基于功能分析的城市立交群設(shè)計方法
——以廣州大道快捷化改造工程為例

鹿傳建

（廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

0 引 言

隨著城市的發(fā)展，道路交通的需求由“通”向“快”進行轉(zhuǎn)換。城市主要交通瓶頸為交叉口，因此快速路、主干路與各等級相交道路交叉口增設(shè)立交的改造工程日益增多。城市路網(wǎng)密集，同一區(qū)域會出現(xiàn)多條主要道路相互交叉的情況，因此多個單體立交節(jié)點組成的立交群在城市中越來越普遍。立交群中各立交間距小，功能重疊，如何合理分配各立交的功能，并根據(jù)各自的功能進行設(shè)計至關(guān)重要。本文以廣州大道為例，對以功能為導(dǎo)向的立交群設(shè)計進行探討。

1 立交群設(shè)計原則

立交群設(shè)計方案與立交設(shè)計方案不同：立交設(shè)計是單個節(jié)點設(shè)計，首要滿足的是各方向的交通功能；立交群屬總體范疇，更多需要考慮如何將交通流通過各個立交之間的功能進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)各立交功能的共用及互補，避免多余功能，節(jié)省建設(shè)費用。

下面對立交群設(shè)計的主要原則進行闡述。

（1）功能導(dǎo)向

設(shè)立立交的主要目的是解決交叉節(jié)點的擁堵問題，因此節(jié)點需要解決的交通問題是立交方案的基礎(chǔ)。立交群中各節(jié)點的設(shè)計應(yīng)綜合考慮路網(wǎng)功能及立交群內(nèi)的交通組織和分配。各立交的標準、類型均應(yīng)以交通功能為依據(jù)，保證立交群內(nèi)各方向的通行能力。

（2）結(jié)合實際

城市立交中用地非常緊張，受現(xiàn)狀建筑物、構(gòu)造物、地下管線的影響大。立交設(shè)計應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場的各種限制條件，盡量節(jié)約用地。立交選型在滿足功能及安全的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量利用原有的道路設(shè)施及閑置用地，當立交群中某個立交周邊限制條件較多時，可以將部分交通功能轉(zhuǎn)移至其他立交中來實現(xiàn)。

（3）滿足規(guī)劃

總體設(shè)計需滿足城市規(guī)劃的要求和技術(shù)標準，盡量結(jié)合現(xiàn)有道路及規(guī)劃通道進行設(shè)計?？傮w方案需既能滿足現(xiàn)狀交通的需要，又能滿足遠期規(guī)劃道路實施時的整體功能和作用。

（4）景觀環(huán)保

城市立交對景觀及環(huán)保的要求高，立交選型應(yīng)與周邊環(huán)境保持協(xié)調(diào)。項目周邊存在成片商業(yè)區(qū)及住宅區(qū)時，需考慮環(huán)保因素，慎重選用橋梁，并做好噪聲防治。

2 立交群設(shè)計方法

立交群設(shè)計方法一般分為3個步驟。

（1）現(xiàn)狀調(diào)查及相關(guān)規(guī)劃分析

現(xiàn)狀調(diào)查包括道路、路網(wǎng)、交叉口、建構(gòu)筑物、地下管線的基本情況，各道路的交通運行情況，區(qū)域主要交通需求等。相關(guān)規(guī)劃分析包括城市總體規(guī)劃、用地規(guī)劃、人口及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、交通規(guī)劃及交通近期建設(shè)計劃等。

（2）交通需求預(yù)測及功能分析

對區(qū)域交通需求及交通量進行預(yù)測，識別立交群的主要交通功能，對各立交的交通功能進行定義。

（3）立交群的方案及評估

基于功能提出立交群設(shè)計方案，并對方案進行評估。對滿足功能的設(shè)計方案進行調(diào)整及比選，繼續(xù)對方案進一步迭代評估，直至方案簡化到功能滿足、運行良好、構(gòu)造物規(guī)模小、投資節(jié)省的程度。

3 現(xiàn)狀調(diào)查及規(guī)劃分析

廣州大道整體位于廣州市區(qū)核心范圍，自北向南穿越白云區(qū)、天河區(qū)、越秀區(qū)、海珠區(qū)、番禺區(qū)?，F(xiàn)狀為雙向8車道的主干路，設(shè)計速度60 km/h。由于廣州大道地理位置及交通地位重要，因此廣州市啟動快捷化改造工程，以保證主線連續(xù)快捷，主要節(jié)點設(shè)置立交，次要節(jié)點右進右出。

番禺區(qū)大石范圍內(nèi)南北向道路主要有廣州大道、新光快速路、番禺大道，東西向道路主要有南大干線、朝陽路、群賢路、南浦大道（規(guī)劃西部快速通道）。

如圖1所示，以廣州大道與南大干線交叉口為中心，半徑約1.5 km范圍內(nèi)多條快速通道與主干路相交形成7處交叉節(jié)點，密度非常大，需統(tǒng)籌考慮節(jié)點方案。

圖1 廣州大道-南大干線節(jié)點規(guī)劃路網(wǎng)圖

該片道路所處區(qū)域為番禺區(qū)已建成區(qū)，道路兩側(cè)房屋密集，主要為居住與商業(yè)區(qū)，道路紅線多被侵占，用地緊張，立交選型受限嚴重。

4 交通需求分析

本次研究區(qū)域有廣州大道與南大干線、南浦大道、群賢路，南大干線與新光快速、南浦大道5個節(jié)點。對各立交節(jié)點進行交通量預(yù)測。主要節(jié)點交通量預(yù)測結(jié)果如圖2所示。

圖2 廣州大道-南大干線立交群交叉口流量預(yù)測（單位：pcu/h）

根據(jù)預(yù)測結(jié)果，各節(jié)點主要交通量均為直行方向，由于路網(wǎng)稠密，轉(zhuǎn)向交通的可達路線較多，各節(jié)點的轉(zhuǎn)向交通量均不大。從交通上分析，各立交方案的最優(yōu)解均為保證直行交通的連續(xù)，各轉(zhuǎn)向交通盡量通過交叉口信號控制解決。圖3為根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果推薦的立交方案。

圖3 根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果推薦的立交方案

5 基于功能的立交群設(shè)計方案

根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場實際條件，南大干線各立交節(jié)點方案如圖4所示。

圖4 南大干線方案圖

5.1 南大干線各立交節(jié)點方案

5.1.1 南浦大道

現(xiàn)狀為信號控制十字交叉口。周邊主要為農(nóng)田、村屋、廠房，限制條件少。

節(jié)點方案與交通量預(yù)測結(jié)果一致。南大干線設(shè)置雙向6車道隧道下穿，預(yù)留遠期南浦大道改造為快速路時設(shè)置跨線橋的條件，其余轉(zhuǎn)向交通地面平交。

5.1.2 廣州大道

現(xiàn)狀為信號控制十字交叉口。交叉口東南象限為家具城，西南象限為山體，西北象限為商鋪，東北象限為5棟32層的住宅。景華南路節(jié)點北側(cè)為高層住宅區(qū)，南側(cè)為工業(yè)園。

節(jié)點方案與交通量預(yù)測結(jié)果基本一致。南大干線主線設(shè)置雙向6～8車道隧道，連續(xù)下穿廣州大道與景華南路，預(yù)留西轉(zhuǎn)北匝道。在廣州大道與景華南路間設(shè)置上下匝道。

5.1.3 新光快速路

現(xiàn)狀為菱形立交。新光快速以橋梁形式跨過南大干線，設(shè)置4條地面右轉(zhuǎn)匝道。周邊建筑稠密，東北及西南象限為城中村，西北象限為樓盤，東南象限為市公安局培訓(xùn)中心，用地條件極為有限?？梢岳玫目臻g集中在西南象限村屋與新光快速路間約50 m的空地。

節(jié)點方案與交通量預(yù)測方案基本一致。南大干線主線地面直行，新光快速設(shè)置北往東、西轉(zhuǎn)北兩條左轉(zhuǎn)匝道及所有右轉(zhuǎn)匝道。東往南方向交通通過節(jié)點西側(cè)400 m處景華南路隧道頂部調(diào)頭實現(xiàn)，南轉(zhuǎn)西方向交通通過節(jié)點東側(cè)300 m處工業(yè)一路隧道頂部調(diào)頭實現(xiàn)。

5.1.4 工業(yè)一路至工業(yè)四路

現(xiàn)狀為信號控制十字交叉口。周邊建筑密集。南大干線北側(cè)為村落聚集區(qū)，南側(cè)為工業(yè)園。

節(jié)點方案與交通量預(yù)測方案基本一致。南大干線設(shè)置雙向6車道隧道，連續(xù)下穿工業(yè)一路和工業(yè)四路，轉(zhuǎn)向交通地面平交。

5.2 廣州大道沿線立交節(jié)點方案

5.2.1 群賢路

現(xiàn)狀為T型信號控制交叉口。兩側(cè)建筑物稠密，主要為8層左右的商住區(qū)。

節(jié)點方案與交通量預(yù)測結(jié)果一致。廣州大道設(shè)置雙向6車道下穿隧道，群賢路采用地面平交。

5.2.2 南浦大道（規(guī)劃西部快線）

現(xiàn)狀為T型信號控制交叉口。廣州大道西側(cè)為兩層廠房，東側(cè)為部隊用地及酒店、商業(yè)住宅。

節(jié)點方案與交通量預(yù)測結(jié)果一致。廣州大道設(shè)置雙向6車道隧道，下穿南浦大道，預(yù)留南往西匝道橋。

5.2.3 廣州大道與南大干線節(jié)點

在建的南大干線為隧道方案。為保持廣州大道主線連續(xù)，廣州大道主線需設(shè)置橋梁或者隧道。

5.2.3.1 橋梁方案

節(jié)點現(xiàn)狀東北象限為5棟32層的住宅，橋梁方案無法通過環(huán)評。

5.2.3.2 雙層隧道方案

南大干線為負一層隧道，廣州大道為負二層隧道，下穿南大干線。兩條道路各自直行，交通快速通行，輔道地面平交進行交通轉(zhuǎn)換。

該方案廣州大道隧道開口段距離群賢路交叉口僅110 m，需取消群賢路隧道。距南浦大道隧道開口段僅有130 m，兩者的交織段太短，不利于行車安全。交叉口南側(cè)與規(guī)劃地鐵20號線交叉，對規(guī)劃地鐵20號線影響大。廣州大道的負二層隧道埋深較深，離兩側(cè)住宅距離較近，施工難度大。方案如圖5所示。

圖5 雙層隧道方案圖

5.2.3.3 長隧道方案

南大干線為負一層隧道，廣州大道采用連續(xù)下穿群賢路、南大干線、南浦大道的長隧道方案，隧道總長約1830 m。雖然解決了交通問題，但造價過高。

該節(jié)點橋梁與隧道方案均面臨較大問題，因此結(jié)合立交群設(shè)計，將該節(jié)點轉(zhuǎn)向交通功能疏散至其余立交節(jié)點。各轉(zhuǎn)向交通方案如圖6所示。

圖6 廣州大道-南大干線節(jié)點轉(zhuǎn)向交通路徑圖

南大干線為負一層隧道，廣州大道主線地面直行，南大干線輔道右進右出廣州大道。兩條道路的直行及右轉(zhuǎn)均可快捷通行，左轉(zhuǎn)功能中，南大干線的隧道預(yù)留西往北匝道，近期并未實施，因此所有的左轉(zhuǎn)交通需通過立交群的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。對路網(wǎng)分析如下：

（1）西轉(zhuǎn)北：遠期預(yù)留匝道實施后可直接實現(xiàn)，近期通過節(jié)點東側(cè)500 m景華南路隧道頂部調(diào)頭實現(xiàn)。

（2）北轉(zhuǎn)東：節(jié)點西南象限現(xiàn)狀及規(guī)劃均為保留山體，支路橫向干擾小，改造為單行道后可作為北往東的左轉(zhuǎn)匝道。

（3）南往西：遠距離交通可通過節(jié)點南側(cè)800 m的廣州大道與南浦大道左轉(zhuǎn)匝道橋?qū)崿F(xiàn)；近距離交通量可通過節(jié)點北側(cè)420 m的群賢路隧道頂部調(diào)頭實現(xiàn)。

（4）東往南：遠距離交通可以通過南大干線與新光快速的節(jié)點（景華南路隧道頂調(diào)頭）實現(xiàn)；近距離交通量可通過節(jié)點北側(cè)450 m的群賢路隧道頂部調(diào)頭實現(xiàn)。

根據(jù)以上分析，該方案在群賢路設(shè)下穿隧道，南大干線節(jié)點利用西南象限的支路進行北往東左轉(zhuǎn)，廣州大道無需設(shè)置構(gòu)造物，投資較小。通過路網(wǎng)進行交通轉(zhuǎn)換滿足交通量需求，交通功能完善。避讓了規(guī)劃地鐵20號線線位，減少了對地鐵影響。廣州大道總體方案如圖7所示。

圖7 廣州大道快捷化改造交通組織方案

6 立交群交通組織方案的優(yōu)化迭代

對以上交通組織方案進行整體交通評價，并對交叉口運行情況進行分析。南大干線與廣州大道節(jié)點、南大干線與新光快速節(jié)點均為功能不完善的立交。交通量預(yù)測結(jié)果如圖8所示。

圖8 優(yōu)化方案后交通量預(yù)測結(jié)果（單位：pcu/h）

與原交通量預(yù)測結(jié)果相比，由于取消廣州大道與南大干線及南大干線與新光快速路兩個節(jié)點的部分左轉(zhuǎn)功能，導(dǎo)致兩個節(jié)點范圍內(nèi)主線交通量有較大增長，且南大干線西轉(zhuǎn)南右轉(zhuǎn)、南大干線東轉(zhuǎn)北右轉(zhuǎn)的交通壓力大幅增加，其余立交節(jié)點交通量的轉(zhuǎn)向交通增長幅度不大。廣州大道與南大干線在節(jié)點段為雙向8車道+雙車道輔道，該方案的主線交通狀況尚可，現(xiàn)有節(jié)點方案仍然可以保持較高的服務(wù)水平。

經(jīng)預(yù)測，該方案遠期各節(jié)點的服務(wù)水平均為C級，節(jié)點整體運作相對穩(wěn)定，能夠滿足需求。

以上經(jīng)過優(yōu)化迭代后的方案在交通量上仍然有較大的富裕度，各立交節(jié)點的服務(wù)水平較高，因此對節(jié)點方案繼續(xù)進行優(yōu)化。

南大干線與廣州大道節(jié)點方案為連續(xù)下穿廣州大道與景華南路兩處交叉口的長隧道（見圖9），隧道總長1371 m。隧道東側(cè)開口段距離新光快速橋下約67 m，南大干線主線無法與新光快速進行交通轉(zhuǎn)換，只能通過隧道在景華南路西側(cè)設(shè)置的上下匝道進入地面，再通過景華南路地面信號控制交叉口后進入新光快速匝道，南大干線主線與新光快速交通轉(zhuǎn)換不便。方案優(yōu)化為南大干線設(shè)置隧道下穿廣州大道，在景華南路設(shè)置專用左轉(zhuǎn)匝道（見圖 10）。

圖9 方案一：南大干線長隧道方案

根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果，兩個方案均能滿足交通需求。方案二南大干線與新光快速溝通更加便捷，且投資明顯少于方案一。但是，結(jié)合屬地政府及沿線居民的意見，經(jīng)過相關(guān)部門、專家組多次評審、論證，最終確定實施方案一。

在城市立交群設(shè)計方案中，交通量預(yù)測的結(jié)果是方案的重要依據(jù)，但城市周邊用地及功能復(fù)雜，屬地政府及沿線居民的意見也是決定方案的重要因素，不能僅從交通的因素來考慮問題。

7 結(jié) 語

本文通過對廣州大道立交群的分析，闡述了立交群設(shè)計的一般原則及方法。立交群的方案需要結(jié)合現(xiàn)狀、規(guī)劃、用地、實施條件、屬地政府、沿線居民等多種因素進行考慮，在識別主要交通需求的基礎(chǔ)上，對各轉(zhuǎn)向交通功能進行歸類梳理，并賦予各立交節(jié)點不同的優(yōu)先功能，再對各立交節(jié)點進行方案細化。城市立交的密度大，次要交通功能有多個路徑可達，因此在交通評價的基礎(chǔ)上及條件受限的情況下取消部分節(jié)點構(gòu)造物設(shè)置，通過路網(wǎng)繞行實現(xiàn)交通功能。由于各種原因，也有可能存在設(shè)置功能重疊或具有不必要功能的立交，因而影響其他立交的設(shè)置方案。本文可為類似城市立交群交通組織優(yōu)化設(shè)計提供參考。