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1、1城市高架匝道设置对地面道路（路网）的交通影响评估方城市高架匝道设置对地面道路（路网）的交通影响评估方法法0 引言引言城市高架道路是用地密集型大都市实现路网空中扩容的重大交通设施，其具有通行能力大、在城市内实现连续交通、提供快速通道等优点。上海市高架道路的建设实践证明，高架道路不仅可以有效地缓解市区的交通拥挤、而且对于促进城市用地模式和总体布局的转变起着十分重要的作用。而城市高架道路系统的车流来源于地面路网，最终还将返回地面路网，其与地面道路系统的车流交换是通过高架道路的匝道完成的，故高架匝道设置是否合理将直接影响到高架道路的利用率及其使用效果。从近期的调查与分析看1，上海高架系统一半以上的匝
2、道高峰小时流量都超过了 1000pcu/h，其中最大流量的上、下匝道分别达到 2543 pcu/h 和 2504 pcu/h，如此密集的车流集散将对地面局部路网造成非常大的冲击，并且上下匝道流量的高峰也正是地面路网交通的高峰，因此在高峰期间容易出现地面局部路网超负荷的状况，这不仅使车流上下高架困难，而且也增加了地面车流的延误，降低了局部路网的服务水平。因此，在以往分析单一匝道设施的基础上，从高架匝道对地面路网交通影响层面解析高架道路匝道定位的合理性问题具有重要的理论和现实意义。1 评估指标的确定评估指标的确定1.1 影响特征分析高架道路为连续流设施，其上运行的车流一般不会受到交通流外部的固定元
3、素影响而中断，交通流状况取决于交通流内部车辆之间以及车辆与道路线形、道路环境的相互作用；而城市道路一般为间断流设施，其交通流外部存在着引起交通流周期性间断的固定元素，这些元素包括交通信号、停车标志和其它类型的交通管制设备。高架匝道则是连续流设施与间断流设施的衔接设备，因而下匝车流一般表现为从连续流到间断流的变化，反之，上匝车流一般表现为从间断流到连续流的变化（因交叉口黄灯时间相对较短，所以其影响可忽略） 。若将匝道看成是车流产生点或到达点（即车流的 O 点是在局域路网之内，而 D 点大多在局域路网之外） ，其对局域路网的影响是从内到外扩散的，由于下匝道车流在交叉口不断分流，因此一般来说，距离下
4、匝道越远的地方受到的影响将越小。1.2 评估指标的确定路段的影响度 Is：指有、无匝道车流的情况下局部路网各路段基于 V/C 的2服务水平等级的变化值。比如，不设置匝道某路段服务水平为 B 级，设置匝道后其服务水平为 C 级，则匝道对该路段的影响度为 1。交叉口的影响度 Ic：指有、无匝道车流的情况下局部路网各交叉口基于延误的服务水平等级的变化值。对于一个交叉口的进口道不同流向（左转、直行、右转）的延误一般是不同的，所以在详细分析时，应按各交叉口进口道流向分别计算。对于四肢交叉口流向可按左、直、右区分，而对于三肢或多于四肢的交叉口，可将每个流向按从左至右顺时针编号区分。局部路网的影响度 In：
5、是指高架匝道设置给地面局部路网交通状况带来变化的程度。其较准确地反映了由于匝道设置对地面局部路网造成的冲击。2 评估指标的计算评估指标的计算2.1 路段影响度的计算由前述路段的影响度定义可知，若计算路段的影响度首先要确定路段的服务水平。对于城市道路的路段来说，衡量服务水平的主要指标为拥挤程度（即V/C）和平均车速，并且二者是相关的，文献将 V/C 与车速之间的关系可描述为：) 1 (9 . 0/),/4 . 7/( 9 . 0/),/94. 01 (00 CVCVUCVCVUU式中：U0：交通量为零时的运行车速（km/h） ，其确定方法详见文献和城市道路交通规划设计规范 ，这里不再赘述。由公式
6、(1)见，在 V/C 小于 0.9，即正常车流的情况下，车速基本上与 V/C成线性相关关系；而 V/C 大于 0.9 的情况下，车速与 V/C 呈非线性关系。因城市道路受交叉口通行能力的限制，路段的 V/C 一般不大于 0.9，所以，用 V/C或平均车速来评价路段服务水平效果基本上是相同的，因此，可采用表 1 的评价标准评价路段服务水平，为了论文叙述方便，将表中第 2 列称为服务水平对应值。则路段影响度的计算公式为：)2(01 sssSSI式中，：路段的影响度；sI：局部路网有匝道车流情况下路段服务水平对应值，由表 1 查得；1 sS：局部路网无匝道车流情况下路段服务水平对应值，由表 1 查得
7、；0 sS表表 1 1 路段服务水平服务水平对应值V/C描 述3A10.4畅通车流，基本无延误B20.40.6稳定车流，有少量延误C30.60.75稳定车流，用一定延误D40.750.9接近不稳定车流，有较大延误E50.91.0不稳定车流，交通拥挤，延误很大F61.0强制车流，交通严重阻塞2.2 交叉口影响度的计算同理，计算交叉口的影响度也需要确定交叉口的服务水平，衡量交叉口服务水平的指标为拥挤程度（即 V/C）和平均延误，而且二者也非独立，HCM 提供的车均延误与 V/C 之间的计算公式为3： )2(/16) 1() 1(173/1)/1 (38. 0222 CXXXXTgXTgTd上式中，
8、d：一条车道的每辆车平均停车延误；T：交叉口信号周期时长；g/T：交叉口的绿信比； X：车道 V/C；C：交叉口进口一条车道的通行能力，C=Sg/T。其中，S 是交叉口进口道的饱和流率。交叉口是城市道路网的节点，其要疏解不同方向的车流，所以在高峰时段的拥挤路网，交叉口的 V/C 一般大于路段的 V/C，而且易达到饱和，路网的总行车延误中，交叉口延误所占比例一般都在 80%以上，所以应对交叉口的服务水平给予特别的重视。由公式(2)易知，交叉口的延误与 V/C 的关系在整个 V/C定义区间内都是非线性的，而且当 V/C 达到一定的水平以后，交通量很小增加便会使车辆延误明显增大。文献采用模拟实验的方
9、法得出了不同信号周期条件下的流量延误关系，如图 1 所示，其中，干线绿信比为 0.55，干线道路为三车道，外侧为右转专用道。由上面分析得，若要提高服务水平识别的灵敏度，需采用平均延误作为交叉口服务水平的判断依据。根据文献的研究，服务水平划分标准如表 2。表表 2 2 中国的交叉口服务水平划分标准服务水平对应值平均延误/s交通状态描述A15.0车流畅通，基本无阻B25.015.0车流基本畅通，略有阻力C315.130.0车流运行正常，有一定延误D430.150.0车流尚能正常运行，但延误已较大4E550.180.0车流处于拥挤状态，延误很大F680.0车流已超饱和，常处于阻塞状态我们课题组在对上
10、海市内环高架四平路、广中路和逸先高架曲阳路等下匝道 调研过程中发现，下匝道交叉口下匝方向进口道一般平均延误很大，在高峰期左转车辆需经过两次以上排队才能经过交叉口，严重时车辆排队一直延伸到匝道乃至高架主线，这主要是由于前文所述的下匝道交叉口是连续车流与间断车流的变化点，没有上游交叉口“拦截”所至。因而，如果按表 2 将 80s 以上的延误划分为一个等级可能对这类交叉口的影响度计算带来较大的误差。当然，在饱和流的情况下，增大信号控制周期可以在一定程度上减少平均延误，但对于城市主干道交叉口来说，为提高通过能力，基本都采用较大的控制周期，所以用增大周期的方法减少主干道交叉口的延误已“余力不足” ，因此
11、，为了较准确地反映匝道对交叉口的影响度，论文参照以往的划分方法，并结合我国公安部关于交通堵塞行业标准之规定6，对延误较大的交叉口进口道流向（比如下匝道交叉口下匝方向进口道左转）基于延误的“服务水平”进行了重新界定，各级“服务水平”的建议分隔限值如表 3，为了与其它交叉口一致，仍分为六级。但需要说明，这种界定只是为了比较合理地计算交叉口影响度，并不作为评价交叉口服务水平的依据，而对于路网交叉口服务水平的评价应按统一标准（表 2）实施。表表 3 3 大延误交叉口进口道流向“服务水平”界定服务水平对应值平均延误/s交通状态描述A110车流畅通，有时略有阻力B210.130车流运行正常，延误较小C33
12、0.165车流尚能正常运行，延误已较大D465.1110车流处于拥挤状态，延误很大E5110.1180车流已超饱和，常处于阻塞状态F6180.0车流严重超饱和，处于堵塞或严重堵塞状态在具体的计算中，若某交叉口在有匝道车流的情况下某进口道流向延误大于 120s，就应按表 3 计算其在有、无匝道车流情况下的服务水平对应值，并以此作为计算影响度的依据。如前述，交叉口不同进口道延误是不同的，同一进口道不同流向的延误也是不同的，而且相差可能较大，所以首先需计算各进口道流向的影响度，再用流量加权得到交叉口影响度，交叉口进口道流向影响度的体计算公式为：5sdSSsdSSIcijcijcijcij cij12
13、0,120,0101式中，：交叉口第 i 个进口道第 j 个流向的影响度；cijI：延误小于 120s 时，有、无匝道车流交叉口第 i 个进口道10 cijcijSS ，第 j 个流向服务水平对应值，由表 2 查得；：延误大于 120s 时，有、无匝道车流交叉口第 i 个进口道10 cijcijSS ，第 j 个流向服务水平对应值，由表 3 查得；交叉口第 i 个进口道影响度的计算公式为： jijjijcijciQQI I交叉口道影响度的计算公式为： ijijijijcijcQQI I两式中，：交叉口第 i 个进口道第 j 个流向的流量，其它符号意义同前。ijQ2.3 局部路网影响度的计算匝道
14、对局部路网影响度的计算，可采用以下两种方法。方法一：用局部路网的评价方法分别评价出有、无匝道车流情况下局部路网的服务水平，两种情况下服务水平的差异就是局部路网的影响度。但对于局部路网特别是由不同等级道路组成的局部路网的评价，目前还没有像路段、交叉口服务水平评价那样有比较统一的认识，文献给出了一种方法，供参考。方法二：用上述设施级的影响度计算匝道对局部路网的影响度，这种方法不但概念明确，而且可以得出路网内各设施影响度的变化梯度及其对路网影响度的贡献。下面给出计算方法： jjjjcjiii isinQQIQQI I21式中：匝道对局部路网的影响度；nI：第 i 个路段的影响度，i0，m，m 为局部
15、路网路段数；siI：第 j 个交叉口的影响度，j0，n，n 为局部路网交叉口数；cjI6：权重，可由下面方程得出：21, 2121 /1式中：为局部路网路段平均 V/C 与交叉口平均 V/C 的比值，简要计算可采用代表性路段和交叉口 V/C 的比值或以往的调查值。2.4 影响度范围的划定高架匝道的交通量使路段和交叉口原有交通运行状况改变到一定程度之后,才认为该路段的交通受到了开发设施的显著影响，这就涉及到阈值的问题，必须根据交通工程的基本理论来确定一个恰当的阈值指标，以判断开发设施是否影响了某一路段或交叉口的交通运行状况。按前文论述的路段和交叉口服务水平的分析方法，论文考虑，路段或交叉口的服务
16、水平变化了一个等级就认为该路段或交叉口受到了影响，应该划在影响范围内，这样，就确定了匝道影响的局部路网范围，当然，该影响范围网络结构有可能不是连通图。1.3 影响度的含义路段的影响度 Is：指有、无匝道局部路网各路段基于 V/C 的服务水平等级的变化值。比如，不设置匝道某路段服务水平为 B 级，设置匝道后其服务水平为 C 级，则匝道对该路段的影响度为 1。交叉口的影响度 Ic：指有、无匝道局部路网各交叉口基于延误的服务水平等级的变化值。对于一个交叉口的进口道不同流向（左转、直行、右转）的延误一般是不同的，所以，在计算交叉口的影响度应按不同的流向分别计算，对于四肢交叉口可按左、直、右区分，而对于三肢或多于四肢的交叉口，可将每个流向按从左至右顺时针编号区分。局部路网的影响度 In：是指高架匝道设置给地面局部路网交通状况带来变7化的程度。其较准确地反映了由
