第十章城市快速路规划.docx
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第十章城市快速路规划
第十章城市快速路规划
10.1快速路构造型式与车道设置研究
10.1.1快速路的构造型式
城市快速路一般由主路和辅路构成，根据主路与辅路位置关系不同，快速路的构造型式可分为：
高架式、路堤式、路堑式、地平式和隧道式。
高架式——在地面以上修建高架桥，桥上空间作为快速路的主路，高架桥下面或两侧修建辅路，上下通过匝道桥连接。
高架式快速路往往修建在原有道路上方或在跨越河道、铁路时采用。
高架式快速路的优点是占地少、通道通行能力大；缺点是造价高，对高架桥沿线建筑的噪音污染和汽车尾气污染较大，对城市景观有一定的破坏作用。
具体如图3－1所示。
图10-1-1高架式快速路
路堤式——在地面以上铺设路基和路面，路堤作为快速路主路，两侧或一侧修建辅路，主、辅路通过简易上下匝道联系。
路堤式快速路适合修建在地质松软的平原地区。
其优点是造价低，主、辅路之间联系方便；缺点是占地很大。
如图10-1-2所示。
图10-1-
路堑式——在地面以下开挖路堑修建的城市道路，一般主路在地面以下，地面两侧或一侧修建辅路，主、辅路通过上下匝道联系。
路堑式快速路适合修建在排水无问题的山丘城市。
其优点是方便与其它城市道路立体交叉；缺点是排水困难，占地较大。
如图3－3所示。
图10-1-
地平式——主路与辅路及两侧建筑地坪基本位于同一平面层次，车辆通过主路与辅路之间的绿化隔离带（或设施带）的进出口驶入或驶出主路。
地平式快速路适用于地势平坦的平原城市，以及规划红线较宽、横向交叉道路间距较大的城市外围与等级公路相连接的地区，新建城区用地比较富裕或结合城市改造拆迁较少的路段。
其优点是主路与辅路之间的交通转换比较方便，工程造价较低；缺点是占地较多。
如图10-1-4所示。
图10-1-
隧道式——在地面道路以下开挖修建隧道作为快速路的主路，地面道路作为快速路辅路，一般通过立交或与地面辅路的交织实现与其它城市道路的联系。
在大城市主城区内，车流量很大，而道路红线较窄，拆迁困难的时候可考虑建设隧道式快速路。
隧道式快速路的优点是对沿线建筑的噪音、尾气和景观影响较少，与辅路结合后，通道通行能力很大；缺点是造价很高，与其它城市道路衔接困难。
如图10-1-5所示。
图10-1-
需要指出的是，在工程设计中，进行快速路构造型式的选择时，要考虑具体地形地质、其它构筑物以及交通、投资等诸多因素。
实际总往往是针对不同路段的特点选用不同的构造型式。
因此具体快速路的构造型式往往是组合型的，即同一条快速路中常采用多种构造型式。
比如南京市的快速内环西线，采用的是高架式+地平式的组合型式，而快速内环东线则采用了高架式+地平式+隧道式的组合型式。
总体而言，在城市快速路的构造选择中，高架式、隧道式比较常见。
这主要是因为快速路的修建很多情况下是针对大城市中心区边缘的长距离、大流量的交通，而在这些地方往往用地紧张，拆迁困难，而高架式和隧道式被选用的情况更多。
另外一方面，快速路之所以具备几倍于主干道的通行能力，主要是消除了交叉口对路段通行能力的影响，因此很多城市在考虑修建快速路时，是逢路口上跨或下穿，路段保留原有道路断面，即采用地平式。
因此在资金约束条件下，地平式快速路也是很多城市的选择。
10.1.2车道设置研究
10.1.2.1车道数
快速路主路的车道数主要根据规划年预测交通量、通行能力及设计服务水平而定。
快速路的设计车速一般在每小时60～80公里之间，这是因为快速路一般规划在城市建成区，用地条件受限制，往往采取高架、隧道或其与地平式的组合构造型式。
但对于组团型城市，当快速路用于连接各组团之间时，或与过境高速公路对接时，特别是特大城市在城郊结合部建高速环路时，设计车速可放宽至100km/h。
比如法国巴黎的高速外环设计车速达100km/h，华盛顿的外环则为88km/h，伦敦的M25环城高速公路以及我国天津的快速外环，其设计车速均≥80km/h[25]。
在《城市道路设计规范（CJJ-90）》中，对于设计速度大于50km/h的通行能力没有规定。
《交通工程手册》推荐高速公路设计时速为80km/h时，一条车道的基本通行能力为1900pcu/h；《公路工程技术标准（JTGB01-2003）》推荐高速公路基本通行能力和设计通行能力如表10-1-1所示。
表10-1-1高速公路的基本通行能力与设计通行能力
设计时速（km/h）
120
100
80
基本通行能力（pcu/h/ln）
2200
2100
2000
设计通行能力（pcu/h/ln）
1600
1400
1200
城市快速路虽然是控制出入口间距及型式，实现了交通流的连续性，但是出入口间距要远小于高速公路，车辆的交织及进出对通行能力有一定的影响；此外一般城市快速路的车流密度要远高于高速公路，在高峰时段更是超出其最佳密度，因此对通行能力也有一定影响。
根据上海、北京等地的观测数据，推荐快速路一条车道的基本通行能力如表3－2所示。
表10-1-2快速路的基本通行能力与设计通行能力
设计时速（km/h）
100
80
60
基本通行能力（pcu/h/ln）
2000
1800
1700
快速路上的交通属于连续流，因此单向车道设计通行能力可按下式计算[54]：
（10-1-1）
式中：
——单向车道的设计通行能力（pcu/h）；
——基本通行能力（pcu/h），根据设计车速不同而异；
——设计服务水平系数，快速路取三级，设计车速为60km/h、80km/h和100km/h时，分别取为0.80、0.75、0.70；
——单向车道数；
——车道宽度和侧向净宽对通行能力的修正系数；
——大型车辆对通行能力的修正系数；
——驾驶员修正系数。
根据规划年预测交通量和式（10-1-1）即可确定满足设计服务水平下的主路单向车道数。
从以往的快速路交通量预测来看，双向四车道足以满足车流正常运行，但是从上海等地的实际运行看，原来的双向四车道的城市快速路越来越显示出其可靠性方面的缺陷[55]。
由图10-1-6a可以看出，当采用单向两车道，如果某一车道上的一辆车抛锚或发生交通事故，快速路的单向通行能力立刻锐减为原来的1/2，起初是两个车道变成一个车道通行，但很快将演变为两个车队的头车互不相让而导致全线瘫痪的局面，可见单向双车道快速路运行可靠性是比较差的。
而若采用单向三车道或以上，当一个车道出现了事故，其通行能力还保留了原来的2/3，在交通量不大的情况下，交通流可以演变为较大的饱和度的较低的交通流，尚能维持道路的通畅。
图10-1-
图10-1-
因此，城市快速路主路车道数一般应按规划年预测交通量与其通行能力来确定，高架路的双向车道数以六车道为宜，至少应为4车道，当设四车道时，应考虑增设紧急停车带。
另外城市快速路出入口设置还应注意保持主线基本车道的连续性，同时在出入口分、合流处维持车道数的平衡。
我国城市道路相关设计规范并没有给出城市快速路设置出入口时如何保持连续与平衡的标准，公路相关设计规范互通式立交设计要点中明确给出了车道数平衡的概念和出入口分、合流出车道数平衡公式：
（10-1-2）
式中：
——分流前或合流后的主线车道数；
——分流后或合流前的主线车道数；
——匝道车道数。
城市道路网较密、出入口间距比公路小，如果采用Nc＝Nf＋Ne－1来控制分流前或合流后的主线车道数，则在分、合流端口处由于交通紊流影响必将造成主线基本车道中最外侧一条车道通行能力大大降低；如果采用Nc＝Nf＋Ne来确定车道数，则出入口处分、合流条件较好，有利于车流有序运行。
在设置双车道匝道时，尤其要注意不要缩减车道数，可利用变速车道来调整出入口前后快速路主线的道路设施宽度。
10.1.2.2车道宽度
《交通工程手册》中规定：
城市道路上供各种车辆行驶的路面部分，统称为机动车道，在道路上提供每一纵列车辆安全行驶的地带，称为一个车道。
它的宽度决定于车辆的车身宽度，以及车辆在横向的安全距离[54]。
目前，我国大多数城市进行道路车道宽度确定时，采用的是《城市道路规划设计规范（CJJ3790）》推荐的标准（见表5-3）。
然而，该规范制定时，是以80年代末期的城市道路车辆运行特征为依据的，十多年后的今天，城市道路上的车辆运行状况发生了很大的变化。
一方面，车辆构成发生了变化，上世纪八十年代，许多城市道路允许大重型载货汽车通行，而现在基本以小型汽车和公交车为主，车体宽度整体变小（参见图5-7，引自文献[55]）；另一方面随着现代汽车技术的发展，ABS、EBD等整车稳定的先进技术的应用，车辆的侧向摆动日趋减少。
因此前述的决定车道宽度的两个影响因素都发生了变化。
表5-3机动车道宽度
车型及行驶状态
计算行车速度（km/h）
车道宽度（m）
大型汽车或大小型汽车混行
≥40
3.75
＜40
3.50
小型汽车专用线
3.50
公共汽车停靠站
3.00
注：
1.大型汽车包括普通汽车及铰接车。
2.小型汽车包括2t以下的载货汽车、小型旅行车、吉普车、小客车及摩托车等。
图5-7我国城市道路上各种品牌车辆外形尺寸汇总
根据前苏联的A·A·波良可夫公式，计算安全距离的公式如下：
（5-3）
式中：
x——对向行车的横向安全距离；
d——同向行车的横向安全距离；
c——车辆与路缘石之间的横向安全距离；
v1、v2、v——车速。
城市道路车道宽度各组成部分如图5-8所示。
图5-8城市道路的车道宽度计算示意图
根据以上公式，城市道路的行车道宽度计算式分别如下所列[56]：
（1）靠路边的车道宽度：
一侧靠边，另一侧为反向行驶的车道，其车道宽度为：
（3－4）
一侧靠边，另一侧为同向行驶的车道，其宽度为：
（3－5）
（2）靠中心线行驶的车道，其宽度为：
（3－6）
（3）同向行驶的中间车道，其宽度为：
（3－7）
根据公式5-3～5-7，即可算出车道宽度。
一般城市快速路主路上的车辆以小客车为主，以图5-7可知，一般车宽不超过2.0米，所以计算时a取2.0；如果快速路主路的边侧车道开辟为公交车道（具体见3.3节），则a可取为2.5。
因为快速路主路一般有中央分隔设施，所以计算过程中，不涉及x值的计算。
计算结果如表5-4所示。
表5-4快速路主路不同位置车道宽度的计算结果
车道宽度计算公式
车速V（km/h）
60
80
100
1.1
1.2
1.3
0.8
0.9
1.0
小客车（车宽＝2.0m）
车道宽（中间）
3.1
3.2
3.3
车道宽（靠路边或中央隔离带）
3.4
3.5
3.7
大客车（车宽＝2.5m）
车道宽（中间）
3.6
3.7
3.8
车道宽（靠路边或中央隔离带）
3.9
4.0
4.2
在我国，城市快速路一般设计车速为60km/h，从计算结果看，这时中间车道可规范中的3.50米缩减至3.1米，在上海、南京等地的快速路工程设计中，将这一宽度设为3.25米，从实施效果来看，完全能满足行车的安全性与舒适性；另外，如果快速路主路上设置边侧式公交专用道，车道宽度可设置为4.0米。
10.2快速路网规模与布局方法
10.2.1快速路网规模研究
影响大城市快速路网规模的因素有很多，城市规模、形态、交通发展战略、经济发展水平等等。
一般来说，城市规模越大，长距离的交通越多，而且城市对外集聚与辐射的能力越强，对于快速路网规模往往也就越大；而同样人口和面积的大城市，城市的布局形态不同，比如组团型城市和单中心块状城市，前者的快速路网规模就应该比后者大；交通发展战略的指向性差异也能很大程度的影响快速路网的规模，比如以发展公共交通为导向的城市和以私人小汽车为主的城市，后者对于快速路网规模的需求更大；快速路的建设、养护和管理需要巨大的资金投入，因此经济发展水平的高低也会成为确定城市快速路网规模的掣肘。
目前对于快速路网规模的研究不多，归纳起来主要有三种：
密度法、供需平衡法和类比法。
这些方法侧重点不同，优缺点也各异。
本节将对这些方法进行总结，并提出适当的改进。
10.2.1.1密度法
密度法，顾名思义就是根据快速路网的密度来推算快速路网的规模。
一般情况下，城市建设区面积或规划建设用地面积是既定的，如果知道快速路网的密度，则很容易求得快速路网的规模。
对于大城市快速路的合理密度，《城市道路交通规划设计规范（GB50220－95）》认为人口规模大于200万的大城市，快速路网密度应在0.4～0.5km/km2，而人口规模不大于200万的大城市，快速路网密度应在0.3～0.4km/km2。
《江苏省城市综合交通规划导则》建议大城市的路网等级结构：
快速路、主干路、次干路、支路长度比例约为1：
2：
3：
6，特大城市建成区路网密度在5.4～7.1之间，即快速路网密度在0.45～0.60km/km2。
表4－1是我国部分大城市规划快速路密度情况。
从表中可以看出，很多城市的规划快速路网密度都突破了国标上限。
表41部分国内城市规划快速路网密度
城市
规划快速路网密度（km/km2）
规划年份
天津市
0.51
2010年
武汉市
0.65
2020年
郑州市
0.51
2030年
沈阳市
0.57
2010年
无锡市
0.46
2020年
烟台市
0.72
2020年
常州市
0.59
2020年
上海市
0.47
2020年
杭州市
0.86
2020年
北京市
0.36
2010年
考虑到国内外大城市快速路布局一般为环形放射式，因此可假设基本模式如图41。
取图中任一由环线与射线构成的网格（即快速路所围区域），将其视为等面积的正方形网格。
图4
假设正方形的边长为d，则该正方形面积为d2，其周长（快速路长度）为4d，但每段快速路，都是两个快速路网格共有的边界线，因此在计算具体某块正方形密度时，应将其周长减半，即：
（41）
至此，快速路网格的大小成为决定其密度的关键。
参考文献[52]分析国内外资料后认为，快速内环长度宜为25km，包容范围约50km2；中环长度宜为50公里，包容范围约200km2；外环长度宜为78km，包容范围约489km2。
由快速路网分割形成的交通区域，内环快速路以内每个区域的面积宜为5km2左右，其等价正方形边长约2.24km；内环与中环快速路之间每个区域的面积宜为9km2左右，其等价正方形边长约3km；中环与外环快速路之间每个区域的面积宜为20km2左右，其等价正方形边长约4.5km。
根据应子龙等测算结果，北京市快速路网网格的大小一般在4～10平方公里[53]，这也就印证了文献[52]关于网格面积的假设基本是可靠的。
出于快速路保护城市核心区，快出慢进的功能定位，一般大城市快速路射线不会伸入内环之内，因此内环快速路以内的网格面积也就无从谈起。
而计算内环与中环间网格密度时，式（41）中分子应改为2.5，这是因为以该法计算，内环线仅被算进一次。
所以内环与中环之间，快速路密度为0.833km/km2；而中环与外环之间，快速路密度为0.444。
根据各环带面积加权平均后，可得到大城市快速路网密度为0.55～0.65km/km2。
故规模L为：
（42）
式中，
为规划区域面积（km2），
为快速路网密度（km/km2）。
10.2.1.2供需平衡法
从快速路交通容量与快速路交通需求平衡角度出发，国内学者提出了基于“供需平衡”的合理快速路网规模确定方法[25][26][52]，其基本思路如下：
（1）确定快速路网上日均运行机动车总量
（43）
式中：
——快速路网上日均运行机动车总量，万辆；
——主城区现状机动车拥有量，万辆；
——机动车日均出行率，一般取0.7；
——城市主干道上日均车辆运行量占总出行量的比重，一般可取0.7；
——快速路总长占干道总长的百分数；
——快速路与其它干道对车辆吸引力的比值，据上海实践，可取1.2～1.25；
——主城区规划年内机动车平均增长率；
——规划年限；
——外来车辆进出主城区占出行车次占主城区自身车辆出行车次的百分比，一般地区取20％，发达地区可取30％～35％。
（2）根据空间容量原理计算城市规划快速路日均通行容量
（44）
式中：
——快速路日均通行容量，万辆·公里；
——四车道快速路通行能力，万辆/小时；
——规划快速路等效长度，公里；
——高峰小时交通量占日均交通量比例，一般取0.08～0.09；
——方向不均匀系数，一般取1.2；
——快速路的负荷不均匀系数，可取0.85。
（3）根据供给与需求平衡原理，建立供需平衡模型
（45）
式中：
——快速路上车辆平均出行距离，公里。
（4）由公式43～45得到
（46）
即
（47）
由公式47得到的仅是以双向四车道为标准道路的快速路等效长度。
双向六车道、八车道的快速路按通行能力等效系数折算成标准道路长度：
（48）
式中：
——意义同上；
——分别表示双向四车道、六车道和八车道的等效系数，分别取为1.0、2.5/1.8和3.1/1.8。
——分别表示双向四车道、六车道和八车道快速路的总长度。
10.2.1.3类比法
类比法是根据国外大城市快速路所占城市道路的比例来推算国内城市不同规模城市快速路规模的方法。
世界银行的S·斯岱尔斯和刘志收集了世界上65个城市（包括一些中国大城市）的人均道路长度和人口密度的资料，并建立了两者间的负指数函数模型；然后对16个国际城市及113个美国城市地区进行了统计分析，得到这些城市的快速路比例；最后根据人均道路长度与人口密度的关系以及快速路所占的比例，对中国典型大城市的快速路道路需求进行了测算[58]。
16个国际城市及113个美国城市地区的城市道路构成情况见表4－2。
表42城市道路构成（％）
16个国际城市
113个美国城市地区
16个城市
12个小汽车高拥有率城市
道路类型
平均值
标准离差
平均值
标准离差
平均值
标准离差
快速路
1.71
1.65
2.40
1.65
2.93
1.15
干道：
16.31
7.44
15.53
5.88
15.67
4.00
主干道
n/a
n/a
n/a
n/a
6.35
2.13
次干道
n/a
n/a
n/a
n/a
9.32
3.08
连接道路
n/a
n/a
n/a
n/a
9.53
2.51
集散路
n/a
n/a
n/a
n/a
71.87
5.39
从上表看出，快速路所占的比例很少，而且相差不大，两位学者认为，这其中的原因是这些道路用于沟通城市地区间的快速交通联系，并和城市地区性道路交通网络联成一体，高等级道路的建设不应该超过地区性道路网所能容纳的限度。
根据人均道路长度与人口密度的关系以及高等级道路所占的比例，对中国典型大城市的道路需求进行测算。
这些假设中的城市具有中国大城市的一般特征：
人口在100万以上；具有较高的人口密度；较低的人均道路长度；以及因政府控制所致的人口缓慢增长等。
具体分如下三种典型城市：
典型城市1：
100万的城市人口规模，人口密度100人/公顷，人均道路长度0.39米，人口的年增长率5％，未来人口密度不变。
典型城市2：
250万的城市人口规模，人口密度150人/公顷，人均道路长度0.33米，人口的年增长率2％，2020年人口密度下降至100人/公顷。
典型城市3：
500万的城市人口规模，人口密度200人/公顷，人均道路长度0.26米，人口的年增长率1％，2020年人口密度下降至150人/公顷。
根据未来年人口密度的假设，对每种典型城市的道路长度做两组估计：
第一组估计：
状态估计，假设城市未来道路网特征不变，或更确切地说，城市道路网密度不便（每平方公里城市建成区所拥有的道路长度）。
第二组估计：
达到世界平均水平估计，假设城市扩大及人口密度降低的同时，每个城市努力提高人均道路指标以达到世界平均水平。
最后的城市道路长度需求估计结果见表43。
表43不同规模的典型城市道路需求量估计
城市人口（百万）
人口密度（人/km2）
城市用地面积（km2）
道路总长度（km）
快速路长度（km）
状态估计
达到世界水平估计
状态估计
达到世界水平估计
100万人口
1995
1.0
10,000
100
390
390
8
8
2000
1.3
10,000
128
500
580
11
12
2005
1.6
10,000
163
640
830
14
18
2010
2.1
10,000
208
810
1,190
17
26
2015
2.7
10,000
265
1,040
1,680
22
36
2020
3.4
10,000
339
1,320
2,350
28
50
250万人口
1995
2.5
15,000
167
810
810
17
17
2000
2.8
14,000
197
960
1,060
21
23
2005
3.1
13,000
235
1,150
1,380
25
30
2010
3.4
12,000
280
1,370
1,790
29
38
2015
3.7
11,000
337
1,650
2,330
35
50
2020
4.1
10,000
410
2,010
3,030
43
65
500万人口
1995
5.0
20,000
250
1300
1,300
28
28
2000
5.3
19,000
277
1440
1,570
31
34
2005
5.5
18,000
307
1600
1,880
34
40
2010
5.8
17,000
341
1780
2,250
38
48
2015
6.1
16,000
381
1990
2,690
43
58
2020
6.4
15,000
427
2230
3,220
48
69
注：
“达到世界水平估计”方案假设中国城市的人均道路长度在2045年赶上世界水平。
从上表可以看出，大城市快速路的需求量是较低的，一般大城市的预测长度仅够建设2～3条快速路。
这是因为该预测是遵循了世界上其它城市的发展模式，两位作者进一步解释，一方面因为城市快速路的昂贵造价，尤其是在地价较高的城市中心区；另一方面这些快速路的侵入破坏了当地居民的日常生活，因此最近几年在西方国家中修建快速路的城市越来越少。
10.2.2快速路网布局方法
大城市快速路作为城市道路网系统的一个组成部分，在以往的布局规划中，很少进行专项研究
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