本文選自國家級期刊《城市建設理論研究》，《城市建設理論研究》雜志是經新聞出版總署批準，中國商業聯合會主管、商業網點建設開發中心主辦，聯合國全人類發展中國協會、科技部科學技術進步研究所、中國社會科學院城市發展與環境研究中心指導，面向國內外公開發行的國家級科技類期刊。旬刊：上旬為時政綜合概要；中旬為學術交流；下旬為城市建設深度報道。

　　摘要：現行的城市道路設計方法基本承襲公路設計方法。城市道路的工作狀態與運行特征與公路具有很大區別，在新時代的建設條件與管理要求下，源于公路的設計方法已呈現出相當多的缺陷。本文對設計車速與管理限速、縱斷面最小坡度、交叉口交通組織及瀝青路面設計等方面通常設計方法及其存在的問題進行了簡單分析，并提供了改進設計方法的思路。

　　關鍵詞：城市道路,公路,設計方法

　　城市道路系指在城市范圍內，供車輛及行人通行的，具有一定技術條件和設施的道路。作為城市中覆蓋面最廣闊的土木工程，城市道路不僅承擔絕大部分城市交通，更是路燈、給排水管道、電力、通訊、燃氣、供熱等市政設施的基本載體。城市道路不但是城市運行的“血管”，同時也是城市擴張的“先鋒”。

　　我國現行城市道路設計的指導思想、基礎理論、技術要求等大多參照公路相關內容，經過數十年的實踐，雖已形成較為完善的體系，為國民經濟的發展、社會的進步作出了巨大的貢獻，但現行的設計方法中仍然或多或少的存在一些缺陷，并且在新時代的建設條件和管理要求下，某些問題還相當突出。筆者根據自身工作經驗，對其中幾個問題進行探討。

　　1、設計車速與管理限速

　　設計速度（DesignSpeed）是道路幾何設計所采用的基本要素，系指在氣候條件良好，車輛只受道路本身條件影響時，具有中等駕駛技術水平的人員能夠安全、舒適駕駛車輛的速度。設計速度的定義中至少隱含了兩個基本前提：一、速度值確定，設計車輛運行狀態為理想的連續行車狀態；二、運行環境單純，沒有或忽略側向、對向及同向干擾，呈自由流狀態。在交通條件適當的情況下，機動車在公路上的運行速度與設計車速也較為接近。（新建）公路交通工程設計中直接引用設計速度作為道路管理限速（SpeedLimit）指標一般也能滿足交通安全（行車安全）的要求。

　　通常城市道路設計流程中一般根據道路等級及規范要求大致圈定設計速度的范圍，再根據規劃條件確定具體數值，并進行后續道路幾何設計。市政工程師使用的路線設計方法與公路大同小異，同樣是以設計速度為核心的均衡設計法（DesignConsistency）。此外，市政工程師在進行交通設施設計時，往往也直接引用設計速度作為道路限速指標。然而，城市道路（快速路除外）的特點是路網密度大、交叉口多、路段里程短、交通組成復雜。由于存在諸多約束，即使是在交通量很小的條件下，機動車也很難做到連續行駛，更談不上自由流狀態，城市道路的實際運行速度往往大幅度低于設計車速或管理限速（簡稱“速低限高”，下同）。

　　以杭州市濱江區江南大道為例，該道路紅線寬50m，雙向六車道城市主干路，設計速度與道路限速均為80km/h。道路位于新城區，兩側地塊尚未開發，交通量不大，道路線形簡單，縱坡平緩，路面狀況良好，全線燈控交叉口均采用綠波信號機控制。

　　筆者利用雷達測速儀連續進行了五天的測速實驗，觀測時段為下午14:30~15:30，實驗期間天氣晴好。觀測獲得的3690個實測數據中僅36個達到或超過80km/h，占樣本總數的0.98%；217個數據接近道路限速（70~79km/h），占樣本總數的5.88%。觀測實驗所在的江南大道交通環境十分理想，遠超過杭州市區其它同等規模的城市主干路，由于采用綠波信號機，其運行狀態一定程度上甚至接近城市快速路。如此優越的條件下，機動車實際運行速度與管理限速或設計車速仍然相差甚遠，所有被觀測車輛的平均速度僅為55.8km/h。

　　由上述案例不難推斷，“速低限高”的情況在城市道路（網）中普遍存在，而設計標準較高的主干路則更加突出。（大量）信號控制交叉口的存在是造成城市道路“速低限高”的主要原因。換言之，城市道路對機動車運行速度構成的實質性約束通常不是平曲線要素而是交叉口距離。從行車安全角度考慮，基于連續行車、自由流狀態的設計速度可以認為是一種極端的運行速度，以其作為路線設計核心指標是偏安全的，也是合適的。從行人安全角度考慮，“速低限高”實質上無異于鼓勵超速，交叉口附近隱患極大，直接引用設計速度作為道路限速的方法則比較草率，存在危險。通過交叉口距離計算可能的運行速度，從而確定道路限速，更為嚴謹、恰當，具體方法另文討論，本文不多敷述。

　　二、道路縱斷面設計

　　根據《城市道路工程設計規范》（CJJ37-2012，簡稱《規范》，下同）要求，道路最小縱坡是能保證排水和防止管道淤塞所需的最小縱坡，不應小于0.3%；最小坡長的限制從汽車行駛平順度、乘客的舒適性、視距以及相鄰兩豎曲線的布設等方面綜合考慮，按10s的汽車行車距離取值；豎曲線的設置主要考慮順適行車，最小長度極限值采用3s的行程距離，一般值規定為極限值的2.5倍。

　　城市道路設計標高一般會略低于路側建筑室外地坪標高。為保證與周邊地塊銜接，城市道路縱斷面通常呈現坡長短、坡度（差）小的特征。相對舊規范（CJJ37-90，下同），《規范》對坡長的限制有所降低，對地形的適應性稍有利。同時，新規范對豎曲線長度的要求有較大提高，使得同等坡長條件下的路面實際坡度大幅度下降。例如：設計車速60km/h的道路，坡長、豎曲線長度分別按《規范》要求（一般）最小值150m、120m進行布置，連續三段縱坡坡度分別為-0.3%、0.3%、-0.3%的條件下，相鄰兩豎曲線頂點與底點之間高差為0.27m，相鄰變坡點150m的距離中有80%的路面坡段小于0.3%，路面平均縱坡（率）更只有0.18%。城市道路中大量存在坡長、坡度最小值并用的情況，按照新規范要求，路面雖然更趨平坦，但實際上對縱向排水不利。

　　圖1最小縱坡各參數示意

　　《規范》中對于最小坡度的規定是不考慮筑路材料特征的無差別規定。近年，SMA、Superpave、OGFC等新材料大量應用，新材料的共同特征是具有粗糙的微觀表面、更大的構造深度和摩阻系數。新材料鋪筑的路面，0.3%的坡度未必能滿足縱向排水要求。極端情況下，比如透水路面，0.3%的最小坡度就毫無意義。

　　筆者認為，城市道路最小坡度不應簡單理解為以百分率表示的路線縱斷面上同一坡段兩點間最小高差與其水平距離的比值，而至少應該按實際路面平均縱坡（率）進行驗算，當其能夠滿足最小排水坡度要求時，才是合理的最小縱坡。此外，不同筑路材料對應的最小縱坡指標也是一個必須注意的問題。

　　三、交叉口交通組織

　　隨著國民經濟的發展，家用轎車迅速普及，城市交通日甚惡化，大城市中心城區早晚高峰時間交叉口更成為堵中之堵。縮短交叉口延誤時間是交叉口交通組織設計的核心；在一個周期的綠燈時間內疏散進口道范圍的車輛，并不遺留至下一信號周期是交通組織設計的理想結果。市政工程師常用的技術手段不外乎設置待駛區、增加進口道、延長續車段、調整信號配時等，但以上技術手段若應用不當，反而會加劇擁堵。

　　道路交叉口的通行效率取決于進口車道數，疏散能力取決于出口車道數。以直行車道為例，若進口道直行車道數少于出口車道數，在同等交通量的條件下會延長排隊長度，降低通行效率。交叉口停止線前等待通行機動車密度遠超一般路段，車輛間距往往只有1~2m，車流運動至出口道時，各車之間并不一定能拉開足夠的距離。多設進口車道看似能夠提高疏散能力，但超過出口車道數，車輛在到達出口道之前很難完成合流交織，反而會在出口處引起混亂和事故，制造新的擁堵。筆者認為，設計良好的交叉口，至少應遵循“直行對應、轉向平衡”的渠化原則，即進口道機動車直行車道數與出口車道數相當；本方向左轉機動車道與對向進口道右轉機動車道數之和不超過相交道路出口車道數。一般情況下，進口道數量不宜超過路段單向機動車道的兩倍。例如：兩條雙向六車道（單向三車道）的主干路平交，交叉口進口道數量不宜超過六條，轉向車道配置可視情況設為兩個左轉、三個直行及一個右轉車道或一個左轉、三個直行及兩個右轉車道。在用地條件許可的情況下，城市道路特別是主干道交叉口進口道宜可能布置為專用轉向車道，避免設置諸如直左合一、直右合一之類的兼容型轉向車道。由于非機動車道與人行道一般位于機動車道右側，右轉機動車不可避免的會與非機動車和行人產生沖突，因此就“十”字交叉而言，三相位是更為合適的信號控制方式。

　　圖2交叉口進口道轉向配置示意

　　四、瀝青路面設計

　　城市道路瀝青路面設計方法全面承襲公路，都是以彎沉和彎拉應力為設計指標；多層彈性層狀體系為力學模型，以累計當量軸次作用下產生疲勞破壞的結構層厚度計算方法。通常認為道路等級越高，交通量越大，累計當量軸次也就越高，路面結構層（基層）越厚。城市道路，尤其是中心城區道路的機動車主要由小轎車與公交車組成，前者占大部分。受政策約束，一般情況下貨車禁止入城。城市道路特別是中心城區道路，交通量與其累計當量軸次之間并不構成正向關聯。按飽和狀態進行計算，設計速度60km/h對應的一條車道的基本通行能力1800pcu/h，若交通量中95%為小轎車，5%為公共汽車；小轎車軸重按10KN，公共汽車前軸按40KN，后軸按80KN計，每小時當量軸次44次。若每天24小時均按此標準計算，則15年內一條車道的累計當量軸次不過為573萬次。實際情況下交通量不可能達到通行能力標準，更不可能24小時處于飽和狀態，累計當量軸次將遠低于573萬次，甚至連100萬次都難以達到，處于輕交通狀態。理論計算，主要持力層（半剛性）基層的厚度只要20厘米即可滿足要求，顯然與實際設計使用的指標嚴重不符。

　　城市新區道路的運行狀態又與中心城區大相徑庭。道路建設初期首先作為道路兩側地塊開發的施工通道使用。工程車普遍超載甚至超限，路面早期荷載強度大大超過正常狀態，工作環境非常惡劣，往往在短時間內就能產生嚴重的結構性破壞。這種情況在新興城區，特別是城郊開發區道路建設中十分普遍。設計人員除增加基層厚度別無它法。由于這種破壞狀態與交通量或累計當量軸次基本無關，解決方案缺少設計依據，甚至沒有理論支持。

　　以上兩種類型的道路都可證明，以累計當量軸次為基礎參數的設計方法在城市道路路面設計中的存在較大局限，很難正確、有效的指導設計，只能作為參考。

　　五、結論與建議

　　隨著城市化進程的深入，城市道路建設也越來越精細。傳統的理論體系和設計方法日益顯現出缺陷和不足，具體設計時至少應注意以下問題：

　　（1）根據道路（網）的構成特征，城市道路對機動車運行速度構成的實質性約束通常不是平曲線要素而是交叉口距離。通過交叉口距離計算可能的運行速度，從而確定道路限速，更為嚴謹、恰當的方法。

　　（2）道路縱斷面設計中最小坡度宜根據筑路材料的物理特性確定，控制值以相鄰豎曲線頂點與底點之間坡段的平均值為宜。

　　（3）交叉口交通組織設計至少應遵循“直行對應、轉向平衡”的渠化原則，在飽和或超飽和以及混合交通條件下，相對通行效率，交通秩序是更重要的考慮因素。

　　（4）鑒于車輛組成與運行方式的特征，不同區域的城市道路路面工作環境存在很大區別，以累計當量軸次為基礎指標的設計方法存在較大局限，很難正確、有效的指導設計，只能作為參考。

　　參考文獻

　　[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.城市道路工程設計規范（CJJ37-2012）.北京：中國建筑工業出版社.2012

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　　[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.城鎮道路路面設計規范（CJJ169-2012）.北京：中國建筑工業出版社.2012

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