摘 要
车道资源配置是城市路网的重要组成部分,也影响了各功能用地的可达性.当前我国道路设计关注主流向主体车道的配置,忽视非主流向辅助车道资源,导致城市路网交通效率和安全的下降.国内外关于道路设计、辅助车道交通组织的研究多基于交通工程学,有必要从规划学角度采取定性和定量的方法,研究辅助车道设置原理并提出优化设计策略,补充完善现有道路规划设计的不足,促进人本导向的活力宜居城市空间建设.
首先,文章对比了国内外道路规划价值取向的不同,选取车道长度、主辅车道比例、联系方向数等指标,统计 5 个案例城市干路网参数,利用 VISUM 宏观交通规划软件构建路网模型,量化分析国内外在主辅车道资源配置的差异性和规律性,指出:我国主体车道比例偏大,较少采取拓宽形式配置辅助车道,国外可达性联系多于我国的特点.进而点明我国车道配置方面存在:次流向辅助车道设计模式粗放、主流向主体车道交通组织不畅、规划编制与技术方法衔接薄弱的本质问题.
其次,在分析城市道路各类交通流运行特性的基础上,提出引发道路冲突相对性的概念,以交通效率模型 E 效率作为判断辅助车道设置的评价指标.利用 VISSIM 微观交通仿真软件构建有无辅助车道的标准路口模型,研究其对城市道路交通流的影响并验证辅助车道设置的必要性.通过模型仿真分析得出:增设辅助车道单位用地上单位时耗改变量随交通量的增加而加大,且改变量与干路车道数、信号周期有一定关系.
然后,论文从中观和微观方面提出了辅助车道的设计策略.中观层面,从城市角度指出:路网与城市形态不匹配会增加转向交通量,伴随城市扩张主干路流量会发生改变,需重新规划主辅车道;从街区角度指出:高吸发量用地会增加转向车数量,应增加辅助车道配置,选取不同功能用地典型案例以提供可借鉴经验.微观层面,通过模式简图展示了左转(港湾式左转,连续双向左转,T 型路侧路肩,分离式左转,壶柄形左转)、右转(港湾式右转,右转并入,连续右转)、U 掉(直接 U 掉,间接 U 掉)、其它(公交港湾式停靠站,出租车招呼站,货物装卸停靠站)四大类常规辅助车道设计,分析各类模式的适用性,并总结了左转正面偏移、转弯半径等相关几何设计.
最后,依托西宁市昆仑主干路交通设计工程项目,将研究所提的方法运用于工程实践中,验证研究成果的科学性、合理性,加强技术方法应用对规划实践的指导价值.
关键词:辅助车道;交通设计;城市路网;交通效率;微观仿真;
Abstract
Lane resource allocation is an important part of the urban road network, which also affectsthe accessibility of functional land. At present, China's road design pays attention to theallocation of the main lane, ignoring the non-mainstream lane resources, resulting in the declineof urban road network traffic efficiency and safety. It is necessary to adopt qualitative andquantitative methods from the perspective of planning, study the principle of auxiliary lanesetting and put forward optimal design strategies.
Firstly, this paper compares the value orientation of road planning at home and abroad,and counts the parameters of the urban road network in five cases. Using macro traffic softwareVISUM to construct road network, and quantitatively analyzes the allocation of resources in themain and auxiliary lanes at home and abroad. Differences and regularity indicate that theproportion of China's main lanes is too large, and it is less likely to adopt a wide-rangingconfiguration to turn lanes. Foreign accessibility is more than China's. Furthermore, it pointsout that there are some essential problems in the layout of auxiliary lanes in China.
Secondly, on the basis of analyzing the operational characteristics of various types oftraffic flow on urban roads, the concept of causing the relativeity of road conflicts is proposed.The traffic efficiency model is used as the evaluation index for judging the auxiliary lane setting.
The VISSIM microscopic traffic model was used to construct a standard intersection modelwith or without auxiliary lanes to verify the necessity of its setting and the impact on urban roadtraffic flow.Then the design strategy of auxiliary lane is proposed from the middle and micro aspects.At the micro level, the left turn is shown in the simplified diagram, and the right turn, U-turnlane, other four types of regular auxiliary lanes, analysis of advantages and disadvantages, andsummarized the left-turn front offset, turning radius and other related geometric design.
Finally, relying on the actual project of traffic design of Kunlun main road in Xining City,the method proposed by the research is applied to engineering practice, which verifies thescientific and reasonable results of the research and strengths the application of technicalmethods to planning practice.
Key Words:Auxiliary Lane; Traffic Design; Urban Road Network; Traffic Efficiency;Microscopic Simulation;
目 录
摘 要 ............................................................................................................................. I
Abstract ............................................................................................................................. II
1 绪论 .............................................................................................................................. 1
1.1 研究背景及问题提出 ....................................................................................... 1
1.1.1 次流向交通影响路网效率和安全 ........................................................ 1
1.1.2 辅助车道设置影响道路红线划定 ........................................................ 2
1.1.3 当前我国车道资源的配置不合理 ........................................................ 3
1.1.4 国外重视各区域的辅助车道设计 ........................................................ 3
1.1.5 规划需求与研究视角的选取确定 ........................................................ 3
1.2 概念界定与范围划分 ....................................................................................... 4
1.2.1 辅助车道概念界定 ................................................................................ 4
1.2.2 研究对象范围划分 ................................................................................ 5
1.3 国内外研究概述分析 ....................................................................................... 6
1.3.1 城乡规划学研究进展概述 .................................................................... 6
1.3.2 交通工程学研究进展概述 .................................................................... 6
1.3.3 已有研究概况评述 ................................................................................ 8
1.4 研究目的及意义 ............................................................................................... 8
1.5 研究内容与方法 ............................................................................................... 9
1.6 研究技术路线 ................................................................................................. 11
2 国内外辅助车道设置比较 ........................................................................................ 13
2.1 国内外设计取向 ............................................................................................. 13
2.1.1 美国 ...................................................................................................... 13
2.1.2 日本 ...................................................................................................... 14
2.1.3 荷兰 ...................................................................................................... 15
2.1.4 中国 ...................................................................................................... 17
2.2 案例选取和参数统计 ..................................................................................... 19
2.2.1 调研案例选取 ...................................................................................... 19
2.2.2 参数指标确定 ...................................................................................... 22
2.2.3 数据统计方法 ...................................................................................... 23
2.3 国内外参数统计分析 ..................................................................................... 27
2.3.1 转向与直行车道长度比较 .................................................................. 29
2.3.2 辅助与主体车道长度比较 .................................................................. 29
2.3.3 机动车平均车道数比较 ...................................................................... 30
2.3.4 联系方向数比较 .................................................................................. 31
2.3.5 辅助车道设置率比较 .......................................................................... 32
2.3.6 总结 ...................................................................................................... 33
2.4 国内辅助车道设计问题总结 ......................................................................... 33
2.4.1 次流向辅助车道设计模式粗放 .......................................................... 33
2.4.2 主流向主体车道交通组织不畅 .......................................................... 34
2.4.3 规划编制与技术方法衔接薄弱 .......................................................... 34
2.5 本章小结 ......................................................................................................... 36
3 辅助车道作用量化研究 ............................................................................................ 37
3.1 城市道路交通流运行特性 ............................................................................. 37
3.1.1 道路交通流行驶特性 .......................................................................... 37
3.1.2 交通冲突相对性分析 .......................................................................... 40
3.2 作用分析与交通效率模型 ............................................................................. 44
3.2.1 实质作用解析 ...................................................................................... 44
3.2.2 效率模型构建 ...................................................................................... 45
3.3 基于 VISSIM 微观仿真的作用量化研究 ..................................................... 45
3.3.1 模型假定条件 ...................................................................................... 46
3.3.2 VISSIM 模型构建 ............................................................................... 46
3.3.3 测试数据分析 ...................................................................................... 47
3.4 本章小结 ......................................................................................................... 54
4 辅助车道设计策略探讨 ............................................................................................ 55
4.1 中观层面辅助车道配置 ................................................................................. 55
4.1.1 城市布局与路网形态 .......................................................................... 55
4.1.2 街区用地与车道配置 .......................................................................... 59
4.2 左转辅助车道设计 ......................................................................................... 64
4.2.1 常规设计模式 ...................................................................................... 64
4.2.2 模式对比分析 ...................................................................................... 70
4.3 右转辅助车道设计 ......................................................................................... 73
4.3.1 常规设计模式 ...................................................................................... 73
4.3.2 模式对比分析 ...................................................................................... 74
4.4 U 型掉头辅助车道设计 ................................................................................. 76
4.4.1 常规设计模式 ...................................................................................... 76
4.4.2 模式对比分析 ...................................................................................... 77
4.5 其它类辅助车道设计 ..................................................................................... 79
4.5.1 常规设计模式 ...................................................................................... 79
4.5.2 模式对比分析 ...................................................................................... 81
4.6 相关几何设计 ................................................................................................. 82
4.6.1 左转正面偏移 ...................................................................................... 82
4.6.2 左转渠化设计 ...................................................................................... 83
4.6.3 右转冲突提前 ...................................................................................... 83
4.6.4 转弯半径设计 ...................................................................................... 84
4.6.5 渠化与隔离岛 ...................................................................................... 85
4.7 本章小结 ......................................................................................................... 88
5 辅助车道设计实例应用 ............................................................................................ 89
--以西宁市昆仑主干路交通设计为例 ...................................................................... 89
5.1 项目背景 ......................................................................................................... 89
5.2 昆仑-同仁路交叉口设计 ................................................................................ 89
5.2.1 路口区位及现状分析 .......................................................................... 89
5.2.2 现状流量及主要问题 .......................................................................... 91
5.2.3 解决思路及规划方案 .......................................................................... 94
5.2.4 改进效果分析 ...................................................................................... 98
5.3 南山-劳动路交叉口设计 .............................................................................. 100
5.3.1 路口区位及现状分析 ........................................................................ 100
5.3.2 现状流量及主要问题 ........................................................................ 101
5.3.3 解决思路及规划方案 ........................................................................ 101
5.3.4 改进效果分析 .................................................................................... 105
5.4 昆仑-羚羊路交叉口设计 .............................................................................. 106
5.4.1 路口区位及现状分析 ........................................................................ 106
5.4.2 现状流量及主要问题 ........................................................................ 108
5.4.3 解决思路及规划方案 ........................................................................ 108
5.4.4 改进效果分析 .................................................................................... 113
5.5 本章小结 ....................................................................................................... 115
6 结论与展望 ............................................................................................................ 117
6.1 研究结论 ....................................................................................................... 117
6.2 展望 ............................................................................................................... 118
参 考 文 献 .................................................................................................................. 119
附录 A 调研案例 VISUM 路网模型 ......................................................................... 123
附录 B 辅助车道设计模式简图汇总 ........................................................................ 126
附录 C 图表来源 ........................................................................................................ 130
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 ........................................................................ 137
致 谢 ........................................................................................................................ 138
大连理工大学学位论文版权使用授权书 .................................................................... 139
1 绪论
1.1 研究背景及问题提出
近年来,我国城市化进程加快、机动化水平日益提高,机动车增长与道路设施滞后的突出矛盾对城市居民的生产生活造成了较大影响(见图 1.1),必须积极采取有效的措施来解决城市交通问题.
1.1.1 次流向交通影响路网效率和安全
机动车出行包括驶入城市道路、城市道路间的转向、驶出城市道路三个环节,因此可将出行需求划分为直行需求和转向需求两大类[1],通常前者为道路主流向交通,车流量大,后者为次流向交通,车流量小(见图 1.2).转向车辆进行车道变换时极易发生交通事故,城市路网中交叉口位于核心地位,来自各个方向的车流、人流汇集于此变换行驶路线,相互间产生交通冲突.而城市路段上的交通由穿行交通和转向交通构成,因横向支路、出入口等交通流的汇总与分流,使得转向车流对行人、非机动车也存在较大的干扰[2].综上所述,转向车辆这类次属地位的交通进行车道变换影响了城市道路的通行效率和安全,如何处理好次流向交通,以保证平面交叉口、路段的安全和畅通是规划设计的关键.
1.1.2 辅助车道设置影响道路红线划定
我国城市规划编制体系中,交通规划作为子系统,是重要的专项规划之一,各层次规划对交通规划的内容进行了明确的规定.总体规划涵盖宏观道路网络,分区规划进一步规定城市干路红线宽度和道路断面形式等,详细规划对上层次规划内容进行优化和最终定位,以指导工程实施和规划管理.《城市规划编制办法》指出控制性详细规划依据道路两侧的交通需求"确定道路红线、断面形式及交叉口的渠化形式等"[3],修建性详细规划"根据交通影响分析提出交通组织方案和设计"[3].这些规范强调了车道展宽要求,但缺少具体设计案例,当前很多城市道路红线设计仍不考虑展宽,从总规、控规到修详规交叉口红线简单沿用路段的两条红线,这对道路实际运行中影响最大的便是转向车辆.一些城市意识到转向车流的重要性,增加了左转、右转车道,但常规辅助车道的设计以车本主义为主,基于主观经验,忽视道路的功能性及两侧用地的可达性.
辅助车道是影响道路红线的重要因素,道路红线是实现路口渠化的重要保障,城市道路的红线规划具有先导作用,其展宽很大程度上由辅助车道的设置、数量所决定(见图 1.3).控规阶段应考虑转向等次属地位的交通需求,对道路几何形态进行把控,从而指导详细设计,但实际编制中却缺乏对路口、路段的合理组织,一方面由于控规阶段对城市道路的控制失效,交通规划、辅助车道设计相关理论方法与控规没有很好衔接,另一方面也是由于规划师专业背景局限,加剧了实施难度,进一步形成恶性循环.
1.1.3 当前我国车道资源的配置不合理
随着我国机动化水平的提高、街区制的推行,单位用地的交通生成强度将不断加大,道路供给日趋紧张,两侧用地车辆进出增多,导致转入转出的交通需求也将不断加大.然而我国当前道路设计现状却重视直行交通、排斥左转交通、忽视右转交通(见图 1.4),对左转、右转等辅助车道设计的不重视,影响了道路的运行效率和交通安全.特别是在中心城区为保障交通秩序所采取的禁左等措施不仅增加机动车的绕行,而且损害步行者和骑车者等慢行交通方式的利益.
1.1.4 国外重视各区域的辅助车道设计
国外重视对城市不同区位、不同功能地块的辅助车道设计,发达国家历了城镇化、机动化的发展历程,美国、德国、日本等国家的规范皆规定了辅助车道的相关设置,如美国西雅图实施的"四改三工程",将原来双向四车道改为双向和中间一条转向车道(TWLTL)的形式,服务于道路左转车辆转入地块或停放应急车辆,通过改造不仅提高了道路的交通量,且事故发生率较之前减少了近 58%.加利福尼亚奥克兰采用此工程事故率下降了 17%.加拿大西部彭蒂克顿市的 3 个交叉口右转车道改造成"SmartChannel"后,对其进行安全效益评估发现 3 个交叉口的事故数分别下降了 36.4%、65.1%、55.6%[4],可见辅助车道的设计可有效提高道路安全性,国外道路横断面常根据转向交通需求进行相应变化.
1.1.5 规划需求与研究视角的选取确定
道路是城市建设的组成部分,促进城市规划和交通规划的协调发展十分重要,密路网小街区更要求道路的精细化设计.城市道路资源是有限的,如何合理设计辅助车道,实现车道资源的科学配置,进而提高城市路网的通行效率,值得我们深思.基于上述分析,论文从城乡规划的角度入手,以道路辅助车道为切入点展开研究,提出我国道路改进优化建议.
1.2 概念界定与范围划分
1.2.1 辅助车道概念界定
美国《道路出入口管理手册》定义辅助车道为:隔离出一条车道用来通过交通,但不是用来通过直行交通[5].国外对辅助车道的定义多为连接行车道的一个附加车道,如转向车道、交织段、立交匝道间的附加车道[6].台湾《交通工程手册》的定义为:辅助车道为接近道路交叉口处设置的路面加宽部分,供驾驶人自转向道驶入直行车道,或直行车道驶入转向道时变更速率之用,适用于高速及交通量较大的主要交叉路口[7].我国《公路工程术语》中定义辅助车道为:车辆出入、变速、变道、车距调整等需要而平行设置于主线直行车道外侧的附加车道[8],这种车道主要设置在立体交叉双车道匝道的分流、合流附近.
综上所述,辅助车道是服务车辆分流、合流等起辅助作用的一种车道形式.本文引用蔡军对辅助车道的定义:"将平行于道路中心线、服务于直行或者其他主要流向的车道称为主体车道,将为分流、合流、交织以及公共汽车临时停靠等服务的车道称为辅助车道"[9].主体车道车流量大且路段一直被占用,而辅助车道是从大流量中分离出的附加车道,服务于转向车流和车辆的临时停靠,是一种供路口转向、路段进出、车辆停靠的车道资源.因此辅助车道包括左转专用道、右转专用道、U 型掉头专用道、公交港湾式停靠站、右转进入等待区等[10].
辅助车道作为实现两侧用地可达性与干支路连通性的有效途径,其配置应满足以下原则:①适应所有交通方式:不仅仅是不同交通模式,也包括相同模式下不同交通运行方式;②分解各类交通冲突:辅助车道为车辆转换行驶方向提供等候空间,从而在变换道过程中每次处理尽可能少的冲突;③匹配不同功能道路:因所途经区域、联系道路的不同,需分情况讨论各类辅助车道设计模式的适用范围.(见图 1.5)
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
6 结论与展望
***总书记指出:"规划科学是最大的效益,规划失误是最大的浪费,规划折腾是最大的忌讳"[58],新时代我国主要矛盾和城市人民需求皆发生了变化,亟需提高规划的合理性和精准性.论文通过剖析大量辅助车道规划案例,探讨其配置所起到的交通作用,归纳出城乡规划层面适用的设计模式与方法,以提供有助于解决城市交通问题的可借鉴经验.全文从比较角度研究了有无辅助车道的重要性,从优劣角度认识到其设计模式对城市路网的影响性.研究的主要结论如下:
6.1 研究结论
(1)统计国内外路网参数指标
利用 VISUM 宏观交通规划软件统计分析了 5 个片区式路网,指标差异表明高密度路网模式辅助车道占比大,统计的我国城市低密度路网兼用车道比例高,辅助车道配置不及发达国家,统计的国外城市伴随交叉口复杂度的增加精细化设计程度相应增加.
案例统计和数据分析工作量大,只选取代表性城市,但一定程度上可证实我国忽视辅助车道配置,导致直行车道连续性、路侧干扰源隔离度差等问题,初步找出了设施差异和现存问题的关系.建议不同城市组织相关部门,调研自身问题发现交通设施布置的不足,科学制定适宜本市交通需求的车道配置.
(2)研究城市交通需求产生原理及运行特征
辅助车道设计的重要前提是掌握城市道路交通运行特征,理清机动车流、非机动车流与人行流间的交通矛盾,为道路设计提供理论依据.论文分析了城市道路常见直行、左转、右转、掉头等各类交通流特性,提出交通冲突相对性概念,有助于理解辅助车道在交通运行方面的内在作用机理.
(3)构建微观交通仿真模型量化分析
辅助车道作为一种基础的、仅占小部分的城市道路资源,其设置与否不能仅停留在定性上的讨论,还要从定量角度进行研究,一方面要探讨各类辅助车道设置的必要性,另一方面要判断其对主流向交通的影响.构建 VISSIM 微观仿真模型了解辅助车道交通组织内在规律,测试数据表明设置辅助车道所节省的时间价值大于道路渠化展宽所占用的面积,可达到"小投入大收益"的效果,通过微观仿真对交通方案优化提供决策支持.
(4)提出常规辅助车道设计模式与方法
辅助车道为主辅交通流转换提供了特定位置,含辅助车道的道路断面较好实现了主流向交通通过性与次流向交通可达性之间的平衡,根据不同道路选择适合的辅助车道类型十分重要.论文结合国内外优秀案例,探索各类辅助车道设计的可行性,以转变当前全路段标准断面的设计模式,从而为依据城市不同区域、不同功能地段的交通产生特点进行道路断面详细设计建言献策,在控规道路渠化强制性要求基础上增加案例参考.
(5)运用研究成果于实际工程项目
研究注重理论基础和技术应用的结合,选取西宁案例,运用论文提出的方法解决实际工程中的问题,对改善效果进行评估,进一步深化了研究成果并在工程领域有所创新.
(6)提出完善既有规划体系的相关建议
规划阶段应考虑辅助车道的交通需求,对道路形态进行把控,从而指导交通详细设计.然而当前规划师缺乏交通知识储备,城市路网规划仅停留在满足规范尺寸要求,缺少具体交通运行的考虑,实现规划与交通工程的有机衔接对走向精细化设计十分重要.
建议从规划理念和技术措施方面进行转变,辅助车道交通效率的最大化发挥依赖于正确的规划理念、细致的设计方案、到位的实施管理.在规划层面应融入交通设计,重视对相关高技能人才的培养,创新工作机制,强化与大数据协同分析,提高规范的设计标准和深度要求,平衡个体付出与设计费用的关系,真正做到规划的"因地制宜,量体裁衣".
6.2 展望
论文对辅助车道的交通组织和设计方法进行了研究,取得了阶段性成果,但仍存在一些不足:
(1)提出的各类设计方法是基于常规模式的归纳总结,难以全部涵盖,论文选取其规划的共性内容进行分析.辅助车道的设计并无固定模式,重要在于引导不同交通流,实际设计中应充分了解道路情况和交通条件,灵活选择合适的交通组织方案.
(2)VISSIM 仿真模型受设置条件,如转向比例、交通流量、车辆构成、信号配时等的不同,运行效率会有所差别,论文仅以假定条件模拟其中一种情况下的车辆运行,提供研究思路,其它道路条件下的模型有待完善.
(3)模型构建以左转、右转社会车辆运行为例,缺少以公交站为主的其它类辅助车道模型,公交车辆与社会车辆不同,由于停靠站的存在其交通运行属于断续间歇行驶,而社会车辆为连续运行,其它类辅助车道的交通效率有待于进一步研究.
受研究时间和个人能力的限制,论文仍需加强深度和广度的探索,恳请各位老师批评指正.同时在今后的工作学习中也会继续思考和拓展,弥补不足之处.
参 考 文 献
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