城市路網復雜節點的“組合- 層次”設計方法

羅 強

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092]

0 引 言

隨著社會經濟的發展，居民日出行量和出行距離不斷增長。在此形勢下，城市路網呈現出以下兩個典型特征：一是城市路網結構組成的多元化，高、快速道路逐漸成為城市解決交通擁堵問題的有效手段；二是城市道路建設的集約化，受城市建設用地制約，通道資源越發稀缺，不同等級道路共用走廊，復合通道的建設思路在工程領域越來越受到青睞。

上述城市路網的發展途徑在為居民出行提供便利的同時，也為工程建設帶來了巨大的挑戰，主要體現在：

（1）不同等級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交通組織的難度。

（2）集約化的建設思路在節約土地資源的同時，大大增加了路網尤其是節點（包括平面交叉、立體交叉）的系統復雜程度。

（3）復雜的道路節點通常意味著高昂的造價，工程建設人員需要在建設條件、交通功能、建設規模、工程投資等方面進行綜合平衡。

針對以上挑戰，迫切需要一套行之有效的思路和方法，在有限的空間內，統籌安排高、快速道路，普通干路等多種交通流向的轉換關系，從而從系統的角度發揮路網整體最大效益。本文結合工程實例，探討針對城市路網復雜節點的“組合- 層次”設計方法，以供相關人員參考。

1 城市路網復雜節點“組合-層次”設計方法

1.1 相關概念

1.1.1 城市路網系統分類和轉換關系

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以及由普通干路、支路組成的慢速交通系統[1]，兩大交通系統既相對獨立，又密切聯系。

快速、慢速交通系統之間形成三組交通轉換關系：快-快轉換、快-慢轉換、慢-慢轉換。承擔系統轉換關系的空間結構物稱之為交通節點。互通立交、出入口匝道、平面交叉口是對應于上述三種交通轉換關系的主要交通節點形式。圖1 為城市路網兩個系統和三種轉換關系示意圖。

圖1 城市路網兩個系統和三種轉換關系示意圖

1.1.2 復雜交通節點的定義

交通節點是城市路網系統的瓶頸，節點的效率在某種程度上制約著整個系統的通行能力和服務水平的發揮。

鑒于當前眾多城市通道集約化建設的思路，（高）快速路網節點包含的交通轉換關系通常不止一種，往往是復合的。本文研究的所謂復雜節點，即特指在路網中，包含上述快速、慢速兩個交通系統，并復合兩種以上轉換功能的交通節點。圖2 為復雜節點示意圖。

圖2 復雜節點示意圖

1.2 “組合-層次”設計方法主要思路

城市路網復雜節點通常具有交通轉換關系復雜、空間布局緊湊、造價高昂等特征，本文提出的“組合- 層次”分析方法有助于從系統角度使建設人員廓清思路，對于各種復雜交通轉換關系做到密而不漏、整體最優。

（1）組合分析

城市路網不同于公路網，其節點間距通常較小，對于復雜節點，通常會“牽一發而動全身”。因此，對于復雜節點，有必要擴大研究范圍，對其上下游受到影響的節點一并納入進行組合分析研究，但研究范圍不宜一概而論，應根據實際條件具體而定。組合分析的最大優勢在于：可以將復雜節點的問題放在組合中進行整體把握，進而在一個更大的空間維度分解問題、簡化問題、解決問題。組合分析通常可以使得組合中每個交通節點的功能更加單一，從而使得路網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，但從系統的角度往往可以得到最大的效益。

（2）層次分析

在復雜節點的定義中，包含了快速、慢速兩個交通系統的概念。快速交通系統中包含了高速公路、快速路、交通性主干路等道路類型，慢速交通系統則包含了服務性主干路、次干路、支路等類型。事實上，在一個復雜的道路節點里，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，針對復雜道路節點，有必要引入“層次”分析的理念，區分不同層次道路的銜接需求，界定不同層次道路的接入標準，逐層分合流、轉向，避免跨層次交通組織引發的交通紊亂，確保交通流轉向多而不亂、進出有序。

（3）組合-層次分析

上述兩種分析方法，一個是在空間維度將復雜節點交通問題進行了分解，一個則是在系統維度將多種交通轉換關系進行了分層。實踐中，有必要將兩種分析方法結合使用，在取得系統整體最優的同時，又不至于忽略某些重要的交通轉換流向。

2 應用實例

2.1 工程背景

近年來，惠州市作為粵港澳大灣區的重要城市，加快了城市骨干路網的建設步伐。目前，惠州中心城區的路網骨架結構總體表現為“環+放射線”結構。

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；城市內部由三環路、四環路形成快速道路環；惠州大道、惠澳大道等交通性主干路承擔了放射線的功能。圖3為惠州中心城區骨干路網格局。

圖3 惠州中心城區骨干路網格局

（規劃）四環東路為本次研究對象。四環東路是惠州四環路的東環，為城市快速路，設計車速80 km/h，全長約20 km，位于惠州市東部區域，沿線串聯水口、馬安等發展組團，共設置10 個互通立交。

受城市建設用地和地形制約，四環東路在馬安鎮和現狀惠大高速共走廊進行建設。四環東路以橋梁斷面分幅設置在惠大高速兩側（見圖4、圖5），共線長度約5 km，建設條件較為復雜。

圖4 四環東路- 惠大高速共走廊段平面示意圖

圖5 四環東路- 惠大高速共走廊斷面圖（單位：m）

2.2 建設條件

（規劃）四環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“復雜節點”定義。對該節點的建設條件介紹如下（見圖6）。

圖6 四環東路- 惠大高速共走廊段建設條件示意圖

2.2.1 現狀道路設施

（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、大亞灣地區的一條高速公路。

惠大高速在現狀交通性主干道——惠州大道、惠澳大道處各設置一處收費站，為主城區進出高速路網提供服務。同時，在馬安鎮南端與在建河惠莞高速設置互通立交一座。

（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，往東向惠東、機場方向延伸。

惠大高速在與惠州大道相交節點處設置一處菱形立交和收費站。

（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，往南連接惠陽、澳頭和大亞灣地區。

惠大高速在惠澳大道南向設置一處收費站。

2.2.2 擬建（規劃）道路設施

（1）（規劃）四環東路

四環東路為城市快速路，雙向8 車道，擬以橋梁斷面分幅設置在惠大高速兩側。

（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南形成一處互通立交。

（3）（規劃）機場高速

機場高速往西與惠大高速相交，并設置T 型互通立交，往東通往惠州平潭機場。

2.3 設計思路

應用“組合-層次”設計方法對本節點進行研究。

2.3.1 組合分析

四環東路和惠大高速共走廊段內，四環東路分別與惠大高速、惠州大道、機場高速、惠澳大道形成節點，各個節點之間存在一定程度的相互關聯，因此，有必要將上述多個交通節點作為一個組合進行綜合研究。此外，由于惠大高速與擬建的河惠莞高速、機場高速節點也在本組合范圍之內，因此將其一并納入組合之中進行研究。

通過組合分析，可以賦予每個立交節點不同且單一的轉換功能，從而避免在同一個節點上疊加功能，造成交通紊亂。同時，結合本節點組合中包含收費道路和不收費道路的實際情況，在組合分析時，將收費節點和不收費節點空間分離，確保高速公路系統和城市道路系統之間互不干擾。

2.3.2 層次分析

本節點分布有高速公路、快速路、主干路等多級道路。為避免交通流紊亂，制定分清層次、逐級分流的層次設計思路，按照高速公路—快速路—主干路交通逐級分合流邏輯（見圖7）進行交通組織。

圖7 逐級分合流邏輯關系圖

按此思路，本節點需要解決的交通轉換關系分別是：

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

（2）高速公路與快速路之間的轉換，主要是惠大高速與四環東路之間、機場高速與四環東路之間、河惠莞高速與四環路之間的轉換；

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

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”這一轉換層次涉及到三條高速公路與快速路之間的轉換，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生交通轉換關系，而是可以通過組合分析的方法將三條高速公路先進行互通轉換，再將一條或兩條高速公路與快速路進行互通轉換，從而實現高速公路網和快速路網整體連通的目的。

2.4 設計方案

應用上述設計思路，對本組合中的各個節點進行設計，共形成6 個立交節點。

（1）立交一：四環東路-惠大高速（見圖8）

圖8 立交一

立交形態：雙喇叭全互通立交，設收費站。

功能定位：按照高速公路- 快速路- 主干路交通逐級分合流的交通組織思路，解決惠大高速和四環東路之間的連通，實現惠大高速與城市快速路網銜接的目的，取代現有惠大高速- 惠州大道收費站功能。

（2）立交二：四環東路-惠州大道（見圖9）

圖9 立交二

立交形態：菱形立交，同時拆除現有惠大高速在惠州大道處的菱形立交和收費站。

功能定位：解決四環東路和主干路網之間的連通，服務馬安鎮區域路網的快速出行。

（3）立交三：四環東路- 機場高速（聯絡匝道）（見圖10）

圖10 立交三

立交形態：T 型全互通立交，設收費站。

功能定位：解決機場高速和四環東路之間的連通，實現機場高速接入城市快速路網的目的。

（4）立交四：惠大高速-機場高速（見圖11）

圖11 立交四

立交形態：單喇叭互通立交。

功能定位：解決惠大高速- 機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：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）立交六：四環東路和惠澳大道（見圖13）

圖13 立交六

立交形態：苜蓿葉全互通立交。

功能定位：a.解決四環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域交通流進出四環路服務；b.通過該立交以及惠大高速-惠澳大道收費站，解決惠大高速南部交通與四環路之間的快速連通。

2.5 方案功能評估

鑒于本組合立交節點多，為避免缺失重要交通轉向設計，對上述設計方案功能進行評估。

2.5.1 高速公路間轉換實現路徑

（1）機場高速與惠大高速：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 高速公路與四環東路轉換實現路徑

（1）惠大高速與四環東路：立交一（全互通）、立交六（全互通）。

（2）機場高速與四環東路：立交三（T 型全互通）。

（3）河惠莞高速與四環東路：通過節點組合中的立交五+ 立交一實現互通轉換，轉換路徑為河惠莞高速—惠大高速—四環東路。

2.5.3 快速路與城市主干路之間的轉換實現路徑

（1）四環路與惠州大道：立交二（全互通）。

（2）四環路與惠澳大道：立交六（全互通）。

經過評估，可以發現，上述方案實現了高速公路、快速路、城市干路之間的互通轉換，且每個立交節點的功能較為單一，基本上只承擔高速公路- 快速路- 主干路轉換關系中的一種，層次清晰、流向明確。

3 結 語

四環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，是典型的復雜交通節點。通過本文提出的“組合- 層次”分析方法，厘清了節點內錯綜復雜的轉換關系，明晰了每個節點的功能定位，從而實現了節點內交通流有序轉向的設計目的，可供類似工程建設人員參考。