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城市中心区地下道路网结构形式评价

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第12卷第4期 2011年8月 理工大学学报(自然科学版) Journal of PLA University of Science and Technology(Natural Science Edition) Vo1.12 No.4 Aug.2011 城市中心区地下道路网结构形式评价 张平 , 吴艳华 , 刘黎鹏 , 俞榕华 (1.理工大学地下空间研究中心,江苏南京210007;2.73116,福建厦门361100) 摘 要:为寻求与城市发展相适应的路网形式和城市地上、地下道路合理布局结构,以此来解决城市交通的 拥挤问题,通过对国内外地下道路实例分析,结合城市道路的特点,提出了地下道路网整合的模式,并分析地 下道路通行能力折减系数、地下道路网交叉口通达性系数、地下道路网可靠性系数3个评价指标,利用模糊 综合评价的数学方法,得出了地下道路网整合的最优结构形式。由评价结果可知,对地下道路网结构形式选 择,较为理想的路网形式为地面方格网+环形放射+地下环状。 关键词:地下道路;路网结构形式;评价指标 中图分类号:TU311.2 文献标识码:A 文章编号:1009—3443(2011)04—0361—06 Evaluation of structural types of urban road tunnel network for city center district in China ZHANG Ping , WU Van—hua , LrU Li—peng。,yU Rong—hua (1.Underground Space Research Center,PLA Univ.of Sci.&Teeh.,Nanjing 210007,China; 2.Unit No.73116 of PLA,Xiamen 361100,China) Abstract:The structural type of urban road tunnel network is an important factor for urban development and urban traffic.The purpose of this research is tO find a compatible form of urban road network and a ra— tional distribution of structures tO solve the problems in urban traffic.By case analysis of domestic and for— eign constructions of urban tunnel combined with the characteristics of urban road,the integrated pattern of urban road tunnel in city center was proposed.By the analysis of the three assessment indexes including the non—line coefficient,the crossing accessibility and the connective degree,the optimal integration struc— ture of the road tunnel network was introduced by making use of mathematical fuzzy comprehensive evalua— tion.According to the results,grid network and circle,emanation network of ground and circularity of underground are the better structure types of road network when choosing the structural style of road tun— nel network. Key words:road tunnel;structural type of road network;assessment indexes 地下道路是解决城市交通拥堵与环境的重要手 段,可以优化城市路网、补充交通能力、增加交通走 廊、均衡干线路网的交通负荷、提高城市交通可靠 性。尤其是城市核心区的地下道路工程好比在心脏 于城市重塑功能、重现风貌,有利于城市核心区的可 持续发展。 路网结构是指城市道路网的几何形状。地下道 路网结构是基于我国现有道路网络基础之上形成 搭桥n],有助于实现城市核心区功能更新,保证中心 区能级的提升;大量过境交通由地面转入地下,有助 收稿日期:2009—12—22. 的。利用地上地下道路路网整合方法,可以解决城 市用地不足、断头路多、交通拥挤及环境污染加剧、 道路网密度低、整合性差、布局出现“蜂腰”和“瓶颈” 等问题[2]。 本文旨在寻求与城市发展相适应的路网形式和 城市地上、地下道路合理布局结构,以此来解决城市 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50978252). 作者简介:张平(1980一),男,讲师;研究方向:地下空间规划 及地下建筑设计;E—mail:jeff80826@163.COITI. 362 理工大学学报(自然科学版) 第l2卷 交通拥挤问题。 1 城市中心区地下道路网模式 1.1 地面方格+环状放射+地下方格 北京中心区地面道路网格局是方格网环状放 射。方案在中心区西侧设置2条南北向地下快速 路,以缓解西二环、西三环交通压力,同时为重点功 能区如金融街、中关村等提供长距离南北向通行干 道;中心区东侧设置2条南北向地下快速路,可缓解 东二环、东三环的交通压力,同时为CBD(center business district)、望京等地区提供长距离出行服 务。此外,在长安街南北两侧各修建一条东西向地 下干道,缓解南北二环、三环和长安街交通压力。地 下道路形态为“4纵2横”的方格网布局[3]。 1.2地面环状放射+地下方格 上海中心城CBD核心区地面路网格局是环状 放射状。在现有城市路网基础上,规划通过新建全 封闭或半封闭专用通道及越江隧道,分离核心区过 境交通,加强区域联系和区域交通,提出地下“井”字 形通道。“井”字形通道方案是适应CBD地区发展, 提高交通辐射能力的道路系统优化方案总称,概括 为“4+2+2”。“4”指服务于核心区和过境交通的4 条全封闭或半封闭通道,即东西通道、南北通道、外 滩通道、北横通道;第1个“2”指联系核心区交通2 条越江通道,即人民路隧道、新建路隧道;第2个“2” 指梳理浦东、浦西2个核心区域的交通组织,以及相 关配套工程L4]。 1.3地面环状放射+地下环状 对于日本大都市圈城市体系来说,东京地上快 速路网络呈扇形,中环、外环并不封闭,为“3环加放 射状”。环线与放射线结合的道路网络形态基本适 应城市发展的要求。内部环线的主要目的是避免交 通流进入城市中心地区,外部环线则主要沟通外围 城市体系之间的联系。 外环线:日本国土交通省调整了建设计划,最终 决定在距离地面40 in深处建设2条宽13 m、双车 道的大深度地下快速路[5]。 规划内环线(环状新宿线):地下道路全长 11 km,将池袋、新宿、涩谷3大商业区与西部的城 市次中心连接起来。新的地下快速路为双向4车 道,宽13 m,长11 km,设计车速为60 km/h,埋深超 过40 m。 2城市地下道路网评价指标 城市地下道路网合理与否有多种衡量指标,然 而,指标过多会给实际统计、分析、评价带来操作上 的不便。并且,多个指标之间存在一定相关性,并非 完全。因此,结合城市道路网布局形式及特点, 以地下道路功能定位和适应性作为补充、地下道路 通行能力和地面道路网与地下道路网交叉口节点为 依据,选取地下道路通行能力折减系数、路网交叉口 通达性系数和路网可靠性系数3个指标,分别从不 同角度评价地下道路路网结构形式布局的合理 性 。 2.1地下道路通行能力折减系数 通常,地下道路与地面道路交叉口越多,所消耗 的时间占行驶总时间比重越大,从而使地下道路通 行能力下降。地下道路通行能力折减系数(y)是衡 量路线便捷程度的重要指标,表示为 n 1 y一 , (1) 口 式中:d 为道路网节点i至 的实际地下道路长度, km;d 为道路网节点i至 的直线距离,km; 为道 路网节点数量。 地下道路通行能力折减系数越小,表明两点之 间交通越便捷,道路网越合理。 2.2地下道路网交叉口通达性系数 地下道路网交叉口通达性系数用来评价地下道 路与地面道路网交叉口通行能力的大小。道路网交 叉口通达系数越大,说明地下道路与地面道路交叉 口数越少,路网交通越便捷,形式越合理[7]。就某一 个交通区而言,交叉口通达性系数是指该区范围内 地下道路长度与该区中心至四周干道最短路径之和 的比值,整个城市地下道路网的交叉口通达性系数, 就等于各交通区交叉口通达性系数的平均值,可用 式(2)计算: 1 N T a = ∑ L, (2) ∑d。 =1 式中:a 为地下道路网交叉口通达性系数;N为路 网交叉口个数;L 为S交通区范围内地下道路长 度,km;d。 为S交通区范围内中心至四周某一方向 是干道最短路径,km。 第4期 张 平,等:城市中心区地下道路网结构形式评价 2.3地下道路网可靠性系数 地下道路网可靠性系数是地下道路与地面路网 相交的边数和地下道路与地面路网交叉口个数的比 值。可靠性系数越大,路网断头路越少,道路服务水 平越高 ]。反之则表明道路服务水平越低。 =2M/N, (3) 式中: 为地下道路网可靠性系数,M为路网相交总 边数。 3城市地下道路网结构形式评价 3.1地面方格+地下放射状 研究表明,对角线方向所承担的交通量,远大于 方格网状道路的交通量,而且对角线所分布的交通 量,由外向内呈快速递增趋势,越接近中心区,其交 通压力越大,位于最中心位置的对角线路段交通量 可达与其对应纵横路段交通量的3倍。 (1)地下道路通行能力折减系数 地面方格+地下放射网布局抽象如图1(a)所 示,据式(1),地下道路通行能力折减系数Yc。一 (2a+2b)/ ̄/(2口) +(26) ,当方格网为正方形时, a=b,则YcD—1.41。 (2)地下道路网交叉口通达性系数 假设某区域i的道路网为方格网式,抽象为几 何图形,如图1(b)所示,据式(2),可计算路网交叉 口通达性系数。 C 6 B B b H C 、 + F \ G / \ A D A E D (a)通行能力 (b)通达性与可靠性 图1地面方格+地下放射状 Fig.1 Abstraction map of ground grid network and un derground radial network 如果0H的长度为a,OF的长度为b,a—b,交 叉口个数为9个,路网交叉口通达性系数 一 4a /9—0.27。依次类推,可得不同 交叉口通达性系数,如表1所示。 (3)地下道路路网交叉口可靠性系数 如图1(b)所示,路网中的交叉口数N一9,总边 数M一16,据式(3),路网可靠性系数J=3.56。依 次类推,可得不同交叉口可靠性系数,如表1所示。 表1路网交叉口通达性与可靠性系数表(1) Tab.1 Coefficients(1)of the road network accessibility and the connection level at the intersection 3.2地面方格+地下方格 从路线走向来看,地下道路沿地面主干道布置, 总体走向一致,与地面方格形态协调,地下道路出入 口布置较为方便,对周边交通影响较小,线路走向比 较单一,工程易于施工,可实施性较强。 (1)地下道路通行能力折减系数 地面方格+地下方格网络如图2(a)所示。其 通行能力折减系数 YcD一(2a+2b)/ ̄/(2口)。-4-(26)。, 当方格网为正方形时,a=b,则yc。=1.41。 C B 、、、 d A D (a)通行能力 (b)通达性与可靠性 图2地面方格+地下方格 Fig.2 Abstraction map of ground grid network and un— derground grid network (2)地下道路网交叉口通达性系数 假设某区域i的道路网为方格网式,抽象为几 何图形。如图2(b)所示,则路网交叉口通达性系数 计算如下:如果OH的长度为a,OF的长度为b,a =6,交叉口个数为9个,路网交叉口通达性口 一 0.33。依次类推,可得不同交叉口通达性系数,如表 2所示。 (3)地下道路网交叉口可靠性系数 如图2(b)所示,路网中的交叉口数N=9,总边 364 理工大学学报(自然科学版) 第12卷 数M一12,路网可靠性系数J一2.67。依次类推,可 得不同交叉口可靠性系数,如表2所示。 表2路网交叉口通达性与可靠性系数表【2) Tab.2 Coefficients(2)of the road network accessibility and the connection level at the intersection 3.3地面环形放射+地下环状 在地面环形放射网道路之下,布置地下环状道 路,如图3所示。一方面起到对地面放射状道路进 出市中心交通分流的作用,另一方面减少对地面环 内、环外道路的使用,对城市内部交通起到进出截流 的作用。 (1)地下道路通行能力折减系数(图3(a)) 设小圆半径为r,R一2r,a一45。, (a)地面环形放射+ (b)地面环形放射+ (c)地面环形放射+ 地下环状(虚线) 地下(内环)状 地下(外环)状 图3地面环形放射+地下环状 Fig.3 Abstract map of the ground ring radiation and underground ring yAB:1.02。 (2)地下道路网交叉口通达性系数 地下内环状路网抽象图,如图3(b)所示。 N一9,内环面积为7c ,其路网形式为“环路+8 条射线”。内环路的半径r,各射线长度为r,则干线 总长度为2nr+8r。内环形的交叉口通达性系数 。= /9一o.4。依次类推,得到不同交叉口 L士, 通达性系数,如表3所示。 地下外环状路网抽象为如图3(c)所示。图中 外环的面积为7【 ,其路网形式为“环路+8条射 线”。外环路的半径R一2r,各射线长度为r,则干线 总长度为2兀r+8r。由此,可计算外环形交叉口通 达性系数 一一 —— _一一u・O.37。 。 依次类推,可得不同交叉口通达性系数,如表3所示。 表3路网交叉口通达性与可靠性系数表(3) Tab.3 Coefficients(3)of road network accessibility and the connection level at the intersection 在地面方格+环状放射网道路之下,布置地下 环状道路,如图4所示。一方面起到对地面放射状 道路进出市中心交通分流的作用,另一方面将纵横 方向径向交通吸引到地下环线上,对中心区内部交 通起到内部疏解的作用。 (1)地下道路通行能力折减系数(如图4(a)) // 、 \\ // (a)地面环形放射+ (b)地面环形放射+ (c)地面环形放射+ 地下环状(虚线) 地下(内环)状 地下(外环)状 图4地面方格+环形放射+地下环状 Fig.4 Abstract map on ground grid,radiation and un— derground ring 设小圆半径为r,R一2r,口=45。, yAB一1.02。 (2)地下道路网交叉口通达性系数 设内环圆半径为r,环形路网抽象图,如图4(b) 所示。路网形式为“环路+8条射线”。内环路的半 径r,各射线长度为r,则干线总长度为2 7cr+8r。内 第4期 张 平,等:城市中心区地下道路网结构形式评价 环路交叉口通达性系数 === /9一o.4。依 次类推,可得不同交叉口通达性系数,如表4所示。 表4路网交叉口通达性与可靠达性系数表(4) Tab.4 Coefficients(4)of the road network accessibility and connection level at the intersection 如图4(c)所示,设外环半径为口,N一9,射线总 长度为4×(√2口-a),则 。)= 生 /9:0.44。依次类推, 可得外环路交叉口通达性系数,如表4所示。 整个城市干道网交叉口通达性系数,就等于各 交通区交叉口通达性系数的平均值。地面方格+环 形放射+地下环状道路网交叉口通达性系数如表4 所示。 (3)地下道路网交叉口可靠性系数 路网中的交叉口数N一9,总边数M一28,路网 可靠性系数J一6.2。依次类推,可得不同交叉口可 靠性系数,如表4所示。 根据以上分析,可得出4种道路网络评价指标, 见表5。 表5 4种地下道路网络评价指标 Tab.5 Evaluation of the four underground road networks 路网 y a J 地面方格+地下放射状 1.41 0.55 2.42 地面方格+地下方格 1.41 0.69 1.65 地面环形放射+地下环状 1.02 0.60 3.O9 地面方格+环形放射+地下环状 1.02 0.70 4.59 3.5地下道路网结构形式综合评价 根据前述3项指标,应用模糊数学原理,提出下 述模糊综合评价方法来评价地下道路网结构形式的 合理程度,具体步骤如下: (1)确定评判对象的因素论域U 因素论域是以影响被评判事物的各种因素为元 素的一个普通集合,根据上述指标,确定城市干道路 网的因素论域为: U—Er,a ,刀。 (2)确定评语等级论域 评语等级论域是评判者对评判对象可能做出的 各种评判结果组成的集合,体现了评判的模糊特性。 城市地下道路网的评语等级论域取为V一[很好, 好,较好,一般,差,很差]一FA,B,C,D,E,F]。 (3)进行单因素评判,建立模糊关系矩阵 对于综合评价指标采用专家调查方法,专家评 分按百分制打分,然后再对此数据作如下处理:设有 K个专家,第 个专家对某一指标A,的评分为a , 那么此指标的评价均值E(A )为 ^ E(Aj)一∑ 一1 , 得到指标A 的加权评分,此加权评分化为百分比,即 为该指标的评价值。式中叫 为第i个专家的权重。 设模糊关系矩阵w是因素论域【,上的模糊子 集,构成了模糊综合评判的基础,通过以上4种地下 道路网形式的不同交叉口评价指标,通过专家打分, 得出下以评价结果,如表6所示。 表6综合评价指标论域【,和评语论域y Tab.6 Comprehensive evaluation index U and omens Oil the domainV (4)确定各因素的权重P 根据各因素对评价事物的影响程度,确定每个 因素的重要程度,因为不同城市的路网布局各有其 特点。故确定因素权重时,应针对具体城市的路网 现状特点,而有所侧重。可确定其权重向量 P一(P1 P2 P3)=(0.2 0.5 0.3)。 (5)据表5、6可得出4种情况下的w,将P与 w合成即得到被评事物与评语等级问的模糊关系 D,D—P×W。 (6)计算结果 对于D ,权重为P一(P P P。),评价矩阵为 w ,则D。=PXW。,这样就得到了D 的值。依次类 推,得到D:、D。、D 。 D1一PW 一(0.2 0.5 0.3) 366 理工大学学报(自然科学版) 第12卷 0 O 1 O 0 0 D2一PW 一(0.2 0.5 0.3) O O 1 0 O O 0 0 0 0 1 0 (0 0 0.7 0 0.3 0), 1 0 0 0 0 0 D3一PW 一(0.2 0.5 0.3) O 0 O 1 O O 0 O 0 1 0 0 (O.2 0 0 0.8 0 O), 1 O O 0 0 0 D4一PW 一(O.2 0.5 0.3) 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 (O.2 0 0.8 0 0 0)。 (7)评价结果 地面方格+地下放射状(D )和地面环形放射 +地下环状(D。)的评语为“一般”,地面方格+地下 方格(D。)和地面方格+环形放射+地下环状(D ) 的评语为“较好”。但地面方格+环形放射+地下环 状的隶属度大于地面方格+地下方格。因此,地面 方格+环形放射+地下环状为最优方案。 4 结 语 根据地面方格+地下放射状、地面方格+地下方 格、地面环形放射+地下环状、地面方格+环形放射 +地下环状等4种整合模式的评价指标,提出了不同 交叉口地下道路通行能力折减系数、地下道路网交叉 口通达性系数和地下道路网交叉口可靠性系数3种 评价指标。利用模糊数学原理,对地下道路网结构形 式进行综合评价,得出了地面方格+环形放射+地下 环状路网为最优结构形式。 地下道路网结构形式评价为地下道路规划与建 设提供了合理依据,为地上地下道路一体化整合提 供了有效的方法,从而可以有效地解决城市道路交 通拥挤问题,提高城市道路路网的通行能力。 参考文献: [1] 陈志龙,王玉北.城市地下空间规划EM].南京:东南 大学出版社,2005. 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