城市道路主輔路出入口設(shè)計形式探討

游 堃

(國晟設(shè)計有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000)

1 基本概念

主輔路出入口針對道路斷面設(shè)置有主路與輔路，并做了物理隔離的情況，是車輛在主路與輔路之間的分合流進(jìn)出口，其范圍包括駕駛員識別出入口、變換車道、速度轉(zhuǎn)換和匯流的全過程，車輛所行駛的距離。

從駕駛員的角度分析，可以將主路與輔路之間交通轉(zhuǎn)換分成三個區(qū)段：識別段、變速段和匯流段。識別段用于提前布設(shè)標(biāo)志標(biāo)牌，向駕駛員提示前方出入口，做好變道準(zhǔn)備。變速段包含車道漸變段與加減速車道段，駕駛員在本段完成車道轉(zhuǎn)換和速度轉(zhuǎn)換。匯流段用于駕駛員判斷相鄰車道安全并擇機(jī)并入。

城市道路設(shè)計中，根據(jù)道路等級和設(shè)計速度的不同，采用不同的變速段和匯流段形式，并逐漸形成了三種城市道路主輔路出入口的形式，主要包括平行式、定向直接式和雙向進(jìn)出式。

1.1 平行式出入口(I型)

與主線車流平行，利用側(cè)分帶設(shè)置加減速車道和漸變段，以控制主輔交通轉(zhuǎn)換的出入口。由于其增設(shè)一個專用車道用于分合流，車輛在主輔轉(zhuǎn)換過程中，可以先并入加減速車道完成速度轉(zhuǎn)換和觀察匯入車道的交通情況，然后在出入口擇機(jī)匯入，給駕駛員創(chuàng)造了較好的通行條件和觀察條件。此類出入口對主線車流影響最小，通行能力最好，是最高等級的出入口形式，車輛可維持較高的速度完成交通轉(zhuǎn)換，一般用于城市快速路和城市快捷路。

1.2 定向直接式出入口(II型)

當(dāng)城市道路建設(shè)受用地、拆遷等因素影響，空間不足以布設(shè)平行式出入口時，可以通過在側(cè)分帶設(shè)置斜角定向開口的形式，無加減速車道和漸變段，通過提前設(shè)置交通標(biāo)志、標(biāo)線引導(dǎo)的方式，誘導(dǎo)駕駛員提前觀察匯入車道情況，再擇機(jī)完成主輔車流轉(zhuǎn)換。駕駛員在觀察階段和轉(zhuǎn)換階段均會降低現(xiàn)有車道的車流速度，從而降低通行能力，且定向直接式出入口采用斜角匯流的形式，當(dāng)車輛駛?cè)氤鋈肟跁r，駕駛員對欲匯入車道的觀察視界最小，存在一定的視野盲區(qū)。此類出入口為一般等級的出入口形式，車輛需以較低的速度完成交通轉(zhuǎn)換，一般用于城市快捷路和城市主干路。

1.3 雙向進(jìn)出式出入口(III型)

當(dāng)側(cè)分帶較窄時(≤1.5 m)，對于以服務(wù)功能為主的低等級道路，且進(jìn)出需求量均較大時，可在側(cè)分帶設(shè)置簡易開口，開口無特定指向，允許主入輔與輔入主兩種交通流向，開口寬度一般可容納2～3輛車同時完成主輔路交通轉(zhuǎn)換。車輛進(jìn)入此類出入口時，行車速度極低，對現(xiàn)狀車流通行能力影響最大，且駕駛員盲區(qū)最大，需提前設(shè)置交通標(biāo)志和標(biāo)線引導(dǎo)車流。此類出入口為較低等級的出入口行駛，車輛需以極低的速度完成交通轉(zhuǎn)換，一般用于城市主干路和城市次干路。

總結(jié)上述主輔路出入口形式、道路等級與所在城市，統(tǒng)計如表1所示。

表1 調(diào)研道路與出入口形式統(tǒng)計表

2 現(xiàn)行出入口設(shè)計存在的問題

2.1 出入口合流位置未設(shè)置單獨車道

由于城市發(fā)展對用地方面的要求越來越苛刻，導(dǎo)致城市道路建設(shè)中用地越來越拘束。雖然城市快速路仍普遍設(shè)置有單獨的加減速車道供主輔路交通流轉(zhuǎn)換使用，但是部分主干路設(shè)計時，受用地影響，在主路與輔路車道轉(zhuǎn)換過程中，未設(shè)置單獨車道作為過渡，轉(zhuǎn)換車輛需在出入口以斜角匯入，缺乏單獨加減速車道供駕駛員行駛過程中觀察匯入車道是否有后方車輛，而需要在開口處緩慢探頭以觀察后方，在降低車道通行效率和交通轉(zhuǎn)換效率的同時，也增加了出入口車流與后方直行車流發(fā)生碰撞事故的風(fēng)險。

2.2 出入口位置側(cè)分帶綠植造成視野盲區(qū)

由于設(shè)計階段和施工階段對安全視距的疏忽，而未注意在出入口位置對植物種植的特殊要求，導(dǎo)致在出入口位置側(cè)分帶的綠植過密過高，影響側(cè)分帶兩側(cè)車輛駕駛員的通視，形成視野盲區(qū)，駕駛員在主輔路轉(zhuǎn)換前的觀察階段無法獲取匯入車道的車輛信息，而盲目匯入車道，導(dǎo)致主路與輔路車輛均未發(fā)現(xiàn)對方而發(fā)生碰撞事故。

2.3 出入口設(shè)置過寬，導(dǎo)致流向紊亂

部分道路的出入口開口過長，出入口主入輔與輔入主兩個方向車流均不受阻礙，駕駛員無法判斷是出口還是入口，導(dǎo)致出入口失去定向作用，且從駕駛行為誘導(dǎo)的角度而言，容易誘導(dǎo)部分司機(jī)貪圖便利而逆向轉(zhuǎn)換，引起車輛在出入口的沖突與紊亂。

2.4 出入口角度過大，連接線形太差

為了駕駛的舒適性和轉(zhuǎn)向的連續(xù)性，出入口設(shè)置角度一般越小越好，此時駕乘人員感受到的橫向力最小，且車輛行駛最為順暢。但部分主輔路開口連接角度過大，車輛需要以很小的曲線半徑完成車輛在主輔路轉(zhuǎn)換過程中的蛇形位移，其極限狀態(tài)為出入口角度與道路縱向成直角狀態(tài)，此時對駕乘人員產(chǎn)生較大的橫向力，且車輛需極大降速以匯入出入口，在影響車道通行效率的同時造成行車不適和安全隱患。

3 出入口車輛碰撞建模

3.1 碰撞建模

主輔路出入口安全事故主要發(fā)生在匯流階段，由于未設(shè)置單獨的車道作為過渡，出入口內(nèi)車輛與輔道車道存在一定的角度，因而造成駕駛員對輔道產(chǎn)生了較大的盲區(qū)，尤其以II型出入口最為典型，因此以II型出入口為例進(jìn)行車輛碰撞建模分析。模型以從主路進(jìn)入輔路完成交通轉(zhuǎn)換為例，當(dāng)主路車輛進(jìn)入出入口端部，而輔道車輛恰好處于主路車輛的駕駛盲區(qū)(LM1)時，若二車維持相應(yīng)的速度行駛而缺少外部信息提示，輔路車輛將始終處于主路車輛的動態(tài)視野盲區(qū)中，直至在合流點相撞，本模型即為探討撞擊過程中主路車輛與輔路車輛的速度關(guān)系和駕駛員反應(yīng)時間，并進(jìn)一步提出改進(jìn)措施，從而改善車輛在主輔路出入口時的安全性。

以主路車輛車首開始進(jìn)入出入口端部為碰撞起點，以抵達(dá)出入口終點匯入輔路為碰撞終點，二者之間為碰撞起終全過程，在此過程中對主路車輛與輔路車輛行駛距離、時間和速度建立量化關(guān)系，并得到如下公式和包絡(luò)區(qū)間。

碰撞起終點主路車輛行駛距離

(1)

碰撞起終點主路車輛行駛時間

視野盲區(qū)

(3)

視野盲區(qū)

(4)

碰撞起終點輔路車輛處在視野盲區(qū)中的行駛距離包絡(luò)區(qū)間為

(5)

從進(jìn)入視野盲區(qū)至碰撞發(fā)生，主輔路車輛行駛時間一致，輔路車輛速度

(6)

碰撞時，輔路車輛行駛速度的的包絡(luò)區(qū)間為

(7)

式中：為主路車輛行駛速度，m/s；為輔路車輛行駛速度，m/s；為碰撞起終點主路車輛行駛距離，m；為碰撞起終點輔路車輛行駛距離，m；為出入口起點處主路車輛對輔路最近車道上視野盲區(qū)的投影長度，m；為出入口碰撞終點處主路車輛對輔路最近車道上視野盲區(qū)的投影長度，m；為碰撞起終點主路和輔路車輛行駛時間，二者時間一致，產(chǎn)生碰撞，s；為側(cè)分帶寬度，m(通常為1.5～5 m)；為車道寬度，(通常為3.25～3.75 m)；為出入口角度，°(通常為10°～30°)；為車輛后視鏡視界角度，°(通常為15°～30°)；為車輛進(jìn)入出入口時的減速系數(shù)，(通常為0.5～0.7)。

3.2 模型求解

上述各參數(shù)均有一定的取值空間，根據(jù)城市道路設(shè)計與管理經(jīng)驗對各參數(shù)適當(dāng)取經(jīng)驗值，車道寬度取3.5 m，車輛后視鏡視界角度取25°，車輛減速系數(shù)取0.6。

在城市道路設(shè)計過程中，出入口角度的選取通常與側(cè)分帶寬度統(tǒng)一考慮，越小匯流過程越平順，對主線車流影響越小，越大匯流過程越不平順，對主線車流影響越大。當(dāng)用地寬松、側(cè)分帶較寬時，通常采取較小的出入口角度，以盡量使主輔交通轉(zhuǎn)換過程平順。當(dāng)用地緊張、側(cè)分帶較窄時，若仍采用較小的，會導(dǎo)致出入口長度很長，失去定向作用，因此通常采取較大的出入口角度。為了更好的對主輔車輛行駛情況進(jìn)行探討，結(jié)合城市道路設(shè)計經(jīng)驗，分別選取高低兩組值進(jìn)行分析，(，)組合取值分別選取(2 m，30°)和(5 m，10°)。

綜合上述參數(shù)取值，并代入出入口碰撞模型中，分析得到以下兩種主路車輛行駛速度和輔路車輛行駛速度的關(guān)系包絡(luò)區(qū)間：

(1)當(dāng)側(cè)分帶較寬時(=5 m)，輔路車輛行駛速度的的包絡(luò)區(qū)間為(0.59，0.97)，結(jié)合相應(yīng)等級城市道路設(shè)計速度區(qū)間(50 km/h，100 km/h)，碰撞發(fā)生起終時間區(qū)間為(1.73 s，3.46 s)；

(2)當(dāng)側(cè)分帶較窄時(=2 m)，輔路車輛行駛速度的的包絡(luò)區(qū)間為(0.52，2.29)，結(jié)合相應(yīng)等級城市道路設(shè)計速度區(qū)間(50 km/h，100 km/h)，碰撞發(fā)生起終時間區(qū)間為(0.24 s，0.48 s)；

從模型計算結(jié)果中可知，當(dāng)主路車輛開始進(jìn)入出入口時，若輔路車輛恰好位于視野盲區(qū)，且行駛速度位于上述包絡(luò)區(qū)間而未采取制動時，主路車輛與輔路車輛較大概率在出入口匯流點碰撞，碰撞發(fā)生起終時間極短。

3.3 模型結(jié)論評價

根據(jù)城市道路設(shè)計的多本現(xiàn)行規(guī)范，其給出的輔道設(shè)計速度取值建議為采用0.4～0.6倍主路設(shè)計速度，與上述模型求解得到的包絡(luò)區(qū)間有一定的重疊度，且根據(jù)多年道路管理經(jīng)驗，城市道路輔路車輛行駛速度較多處于0.6倍主路速度的運營條件，此時視野盲區(qū)內(nèi)的車輛若未做好制動措施，兩車在出入口匯流點碰撞的概率較高，計算得到的可供駕駛員反應(yīng)的時間極短。因此，針對視野盲區(qū)和的補(bǔ)盲對減少交通事故有重要意義，建議對于未設(shè)置單獨車道作為過渡的出入口形式，應(yīng)在出入口匯流端設(shè)置凸面鏡，以對視野盲區(qū)補(bǔ)盲。

4 優(yōu)化方案

(1)原則上優(yōu)先使用I型出入口，盡量避免使用III型出入口，對II型出入口進(jìn)行優(yōu)化使用。為兼顧城市道路交通功能與周邊地塊的服務(wù)功能，城市快速路(60～100 km/h)宜采用I型出入口，城市快捷路(60～80 km/h)宜采用I型出入口或II型出入口，城市主干路(40 ～60 km/h)宜采用II型出入口，盡量避免采用III型出入口。

(2)對于II型出入口，應(yīng)在出境入口匯流端設(shè)置凸面鏡，對視野盲區(qū)補(bǔ)盲；

(3)出入口合流位置應(yīng)盡可能利用側(cè)分帶設(shè)置單獨車道作為過渡，若側(cè)分帶寬度不足時，可通過道路拓寬、設(shè)置魚腹標(biāo)線的形式，避免出主輔車輛在在合流端部因車道沖突而發(fā)生事故。

(4)匯流段的側(cè)分帶內(nèi)綠植高度應(yīng)控制在1 m以內(nèi)，以滿足主路和輔路駕駛?cè)藛T的通視條件，長度應(yīng)控制在相應(yīng)設(shè)計速度3 S行程以上；

(5)在識別段設(shè)置交通標(biāo)志，提前提示車輛變道與出入準(zhǔn)備，設(shè)置位置宜控制在車道漸變起點前3 S行程以上；

(6)出入口寬度不宜過寬，且宜設(shè)置單車道，避免車輛在出入口位置強(qiáng)行超車，導(dǎo)致安全事故，寬度建議取值4～6 m。

5 結(jié) 語

(1)本研究通過建立出入口碰撞模型，探討了車輛在出入口交通轉(zhuǎn)換過程中的視野盲區(qū)變化、碰撞速度包絡(luò)區(qū)間、駕駛員反應(yīng)時間包絡(luò)區(qū)間等問題，并根據(jù)城市道路建設(shè)管理經(jīng)驗，應(yīng)用給予專家評判的綜合評估，實現(xiàn)了定量評價。

(2)將城市快速路、城市快捷路和城市主干路三種等級道路納入體系一起研究，并首次提出根據(jù)道路等級和設(shè)計速度對應(yīng)采用三種出入口類型的建議。

(3)隨著城市發(fā)展，如何在提高區(qū)域間快速流通與提升對道路沿線的服務(wù)能力這兩者之間做到權(quán)衡兼顧，是考驗每一個城市建設(shè)者需要思考的問題。在進(jìn)一步研究中，可從出入口間距、端部平縱線形等角度，進(jìn)一步提高城市道路安全與行車舒適性。