城市道路主輔路出入口設計形式探討

游 堃

(國晟設計有限責任公司，湖南 長沙 410000)

1 基本概念

主輔路出入口針對道路斷面設置有主路與輔路，并做了物理隔離的情況，是車輛在主路與輔路之間的分合流進出口，其范圍包括駕駛員識別出入口、變換車道、速度轉換和匯流的全過程，車輛所行駛的距離。

從駕駛員的角度分析，可以將主路與輔路之間交通轉換分成三個區段：識別段、變速段和匯流段。識別段用于提前布設標志標牌，向駕駛員提示前方出入口，做好變道準備。變速段包含車道漸變段與加減速車道段，駕駛員在本段完成車道轉換和速度轉換。匯流段用于駕駛員判斷相鄰車道安全并擇機并入。

城市道路設計中，根據道路等級和設計速度的不同，采用不同的變速段和匯流段形式，并逐漸形成了三種城市道路主輔路出入口的形式，主要包括平行式、定向直接式和雙向進出式。

1.1 平行式出入口(I型)

與主線車流平行，利用側分帶設置加減速車道和漸變段，以控制主輔交通轉換的出入口。由于其增設一個專用車道用于分合流，車輛在主輔轉換過程中，可以先并入加減速車道完成速度轉換和觀察匯入車道的交通情況，然后在出入口擇機匯入，給駕駛員創造了較好的通行條件和觀察條件。此類出入口對主線車流影響最小，通行能力最好，是最高等級的出入口形式，車輛可維持較高的速度完成交通轉換，一般用于城市快速路和城市快捷路。

1.2 定向直接式出入口(II型)

當城市道路建設受用地、拆遷等因素影響，空間不足以布設平行式出入口時，可以通過在側分帶設置斜角定向開口的形式，無加減速車道和漸變段，通過提前設置交通標志、標線引導的方式，誘導駕駛員提前觀察匯入車道情況，再擇機完成主輔車流轉換。駕駛員在觀察階段和轉換階段均會降低現有車道的車流速度，從而降低通行能力，且定向直接式出入口采用斜角匯流的形式，當車輛駛入出入口時，駕駛員對欲匯入車道的觀察視界最小，存在一定的視野盲區。此類出入口為一般等級的出入口形式，車輛需以較低的速度完成交通轉換，一般用于城市快捷路和城市主干路。

1.3 雙向進出式出入口(III型)

當側分帶較窄時(≤1.5 m)，對于以服務功能為主的低等級道路，且進出需求量均較大時，可在側分帶設置簡易開口，開口無特定指向，允許主入輔與輔入主兩種交通流向，開口寬度一般可容納2～3輛車同時完成主輔路交通轉換。車輛進入此類出入口時，行車速度極低，對現狀車流通行能力影響最大，且駕駛員盲區最大，需提前設置交通標志和標線引導車流。此類出入口為較低等級的出入口行駛，車輛需以極低的速度完成交通轉換，一般用于城市主干路和城市次干路。

總結上述主輔路出入口形式、道路等級與所在城市，統計如表1所示。

表1 調研道路與出入口形式統計表

2 現行出入口設計存在的問題

2.1 出入口合流位置未設置單獨車道

由于城市發展對用地方面的要求越來越苛刻，導致城市道路建設中用地越來越拘束。雖然城市快速路仍普遍設置有單獨的加減速車道供主輔路交通流轉換使用，但是部分主干路設計時，受用地影響，在主路與輔路車道轉換過程中，未設置單獨車道作為過渡，轉換車輛需在出入口以斜角匯入，缺乏單獨加減速車道供駕駛員行駛過程中觀察匯入車道是否有后方車輛，而需要在開口處緩慢探頭以觀察后方，在降低車道通行效率和交通轉換效率的同時，也增加了出入口車流與后方直行車流發生碰撞事故的風險。

2.2 出入口位置側分帶綠植造成視野盲區

由于設計階段和施工階段對安全視距的疏忽，而未注意在出入口位置對植物種植的特殊要求，導致在出入口位置側分帶的綠植過密過高，影響側分帶兩側車輛駕駛員的通視，形成視野盲區，駕駛員在主輔路轉換前的觀察階段無法獲取匯入車道的車輛信息，而盲目匯入車道，導致主路與輔路車輛均未發現對方而發生碰撞事故。

2.3 出入口設置過寬，導致流向紊亂

部分道路的出入口開口過長，出入口主入輔與輔入主兩個方向車流均不受阻礙，駕駛員無法判斷是出口還是入口，導致出入口失去定向作用，且從駕駛行為誘導的角度而言，容易誘導部分司機貪圖便利而逆向轉換，引起車輛在出入口的沖突與紊亂。

2.4 出入口角度過大，連接線形太差

為了駕駛的舒適性和轉向的連續性，出入口設置角度一般越小越好，此時駕乘人員感受到的橫向力最小，且車輛行駛最為順暢。但部分主輔路開口連接角度過大，車輛需要以很小的曲線半徑完成車輛在主輔路轉換過程中的蛇形位移，其極限狀態為出入口角度與道路縱向成直角狀態，此時對駕乘人員產生較大的橫向力，且車輛需極大降速以匯入出入口，在影響車道通行效率的同時造成行車不適和安全隱患。

3 出入口車輛碰撞建模

3.1 碰撞建模

主輔路出入口安全事故主要發生在匯流階段，由于未設置單獨的車道作為過渡，出入口內車輛與輔道車道存在一定的角度，因而造成駕駛員對輔道產生了較大的盲區，尤其以II型出入口最為典型，因此以II型出入口為例進行車輛碰撞建模分析。模型以從主路進入輔路完成交通轉換為例，當主路車輛進入出入口端部，而輔道車輛恰好處于主路車輛的駕駛盲區(LM1)時，若二車維持相應的速度行駛而缺少外部信息提示，輔路車輛將始終處于主路車輛的動態視野盲區中，直至在合流點相撞，本模型即為探討撞擊過程中主路車輛與輔路車輛的速度關系和駕駛員反應時間，并進一步提出改進措施，從而改善車輛在主輔路出入口時的安全性。

以主路車輛車首開始進入出入口端部為碰撞起點，以抵達出入口終點匯入輔路為碰撞終點，二者之間為碰撞起終全過程，在此過程中對主路車輛與輔路車輛行駛距離、時間和速度建立量化關系，并得到如下公式和包絡區間。

碰撞起終點主路車輛行駛距離

(1)

碰撞起終點主路車輛行駛時間

視野盲區

(3)

視野盲區

(4)

碰撞起終點輔路車輛處在視野盲區中的行駛距離包絡區間為

(5)

從進入視野盲區至碰撞發生，主輔路車輛行駛時間一致，輔路車輛速度

(6)

碰撞時，輔路車輛行駛速度的的包絡區間為

(7)

式中：為主路車輛行駛速度，m/s；為輔路車輛行駛速度，m/s；為碰撞起終點主路車輛行駛距離，m；為碰撞起終點輔路車輛行駛距離，m；為出入口起點處主路車輛對輔路最近車道上視野盲區的投影長度，m；為出入口碰撞終點處主路車輛對輔路最近車道上視野盲區的投影長度，m；為碰撞起終點主路和輔路車輛行駛時間，二者時間一致，產生碰撞，s；為側分帶寬度，m(通常為1.5～5 m)；為車道寬度，(通常為3.25～3.75 m)；為出入口角度，°(通常為10°～30°)；為車輛后視鏡視界角度，°(通常為15°～30°)；為車輛進入出入口時的減速系數，(通常為0.5～0.7)。

3.2 模型求解

上述各參數均有一定的取值空間，根據城市道路設計與管理經驗對各參數適當取經驗值，車道寬度取3.5 m，車輛后視鏡視界角度取25°，車輛減速系數取0.6。

在城市道路設計過程中，出入口角度的選取通常與側分帶寬度統一考慮，越小匯流過程越平順，對主線車流影響越小，越大匯流過程越不平順，對主線車流影響越大。當用地寬松、側分帶較寬時，通常采取較小的出入口角度，以盡量使主輔交通轉換過程平順。當用地緊張、側分帶較窄時，若仍采用較小的，會導致出入口長度很長，失去定向作用，因此通常采取較大的出入口角度。為了更好的對主輔車輛行駛情況進行探討，結合城市道路設計經驗，分別選取高低兩組值進行分析，(，)組合取值分別選取(2 m，30°)和(5 m，10°)。

綜合上述參數取值，并代入出入口碰撞模型中，分析得到以下兩種主路車輛行駛速度和輔路車輛行駛速度的關系包絡區間：

(1)當側分帶較寬時(=5 m)，輔路車輛行駛速度的的包絡區間為(0.59，0.97)，結合相應等級城市道路設計速度區間(50 km/h，100 km/h)，碰撞發生起終時間區間為(1.73 s，3.46 s)；

(2)當側分帶較窄時(=2 m)，輔路車輛行駛速度的的包絡區間為(0.52，2.29)，結合相應等級城市道路設計速度區間(50 km/h，100 km/h)，碰撞發生起終時間區間為(0.24 s，0.48 s)；

從模型計算結果中可知，當主路車輛開始進入出入口時，若輔路車輛恰好位于視野盲區，且行駛速度位于上述包絡區間而未采取制動時，主路車輛與輔路車輛較大概率在出入口匯流點碰撞，碰撞發生起終時間極短。

3.3 模型結論評價

根據城市道路設計的多本現行規范，其給出的輔道設計速度取值建議為采用0.4～0.6倍主路設計速度，與上述模型求解得到的包絡區間有一定的重疊度，且根據多年道路管理經驗，城市道路輔路車輛行駛速度較多處于0.6倍主路速度的運營條件，此時視野盲區內的車輛若未做好制動措施，兩車在出入口匯流點碰撞的概率較高，計算得到的可供駕駛員反應的時間極短。因此，針對視野盲區和的補盲對減少交通事故有重要意義，建議對于未設置單獨車道作為過渡的出入口形式，應在出入口匯流端設置凸面鏡，以對視野盲區補盲。

4 優化方案

(1)原則上優先使用I型出入口，盡量避免使用III型出入口，對II型出入口進行優化使用。為兼顧城市道路交通功能與周邊地塊的服務功能，城市快速路(60～100 km/h)宜采用I型出入口，城市快捷路(60～80 km/h)宜采用I型出入口或II型出入口，城市主干路(40 ～60 km/h)宜采用II型出入口，盡量避免采用III型出入口。

(2)對于II型出入口，應在出境入口匯流端設置凸面鏡，對視野盲區補盲；

(3)出入口合流位置應盡可能利用側分帶設置單獨車道作為過渡，若側分帶寬度不足時，可通過道路拓寬、設置魚腹標線的形式，避免出主輔車輛在在合流端部因車道沖突而發生事故。

(4)匯流段的側分帶內綠植高度應控制在1 m以內，以滿足主路和輔路駕駛人員的通視條件，長度應控制在相應設計速度3 S行程以上；

(5)在識別段設置交通標志，提前提示車輛變道與出入準備，設置位置宜控制在車道漸變起點前3 S行程以上；

(6)出入口寬度不宜過寬，且宜設置單車道，避免車輛在出入口位置強行超車，導致安全事故，寬度建議取值4～6 m。

5 結 語

(1)本研究通過建立出入口碰撞模型，探討了車輛在出入口交通轉換過程中的視野盲區變化、碰撞速度包絡區間、駕駛員反應時間包絡區間等問題，并根據城市道路建設管理經驗，應用給予專家評判的綜合評估，實現了定量評價。

(2)將城市快速路、城市快捷路和城市主干路三種等級道路納入體系一起研究，并首次提出根據道路等級和設計速度對應采用三種出入口類型的建議。

(3)隨著城市發展，如何在提高區域間快速流通與提升對道路沿線的服務能力這兩者之間做到權衡兼顧，是考驗每一個城市建設者需要思考的問題。在進一步研究中，可從出入口間距、端部平縱線形等角度，進一步提高城市道路安全與行車舒適性。