地下車庫聯(lián)絡(luò)道出入口設(shè)計研究

李 尚

(北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司， 北京 100045)

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的發(fā)展，重要城市中心城區(qū)的土地資源與交通需求和人口壓力之間的矛盾越來越突出，地下道路的系統(tǒng)性開發(fā)利用對于大型城市來說是一種必然趨勢。地下道路這種交通設(shè)施不僅能節(jié)約土地資源緩解交通擁堵、降低汽車噪音對居民生活的影響、集中收集處理汽車排放的尾氣減少對大氣的污染，還能避免傳統(tǒng)的地面道路和高架道路對兩側(cè)地塊的割離現(xiàn)象，利于地塊的開發(fā)利用。

目前，國內(nèi)在建或已建成的地下道路在使用功能上可大致分為4類[1]： 1)穿越江河、山體等障礙物的城市地下道路； 2)穿越一個或多個交叉口的城市地下道路； 3)系統(tǒng)性很強(qiáng)、多點(diǎn)進(jìn)出的城市地下道路； 4)與區(qū)域地下車庫聯(lián)系溝通的地下道路。第4類地下道路的功能是改善城市區(qū)域的到發(fā)交通，溝通聯(lián)系地下車庫，整合車庫資源，并與地塊建筑聯(lián)系緊密。而且此類地下道路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，設(shè)計速度一般為20～30 km/h，可實現(xiàn)靜態(tài)交通與動態(tài)交通的轉(zhuǎn)換，有利于提高停車效率，如北京中關(guān)村地下環(huán)廊、北京金融街地下環(huán)廊、成都大源地下環(huán)廊等。本文研究對象為第4類地下道路，也稱為地下車庫聯(lián)絡(luò)道。

國際上，北美、西歐、日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)對地下道路的開發(fā)進(jìn)行了一定研究，并積累了一些經(jīng)驗。日本是區(qū)域性地下聯(lián)絡(luò)道方面應(yīng)用經(jīng)驗較豐富的國家之一，在城市核心區(qū)大量建設(shè)使用地下聯(lián)絡(luò)道，如日本梅田地下聯(lián)絡(luò)道、東京品川站東口地區(qū)地下聯(lián)絡(luò)道、廣島市基町地下聯(lián)絡(luò)道、汐留地區(qū)地下聯(lián)絡(luò)道等[2]。國內(nèi)汪怡然等[3]和游克思[4]對地下道路出入口銜接模式和地下道路的交通安全評價進(jìn)行了相關(guān)研究，郝標(biāo)[5]和尹海軍[6]對地下道路的設(shè)計要點(diǎn)做了相關(guān)研究和探討，尚德申[7]對核心區(qū)的地下道路建設(shè)做了研究，章華金等[8]對地下道路外部出入口的布置位置進(jìn)行了相關(guān)研究。

上述研究提出了針對地下道路特定領(lǐng)域的研究理念和評價體系，對相關(guān)工程設(shè)計和后評價有一定的借鑒和參考價值。但目前國內(nèi)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)沒有對地下車庫聯(lián)絡(luò)道出入口線形指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定，相關(guān)文獻(xiàn)也缺少基于運(yùn)行安全、施工難度和防災(zāi)疏散對地下車庫聯(lián)絡(luò)道出入口線形指標(biāo)和位置選擇的研究。本文從上述3個角度出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的計算原理，結(jié)合工程可實施性，推導(dǎo)出地下車庫聯(lián)絡(luò)道出入口變速車道和漸變段長度的取值。通過對低等級公路的運(yùn)行速度計算模型進(jìn)行優(yōu)化和推導(dǎo)，應(yīng)用到地下車庫聯(lián)絡(luò)道中，并依據(jù)計算結(jié)果判斷運(yùn)行安全性，從而合理選擇出入口位置。并根據(jù)火災(zāi)案例和煙霧發(fā)展情況，提出單洞單向地下道路疏散間距的要求。

1 國內(nèi)地下車庫聯(lián)絡(luò)道現(xiàn)狀調(diào)查和工程案例

1.1 國內(nèi)地下車庫聯(lián)絡(luò)道現(xiàn)狀調(diào)查

筆者根據(jù)所收集的設(shè)計資料，對國內(nèi)已實施的部分環(huán)形地下車庫聯(lián)絡(luò)道進(jìn)行調(diào)查分析，對地下車庫聯(lián)絡(luò)道的研究歸納起到一定的借鑒作用。國內(nèi)已建成地下車庫聯(lián)絡(luò)道調(diào)查總結(jié)如表1所示。

表1 國內(nèi)已建成地下車庫聯(lián)絡(luò)道調(diào)查表

介于地面市政道路與地下車庫之間的地下車庫聯(lián)絡(luò)道，運(yùn)營管理主體比較模糊，投資建設(shè)主體一般屬于地方市政公用設(shè)施投資建設(shè)部門，但后期運(yùn)營管理部門各地并不統(tǒng)一且尚未明確。目前調(diào)查的已經(jīng)建成的幾條地下車庫聯(lián)絡(luò)道，大部分消防部門和交管部門并未驗收接管。從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范應(yīng)用來看，由于北京中關(guān)村地下環(huán)廊建設(shè)時間比較早，當(dāng)時依據(jù)建筑行業(yè)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，其他地下道路大部分主要線形指標(biāo)依據(jù)市政行業(yè)規(guī)范要求，根據(jù)2015年發(fā)布的《城市地下道路工程設(shè)計規(guī)范》[9]，地下車庫聯(lián)絡(luò)道已經(jīng)被納入市政行業(yè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中，但是缺乏公安消防、交管等部門的共同參與，同時也缺乏針對地下車庫聯(lián)絡(luò)道的指導(dǎo)細(xì)則，如變速車道長度、出入口間距、出入口位置選擇與主線運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性等。

1.2 工程案例

筆者以在建的鄭東新區(qū)CBD副中心環(huán)形地下道路和成都金融總部商務(wù)區(qū)河?xùn)|片區(qū)核心區(qū)地下道路為設(shè)計案例，對地下車庫聯(lián)絡(luò)道交通組織和出入口在設(shè)計過程中遇到的問題進(jìn)行研究分析，并提出相應(yīng)的解決方案。

1.2.1 案例1

鄭東新區(qū)CBD副中心地下道路主路總長3.12 km。該地下道路的交通組織方式為主路采用逆時針單向行駛，主路設(shè)計速度為30 km/h，單向6車道。外側(cè)輔路與主路同向，內(nèi)側(cè)輔路與主路反向，輔路設(shè)計速度為20 km/h，單向2車道。該項目整體鳥瞰圖如圖1所示，地下道路交通組織如圖2所示，中環(huán)路地下道路橫斷面如圖3所示。

圖1 鄭東新區(qū)CBD副中心地下道路項目整體鳥瞰圖

Fig. 1 Overall aerial view of underground road project of Zhengdong CBD sub-center

圖2 鄭東新區(qū)CBD副中心地下道路交通組織圖

Fig. 2 Traffic organization of underground roads of Zhengdong CBD sub-center

圖3 鄭東新區(qū)CBD副中心區(qū)中環(huán)路橫斷面圖(單位： m)

1.2.2 案例2

成都金融總部商務(wù)區(qū)核心區(qū)地下道路總長2.4 km。該地下道路的交通組織方式為單洞逆時針單向行駛，設(shè)計速度為30 km/h，單向3車道。該項目整體鳥瞰圖如圖4所示，地下道路交通組織如圖5所示，地下道路橫斷面如圖6所示。

圖4 成都金融總部商務(wù)區(qū)地下道路項目整體鳥瞰圖

Fig. 4 Overall aerial view of underground road project of Chengdu financial business district

圖5 成都金融總部商務(wù)區(qū)地下道路交通組織圖

Fig. 5 Traffic organization of of underground roads of Chengdu financial business district

圖6 成都金融總部商務(wù)區(qū)地下道路橫斷面圖(單位： mm)

Fig. 6 Cross-section of underground road of Chengdu financial business district (unit: mm)

2 地下車庫聯(lián)絡(luò)道交通組織設(shè)計

根據(jù)目前已建或在建的工程實例可知，地下車庫聯(lián)絡(luò)道交通組織方式的選擇主要考慮3種交通組織方式： 單向逆時針行駛、單向順時針行駛和雙向行駛。

地下車庫聯(lián)絡(luò)道交通組織設(shè)計應(yīng)根據(jù)區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃、功能定位、實施條件、工程造價等綜合考慮。如采用單洞地下道路，從交通安全和內(nèi)部空氣環(huán)境等方面進(jìn)行考慮，結(jié)合地下車庫聯(lián)絡(luò)道區(qū)域性短距離到發(fā)交通的特點(diǎn)，宜優(yōu)先采用單向交通行駛。根據(jù)外部道路交通組織方式以及出入口設(shè)置的位置，按照機(jī)動車靠右行駛的駕駛習(xí)慣，優(yōu)先采用右進(jìn)右出，避免交通沖突點(diǎn)，提高通行效率，最終確定順時針或逆時針的交通組織方式。

3 地下車庫聯(lián)絡(luò)道出入口設(shè)計

3.1 線形指標(biāo)選擇

地下車庫聯(lián)絡(luò)道及出入口的線形指標(biāo)應(yīng)根據(jù)設(shè)計速度按照《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》[10]和《城市地下道路工程設(shè)計規(guī)范》[9]中線形指標(biāo)選取，不宜按《車庫建筑設(shè)計規(guī)范》[11]進(jìn)行設(shè)計。

以設(shè)計速度為20 km/h的小汽車專用地下道路為例，按極限值考慮，市政行業(yè)規(guī)范和建筑行業(yè)規(guī)范中主要線形指標(biāo)對比如表2所示。

表2 市政行業(yè)和建筑行業(yè)中主要線形指標(biāo)對比

3.2 變速車道和漸變段長度

對于地下車庫聯(lián)絡(luò)道的出入口，根據(jù)其交叉形式，一般分為T形出入口和平行式出入口。

出入口的設(shè)計有2種： 第1種是參照立交匝道的方法進(jìn)行設(shè)計，設(shè)置相應(yīng)的變速車道和漸變段； 第2種是參照平面交叉的方法進(jìn)行設(shè)計，主路可以根據(jù)交通量情況考慮是否設(shè)置展寬段和漸變段，長度可以依據(jù)《城市道路交叉口設(shè)計規(guī)程》[12]中支路標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。2種方式均需通過驗算轉(zhuǎn)彎處的視距三角形來確定結(jié)構(gòu)邊墻的位置。

對上述2種方式的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行比較。第1種方式標(biāo)準(zhǔn)偏高，會增加工程實施難度和建設(shè)成本，尤其是對于平行式出入口，需要做一個S型曲線，導(dǎo)致出入口規(guī)模比較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計非常困難。根據(jù)北京中關(guān)村地下環(huán)廊和成都大源地下環(huán)廊的設(shè)計經(jīng)驗，柱跨徑最大為15～18 m，在整個S型曲線中，中間不設(shè)結(jié)構(gòu)柱，導(dǎo)致梁和柱的尺寸偏大，且矩形地下結(jié)構(gòu)受多方面因素制約，一般不采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。所以這種方式一般需要結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。第2種方式相對而言較容易實施，轉(zhuǎn)彎半徑相對較小，跨徑相對容易滿足結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。

出入口若按照匝道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，變速車道和漸變段無相關(guān)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。目前規(guī)范中關(guān)于變速車道長度的取值只對主線設(shè)計速度40 km/h以上的有規(guī)定，設(shè)計速度為20～30 km/h的地下車庫聯(lián)絡(luò)道，也應(yīng)按照AASHTO[13]給出的計算方法，計算出變速車道和漸變段長度，并結(jié)合停車視距最終做出要求。

停車視距分解為反應(yīng)距離、制動距離和安全距離。依據(jù)《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》，停車視距計算結(jié)果如表3所示。

表3 停車視距

加速車道的長度

(1)

表4 平均加速度

考慮到地下道路主線和出入口兩側(cè)側(cè)墻對視線的影響，在合流處無法像地面道路一樣保證三角通視區(qū)，需對加速車道長度計算值與停車視距進(jìn)行比較，取二者之間的較大值作為加速車道長度。加速車道長度取值如表5所示。

表5 加速車道長度

減速車道的長度分解為發(fā)動機(jī)制動減速長度和制動器制動減速長度。依據(jù)《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》，減速車道長度計算結(jié)果如表6所示。

表6 減速車道長度

對于漸變段長度，有2種計算方法： 第1種為橫移一條車道需要的最短距離； 第2種為車輛S形行駛軌跡反向曲線長度。依據(jù)《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》，漸變段長度計算結(jié)果如表7所示。

表7 漸變段長度

如果無條件實施加速車道或展寬段時，需要在主線到達(dá)入口前設(shè)置配套的交通安全設(shè)施，提前將沖突點(diǎn)消除。而且應(yīng)采取硬隔離的方式，而不宜只采取劃標(biāo)線的方式(如增設(shè)交通柱或者護(hù)欄等)，以防止主線車輛駕駛?cè)苏`判或違規(guī)，導(dǎo)致入口處交通事故頻發(fā)，以保證主線和入口處車輛行車安全。

3.3 出入口位置選擇

在公路工程設(shè)計中，比較注重運(yùn)行速度與設(shè)計速度協(xié)調(diào)性的檢驗與評價[14]。目前市政道路受規(guī)劃和交叉口間距較密等多方面因素的影響，對平縱線形組合方面考慮相對弱化。但對于規(guī)模較大的區(qū)域性地下車庫聯(lián)絡(luò)道，全程無燈控且駕駛員的視線沒有地面開闊，駕駛員進(jìn)入地下道路更容易產(chǎn)生視覺疲勞，加上需要閱讀交通標(biāo)志信息，人的反應(yīng)會變慢，如果平縱組合不當(dāng)，更容易發(fā)生交通事故，一旦地下工程發(fā)生較大的交通事故，救援難度大、危害嚴(yán)重。所以需要對地下車庫聯(lián)絡(luò)道進(jìn)行運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評價，合理選擇出入口及車庫開口的位置。

3.3.1 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評價標(biāo)準(zhǔn)

目前尚無針對設(shè)計速度低于40 km/h的地下車庫聯(lián)絡(luò)道運(yùn)行速度評價體系指標(biāo)的規(guī)范。本文提出針對設(shè)計速度為20～30 km/h的地下車庫聯(lián)絡(luò)道運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評價標(biāo)準(zhǔn)，如表8所示。

表8 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評價標(biāo)準(zhǔn)

3.3.2 運(yùn)行速度預(yù)測方法和模型

同時參照公路工程提出針對小汽車為服務(wù)主體、設(shè)計速度低于40 km/h的地下道路聯(lián)絡(luò)道的運(yùn)行速度預(yù)測方法和模型，分析單元劃分原則如表9所示。

表9 分析單元劃分原則

平直路段運(yùn)行速度模型：

(2)

式中：vout為終點(diǎn)速度；vin為起點(diǎn)速度；a為車輛加速度；s為路段長度；amax為最大加速度；amin為最小加速度；ve為期望速度。

平曲線路段運(yùn)行速度模型如下。

1)曲中點(diǎn)，

vmiddle=-244.123+0.6vin+40ln(Rnow+400)。

(3)

2)曲線出口，

vout=-183.092+0.7vin+30ln(Rfront+400)。

(4)

式(3)—(4)中：vmiddle為曲中點(diǎn)運(yùn)行速度；Rnow為所在圓曲線半徑；Rfront為即將駛?cè)氲那€半徑，當(dāng)前方為直線，取Rfront=350 m，若Rfront>5Rnow，取Rfront=5Rnow。

彎坡組合路段運(yùn)行速度模型如下。

1)前半段上坡，

vmiddle=-244.123+0.6vin+40ln(Rnow+400)-

(350-Rnow)(i1-3)/350-0.324i2。

(5)

2)前半段下坡，

vmiddle=-244.123+0.6vin+40ln(Rnow+400)-

(350-Rnow)(i1+3)/350-0.324i2。

(6)

3)后半段上坡，

vout=-183.092+0.7vin+30ln(Rnow+400)-

1.2(350-Rnow)(i2-3)/350-0.324i3。

(7)

4)后半段下坡，

vout=-183.092+0.7vin+30ln(Rnow+400)-

0.8(350-Rnow)(i2+3)/350-0.324i3。

(8)

式(5)—(8)中：i1為中點(diǎn)前縱坡；i2為中點(diǎn)后縱坡；i3為前方的縱坡；上坡為正，下坡為負(fù)。

最終的運(yùn)行速度模型中應(yīng)根據(jù)路側(cè)干擾情況、開口密度、路側(cè)凈區(qū)寬度對運(yùn)行速度進(jìn)行折減修正。

3.3.3 設(shè)計案例運(yùn)行速度計算結(jié)果

以成都金融總部商務(wù)區(qū)核心區(qū)地下道路為例，根據(jù)運(yùn)行速度計算模型，得出運(yùn)行速度計算結(jié)果，部分結(jié)果如表10所示。把出入口位置選擇在運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好的單元，出入口模擬效果圖如圖7所示。

表10 部分運(yùn)行速度計算結(jié)果

圖7 成都金融總部商務(wù)區(qū)地下車庫聯(lián)絡(luò)道三維模擬效果

Fig. 7 Three-dimensional simulation effect of underground road at Chengdu financial business district

3.4 出入口間距要求

地下車庫聯(lián)絡(luò)道的出入口間距設(shè)計一方面要考慮地面道路路網(wǎng)和交通需求分析的影響，另一方面還需要考慮后期運(yùn)營管理和防災(zāi)救援疏散的要求。

地下道路的災(zāi)害主要包括水災(zāi)、地震、戰(zhàn)爭與恐怖襲擊、交通事故、有毒化學(xué)品泄漏以及火災(zāi)。針對各災(zāi)害發(fā)生的頻率和后果，目前主要考慮交通事故和火災(zāi)?；馂?zāi)多發(fā)、危害大，作為首要的防范對象。由于地下道路與周邊地塊地下車庫的產(chǎn)權(quán)單位一般不是同一單位，設(shè)計時也是按照不同防火分區(qū)設(shè)置各自的防火卷簾，原則上地下車庫聯(lián)絡(luò)道不能將地下車庫出入口作為火災(zāi)發(fā)生時車輛疏散通道，故需要考慮設(shè)計地下道路獨(dú)立的車輛疏散通道。所以在設(shè)置出入口的時候，除了考慮交通功能的需求外，還應(yīng)考慮防災(zāi)疏散功能。

火災(zāi)爆發(fā)10 s后，火勢發(fā)展迅猛；10 min內(nèi)頂板溫度上升至1 200 ℃，含氧量急劇下降，煙霧體積分?jǐn)?shù)迅速上升。根據(jù)荷蘭及歐洲其他一些地區(qū)的一系列模擬試驗結(jié)果和對初期火災(zāi)煙霧體積分?jǐn)?shù)發(fā)展特點(diǎn)和碳?xì)浠馂?zāi)升溫曲線特點(diǎn)的分析,以及各國對地下道路火災(zāi)事故的總結(jié)[15]可知，逃生的最佳時間不超過5 min，宜在1～3 min內(nèi)逃生到安全區(qū)域。

目前國內(nèi)針對城市地下道路的防災(zāi)疏散方面的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要參考《城市地下道路工程設(shè)計規(guī)范》和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》。其中《城市地下道路工程設(shè)計規(guī)范》為市政行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，無公安消防部門參編，《建筑設(shè)計防火規(guī)范》為國家標(biāo)準(zhǔn)，由公安消防部門主編，但2個規(guī)范中均沒有針對單洞單向地下道路車行疏散通道間距的具體要求。

結(jié)合車輛疏散方面的要求，本文研究提出單洞地下車庫聯(lián)絡(luò)道出入口或車行疏散道的間距宜按照設(shè)計速度1～3 min行程考慮。如果設(shè)置了橫向或半橫向通風(fēng)排煙設(shè)備和自動滅火系統(tǒng)，可以根據(jù)發(fā)生火災(zāi)時煙霧和火情發(fā)展預(yù)測模型，延長逃生疏散時間，并適當(dāng)加大車輛疏散間距，但最大間距不應(yīng)超過5 min行程長度。

4 結(jié)論與建議

1)根據(jù)最新的規(guī)范要求，地下車庫聯(lián)絡(luò)道及出入口線形指標(biāo)參數(shù)應(yīng)采用市政行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的計算方法進(jìn)行計算，不宜采用建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算。

2)對于出入口變速車道及漸變段長度的取值，應(yīng)根據(jù)變速車道長度計算結(jié)果，結(jié)合停車視距長度綜合考慮。

3)通過建立地下車庫聯(lián)絡(luò)道運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評價標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)測模型，提出出入口位置選擇時應(yīng)與主路進(jìn)行運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性驗算，不應(yīng)將出入口選擇在地下車庫聯(lián)絡(luò)道平縱線形條件不利的位置。

4)出入口的間距應(yīng)既滿足交通功能的需求，又滿足防災(zāi)疏散的需求，宜按照設(shè)計速度的1～3 min行程設(shè)置。

5)由于地下車庫聯(lián)絡(luò)道的建設(shè)尚未形成規(guī)模，總結(jié)的建設(shè)經(jīng)驗有限，建議下一步加強(qiáng)對該領(lǐng)域多學(xué)科的基礎(chǔ)理論研究，如駕駛員心理學(xué)科、汽車工程學(xué)科、智能交通系統(tǒng)等對地下車庫聯(lián)絡(luò)道線形設(shè)計的影響。

6)由于目前大量已建成的地下車庫聯(lián)絡(luò)道均無法驗收，建議主管部門明確對于地下車庫聯(lián)絡(luò)道的運(yùn)營和管理的權(quán)責(zé)劃分，保障地下車庫聯(lián)絡(luò)道運(yùn)營和維護(hù)安全。

7)由于目前《城市地下道路工程設(shè)計規(guī)范》中缺乏公安消防部門的設(shè)計要求，建議該規(guī)范修編時進(jìn)一步完善地下車庫聯(lián)絡(luò)道防災(zāi)疏散方面的設(shè)計要求和驗收標(biāo)準(zhǔn)。