城市核心區(qū)地下環(huán)路功能及出入口設(shè)置研究

邢冬冬，黃 俊，盧志飛，楊 奎

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210019)

高密度城市核心區(qū)地下環(huán)路(以下簡(jiǎn)稱“城市地下環(huán)路”)是服務(wù)于城市核心區(qū)車輛到發(fā)的地下專用道，其將城市核心區(qū)各地下車庫(kù)串聯(lián)起來，一方面作為地下車庫(kù)聯(lián)絡(luò)道，集散車輛到發(fā)，另一方面發(fā)揮著分流地面交通、緩解地面交通壓力的作用[1-2]。城市地下環(huán)路上承城市干道系統(tǒng)，下接地下車庫(kù)，是連接快、慢交通，解決城市核心區(qū)交通問題的重要設(shè)施。城市地下環(huán)路系統(tǒng)可分為環(huán)路主線和出入口，其中出入口包括聯(lián)絡(luò)主線與地下車庫(kù)的內(nèi)出入口和聯(lián)絡(luò)主線與地面道路的外出入口[3]。對(duì)城市地下環(huán)路功能定位的分析，有助于明確地下環(huán)路建設(shè)的意義，指導(dǎo)城市地下環(huán)路主線的規(guī)劃布局和合理化建設(shè)[4]。城市地下環(huán)路不同于環(huán)狀地下快速路，與一般城市地下道路也有所區(qū)別，其本質(zhì)是服務(wù)小汽車到發(fā)的專用地下道路，具有服務(wù)范圍有限、主線成環(huán)、車輛行駛速度較低、出入口密集等特點(diǎn)[5]。因此，根據(jù)《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 221—2015)[6]進(jìn)行地下環(huán)路設(shè)計(jì)往往難以達(dá)到預(yù)期效果。

城市地下環(huán)路出入口設(shè)置的合理性很大程度上決定了地下環(huán)路的使用效率，但我國(guó)現(xiàn)有地下環(huán)路出入口的設(shè)計(jì)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，出入口數(shù)量和間距控制也處于起步階段，現(xiàn)有部分城市地下環(huán)路利用率未達(dá)預(yù)期，在一定程度上也造成了地下空間資源的浪費(fèi)。出入口設(shè)置的不合理將造成地下環(huán)路交通組織復(fù)雜、停車線路混亂，對(duì)地面交通也會(huì)造成不良影響?，F(xiàn)有研究主要探討了城市地下環(huán)路出入口的銜接模式、交通組織和位置布置等問題[7-9]，但對(duì)于地下環(huán)路出入口數(shù)量和最小間距等控制指標(biāo)的設(shè)置尚不明確，難以指導(dǎo)地下環(huán)路相關(guān)設(shè)計(jì)。

綜上所述，城市地下環(huán)路出入口的設(shè)置應(yīng)綜合考慮地下環(huán)路規(guī)模、地面交通現(xiàn)狀、居民出行習(xí)慣等因素。因此，本文開展城市地下環(huán)路出入口數(shù)量和最小間距等指標(biāo)的研究，旨在為城市地下環(huán)路規(guī)劃、設(shè)計(jì)提供依據(jù)與參考。

1 地下環(huán)路功能

城市地下環(huán)路作為解決城市核心區(qū)交通問題的重要地下設(shè)施，不僅具有改善交通的功能，還在市政、樞紐、商業(yè)、人防等方面發(fā)揮著獨(dú)特作用。城市地下環(huán)路功能如圖1所示。城市地下環(huán)路的交通功能主要體現(xiàn)在整合停車資源、分流地面交通和集散到發(fā)交通等。

圖1 城市地下環(huán)路功能

我國(guó)部分地下環(huán)路服務(wù)停車位數(shù)量統(tǒng)計(jì)如圖2所示。我國(guó)絕大多數(shù)地下環(huán)路服務(wù)停車位大于5 000 個(gè)，為區(qū)域提供了充足的停車資源。

圖2 我國(guó)部分地下環(huán)路服務(wù)停車位數(shù)量統(tǒng)計(jì)(單位：個(gè))

城市地下環(huán)路增加了區(qū)域內(nèi)部路網(wǎng)容量，分流了部分進(jìn)出地下停車場(chǎng)的社會(huì)車輛，而且地下環(huán)路的抗干擾能力較強(qiáng)，不易受到外界惡劣環(huán)境的影響，無須等待紅綠燈。因此，地下環(huán)路在改善地面交通的同時(shí)，保證了車輛通行的連續(xù)性。城市地下環(huán)路不僅優(yōu)化了地面道路設(shè)置，也為地下空間整合利用提供了新的解決方案。

城市地下環(huán)路可與市政綜合管廊等項(xiàng)目共同建設(shè)，以提高地下空間資源的利用率，使原本受制于前期投入的市政項(xiàng)目擁有更高的優(yōu)先級(jí)，對(duì)城市建設(shè)起到促進(jìn)作用。此外，對(duì)地下空間資源非常有限的老城區(qū)改造工程而言，地下環(huán)路的頂部空間可以分擔(dān)部分市政功能，避免單獨(dú)建立綜合管廊對(duì)地下空間造成侵占。除綜合管廊外，地下環(huán)路建設(shè)所產(chǎn)生的夾層也可為地下倉(cāng)儲(chǔ)、地下物流廊道、小型文娛活動(dòng)場(chǎng)所等提供空間。

在城市大型交通樞紐區(qū)域設(shè)置地下環(huán)路，可以起到聯(lián)系對(duì)外交通、輔助市內(nèi)換乘的作用。地下環(huán)路對(duì)周邊商業(yè)也能起到促進(jìn)作用：一方面，地下環(huán)路與地下車庫(kù)相結(jié)合，可以發(fā)展收費(fèi)停車、洗車等附屬服務(wù)；另一方面，地下環(huán)路通過共享停車資源，串聯(lián)地下空間，可以平衡整片區(qū)域的商業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域間客流的調(diào)劑功能。此外，地下環(huán)路在戰(zhàn)時(shí)將承擔(dān)一定的人防功能，方便應(yīng)急疏散和物資轉(zhuǎn)移，發(fā)揮防空專業(yè)隊(duì)功能。

2 地下環(huán)路出入口設(shè)置

2.1 外出入口設(shè)置

城市地下環(huán)路主線車道數(shù)一般由地下環(huán)路聯(lián)系的車庫(kù)停車位總數(shù)、車庫(kù)平均周轉(zhuǎn)率、停車高峰小時(shí)系數(shù)和車輛進(jìn)出比例系數(shù)等結(jié)合單車道理論通行能力計(jì)算獲得。主線車道數(shù)與環(huán)路聯(lián)系車庫(kù)停車位總數(shù)、主線設(shè)計(jì)車速密切相關(guān)。地下環(huán)路外出入口匝道的通行能力與主線通行能力計(jì)算方法相同，但匝道往往縱坡較大，單車道實(shí)際通行能力計(jì)算應(yīng)增加折減系數(shù)，通常取0.8。

地下環(huán)路外出入口與地面道路相連，受地面道路整體寬度影響，出入口宜設(shè)置為單車道模式。因此，結(jié)合環(huán)路主線通行能力和外出入口通行能力，可將地下環(huán)路外出入口數(shù)量計(jì)算公式修正為

(1)

式中，N1為環(huán)路出入口數(shù)，個(gè)；Qi為地下環(huán)路聯(lián)系的單個(gè)車庫(kù)停車位數(shù)量，個(gè)；ui為車庫(kù)平均停車位利用率，%，一般取50%～60%；ti為停車位周轉(zhuǎn)率，%，一般取50%～60%；Pi為車輛進(jìn)出比例系數(shù)，一般取2；C1為出入口單車道理論通行能力，pcu/h/ln；m為出入口單向平均車道數(shù)，個(gè)，一般取1個(gè)。地下環(huán)路外出入口匝道理論通行能力[10]如表1所示。

表1 地下環(huán)路外出入口匝道理論通行能力

通過收集我國(guó)已建成與規(guī)劃中的四十多個(gè)地下環(huán)路案例，對(duì)部分地下環(huán)路的出入口數(shù)量設(shè)置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過式(1)計(jì)算獲得地下環(huán)路出入口數(shù)理論區(qū)間，并與實(shí)際地下環(huán)路出入口數(shù)進(jìn)行對(duì)比，地下環(huán)路外出入口理論計(jì)算區(qū)間與實(shí)際值分布如圖3所示。部分地下環(huán)路外出入口數(shù)未達(dá)到理論計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，其原因可能是地面交通環(huán)境的限制。

圖3 地下環(huán)路外出入口理論計(jì)算區(qū)間與實(shí)際值分布

地下環(huán)路外出入口數(shù)與服務(wù)車位數(shù)相關(guān)關(guān)系如圖4所示。

圖4 地下環(huán)路外出入口數(shù)與服務(wù)車位數(shù)相關(guān)關(guān)系

由圖4可知，外出入口數(shù)與服務(wù)車位數(shù)整體呈負(fù)指數(shù)分布，隨著地下環(huán)路服務(wù)車位數(shù)的增多，理論上應(yīng)設(shè)置更多的外出入口，但受制于地面道路分布，外出入口數(shù)量不宜設(shè)置過多。地下環(huán)路外出入口數(shù)最少為4個(gè)(2進(jìn)2出)，當(dāng)?shù)叵颅h(huán)路服務(wù)車位數(shù)大于10 000個(gè)時(shí)，外出入口數(shù)不宜超過14個(gè)(7進(jìn)7出)。地下環(huán)路外出入口平均間距與服務(wù)車位數(shù)相關(guān)關(guān)系如圖5所示。

圖5 地下環(huán)路外出入口平均間距與服務(wù)車位數(shù)相關(guān)關(guān)系

由圖5可知，外出入口平均間距與服務(wù)車位數(shù)整體呈指數(shù)分布，隨著地下環(huán)路服務(wù)車位數(shù)的增加，外出入口平均間距減小?？紤]到環(huán)路主線車輛的通行效率，外出入口間距不宜過小，我國(guó)現(xiàn)有地下環(huán)路外出入口平均間距為150～400 m。

地下環(huán)路服務(wù)車位數(shù)通常為5 000～25 000個(gè)，根據(jù)上述規(guī)律，地下環(huán)路外出入口合理設(shè)置數(shù)為5～12個(gè)，平均間距為180～350 m。在實(shí)際工程中應(yīng)綜合考慮周邊環(huán)境的影響，合理布置地下環(huán)路外出入口。

城市道路根據(jù)其在路網(wǎng)中的地位、交通功能和對(duì)沿線的服務(wù)功能，可以分為快速路、主干路、次干路和支路4個(gè)等級(jí)。城市快速路設(shè)計(jì)速度為80～100 km/h，且出入口、交叉點(diǎn)嚴(yán)格控制。因此，城市地下環(huán)路的外出入口一般不與快速路相連[9]。地下環(huán)路外出入口連接地面道路等級(jí)統(tǒng)計(jì)如圖6所示。

圖6 地下環(huán)路外出入口連接地面道路等級(jí)統(tǒng)計(jì)

由圖6可知，地下環(huán)路外出入口以連接城市次干路為主。城市主干路與地下環(huán)路主線的設(shè)計(jì)速度相差較大，車輛進(jìn)出需要經(jīng)過較長(zhǎng)的加速段，且易造成主干路擁堵。城市支路與地下環(huán)路主線的設(shè)計(jì)車速較接近，但支路一般車道數(shù)較少，額外設(shè)置地下環(huán)路出入口將占用有限的路面空間。因此，地下環(huán)路外出入口宜與城市次干路相連。地下環(huán)路外出入口在路網(wǎng)中的布置位置對(duì)整個(gè)路網(wǎng)的服務(wù)水平和地下車庫(kù)的疏散能力均有較大影響。通常情況下，為減少對(duì)地面道路周邊地塊的影響，地下環(huán)路出入口匝道宜獨(dú)立布置，且保持一定的間距。

2.2 內(nèi)出入口設(shè)置

現(xiàn)有地下環(huán)路案例中，內(nèi)出入口設(shè)置主要受地下環(huán)路服務(wù)地塊分布情況的影響，地下環(huán)路內(nèi)出入口數(shù)與地塊數(shù)相關(guān)關(guān)系如圖7可知。內(nèi)出入口通常為雙向行駛，設(shè)置于環(huán)路主線兩側(cè)。當(dāng)環(huán)路內(nèi)出入口過多時(shí)，一方面可能增加地下環(huán)路工程造價(jià)和施工難度，另一方面可能對(duì)地下環(huán)路主線的通行條件產(chǎn)生不利影響。

圖7 地下環(huán)路內(nèi)出入口數(shù)與地塊數(shù)相關(guān)關(guān)系

地下環(huán)路內(nèi)出入口與地塊對(duì)應(yīng)關(guān)系的3種布置形式為：①內(nèi)出入口與地塊一一對(duì)應(yīng)；②多個(gè)相鄰地塊之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)道共用同一內(nèi)出入口；③同一地塊設(shè)置多個(gè)內(nèi)出入口。內(nèi)出入口數(shù)與地塊數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖8所示。

(a) 內(nèi)出入口數(shù)=地塊數(shù)

(b) 內(nèi)出入口數(shù)<地塊數(shù)

(c) 內(nèi)出入口數(shù)>地塊數(shù)圖8 內(nèi)出入口數(shù)與地塊數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

對(duì)于地塊分布和地下車庫(kù)規(guī)模較均勻的地下環(huán)路，其內(nèi)出入口應(yīng)根據(jù)地塊分區(qū)情況對(duì)應(yīng)布置[圖8(a)]；當(dāng)?shù)貕K分布較密集、地下車庫(kù)規(guī)模較小時(shí)[圖8(b)]，間距過短、排列密集的內(nèi)出入口不利于車輛的正常行駛，在設(shè)計(jì)地下車庫(kù)時(shí)，應(yīng)設(shè)置車庫(kù)間聯(lián)絡(luò)通道，以減少地下環(huán)路內(nèi)出入口數(shù)；當(dāng)?shù)叵颅h(huán)路服務(wù)區(qū)間內(nèi)存在較大地塊、單一地下車庫(kù)規(guī)模較大時(shí)[圖8(c)]，為提升地下車庫(kù)車輛到發(fā)效率，可設(shè)置多個(gè)內(nèi)出入口，通常設(shè)置2個(gè)內(nèi)出入口。

本文統(tǒng)計(jì)了部分地下環(huán)路內(nèi)出入口數(shù)與外出入口數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，內(nèi)出入口數(shù)與外出入口數(shù)相關(guān)關(guān)系如圖9所示。

圖9 內(nèi)出入口數(shù)與外出入口數(shù)相關(guān)關(guān)系

由圖9可知，地下環(huán)路內(nèi)、外出入口數(shù)在總體上呈線性變化趨勢(shì)。通過案例分析，地下環(huán)路外出入口一般不少于4個(gè)(2進(jìn)2出)，對(duì)應(yīng)內(nèi)出入口數(shù)為11個(gè)。因此，地下環(huán)路主線外出入口為4個(gè)時(shí)，內(nèi)出入口不宜超過11個(gè)。當(dāng)?shù)叵颅h(huán)路內(nèi)外出入口數(shù)比值過小時(shí)，一方面可考慮增設(shè)內(nèi)出入口，提高地下車庫(kù)車輛到發(fā)效率，另一方面可減少外出入口數(shù)，以節(jié)約建設(shè)成本。當(dāng)?shù)叵颅h(huán)路內(nèi)外出入口數(shù)比值過大時(shí)，可設(shè)置車庫(kù)間聯(lián)絡(luò)通道，進(jìn)而減少內(nèi)出入口的設(shè)置數(shù)量。

2.3 地下環(huán)路出入口最小間距設(shè)置

地下環(huán)路出入口相對(duì)位置關(guān)系示意如圖10所示。本文未考慮雙側(cè)不設(shè)置出入口的情況，總結(jié)地下環(huán)路相鄰出入口的交通流特點(diǎn)，歸納得到出-出、入-入、出-入、入-出4種形式。

圖10 地下環(huán)路出入口相對(duì)位置關(guān)系示意

地下環(huán)路相鄰出入口交通組織關(guān)系[11]如圖11所示，L為最小間距標(biāo)準(zhǔn)值。

(a) 出-出

(b) 入-入

(c) 出-入

(d) 入-出圖11 地下環(huán)路相鄰出入口交通組織關(guān)系

根據(jù)《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 221—2015)[6]的要求，出入口間距應(yīng)考慮安全停車視距、接入口識(shí)別視距、交通標(biāo)志設(shè)置距離和車輛變道距離等因素，通常情況下以駕駛員反應(yīng)時(shí)間為參考確定最小間距[2]。根據(jù)《城市道路交叉口設(shè)計(jì)規(guī)程》(CJJ 152—2010)[11]中對(duì)駕駛員辨認(rèn)標(biāo)志和汽車移向臨近車道所需時(shí)間的規(guī)定，本文的最低反應(yīng)時(shí)間取10 s。

對(duì)于出-出、入-入兩種形式的出入口，采用正常行駛速度下行駛10 s的距離作為最小間距控制標(biāo)準(zhǔn)。出-入、入-出兩種形式的出入口，可分別取標(biāo)準(zhǔn)值L的0.5倍和1.5倍。由于內(nèi)出入口多為雙向車道設(shè)置，實(shí)際地下環(huán)路中相鄰出入口交通組織關(guān)系多為出-出、入-入、入-出3種形式。通過調(diào)查，相鄰內(nèi)出入口之間入-出形式較少，且當(dāng)車輛從車庫(kù)出發(fā)后立即進(jìn)入相鄰車庫(kù)時(shí)，其行駛速度較低。因此，相鄰內(nèi)出入口的最小間距取值可以僅考慮出-出、入-入形式。地下環(huán)路主線出入口最小間距設(shè)計(jì)建議值如表2所示。

表2 地下環(huán)路主線出入口最小間距設(shè)計(jì)建議值 (m)

3 結(jié)論

城市地下環(huán)路將區(qū)域內(nèi)地下車庫(kù)串聯(lián)在一個(gè)閉環(huán)內(nèi)，共享停車資源，為車輛提供“最后一公里”點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)，顯著提高車輛進(jìn)出地下車庫(kù)的效率，同時(shí)減小對(duì)地面交通的影響。本文基于文獻(xiàn)調(diào)研和案例分析，在總結(jié)城市地下環(huán)路特點(diǎn)及功能的基礎(chǔ)上，分析了地下環(huán)路內(nèi)、外出入口設(shè)置特性，對(duì)出入口數(shù)量、布局和最小間距等指標(biāo)提出建議，主要結(jié)論如下：

(1) 城市地下環(huán)路具有整合停車資源、分流地面交通、集散車輛到發(fā)、保障極端環(huán)境交通正常運(yùn)行等作用，同時(shí)在市政、樞紐、商業(yè)和人防等方面發(fā)揮獨(dú)特功能，為城市地下空間建設(shè)提供新思路。

(2) 本文提供了外出入口數(shù)與環(huán)路服務(wù)車位數(shù)之間的預(yù)測(cè)公式，對(duì)不同規(guī)模地下環(huán)路的外出入口數(shù)提出合理建議，地下環(huán)路外出入口數(shù)宜控制在4～14個(gè)，且以連接地面次干路為主布置。

(3) 地下環(huán)路內(nèi)出入口設(shè)置主要受地塊數(shù)和布局的影響，同時(shí)需考慮內(nèi)、外出入口的數(shù)量關(guān)系。通過回歸分析計(jì)算地下環(huán)路內(nèi)出入口數(shù)與外出入口數(shù)的合理比例，當(dāng)不滿足內(nèi)、外出入口的數(shù)量關(guān)系時(shí)，可考慮設(shè)置車庫(kù)間聯(lián)絡(luò)道或增加單一車庫(kù)出入口的方式，將地下環(huán)路內(nèi)出入口總數(shù)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

(4) 基于現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)道路交叉口的最小間距規(guī)定，并結(jié)合地下環(huán)路的交通和布局特點(diǎn)，提出了城市地下環(huán)路出入口的最小間距建議值，當(dāng)設(shè)計(jì)車速為20 km/h時(shí)，相鄰內(nèi)出入口間距應(yīng)不小于60 m，外出入口與相鄰出入口間距不小于90 m；當(dāng)設(shè)計(jì)車速為30 km/h時(shí)，相鄰內(nèi)出入口間距應(yīng)不小于90 m，外出入口與相鄰出入口間距不宜小于130 m。