失去定向作用，且从驾驶行为诱导的角度而言，容易诱导部分司机贪图便利而逆向转换，引起车辆在出入口的冲突与紊乱。

2.4 出入口角度过大，连接线形太差

为了驾驶的舒适性和转向的连续性，出入口设置角度一般越小越好，此时驾乘人员感受到的横向力最小，且车辆行驶最为顺畅。但部分主辅路开口连接角度过大，车辆需要以很小的曲线半径完成车辆在主辅路转换过程中的蛇形位移，其极限状态为出入口角度与道路纵向成直角状态，此时对驾乘人员产生较大的横向力，且车辆需极大降速以汇入出入口，在影响车道通行效率的同时造成行车不适和安全隐患。

3 出入口车辆碰撞建模

3.1 碰撞建模

主辅路出入口安全事故主要发生在汇流阶段，由于未设置单独的车道作为过渡，出入口内车辆与辅道车道存在一定的角度，因而造成驾驶员对辅道产生了较大的盲区，尤其以II型出入口最为典型，因此以II型出入口为例进行车辆碰撞建模分析。模型以从主路进入辅路完成交通转换为例，当主路车辆进入出入口端部，而辅道车辆恰好处于主路车辆的驾驶盲区(LM1)时，若二车维持相应的速度行驶而缺少外部信息提示，辅路车辆将始终处于主路车辆的动态视野盲区中，直至在合流点相撞，本模型即为探讨撞击过程中主路车辆与辅路车辆的速度关系和驾驶员反应时间，并进一步提出改进措施，从而改善车辆在主辅路出入口时的安全性。

以主路车辆车首开始进入出入口端部为碰撞起点，以抵达出入口终点汇入辅路为碰撞终点，二者之间为碰撞起终全过程，在此过程中对主路车辆与辅路车辆行驶距离、时间和速度建立量化关系，并得到如下公式和包络区间。

碰撞起终点主路车辆行驶距离

(1)

碰撞起终点主路车辆行驶时间

视野盲区

(3)

视野盲区

(4)

碰撞起终点辅路车辆处在视野盲区中的行驶距离包络区间为

(5)

从进入视野盲区至碰撞发生，主辅路车辆行驶时间一致，辅路车辆速度

(6)

碰撞时，辅路车辆行驶速度的的包络区间为

(7)

式中：为主路车辆行驶速度，m/s；为辅路车辆行驶速度，m/s；为碰撞起终点主路车辆行驶距离，m；为碰撞起终点辅路车辆行驶距离，m；为出入口起点处主路车辆对辅路最近车道上视野盲区的投影长度，m；为出入口碰撞终点处主路车辆对辅路最近车道上视野盲区的投影长度，m；为碰撞起终点主路和辅路车辆行驶时间，二者时间一致，产生碰撞，s；为侧分带宽度，m(通常为1.5～5 m)；为车道宽度，(通常为3.25～3.75 m)；为出入口角度，°(通常为10°～30°)；为车辆后视镜视界角度，°(通常为15°～30°)；为车辆进入出入口时的减速系数，(通常为0.5～0.7)。

3.2 模型求解

上述各参数均有一定的取值空间，根据城市道路设计与管理经验对各参数适当取经验值，车道宽度取3.5 m，车辆后视镜视界角度取25°，车辆减速系数取0.6。

在城市道路设计过程中，出入口角度的选取通常与侧分带宽度统一考虑，越小汇流过程越平顺，对主线车流影响越小，越大汇流过程越不平顺，对主线车流影响越大。当用地宽松、侧分带较宽时，通常采取较小的出入口角度，以尽量使主辅交通转换过程平顺。当用地紧张、侧分带较窄时，若仍采用较小的，会导致出入口长度很长，失去定向作用，因此通常采取较大的出入口角度。为了更好的对主辅车辆行驶情况进行探讨，结合城市道路设计经验，分别选取高低两组值进行分析，(，)组合取值分别选取(2 m，30°)和(5 m，10°)。

综合上述参数取值，并代入出入口碰撞模型中，分析得到以下两种主路车辆行驶速度和辅路车辆行驶速度的关系包络区间：

(1)当侧分带较宽时(=5 m)，辅路车辆行驶速度的的包络区间为(0.59，0.97)，结合相应等级城市道路设计速度区间(50 km/h，100 km/h)，碰撞发生起终时间区间为(1.73 s，3.46 s)；

(2)当侧分带较窄时(=2 m)，辅路车辆行驶速度的的包络区间为(0.52，2.29)，结合相应等级城市道路设计速度区间(50 km/h，100 km/h)，碰撞发生起终时间区间为(0.24 s，0.48 s)；

从模型计算结果中可知，当主路车辆开始进入出入口时，若辅路车辆恰好位于视野盲区，且行驶速度位于上述包络区间而未采取制动时，主路车辆与辅路车辆较大概率在出入口汇流点碰撞，碰撞发生起终时间极短。

3.3 模型结论评价

根据城市道路设计的多本现行规范，其给出的辅道设计速度取值建议为采用0.4～0.6倍主路设计速度，与上述模型求解得到的包络区间有一定的重叠度，且根据多年道路管理经验，城市道路辅路车辆行驶速度较多处于0.6倍主路速度的运营条件，此时视野盲区内的车辆若未做好制动措施，两车在出入口汇流点碰撞的概率较高，计算得到的可供驾驶员反应的时间极短。因此，针对视野盲区和的补盲对减少交通事故有重要意义，建议对于未设置单独车道作为过渡的出入口形式，应在出入口汇流端设置凸面镜，以对视野盲区补盲。

4 优化方案

(1)原则上优先使用I型出入口，尽量避免使用III型出入口，对II型出入口进行优化使用。为兼顾城市道路交通功能与周边地块的服务功能，城市快速路(60～100 km/h)宜采用I型出入口，城市快捷路(60～80 km/h)宜采用I型出入口或II型出入口，城市主干路(40 ～60 km/h)宜采用II型出入口，尽量避免采用III型出入口。

(2)对于II型出入口，应在出境入口汇流端设置凸面镜，对视野盲区补盲；

(3)出入口合流位置应尽可能利用侧分带设置单独车道作为过渡，若侧分带宽度不足时，可通过道路拓宽、设置鱼腹标线的形式，避免出主辅车辆在在合流端部因车道冲突而发生事故。

(4)汇流段的侧分带内绿植高度应控制在1 m以内，以满足主路和辅路驾驶人员的通视条件，长度应控制在相应设计速度3 S行程以上；

(5)在识别段设置交通标志，提前提示车辆变道与出入准备，设置位置宜控制在车道渐变起点前3 S行程以上；

(6)出入口宽度不宜过宽，且宜设置单车道，避免车辆在出入口位置强行超车，导致安全事故，宽度建议取值4～6 m。

5 结 语

(1)本研究通过建立出入口碰撞模型，探讨了车辆在出入口交通转换过程中的视野盲区变化、碰撞速度包络区间、驾驶员反应时间包络区间等问题，并根据城市道路建设管理经验，应用给予专家评判的综合评估，实现了定量评价。

(2)将城市快速路、城市快捷路和城市主干路三种等级道路纳入体系一起研究，并首次提出根据道路等级和设计速度对应采用三种出入口类型的建议。

(3)随着城市发展，如何在提高区域间快速流通与提升对道路沿线的服务能力这两者之间做到权衡兼顾，是考验每一个城市建设者需要思考的问题。在进一步研究中，可从出入口间距、端部平纵线形等角度，进一步提高城市道路安全与行车舒适性。