城市路網(wǎng)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的“組合- 層次”設(shè)計(jì)方法

羅 強(qiáng)

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民日出行量和出行距離不斷增長。在此形勢下，城市路網(wǎng)呈現(xiàn)出以下兩個(gè)典型特征：一是城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成的多元化，高、快速道路逐漸成為城市解決交通擁堵問題的有效手段；二是城市道路建設(shè)的集約化，受城市建設(shè)用地制約，通道資源越發(fā)稀缺，不同等級(jí)道路共用走廊，復(fù)合通道的建設(shè)思路在工程領(lǐng)域越來越受到青睞。

上述城市路網(wǎng)的發(fā)展途徑在為居民出行提供便利的同時(shí)，也為工程建設(shè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在：

（1）不同等級(jí)的道路交通組織方式有所不同，高、快速道路的引入增加了路網(wǎng)交通組織的難度。

（2）集約化的建設(shè)思路在節(jié)約土地資源的同時(shí)，大大增加了路網(wǎng)尤其是節(jié)點(diǎn)（包括平面交叉、立體交叉）的系統(tǒng)復(fù)雜程度。

（3）復(fù)雜的道路節(jié)點(diǎn)通常意味著高昂的造價(jià)，工程建設(shè)人員需要在建設(shè)條件、交通功能、建設(shè)規(guī)模、工程投資等方面進(jìn)行綜合平衡。

針對以上挑戰(zhàn)，迫切需要一套行之有效的思路和方法，在有限的空間內(nèi)，統(tǒng)籌安排高、快速道路，普通干路等多種交通流向的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而從系統(tǒng)的角度發(fā)揮路網(wǎng)整體最大效益。本文結(jié)合工程實(shí)例，探討針對城市路網(wǎng)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的“組合- 層次”設(shè)計(jì)方法，以供相關(guān)人員參考。

1 城市路網(wǎng)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)“組合-層次”設(shè)計(jì)方法

1.1 相關(guān)概念

1.1.1 城市路網(wǎng)系統(tǒng)分類和轉(zhuǎn)換關(guān)系

一般而言，城市道路可分為由高、快速道路組成的快速交通系統(tǒng)以及由普通干路、支路組成的慢速交通系統(tǒng)[1]，兩大交通系統(tǒng)既相對獨(dú)立，又密切聯(lián)系。

快速、慢速交通系統(tǒng)之間形成三組交通轉(zhuǎn)換關(guān)系：快-快轉(zhuǎn)換、快-慢轉(zhuǎn)換、慢-慢轉(zhuǎn)換。承擔(dān)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系的空間結(jié)構(gòu)物稱之為交通節(jié)點(diǎn)?；ネ⒔弧⒊鋈肟谠训?、平面交叉口是對應(yīng)于上述三種交通轉(zhuǎn)換關(guān)系的主要交通節(jié)點(diǎn)形式。圖1 為城市路網(wǎng)兩個(gè)系統(tǒng)和三種轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖。

圖1 城市路網(wǎng)兩個(gè)系統(tǒng)和三種轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖

1.1.2 復(fù)雜交通節(jié)點(diǎn)的定義

交通節(jié)點(diǎn)是城市路網(wǎng)系統(tǒng)的瓶頸，節(jié)點(diǎn)的效率在某種程度上制約著整個(gè)系統(tǒng)的通行能力和服務(wù)水平的發(fā)揮。

鑒于當(dāng)前眾多城市通道集約化建設(shè)的思路，（高）快速路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)包含的交通轉(zhuǎn)換關(guān)系通常不止一種，往往是復(fù)合的。本文研究的所謂復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，即特指在路網(wǎng)中，包含上述快速、慢速兩個(gè)交通系統(tǒng)，并復(fù)合兩種以上轉(zhuǎn)換功能的交通節(jié)點(diǎn)。圖2 為復(fù)雜節(jié)點(diǎn)示意圖。

圖2 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)示意圖

1.2 “組合-層次”設(shè)計(jì)方法主要思路

城市路網(wǎng)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)通常具有交通轉(zhuǎn)換關(guān)系復(fù)雜、空間布局緊湊、造價(jià)高昂等特征，本文提出的“組合- 層次”分析方法有助于從系統(tǒng)角度使建設(shè)人員廓清思路，對于各種復(fù)雜交通轉(zhuǎn)換關(guān)系做到密而不漏、整體最優(yōu)。

（1）組合分析

城市路網(wǎng)不同于公路網(wǎng)，其節(jié)點(diǎn)間距通常較小，對于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，通常會(huì)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。因此，對于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，有必要擴(kuò)大研究范圍，對其上下游受到影響的節(jié)點(diǎn)一并納入進(jìn)行組合分析研究，但研究范圍不宜一概而論，應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件具體而定。組合分析的最大優(yōu)勢在于：可以將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的問題放在組合中進(jìn)行整體把握，進(jìn)而在一個(gè)更大的空間維度分解問題、簡化問題、解決問題。組合分析通?？梢允沟媒M合中每個(gè)交通節(jié)點(diǎn)的功能更加單一，從而使得路網(wǎng)交通流的分配更加均衡有序，盡管可能在某些方向存在一定程度的繞行和延誤，但從系統(tǒng)的角度往往可以得到最大的效益。

（2）層次分析

在復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的定義中，包含了快速、慢速兩個(gè)交通系統(tǒng)的概念?？焖俳煌ㄏ到y(tǒng)中包含了高速公路、快速路、交通性主干路等道路類型，慢速交通系統(tǒng)則包含了服務(wù)性主干路、次干路、支路等類型。事實(shí)上，在一個(gè)復(fù)雜的道路節(jié)點(diǎn)里，往往包含了多種道路類型，多種道路類型之間兩兩互通既不可行，又無必要。因此，針對復(fù)雜道路節(jié)點(diǎn)，有必要引入“層次”分析的理念，區(qū)分不同層次道路的銜接需求，界定不同層次道路的接入標(biāo)準(zhǔn)，逐層分合流、轉(zhuǎn)向，避免跨層次交通組織引發(fā)的交通紊亂，確保交通流轉(zhuǎn)向多而不亂、進(jìn)出有序。

（3）組合-層次分析

上述兩種分析方法，一個(gè)是在空間維度將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)交通問題進(jìn)行了分解，一個(gè)則是在系統(tǒng)維度將多種交通轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行了分層。實(shí)踐中，有必要將兩種分析方法結(jié)合使用，在取得系統(tǒng)整體最優(yōu)的同時(shí)，又不至于忽略某些重要的交通轉(zhuǎn)換流向。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程背景

近年來，惠州市作為粵港澳大灣區(qū)的重要城市，加快了城市骨干路網(wǎng)的建設(shè)步伐。目前，惠州中心城區(qū)的路網(wǎng)骨架結(jié)構(gòu)總體表現(xiàn)為“環(huán)+放射線”結(jié)構(gòu)。

其中：城市外圍由惠河高速、惠大高速、河惠莞高速、潮莞高速等高速公路形成高速公路環(huán)；城市內(nèi)部由三環(huán)路、四環(huán)路形成快速道路環(huán)；惠州大道、惠澳大道等交通性主干路承擔(dān)了放射線的功能。圖3為惠州中心城區(qū)骨干路網(wǎng)格局。

圖3 惠州中心城區(qū)骨干路網(wǎng)格局

（規(guī)劃）四環(huán)東路為本次研究對象。四環(huán)東路是惠州四環(huán)路的東環(huán)，為城市快速路，設(shè)計(jì)車速80 km/h，全長約20 km，位于惠州市東部區(qū)域，沿線串聯(lián)水口、馬安等發(fā)展組團(tuán)，共設(shè)置10 個(gè)互通立交。

受城市建設(shè)用地和地形制約，四環(huán)東路在馬安鎮(zhèn)和現(xiàn)狀惠大高速共走廊進(jìn)行建設(shè)。四環(huán)東路以橋梁斷面分幅設(shè)置在惠大高速兩側(cè)（見圖4、圖5），共線長度約5 km，建設(shè)條件較為復(fù)雜。

圖4 四環(huán)東路- 惠大高速共走廊段平面示意圖

圖5 四環(huán)東路- 惠大高速共走廊斷面圖（單位：m）

2.2 建設(shè)條件

（規(guī)劃）四環(huán)東路和惠大高速共走廊段，在空間上集約布置，沿線與多條高速公路、主干路等交叉，符合本文提及的“復(fù)雜節(jié)點(diǎn)”定義。對該節(jié)點(diǎn)的建設(shè)條件介紹如下（見圖6）。

圖6 四環(huán)東路- 惠大高速共走廊段建設(shè)條件示意圖

2.2.1 現(xiàn)狀道路設(shè)施

（1）惠大高速

惠大高速于2015 年建成，雙向6 車道，是連通惠州城區(qū)、大亞灣地區(qū)的一條高速公路。

惠大高速在現(xiàn)狀交通性主干道——惠州大道、惠澳大道處各設(shè)置一處收費(fèi)站，為主城區(qū)進(jìn)出高速路網(wǎng)提供服務(wù)。同時(shí)，在馬安鎮(zhèn)南端與在建河惠莞高速設(shè)置互通立交一座。

（2）惠州大道

惠州大道為城市主干路，雙向8 車道，往西通往惠州城區(qū)，往東向惠東、機(jī)場方向延伸。

惠大高速在與惠州大道相交節(jié)點(diǎn)處設(shè)置一處菱形立交和收費(fèi)站。

（3）惠澳大道

惠澳大道城市主干路，雙向6 車道，往北通往惠州城區(qū)，往南連接惠陽、澳頭和大亞灣地區(qū)。

惠大高速在惠澳大道南向設(shè)置一處收費(fèi)站。

2.2.2 擬建（規(guī)劃）道路設(shè)施

（1）（規(guī)劃）四環(huán)東路

四環(huán)東路為城市快速路，雙向8 車道，擬以橋梁斷面分幅設(shè)置在惠大高速兩側(cè)。

（2）(在建）河惠莞高速

河惠莞高速目前已開工，連通河源、惠州、東莞等地，與惠大高速在馬安鎮(zhèn)南形成一處互通立交。

（3）（規(guī)劃）機(jī)場高速

機(jī)場高速往西與惠大高速相交，并設(shè)置T 型互通立交，往東通往惠州平潭機(jī)場。

2.3 設(shè)計(jì)思路

應(yīng)用“組合-層次”設(shè)計(jì)方法對本節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究。

2.3.1 組合分析

四環(huán)東路和惠大高速共走廊段內(nèi)，四環(huán)東路分別與惠大高速、惠州大道、機(jī)場高速、惠澳大道形成節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在一定程度的相互關(guān)聯(lián)，因此，有必要將上述多個(gè)交通節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)組合進(jìn)行綜合研究。此外，由于惠大高速與擬建的河惠莞高速、機(jī)場高速節(jié)點(diǎn)也在本組合范圍之內(nèi)，因此將其一并納入組合之中進(jìn)行研究。

通過組合分析，可以賦予每個(gè)立交節(jié)點(diǎn)不同且單一的轉(zhuǎn)換功能，從而避免在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上疊加功能，造成交通紊亂。同時(shí)，結(jié)合本節(jié)點(diǎn)組合中包含收費(fèi)道路和不收費(fèi)道路的實(shí)際情況，在組合分析時(shí)，將收費(fèi)節(jié)點(diǎn)和不收費(fèi)節(jié)點(diǎn)空間分離，確保高速公路系統(tǒng)和城市道路系統(tǒng)之間互不干擾。

2.3.2 層次分析

本節(jié)點(diǎn)分布有高速公路、快速路、主干路等多級(jí)道路。為避免交通流紊亂，制定分清層次、逐級(jí)分流的層次設(shè)計(jì)思路，按照高速公路—快速路—主干路交通逐級(jí)分合流邏輯（見圖7）進(jìn)行交通組織。

圖7 逐級(jí)分合流邏輯關(guān)系圖

按此思路，本節(jié)點(diǎn)需要解決的交通轉(zhuǎn)換關(guān)系分別是：

（1）高速公路與高速公路之間的轉(zhuǎn)換，主要是惠大高速、河惠莞高速、機(jī)場高速三者之間的轉(zhuǎn)換；

（2）高速公路與快速路之間的轉(zhuǎn)換，主要是惠大高速與四環(huán)東路之間、機(jī)場高速與四環(huán)東路之間、河惠莞高速與四環(huán)路之間的轉(zhuǎn)換；

（3）快速路與城市主干路之間的轉(zhuǎn)換，主要是四環(huán)東路與惠州大道之間、四環(huán)東路與惠澳大道之間的轉(zhuǎn)換。

2.3.3 組合-層次分析

前已述及，組合和層次分析方法需要結(jié)合使用。針對本案例，按照層次分析的方法，雖然“高速公路—快速路”這一轉(zhuǎn)換層次涉及到三條高速公路與快速路之間的轉(zhuǎn)換，但是這并不意味著這三條高速公路均需要與快速路直接發(fā)生交通轉(zhuǎn)換關(guān)系，而是可以通過組合分析的方法將三條高速公路先進(jìn)行互通轉(zhuǎn)換，再將一條或兩條高速公路與快速路進(jìn)行互通轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)高速公路網(wǎng)和快速路網(wǎng)整體連通的目的。

2.4 設(shè)計(jì)方案

應(yīng)用上述設(shè)計(jì)思路，對本組合中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，共形成6 個(gè)立交節(jié)點(diǎn)。

（1）立交一：四環(huán)東路-惠大高速（見圖8）

圖8 立交一

立交形態(tài)：雙喇叭全互通立交，設(shè)收費(fèi)站。

功能定位：按照高速公路- 快速路- 主干路交通逐級(jí)分合流的交通組織思路，解決惠大高速和四環(huán)東路之間的連通，實(shí)現(xiàn)惠大高速與城市快速路網(wǎng)銜接的目的，取代現(xiàn)有惠大高速- 惠州大道收費(fèi)站功能。

（2）立交二：四環(huán)東路-惠州大道（見圖9）

圖9 立交二

立交形態(tài)：菱形立交，同時(shí)拆除現(xiàn)有惠大高速在惠州大道處的菱形立交和收費(fèi)站。

功能定位：解決四環(huán)東路和主干路網(wǎng)之間的連通，服務(wù)馬安鎮(zhèn)區(qū)域路網(wǎng)的快速出行。

（3）立交三：四環(huán)東路- 機(jī)場高速（聯(lián)絡(luò)匝道）（見圖10）

圖10 立交三

立交形態(tài)：T 型全互通立交，設(shè)收費(fèi)站。

功能定位：解決機(jī)場高速和四環(huán)東路之間的連通，實(shí)現(xiàn)機(jī)場高速接入城市快速路網(wǎng)的目的。

（4）立交四：惠大高速-機(jī)場高速（見圖11）

圖11 立交四

立交形態(tài)：單喇叭互通立交。

功能定位：解決惠大高速- 機(jī)場高速之間的快速連通。

（5）立交五：惠大高速-河惠莞高速（見圖12）

圖12 立交五

立交形態(tài)：T 型互通立交。

功能定位：解決惠大高速- 河惠莞高速之間的快速連通。

（6）立交六：四環(huán)東路和惠澳大道（見圖13）

圖13 立交六

立交形態(tài)：苜蓿葉全互通立交。

功能定位：a.解決四環(huán)路和惠澳大道之間的連通問題，為惠陽、澳頭以及惠城南部區(qū)域交通流進(jìn)出四環(huán)路服務(wù)；b.通過該立交以及惠大高速-惠澳大道收費(fèi)站，解決惠大高速南部交通與四環(huán)路之間的快速連通。

2.5 方案功能評(píng)估

鑒于本組合立交節(jié)點(diǎn)多，為避免缺失重要交通轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)，對上述設(shè)計(jì)方案功能進(jìn)行評(píng)估。

2.5.1 高速公路間轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)路徑

（1）機(jī)場高速與惠大高速：立交四（T 型全互通）。

（2）惠大高速與河惠莞高速：立交五（T 型全互通）。

2.5.2 高速公路與四環(huán)東路轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)路徑

（1）惠大高速與四環(huán)東路：立交一（全互通）、立交六（全互通）。

（2）機(jī)場高速與四環(huán)東路：立交三（T 型全互通）。

（3）河惠莞高速與四環(huán)東路：通過節(jié)點(diǎn)組合中的立交五+ 立交一實(shí)現(xiàn)互通轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換路徑為河惠莞高速—惠大高速—四環(huán)東路。

2.5.3 快速路與城市主干路之間的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)路徑

（1）四環(huán)路與惠州大道：立交二（全互通）。

（2）四環(huán)路與惠澳大道：立交六（全互通）。

經(jīng)過評(píng)估，可以發(fā)現(xiàn)，上述方案實(shí)現(xiàn)了高速公路、快速路、城市干路之間的互通轉(zhuǎn)換，且每個(gè)立交節(jié)點(diǎn)的功能較為單一，基本上只承擔(dān)高速公路- 快速路- 主干路轉(zhuǎn)換關(guān)系中的一種，層次清晰、流向明確。

3 結(jié) 語

四環(huán)東路和惠大高速共走廊段分布有多條高速公路、快速路和城市干路，是典型的復(fù)雜交通節(jié)點(diǎn)。通過本文提出的“組合- 層次”分析方法，厘清了節(jié)點(diǎn)內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的轉(zhuǎn)換關(guān)系，明晰了每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能定位，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)內(nèi)交通流有序轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)目的，可供類似工程建設(shè)人員參考。