城市立交线形优化设计对交通流效率的影响研究

引言

随着城市化进程的加速，城市交通流量急剧增加，交通拥堵问题日益严重。城市立交作为城市道路网络中的关键节点，承担着不同方向交通流的转换与疏导任务，其线形设计的合理性直接影响交通流的运行效率和安全性。合理的立交线形设计能够减少车辆行驶过程中的冲突点，提高车辆的通行速度，降低交通事故发生率，从而有效提升交通流效率。因此，开展城市立交线形优化设计对交通流效率的影响研究具有重要的现实意义。

1、城市立交线形特点与交通流特性分析

1.1 城市立交线形特点

城市立交线形通常由主线和匝道组成，具有复杂的空间几何形态。主线一般采用较高的设计速度和较大的平曲线半径，以保证车辆的快速通行；匝道则连接不同方向的主线，其线形设计需考虑车辆的转弯半径、变速要求等因素。常见的立交形式包括苜蓿叶形立交、菱形立交、定向 Y 形立交等，不同形式的立交在线形设计上存在差异，但都需满足车辆安全、顺畅行驶的要求。

1.2 城市交通流特性

城市交通流具有流量大、流向复杂、时空分布不均衡等特点。在高峰时段，交通流量集中，不同方向的车辆在立交区域相互交织，容易形成交通瓶颈。此外，城市交通流中还包含大量的非机动车和行人，其交通行为与机动车相互影响，进一步增加了交通流的复杂性。

2、城市立交线形优化设计原则与方法

2.1 优化设计原则

安全性原则：立交线形设计应确保车辆在行驶过程中的安全，避免出现急弯、陡坡等危险线形，同时设置合理的交通标志和标线，引导车辆安全行驶。

流畅性原则：线形设计应保证车辆能够顺畅地通过立交区域，减少车辆的变速和停车次数，提高交通流的连续性。

适应性原则：立交线形设计应与周边地形、地貌、交通流量等因素相适应，充分利用现有条件，降低工程造价。

协调性原则：立交线形应与周边道路网络相协调，保证不同方向交通流的顺畅转换，避免出现交通瓶颈。

2.2 优化设计方法

平面线形优化：在立交平面线形设计中，应尽量采用直线或半径较大的曲线，增加平面线形的平顺性。对于需要设置曲线的路段，应根据设计速度和车辆行驶特性合理确定曲线半径和超高值，确保车辆行驶的舒适性和安全性。例如，在青岛市某立交结构设计工程中，采用双向四车道主干路标准，主线设计通车速度 60km/h ，在平面线形设计时，充分考虑了车辆行驶的安全性和流畅性，合理确定了曲线半径和超高值。

纵断面线形优化：纵断面线形设计应根据地形条件和交通流量要求，合理确定纵坡和竖曲线半径。在新建立交中，纵断面在构造物段落应尽量平缓，以减少车辆的爬坡难度；在改扩建立交优化中，需仔细勘察测量现有道路后，拟合设计纵坡和竖曲线，对需改造纵面线形应慎重分析。如改建时发现原有的纵断面指标不符合要求，则可基于现有设计标高，结合勘察结果调整指标，使其满足现有规范。

平纵组合线形优化：平纵组合线形应满足顺畅、过渡平稳的要求，避免出现突变点。平曲线半径应与竖曲线的半径大小保持基本一致，避免出现平曲线半径过大但组合较小半径竖曲线，或平曲线半径过小而组合半径过大的竖曲线的情况。同时，立交区域不应设置过大的纵坡坡度，当纵坡坡度较大时，不应和小半径的竖曲线直接相接，还应避免出现过大的合成坡度。

3、城市立交线形优化设计对交通流效率的影响

3.1 提高道路通行能力

合理的立交线形优化设计能够减少车辆在立交区域的行驶时间，提高道路的通行能力。例如，通过优化匝道线形，增加匝道的转弯半径，减少车辆的减速和加速次数，使车辆能够更顺畅地进出主线，从而提高整个立交的通行效率。在某城市的一座苜蓿叶形立交改造中，对匝道线形进行了优化，将匝道转弯半径适当增大，并调整了变速车道的长度，改造后该立交的通行能力提高了约 20‰ 。

3.2 降低交通事故发生率

不合理的立交线形容易导致车辆行驶不稳定，增加交通事故的发生概率。而优化后的线形设计能够提高车辆行驶的安全性和稳定性，减少交通事故的发生。例如，通过合理设置平曲线半径和竖曲线半径，避免出现急弯和陡坡，减少车辆侧翻和追尾等事故的发生。据统计，在某城市对几座立交进行线形优化改造后，交通事故发生率平均降低了约 15% 。

3.3 改善交通秩序

立交线形优化设计能够对交通流量进行合理规划，使不同方向的车辆能够有序行驶，改善交通秩序。例如，通过设置合理的车道数和交通标志，引导车辆按照规定的路线行驶，减少车辆的交织和冲突，提高交通流的顺畅性。在某城市的环形立交通行能力分析及优化研究中，对环形立交的线形进行了优化，调整了匝道出入口的位置和车道数，优化后环形立交的交通秩序得到了明显改善，车辆行驶更加有序。

3.4 促进城市交通可持续发展

合理的立交线形优化设计能够提高城市交通系统的整体运行效率，减少车辆的能耗和排放，促进城市交通的可持续发展。例如，通过减少车辆的停车和启动次数，降低车辆的怠速时间，从而减少燃油消耗和尾气排放。同时，优化后的立交线形能够提高城市土地的利用效率，节省城市空间资源，为城市的可持续发展创造有利条件。

4、人民南路—桐梓林路立交优化设计方案与实施过程

4.1 优化设计方案

4.1.1 平面线形优化

针对匝道曲线半径过小的问题，对部分匝道进行重新设计，增大曲线半径。例如，将人民南路南向驶入桐梓林路的匝道曲线半径从 30 米增大至 60 米，减少车辆的离心力作用，提高车辆行驶的稳定性和速度。同时，优化匝道的转向角度，使车辆行驶更加顺畅。

4.1.2 纵断面线形优化

对立交的纵断面线形进行调整，合理设置坡度和坡长。对于上坡路段，适当减小坡度，降低车辆的上坡阻力；对于下坡路段，增加坡长并设置合理的竖曲线半径，提高车辆行驶的安全性。例如，将某上坡路段的坡度从 5% 降低至 3% ，使车辆能够更轻松地通过。

4.1.3 衔接线形优化

加强匝道与主路的衔接设计，采用渐变段和导流线等措施，使车辆能够顺利地从匝道汇入主路或从主路驶入匝道。在衔接处设置明显的交通标志和标线，引导车辆正确行驶，减少交通冲突。

4.2 实施过程

4.2.1 前期准备

在优化设计前，进行了详细的交通调查和数据分析，包括交通流量、车速、车型等，为设计提供准确的基础数据。同时，组织专家对优化方案进行论证和评审，确保方案的科学性和合理性。

4.2.2 施工阶段

采用分阶段施工的方式，尽量减少对现有交通的影响。首先对不影响交通的部分进行施工，如部分匝道的拓宽和线形调整。在施工过程中，设置明显的交通标志和警示标识，引导车辆安全通行。同时，加强施工管理，确保施工质量和安全。

4.2.3 后期验收

施工完成后，组织相关部门对优化后的立交进行验收。通过实际交通运行测试，检查优化效果是否达到预期目标。对发现的问题及时进行整改，确保立交能够正常运行。

结语

城市立交线形优化设计对交通流效率具有重要影响。合理的线形优化设计能够提高道路通行能力、降低交通事故发生率、改善交通秩序、促进城市交通可持续发展。在实际工程中，应根据立交的具体情况，遵循安全性、流畅性、适应性和协调性等原则，采用科学的优化设计方法，对立交线形进行合理优化。未来，随着智能交通技术的不断发展，城市立交线形优化设计将与智能交通系统相结合，实现交通流的实时监测和动态调控，进一步提高交通流效率，为城市交通的发展提供更有力的支持。同时，还应加强对城市立交线形优化设计的理论研究和实践探索，不断完善设计方法和技术标准，推动城市立交建设向更加安全、高效、绿色的方向发展。

参考文献

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[2]城市道路快速化改造设计关键技术研究[D].屠海龙.东南大学,2020

[3]互通式立体交叉通行能力的研究[D].王永清.华中科技大学,2021