开云体育 开云官网开云体育 开云官网张于平 单东辉 靳媛媛 吴玺广深高速公路改扩建管理处 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 陕西省住房和城乡建设厅

　　摘 要：随着城镇化进程的加快，高度城市化地区出现了兼顾城市交通功能的高速公路扩容改建需求，而设计速度是其关键的控制性指标。针对高度城市化地区兼顾城市交通功能设计速度选取问题，提出了基于公路功能和交通组织的设计速度交叉论证方法。依托广深高速公路改扩建项目，立足公路兼顾城市交通功能定位，采用内外幅分隔的交通组织模式，实现内幅2车道中长距离快速通行、外幅3车道短距离汇集疏散；基于交通组织模式，综合考虑交通特性、运行速度、交通管控、控制条件等因素，确定了广深高速公路平面复合式扩容改建的设计速度，即：总体按照120km/h设计速度控制，针对小间距立交路段及受限路段，外幅互通区域及匝道出入口设计按照运行速度100km/h控制。

　　随着社会经济的快速发展，国家高速公路网骨干通道交通量持续增长，部分早期建设的双向4车道、6车道高速公路交通量日趋饱和，服务水平显著下降；在“交通强国”战略的指导下，《国家综合立体交通网规划纲要》提出2035年全国123出行交通圈(都市区1小时通勤、城市群2小时通达、全国主要城市3小时覆盖)的发展目标；持续、强劲的建设需求与有限的土地资源、交通走廊带之间的矛盾日益突出。因此，既有高速公路立体改扩建或者平面改扩建已成为充分挖掘有限交通走廊带资源的重要技术手段之一，是高速公路建设集约化理念的体现。

　　目前，京津冀城市群、长三角城市群、粤港澳大湾区、成渝城市群等城市群高速公路改扩建需求旺盛；部分城市群城镇化率接近90%、深圳地区城镇化率达100%,高度城市化地区出现了兼顾城市道路功能的高速公路，这些高速公路主要以城市绕城、大城市主城与区域中心、城市群城市之间快速通达功能为主；但是，由于高速公路沿线土地利用、国土空间、控制条件等严重影响了改扩建工程的规模和形式，使得这部分高速公路兼具城市道路汇集疏散的功能。兼顾城市道路功能高速公路的特殊性，决定了其在功能定位、交通组织、交通管控、关键指标选取等方面区别于传统4车道、6车道高速公路，现有的公路工程标准体系、城市道路工程标准体系无法完全覆盖此类高速公路的建设需求，各地建设单位、设计单位对不同标准体系下的上位规范指标理解存在差异，出现了不同的定义和改扩建模式。为适应兼顾城市道路功能公路建设需求，交通运输部立项了《城镇化地区公路工程技术标准》[1]、中国工程建设标准化协会公路分会立项了《城际道路设计标准》[2]以及其他地方性规范和指南[3]。上述标准聚焦城镇化、城际道路功能定位和界限划分，对复合式高速公路改扩建设计速度仅提出原则性方法和指导。

　　美国是高度城市化地区改扩建高速公路工程实践案例最多的国家之一，其高速公路一般为双向6车道，接近大城市的路段以8车道为主，进出纽约、芝加哥、洛杉矶、休斯顿等大城市的路段为双向10车道、12车道，甚至出现了双向26车道的超多车道高速公路；为了满足长短途、快慢速通行的不同功能需求，美国针对高度发达地区的高速公路管控提出了“管控车道(Managed Lanes)”的概念，包括：HOV车道(high-occupancy vehicle (HOV) lanes)、定价车道(priced lanes)、高占有率收费车道(high occupancy toll (HOT) lanes)、其他特殊车道等[4];集中体现在整体式多车道高速公路交通组织模式上，表现为内外幅分隔，内幅一般承担快速通行的功能、外幅承担混行集散功能；可见交通组织在高度城市化地区多车道整体式高速公路中具有至关重要的作用。我国多车道高速公路改扩建处于起步阶段，可借鉴经验较少；高速城市化地区兼顾城市道路功能的高速公路不仅要满足长途快速通达的要求，还需要考虑城镇化、沿线土地开发带来的短途汇集疏散功能；高速机动化背景下道路功能体系分工应明确，形成长距离跨区交通、短距离本地交通的有效组织[5],才能充分发挥有限通道资源的最大化利用。因此，本文针对兼顾城市道路功能的高速公路设计速度控制性指标选取问题，基于功能定位和交通组织模式，综合交通特性、运行速度、交通管控、控制条件等因素，提出高度城市化地区兼顾城市道路功能高速公路设计速度选取方法，依托广深高速公路改扩建项目，论证分析设计速度适应性，以期为复合式高速公路改扩建项目提供参考和技术支撑。

　　道路是满足人们出行需求的基础设施，根据不同需求层次分为不同等级。人们交通出行这一派生需求，主要是以机动性(Mobility)和可达性(Accessibility)为核心；机动性通常是指区域间长途、快速出行需求，可达性通常是指服务地方、短途集散需求[6]。

　　道路功能定位应与出行需求层次相对应，充分均衡考虑道路机动性和可达性，使其既能服务出行的派生需求，又能达到道路资源利用最大化。道路的功能可能是多元的，但主要功能只有一种；因此在进行道路功能定位时其实质是统筹考虑机动性和可达性，在二者之间取得平衡。我国在道路设计领域已形成了较完善的公路工程标准体系和城市道路标准体系，分别用于指导公路和城市道路的设计建设等工作。这两个标准体系对公路和城市道路的范畴都做了明确的规定，并对设计依据、设计控制要素和设计指标及其使用做出了具体要求。

　　《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)2.02关于“公路功能”术语描述如下：公路在路网中为车辆出行提供畅通直达、汇集疏散和出入通达的交通服务能力；主要干线公路和次要干线公路具有畅通直达的功能、主要集散公路和次要集散公路具有汇集疏散的功能，支线公路具有出入通达的功能。

　　在《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)修订之前，我国公路技术等级主要以交通量为依据选用，对道路所处区域特点及交通网络结构考虑比较少；现阶段我国公路已处于完善路网阶段，以交通量为主导确定公路等级的方法已经不适应现阶段的项目需求，需要从理念上确立功能主导的技术指标选择方法。按照功能确定公路技术等级和主要技术指标，有利于：路网结构的完善、资源的有效利用；公路技术指标的合理选用；公路建设更好地与城市规划建设、交通安全等相协调；充分发挥其功能和作用。

　　《城市综合交通体系规划标准》(GB/T 51328-2018)按照城市道路所承担的城市活动特征，将城市道路分为3个大类、4个中类、8个小类[7,8],如表1所示。

　　高度城市(镇)化率地区以及城市(镇)化高速发展地区高速公路改扩建项目具备“复合道路功能”的工程特点。所谓复合道路功能是指道路承担的功能是多元的、复合的，如“长途+短途”、“干线+集散”等，具体到现有标准体系范畴如公路兼顾城市道路功能、公路兼城市快速路、市域快速路、城际快速路(通道)等新型的公路建设模式。复合道路功能是兼顾机动性和可达性的结果，也是出行需求多元化(畅通直达、快速通行与汇集疏散、道路接入)的集中体现[9,10]。

　　从发达国家(地区)和我国大城市城市化发展经验看，未来一个时期仍然是我国新型城镇化和城乡一体化推进的关键阶段，城市建成区范围仍将持续扩大、部分交通走廊仍将改建升级，意味着越来越多的公路将兼顾城市道路功能，将有更多复合功能的道路工程建设项目涌现。高度城市化地区改扩建需结合具体需求、控制条件、交通功能等因素，融合考虑、兼顾公路和城市道路的交通特性，设计指标选用应体现功能优先、兼顾功能的原则。道路复合功能定位是高度城市化地区改扩建项目的内在特征，是由所在区域特点、交通特性、路网结构、功能定位、交通组织、交通管控等因素综合确定。随着公众出行需求的多元化、出行方式的多样化、交通构成的复杂化，道路功能的属性呈多元化、复杂化、集成化特点；因此，为了更好服务区域交通、满足不同层次的交通出行需求，应基于道路复合功能进行设计指标的选择和论证。

　　高度城市化地区高速公路改扩建受控因素多、技术指标要求高，改扩建形式以复合式扩容改建为主。高度城市化地区由于交通廊道资源稀缺，城市群地区既有高速公路沿线的土地规划与利用情况已基本定型，很多高速公路沿线已基本没有空余土地进行规划开发，土地性质的约束也影响着城市群高速公路的改扩建；为了充分挖掘通道资源和空间资源，城市化地区高速公路改扩建以复合式扩容改建形式为主，主要包括：平面复合改扩建和立体复合改扩建。

　　在现有道路的基础上，利用现有道路的路侧空间，扩宽道路，增加行车道，提高高速公路的通行能力；平面改扩建对道路空间的需求大，要求高速公路全线都具备完善的改扩建空间。同时，对于八车道及以上的高速公路平面改扩建而言，尤其是平面复合式高速公路较常规高速公路来说，设计难度和技术要求均较高。

　　利用现有道路的立体空间，在既有公路的上方(或下方)增设行车道。对于京津冀城市群、长三角城市群、粤港澳大湾区、成渝城市群等城市群高速公路改扩建而言，土地资源有限，横向平面空间限制严重，高速公路平面改扩建的限制因素较多，越来越多的改扩建项目利用立体空间，发掘高速公路的立体扩容能力，对现有高速公路进行立体化复合式设计改造。相对平面改扩建，立体改扩建对公路平面空间的需求小，可在现有空间的基础上进行设计建设，但是立体改扩建设计难度更大，技术要求更高。

　　《高速公路改扩建设计细则》(JTG/T L11-2014)关于设计速度规定如下：应在既有高速公路设计速度的基础上，综合考虑改扩建公路功能、建设条件、运行速度、土地利用等因素，论证确定改扩建项目的设计速度。高度城市化地区复合式高速公路由于其复合道路功能的特征，决定了其设计速度选取区别于传统改扩建项目；其中，如何实现兼顾城市道路功能的交通组织，是影响复合式高速公路设计速度的重要因素之一。设计速度影响因素有以下几个方面。

　　具体工程项目的功能定位主要从三个方面体现：宏观区域层面、中观路网层面、微观项目层面；宏观区域层面主要体现项目战略规划定位，如经济格局、战略走廊等；中观层面主要体现项目交通路网中的定位，如骨架路网等；微观层面主要是服务沿线周边出行为主，如长途出行、短途出行等。

　　高度城市化地区存在兼顾城市道路功能的高速公路建设需求，交通组织是实现功能兼顾的重要技术手段，通过交通组织可满足长途与短途、干线与集散等出行需求的分隔，实现道路资源最大化利用。以10车道整体式高速公路车道级功能划分为例，主要的交通组织形式如表2所示。

　　基于高度城市化地区高速公路改扩建特点，基于功能定位，结合以上设计速度影响因素，本文提出兼顾城市道路功能高速公路改扩建设计速度选取方法，如图2所示。

　　如图2所示，功能定位是决定项目等级和技术指标的决定性因素，针对公路、城市道路的功能定位，我国公路工程技术标准、城市道路工程技术标准已相对成熟，能够指导设计速度选择。针对公路兼城市交通的功能定位，首先从改扩建的方式选择上满足不同层次的功能需求；当采用立体改扩建时，需确定上下层的功能；当采用平面复合改扩建时，需确定内外幅的功能。改扩建方式确定之后，应优先考虑交通组织如何实现不同功能定位；其次再综合运行速度、交通特性、控制条件等因素确定设计速度。

　　4 广深高速公路改扩建设计速度适应性论证4.1项目概况广深高速公路是我国第一条粤港合作修建的高速公路，于1994年7月18日全线日正式通车运营，现状设计速度120

　　,全线除太平至五点梅路段、鹤洲至福永路段以及厚街南枢纽至新联互通段已扩建为双向10车道外，其余均为双向6车道，是国内交通最繁忙的高速公路之一。

　　广深高速公路改扩建工程北起于广州市黄村立交，与广州环城高速公路北段相接，南止于深圳市皇岗口岸，与深圳市皇岗路相接，全长约118km。改扩建工程总体按照“充分利用原道路和土地资源”的原则进行扩建，主要采用两侧拼接成整体式双向10车道，局部采用分离式断面和整体式8车道。本文主要针对整体式双向10车道路段设计速度选取问题进行研究。

　　4.2设计速度适应性分析(1)功能分析。区域功能：广深高速作为粤港澳大湾区东岸的核心发展轴、广深港科技走廊的主要公路载体，促进粤港澳大湾区整体协调、错位发展经济格局的形成，提高湾区的世界影响力，推动建成国际一流湾区和世界级城市群。

　　15的共线段，是国家高速公路路网中南北通道的骨架元素。交通功能：广深高速公路是纵贯穗莞深港的交通要道，承担着区域交流的干线功能，并兼顾城市短途交通。综上，广深高速公路功能定位可总结为：公路交通兼城市交通的复合高速通道，主要干线公路功能与主要集散公路功能并重。

　　针对广深高速功能定位，为了满足公路交通和城市交通、畅通直达和汇集疏散、长途和远途的出行需求，项目采用内外幅分隔2+3的交通组织模式(如图3所示),即：内幅2车道主要承担畅通直达的干线车道承担汇集疏散的主要集散公路功能。

　　为了分析广深高速的交通特性，收集广深高速既有10车道路段监测视频，通过人工智能算法，从既有监控视频提取各车道车型、车速等指标，通过统计分析各车道车型组成如下。

　　一车道：小型车占比99.61%,中型车占比0.11%,大型车占比最低0.28%;二车道：小型车占比85.07%,中型车占比0.42%,占比最小，大型车占比14.51%;三车道：小型车占比72.56%,中型车占比0.37%,大型车占比27.08%;四车道：小型车占比67.93%,中型车占比0.48%,大型车占比31.58%;五车道：小型车占比65.70%,中型车占比0.68%,大型车占比33.62%。总体上，广深高速公路以小型车为主，内侧车道(一车道、二车道)小型车占比96%左右，基本均为小型车；外侧车道(三、四、五车道)大型车占比30%左右。结合其内外幅功能定位，在采用内外幅分隔的交通组织模式模式条件下，内幅2个车道为小客车专用车道，实现“长途”出行，外幅3个车道为客货混合车道，实现“短途”出行。

　　(4)运行速度。基于广深高速既有10车道路段视频资料，采用人工智能算法，提取不同车道车型、行驶速度等数据，共提取10万余条可用数据；不同车道运行速度分布特征如表3、图4、图5所示。

　　基于以上大量观测数据统计分布可以看出，不同车道车辆行驶速度呈正态分布，且同一车道速度分布较为集中；既有10车道路段第一车道行驶平均速度为93.20 km/h, 第85%分位速度为110 km/h;第二车道行驶平均速度为87.69 km/h, 第85%分位速度为108 km/h; 第三、四、五车道行驶平均速度为87 km/h, 第85%分位速度为101 km/h。合并内侧车道(一、二车道)、外侧车道(三、四、五车道)行驶速度数据，可以发现内侧车道行驶平均速度为90.16 km/h, 第85%分位速度为109 km/h; 外侧车道行驶平均速度为85.08 km/h, 第85%分位速度为101 km/h。也就是说，广深高速既有10车道路段由于其大交通量、外侧混行交通、现有速度管控等条件下，虽然目前设计速度为120 km/h, 但是外侧三车道运行速度仅维持在100 km/h左右。

　　(5)控制条件。现状广深高速互通立交密集，平均间距 4.7 km、最小间距为 1.2 km; 当采用设计速度120 km/h时，广深高速现状指标共有10处互通立交指标不满足设计速度要求；当采用设计速度100 km/h时，广深高速现状指标共有5处互通立交指标不满足设计速度要求。在2+3内外分幅的交通组织模式下，针对小间距立交路段及受限路段，外幅互通区域及匝道出入口设计可按照100 km/h控制。

　　高速城市化地区复合式高速公路改扩建项目设计速度选取应充分考虑公路功能定位、交通组织、运行速度、工程经济、控制条件等因素综合论证确定；同时，一般高速公路改扩建工程，其改扩建后的设计速度以不低于原设计速度为基本原则。论证流程如图6。

　　综上各因素论证分析，在全线 km/h的条件下，內幅2车道运行速度基本可以达到120 km/h, 外幅3车道运行速度基本在100 km/h以下；同时，结合广深项目功能定位和交通组织，内外幅承担了不同的交通功能，内幅2车道考虑小客车快速通行的交通特性；外幅3车道考虑分合流、交通流交织以及货车汇入，不同车型速度差等交通流特性，也与实际的运行速度相契合。因此，总体按照 120 km/h设计速度控制，针对小间距立交路段及受限路段，外幅互通区域及匝道出入口设计按照100 km/h控制。

　　5 结语设计速度是高速公路改扩建控制性指标之一，高度城市化地区扩容改建首先因素较多，且存在兼顾城市道路功能的工程建设需求。本文立足于道路功能内涵，针对高度城市化地区兼顾城市道路功能设计速度选取问题，提出基于公路功能和交通组织的设计速度确定方法，综合考虑交通特性、运行速度、交通管控、控制条件等因素，论证分析内外幅分隔选取设计速度的适应性，依托广深高速公改扩建工程，提出与之适应的设计速度方案。

　　)针对高度城市化地区高速公路改扩建问题，宜充分考虑特殊区段道路功能的复合性，如长途+短途、公路兼城市交通、快速+集散等；不同功能定位宜进行分隔，再结合项目特点考虑采用平面复合或立体复合改扩建。

　　(2)针对不同功能分隔问题，宜重视交通组织模式的确定，结合项目交通特性选取与之匹配的交通组织模式；通过交通组织进行功能分隔，可有效节约通道资源、提升道路通行能力。

　　(3)针对具体项目设计速度论证问题，宜基于道路功能和交通组织，综合交通特性、运行速度、交通管控、控制条件等因素，交叉论证分析设计速度适应性。

　　[3]魏旭华.城际道路功能定位及其关键控制要素研究[D].重庆交通大学，2019.

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　　[9]崔亚雷.公路与城市道路基于交通功能设计融合关键技术研究[J].公路，2020,65(11):284-288.

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