熊文華 林 思

（1.廣州市交通規(guī)劃研究院 廣州510030；2.佛山市交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心 廣東 佛山528011）

0 引 言

交通影響評(píng)估工作是提高城市土地開(kāi)發(fā)利用科學(xué)性和合理性的重要手段之一。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)城市已越來(lái)越重視交通影響評(píng)估工作，尤其像廣州等大城市已將此工作納入城市規(guī)劃管理的主要環(huán)節(jié)。但如何確定城市道路兩側(cè)的建筑物出口與道路連接處的通行能力，歷來(lái)是交通影響評(píng)估研究的難點(diǎn)所在。國(guó)外的相關(guān)研究中，以美國(guó)的研究工作最具代表性。從文獻(xiàn)［1-4］可以看出，美國(guó)主要是利用出入口管理手冊(cè)（access management manual，AM）對(duì)大型公共建筑機(jī)動(dòng)車出入口交通問(wèn)題進(jìn)行研究，其研究對(duì)象為各級(jí)道路的出入口。但美國(guó)主要是通過(guò)對(duì)開(kāi)發(fā)地塊通道和交叉口的有效治理來(lái)保證道路出入口交通的安全與順暢，對(duì)建筑物出入口到底能夠有多少車流可以插入到主路的研究并不多。在國(guó)內(nèi)的研究中，主要還是集中在道路路段和道路交叉口的通行能力研究等方面，如文獻(xiàn)［6］提出了系統(tǒng)的道路通行能力理論，文獻(xiàn)［7-8］對(duì)信號(hào)交叉口的插入間隙模型進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)［9-11］主要是對(duì)非信號(hào)交叉口通行能力等有所研究。上述研究對(duì)道路和交叉口的，但建筑物出口對(duì)道路交通的影響主要在于車輛通過(guò)道路車流間的交通流特性進(jìn)行了研究，對(duì)本次研究具有一定參考意義。

但建筑物出入口車流從出口匯入到道路的過(guò)程中，匯入車輛會(huì)對(duì)道路的上游車流造成干擾，從而降低上游車流通過(guò)能力；而車輛在匯入道路后，也會(huì)增加道路外側(cè)車道的流量，伴隨著道路車流量的增加，道路車流速度和道路飽和度也隨著變化，從而影響道路車流的通行。由于一直以來(lái)都忽視了對(duì)這一問(wèn)題的研究，導(dǎo)致在進(jìn)行城市道路交通影響評(píng)估時(shí)，總是難于獲得理想的效果。因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)交通界開(kāi)始針對(duì)建筑物出入口進(jìn)行研究，其中文獻(xiàn)［5］通過(guò)分析機(jī)動(dòng)車出入口的車頭時(shí)距，利用排隊(duì)論的方法建立了出入口通行能力和服務(wù)水平的模型，但該研究成果主要是為解決出入口設(shè)置的問(wèn)題，并未回答“建筑物出入口處能夠插入多少車流”這個(gè)問(wèn)題。

實(shí)際上，從幾何特征來(lái)看，建筑物出口與道路之間組成一個(gè)“T”形的交叉口形式，這與主路優(yōu)先的無(wú)信號(hào)“T”形交叉口的圖譜結(jié)構(gòu)具有一較高的相似性。因此，本次研究主要是參照主路優(yōu)先的無(wú)信號(hào)交叉口次要道路車流插入的可接受間隙理論模。但是目前的可接受插入間隙理論模型主要是針對(duì)城市道路主次干道相交路口進(jìn)行的理論研究，與城市道路兩側(cè)的建筑物出口與道路連接處的通行能力研究還存在一定的差異性。因此本文在參照主路優(yōu)先的無(wú)信號(hào)交叉口次要道路的車流插入間隙理論模型基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行修正和標(biāo)定，獲得了城市建筑物出口與道路連接處的通行能力模型，較好地解決交通影響評(píng)估存在的難于合理確定城市土地利用開(kāi)發(fā)對(duì)道路交通影響的難題。

1 可接受間隙理論模型及其局限性分析

可接受間隙理論模型主要是針對(duì)主要道路與次要道路組成的交叉口。模型假設(shè)主路車流優(yōu)先通過(guò)交叉口，即通過(guò)交叉口時(shí)不受影響，不產(chǎn)生延誤，而從離開(kāi)的車輛（次路車流）必須在交叉口前等待，只有當(dāng)主路車流出現(xiàn)足夠大的間隔，次要道路的車輛才能利用主路車流的間隙通過(guò)。在該假設(shè)下，若已知主路車流的流率及車流中車頭間隙的分布規(guī)律，則能求出次要道路在一定時(shí)段內(nèi)經(jīng)間隙插入主路車流的車輛數(shù)［4－5］。

根據(jù)上述假設(shè)可得到

式中：Q為主路車流的流量；Qm為次路車流的流量；tc為主路車流可插入臨界間隙；tf為次路車流跟隨時(shí)間，一般情況下tc＝6～8s，tf＝3～5s。

由可接受間隙理論前提假設(shè)可知，該模型應(yīng)用于建筑物出口可插入車流能力計(jì)算時(shí)，還存在以下局限性。

1）主路可接受間隙tc和次要道路車輛跟隨間隙tf是固定值，不能體現(xiàn)不同等級(jí)道路對(duì)建筑物的可插入流量的容忍差異。

2）模型假設(shè)次要道路可容納無(wú)窮多輛車排隊(duì)，即n可以為無(wú)窮大，而實(shí)際上，建筑物出口前因空間有限，可容納排隊(duì)車輛數(shù)為有限值。

2 模型的修正及參數(shù)標(biāo)定

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有模型的分析可知，建筑物出口前因空間有限，可容納排隊(duì)車輛數(shù)n為有限值，同時(shí)Q，tc等2個(gè)參數(shù)會(huì)受主路車流速度的影響而變化。因此筆者主要研究建筑出口可容納排隊(duì)車輛數(shù)n、主路車流速度對(duì)模型的影響，并加以修正。

2.1 建筑物出口可容納排隊(duì)車輛數(shù)對(duì)模型的影響分析

假設(shè)建筑物出口最多可容納n輛車排隊(duì)，則為當(dāng)主路車流間隙為t時(shí)，有k輛建筑物的車輛進(jìn)入主路 （k≤n），其概率pk（t）有

則建筑物的車輛利用間隙t進(jìn)入主路的車輛數(shù)為：

由于建筑物出口可以容納n輛車排隊(duì)，因此當(dāng)t＞tc＋ntf時(shí)，次路進(jìn)入主路車輛達(dá)到最大數(shù)n，車輛數(shù)并不會(huì)隨著主路的間隙t的增大而增加。故原推導(dǎo)公式（t）·g（t）dt應(yīng)分為2個(gè)階段，即當(dāng)tc＋（n－1）tf≤t≤tc＋ntf時(shí)，有Qm＝f（t）·g（t）dt，當(dāng)t＞tc＋ntf時(shí)，有Qm＝f（t）dt，因此建筑物出口車流Qm應(yīng)為

由上式可知，建筑物出口可容納排隊(duì)車輛數(shù)對(duì)原模型的影響系數(shù)a為 （1－e－nQtf），該系數(shù)的取值范圍小于或等于1，說(shuō)明建筑物出口的可容納排隊(duì)車輛數(shù)對(duì)原模型具有折減作用，下圖是a隨著n增大的變化情況（假設(shè)Q＝600pcu，tf＝3s）。

圖1 折減系數(shù)a隨可容納車輛數(shù)n的變化情況Fig.1 The relationship between reduction factor a and accommodate vehicle number n

2.2 主路車流速度對(duì)主路可接受間隙tc的影響分析

根據(jù)既有理論可知，主路的臨界間隙（tc）是指在主路車流中出現(xiàn)的駕駛?cè)四芙邮艿淖钚￠g隙，一般情況下，駕駛?cè)藭?huì)拒絕1個(gè)小于臨界間隙的時(shí)間間隔而接受1個(gè)大于臨界間隙的時(shí)間間隔。實(shí)際上，駕駛?cè)丝山邮艿呐R界間隙不是1個(gè)常量，它的分布函數(shù)及其參數(shù)值不能直接測(cè)量獲得，目前大多數(shù)的應(yīng)用多取其經(jīng)驗(yàn)值（大型車取10～8s，混合車取8～6s，小型車取6s）。

假設(shè)建筑物出口是右轉(zhuǎn)進(jìn)入主路，初始速度為v0，主路車流速度為v，車身長(zhǎng)度為L(zhǎng)0，主路車流行駛時(shí)最小安全間距為h（前車后懸與后車前懸之間的距離），建筑物出口車輛可匯入主路時(shí)主路車流的間距為L(zhǎng)（前車后懸與后車前懸之間的距離），次路車輛匯入主路所用時(shí)間為t。

在次路車輛匯入主路過(guò)程中，次路車輛從速度v0加速到速度v，其在主路行駛的距離為：S1

此過(guò)程中，主路前車和后車行駛的距離為：S2＝v·t

為了使建筑物出口車輛匯入主路過(guò)程中不影響主路車輛行駛，應(yīng)該滿足插入車輛與前車和后車均要保持安全距離，即：前車與插入車之間間距（前車后懸與后車前懸之間的距離）L1＝S2－S1

插入車與后車之間間距（前車后懸與后車前懸之間的距離）

得出：L≥L0＋h＋

于是得出主路車流可插入臨界間距L與主路車流速度v、次路車輛速度v0之間的關(guān)系，Lmin

若把次路車輛在插車過(guò)程中，看作是勻加速運(yùn)動(dòng)，汽車加速度為a，根據(jù)物理學(xué)定義，汽車在加速過(guò)程中有

v＝v0＋a·t得，代入上式，可得

（1）參數(shù)標(biāo)定。車輛長(zhǎng)度L0。汽車長(zhǎng)度跟汽車車型設(shè)計(jì)有關(guān)，參考規(guī)定中的機(jī)動(dòng)車尺寸如下。

表1 不同車型車長(zhǎng)參考值Tab.1 The vehicle length reference value of different types

（2）安全間距h。是指車輛在行駛過(guò)程中后車車頭與前車車尾間距離，是保證前后2車不發(fā)生追尾事故的重要參數(shù)，一般而言，前車發(fā)生制動(dòng)操作后，后車駕駛?cè)嗽陂_(kāi)始制動(dòng)前需要0.7s的反應(yīng)時(shí)間（駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間與制動(dòng)器反應(yīng)時(shí)間），因此安全間距是保證在此反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，后車不會(huì)追上前車的距離。表2是在不同速度下的安全間距要求。

表2 不同速度下車輛制動(dòng)反應(yīng)縱向安全間距情況Tab.2 The reaction safe distance with different speeds

（3）加速度a。本次定義的加速度是汽車在操作過(guò)程中的平均加速度，其大小不僅與汽車性能有關(guān)，還與在操作過(guò)程中駕駛?cè)说牟僮魇炀毘潭扔嘘P(guān)，通過(guò)在不同路段的右轉(zhuǎn)車輛匯入主路加速時(shí)間的調(diào)查，可以統(tǒng)計(jì)得出車輛在不同情況下的平均加速度，本次研究建議加速度a的取值為2.5～3.5m／s2。

表3 不同速度下車輛右轉(zhuǎn)匯入主路時(shí)間統(tǒng)計(jì)情況Tab.3 The time of turn right into the main road with different speeds

2）主路車流可插入臨界間距L的回歸分析。通過(guò)多次調(diào)查記錄主路上每個(gè)間距的大小L和在該間距中插入的車輛數(shù)，再以每輛車的可插入平均間距進(jìn)行線性回歸，得出可插入臨界間距L的觀測(cè)值，與公式推導(dǎo)的計(jì)算值（取小客車L0＝5 m，a＝3m／s2）進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表4。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，主路的可插入臨界間距隨著主路速度的增加而增加，通過(guò)回歸分析，主路不同速度的情況下，主路可插入臨界間距的觀測(cè)值與推導(dǎo)公式計(jì)算值之間的偏差范圍在10%以內(nèi)，屬于可接受偏差范圍，可見(jiàn)模型公式的建立是可接受的。

3）可接受的臨界間隙（tc）的修正。根據(jù)定義，主路可接受間隙tc是主路車流中2輛車的車頭時(shí)距，即

由以上函數(shù)關(guān)系式可知，主路車流可接受臨界間隙tc與主路車流速度（v）、次路車輛起始速度（v0）、車型（L0）和插車過(guò)程的操作（a）等因素有關(guān)。主路車流速度越大，需要的可接受臨界間隙越大；車型越大，可接受臨界間隙越大；插車過(guò)程操作越困難，需要的可接受臨界間隙越大；低速插入比停車插入通過(guò)的可接受臨界間隙小。

式中，對(duì)于停車待機(jī)通過(guò)者，若取v0＝0，a＝3m／s2，小汽車L0＝5m，則

2.3 主路車流速度與主路流量的關(guān)系對(duì)模型的影響分析

車流速度v、道路交通量流Q和交通流密度是交通流理論三大參數(shù)，車流速度與交通流量之間有著內(nèi)在的聯(lián)系，同一道路的不同流量，車流速度也不一樣，兩者關(guān)系可以用v＝v（Q）來(lái)表示。從定性上分析，車流在穩(wěn)定流范圍內(nèi)，Q越大，速度v越小。本次研究通過(guò)參照廣州模型采用的速度流量函數(shù)關(guān)系，歸納得出v與Q的定量關(guān)系式，各路段類型流量速度關(guān)系見(jiàn)表5。

另一方面，隨著建筑物的車流插入到主路，主路車流下游的流量將增加，伴隨著主路車流速度將會(huì)降低，從而進(jìn)一步影響建筑物插入的車輛數(shù)，主路車流與建筑物出口可插入車流量相互制約的過(guò)程是1個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。

表5 各路段類型的速度流量函數(shù)關(guān)系Tab.5 The V-C function relationship of different road grade

3 不同等級(jí)道路建筑物出口可插入車流能力模型

綜合以上各種情況分析可知，不同等級(jí)道路情況下建筑物出口可插入車流量是不同的，此數(shù)值與建筑物出口的可容納排隊(duì)車輛數(shù)有關(guān)，更與主要道路的車流速度有關(guān)，主路車流速度又與主路流量息息相關(guān)，會(huì)隨著主路車流量的變化而變化，綜合考慮以上各因影響因素，得出不同等級(jí)道路條件下，建筑物出口可插入車流量的計(jì)算過(guò)程如下。

第1步。根據(jù)主路的車流狀況Q，結(jié)合道路等級(jí)，根據(jù)表5中函數(shù)關(guān)系計(jì)算出主路車流速度。

第3步。根據(jù)公式Qm＝Q·（1－e－nQtf），計(jì)算出建筑物出口可插入車流量Qm1。

第4步。令Q＝Q＋Qm1，計(jì)算出建筑物出口可插入車流量初始值后，根據(jù)主路最新的流量情況，重復(fù)前3步操作，計(jì)算Qm2。

第5步。重復(fù)迭代計(jì)算，當(dāng)前1次計(jì)算的Qm（n－1）與后 1 次計(jì)算的 Qm（n）相 等，即 Qm（n）＝Qm（n－1）或Qm（n）＝Qm（n－2）時(shí)，停止計(jì)算，次要道路最終的建筑物出口可插入車流量Qm＝Qm（n）。

根據(jù)以上的計(jì)算過(guò)程，計(jì)算不同道路等級(jí)道路條件下建筑物出口可插入車流量，得出建筑物出口可插入車流量隨道路等級(jí)變化關(guān)系圖，見(jiàn)圖2。

圖2 建筑物出口可插入車流量與道路等級(jí)關(guān)系圖Fig.1 The relationship between insertable traffic volume in entrance of buildings with road grad

4 結(jié)束語(yǔ)

為提高城市規(guī)劃的科學(xué)性和合理性，國(guó)內(nèi)外一些大城市都研究建立了基于城市土地利用開(kāi)發(fā)的交通影響評(píng)估機(jī)制。筆者針對(duì)交通影響評(píng)估工作存在的難于準(zhǔn)確確定城市道路兩側(cè)的建筑物出口的可插入車流量這一難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研究。本次研究目的主要是基于交通調(diào)查和廣州交通模型的成果而進(jìn)行的。本次研究通過(guò)分析建筑出口可容納排隊(duì)車輛數(shù)及主路車流速度對(duì)建筑物出口可插入車流能力的影響，對(duì)既有可接受插入間隙理論模型的參數(shù)進(jìn)行修正和標(biāo)定，得出了不同等級(jí)道路兩側(cè)建筑物出入可插入車流量的計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)建筑物出入口交通特征的觀察，本次研究建立的模型對(duì)實(shí)際運(yùn)行狀具有更好的擬和性，比較接近實(shí)際交通運(yùn)作特征，由此可見(jiàn)研究成果基本可以驗(yàn)證該方法在技術(shù)上是基本可行的。目前該成果已在廣州市交通影響評(píng)估工作得到實(shí)際運(yùn)用。但由于很多應(yīng)用項(xiàng)目尚處于規(guī)劃或建設(shè)階段，短期內(nèi)難以項(xiàng)目難以建成或達(dá)到正常運(yùn)營(yíng)的階段，因此，建筑物出入口開(kāi)通前后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)難以獲取，因此模型的精度等還需要今后進(jìn)一步采集數(shù)據(jù)后驗(yàn)證。同時(shí)，建筑物出口內(nèi)路側(cè)視距、公交汽車站、混合交通等均對(duì)建筑物出口與道路連接處的通行能力產(chǎn)生一定程度的影響，也需要在下一步將通過(guò)收集更多實(shí)際交通數(shù)據(jù)，進(jìn)一步細(xì)化和校正模型的相關(guān)參數(shù)，以提高模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

［1］ Transportation Research Board of the National A-cademies.Highway capacity manual［M］.Washington.DC，Transportation Research Board，2010.

［2］ Aty Mohamed A，Roundabouts design，modeling and simulation［R］.Florida：Department of Civil and En-vironmental Engineering.University of Central Florida，2001.

［3］ Rouphail N，Tarko A，Jing L.Traffic flow theory.Part 9：Traffic Flow at Signalized Intersections［M］.Federal：Federal Highway Administration，2011.

［4］ Hagring O.Derivation of a capacity equation for a roundabout entry with mixed circulating and exiting flow［R］Washington.DC：Transportation Research Board，2001：91-99.

［5］ 鐘 園.建設(shè)項(xiàng)目出入口通行能力研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2010.ZHONG Yuan.Study on the capacity of constructive project access［D］.Beijing：Beijing University of Technology，2010.（in Chinese）.

［6］ 張亞平.道路通行能力理論［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.ZHANG Yaping.Theory of road capacity［M］.Harbin：Harbin Institute of Technology，2007.（in Chinese）.

［7］ 郭瑞軍.基于間隙接受理論的環(huán)形交叉口通行能力研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2013.GUO Ruijun.Study on capacity of roundabouts based on gap acceptance theory［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2013.（in Chinese）.

［8］ 鄭 柯，張起森.無(wú)信號(hào)交叉口可接受間隙理論模型修正分析 ［J］.長(zhǎng)沙交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，17（1）：125-129.ZHENG Ke，ZHANG Qisen.Analysis of amending gap acceptance theory′s model at un-signalized intersections［J］.Journal of Changsha Communications University Natural Sciences，2001，17（1）：125-129.（in Chinese）.

［9］ 張?zhí)m芳，方守恩.公路平面交叉口合理間距研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（2）：276-278.ZHANG Lanfang，F(xiàn)ANG Shouen.Study on the reasonable spacing of highway intersections［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University Natural Sciences，2008，27（2）：276-278.（in Chinese）.

［10］ 曹曉奎，裴玉龍，李 龍，等.停車場(chǎng)出入口布置相關(guān)問(wèn)題研究 ［J］.城市交通，2010，8（2）：61-65.CAO Xiaokui，PEI Yulong，LI Long，et al.A study on parking entrance／exit layout design ［J］.Urban Transport of China，2010，8 （2）：61-65.（in Chinese）.

［11］ 馬 琳.快速路公交站設(shè)置對(duì)出入口通行能力影響的研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2010.MA Lin.Impact analysis of public stops layout on capacity of exit and entrance of urban expressway［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2010.（in Chinese）.