地下车库联络道出入口设计研究

李 尚

(北京城建设计发展集团股份有限公司， 北京 100045)

0 引言

随着我国城市化进程的发展，重要城市中心城区的土地资源与交通需求和人口压力之间的矛盾越来越突出，地下道路的系统性开发利用对于大型城市来说是一种必然趋势。地下道路这种交通设施不仅能节约土地资源缓解交通拥堵、降低汽车噪音对居民生活的影响、集中收集处理汽车排放的尾气减少对大气的污染，还能避免传统的地面道路和高架道路对两侧地块的割离现象，利于地块的开发利用。

目前，国内在建或已建成的地下道路在使用功能上可大致分为4类[1]： 1)穿越江河、山体等障碍物的城市地下道路； 2)穿越一个或多个交叉口的城市地下道路； 3)系统性很强、多点进出的城市地下道路； 4)与区域地下车库联系沟通的地下道路。第4类地下道路的功能是改善城市区域的到发交通，沟通联系地下车库，整合车库资源，并与地块建筑联系紧密。而且此类地下道路的技术标准较低，设计速度一般为20～30 km/h，可实现静态交通与动态交通的转换，有利于提高停车效率，如北京中关村地下环廊、北京金融街地下环廊、成都大源地下环廊等。本文研究对象为第4类地下道路，也称为地下车库联络道。

国际上，北美、西欧、日本等发达国家已经对地下道路的开发进行了一定研究，并积累了一些经验。日本是区域性地下联络道方面应用经验较丰富的国家之一，在城市核心区大量建设使用地下联络道，如日本梅田地下联络道、东京品川站东口地区地下联络道、广岛市基町地下联络道、汐留地区地下联络道等[2]。国内汪怡然等[3]和游克思[4]对地下道路出入口衔接模式和地下道路的交通安全评价进行了相关研究，郝标[5]和尹海军[6]对地下道路的设计要点做了相关研究和探讨，尚德申[7]对核心区的地下道路建设做了研究，章华金等[8]对地下道路外部出入口的布置位置进行了相关研究。

上述研究提出了针对地下道路特定领域的研究理念和评价体系，对相关工程设计和后评价有一定的借鉴和参考价值。但目前国内的规范标准没有对地下车库联络道出入口线形指标进行规定，相关文献也缺少基于运行安全、施工难度和防灾疏散对地下车库联络道出入口线形指标和位置选择的研究。本文从上述3个角度出发，根据现行规范的计算原理，结合工程可实施性，推导出地下车库联络道出入口变速车道和渐变段长度的取值。通过对低等级公路的运行速度计算模型进行优化和推导，应用到地下车库联络道中，并依据计算结果判断运行安全性，从而合理选择出入口位置。并根据火灾案例和烟雾发展情况，提出单洞单向地下道路疏散间距的要求。

1 国内地下车库联络道现状调查和工程案例

1.1 国内地下车库联络道现状调查

笔者根据所收集的设计资料，对国内已实施的部分环形地下车库联络道进行调查分析，对地下车库联络道的研究归纳起到一定的借鉴作用。国内已建成地下车库联络道调查总结如表1所示。

表1 国内已建成地下车库联络道调查表

介于地面市政道路与地下车库之间的地下车库联络道，运营管理主体比较模糊，投资建设主体一般属于地方市政公用设施投资建设部门，但后期运营管理部门各地并不统一且尚未明确。目前调查的已经建成的几条地下车库联络道，大部分消防部门和交管部门并未验收接管。从标准规范应用来看，由于北京中关村地下环廊建设时间比较早，当时依据建筑行业规范进行设计，其他地下道路大部分主要线形指标依据市政行业规范要求，根据2015年发布的《城市地下道路工程设计规范》[9]，地下车库联络道已经被纳入市政行业系统标准中，但是缺乏公安消防、交管等部门的共同参与，同时也缺乏针对地下车库联络道的指导细则，如变速车道长度、出入口间距、出入口位置选择与主线运行速度协调性等。

1.2 工程案例

笔者以在建的郑东新区CBD副中心环形地下道路和成都金融总部商务区河东片区核心区地下道路为设计案例，对地下车库联络道交通组织和出入口在设计过程中遇到的问题进行研究分析，并提出相应的解决方案。

1.2.1 案例1

郑东新区CBD副中心地下道路主路总长3.12 km。该地下道路的交通组织方式为主路采用逆时针单向行驶，主路设计速度为30 km/h，单向6车道。外侧辅路与主路同向，内侧辅路与主路反向，辅路设计速度为20 km/h，单向2车道。该项目整体鸟瞰图如图1所示，地下道路交通组织如图2所示，中环路地下道路横断面如图3所示。

图1 郑东新区CBD副中心地下道路项目整体鸟瞰图

Fig. 1 Overall aerial view of underground road project of Zhengdong CBD sub-center

图2 郑东新区CBD副中心地下道路交通组织图

Fig. 2 Traffic organization of underground roads of Zhengdong CBD sub-center

图3 郑东新区CBD副中心区中环路横断面图(单位： m)

1.2.2 案例2

成都金融总部商务区核心区地下道路总长2.4 km。该地下道路的交通组织方式为单洞逆时针单向行驶，设计速度为30 km/h，单向3车道。该项目整体鸟瞰图如图4所示，地下道路交通组织如图5所示，地下道路横断面如图6所示。

图4 成都金融总部商务区地下道路项目整体鸟瞰图

Fig. 4 Overall aerial view of underground road project of Chengdu financial business district

图5 成都金融总部商务区地下道路交通组织图

Fig. 5 Traffic organization of of underground roads of Chengdu financial business district

图6 成都金融总部商务区地下道路横断面图(单位： mm)

Fig. 6 Cross-section of underground road of Chengdu financial business district (unit: mm)

2 地下车库联络道交通组织设计

根据目前已建或在建的工程实例可知，地下车库联络道交通组织方式的选择主要考虑3种交通组织方式： 单向逆时针行驶、单向顺时针行驶和双向行驶。

地下车库联络道交通组织设计应根据区域路网规划、功能定位、实施条件、工程造价等综合考虑。如采用单洞地下道路，从交通安全和内部空气环境等方面进行考虑，结合地下车库联络道区域性短距离到发交通的特点，宜优先采用单向交通行驶。根据外部道路交通组织方式以及出入口设置的位置，按照机动车靠右行驶的驾驶习惯，优先采用右进右出，避免交通冲突点，提高通行效率，最终确定顺时针或逆时针的交通组织方式。

3 地下车库联络道出入口设计

3.1 线形指标选择

地下车库联络道及出入口的线形指标应根据设计速度按照《城市道路路线设计规范》[10]和《城市地下道路工程设计规范》[9]中线形指标选取，不宜按《车库建筑设计规范》[11]进行设计。

以设计速度为20 km/h的小汽车专用地下道路为例，按极限值考虑，市政行业规范和建筑行业规范中主要线形指标对比如表2所示。

表2 市政行业和建筑行业中主要线形指标对比

3.2 变速车道和渐变段长度

对于地下车库联络道的出入口，根据其交叉形式，一般分为T形出入口和平行式出入口。

出入口的设计有2种： 第1种是参照立交匝道的方法进行设计，设置相应的变速车道和渐变段； 第2种是参照平面交叉的方法进行设计，主路可以根据交通量情况考虑是否设置展宽段和渐变段，长度可以依据《城市道路交叉口设计规程》[12]中支路标准的相关参数进行设计。2种方式均需通过验算转弯处的视距三角形来确定结构边墙的位置。

对上述2种方式的设计结果进行比较。第1种方式标准偏高，会增加工程实施难度和建设成本，尤其是对于平行式出入口，需要做一个S型曲线，导致出入口规模比较大，结构设计非常困难。根据北京中关村地下环廊和成都大源地下环廊的设计经验，柱跨径最大为15～18 m，在整个S型曲线中，中间不设结构柱，导致梁和柱的尺寸偏大，且矩形地下结构受多方面因素制约，一般不采用预应力结构。所以这种方式一般需要结合结构设计进行优化。第2种方式相对而言较容易实施，转弯半径相对较小，跨径相对容易满足结构的设计要求。

出入口若按照匝道的标准设计，变速车道和渐变段无相关依据标准。目前规范中关于变速车道长度的取值只对主线设计速度40 km/h以上的有规定，设计速度为20～30 km/h的地下车库联络道，也应按照AASHTO[13]给出的计算方法，计算出变速车道和渐变段长度，并结合停车视距最终做出要求。

停车视距分解为反应距离、制动距离和安全距离。依据《城市道路路线设计规范》，停车视距计算结果如表3所示。

表3 停车视距

加速车道的长度

(1)

表4 平均加速度

考虑到地下道路主线和出入口两侧侧墙对视线的影响，在合流处无法像地面道路一样保证三角通视区，需对加速车道长度计算值与停车视距进行比较，取二者之间的较大值作为加速车道长度。加速车道长度取值如表5所示。

表5 加速车道长度

减速车道的长度分解为发动机制动减速长度和制动器制动减速长度。依据《城市道路路线设计规范》，减速车道长度计算结果如表6所示。

表6 减速车道长度

对于渐变段长度，有2种计算方法： 第1种为横移一条车道需要的最短距离； 第2种为车辆S形行驶轨迹反向曲线长度。依据《城市道路路线设计规范》，渐变段长度计算结果如表7所示。

表7 渐变段长度

如果无条件实施加速车道或展宽段时，需要在主线到达入口前设置配套的交通安全设施，提前将冲突点消除。而且应采取硬隔离的方式，而不宜只采取划标线的方式(如增设交通柱或者护栏等)，以防止主线车辆驾驶人误判或违规，导致入口处交通事故频发，以保证主线和入口处车辆行车安全。

3.3 出入口位置选择

在公路工程设计中，比较注重运行速度与设计速度协调性的检验与评价[14]。目前市政道路受规划和交叉口间距较密等多方面因素的影响，对平纵线形组合方面考虑相对弱化。但对于规模较大的区域性地下车库联络道，全程无灯控且驾驶员的视线没有地面开阔，驾驶员进入地下道路更容易产生视觉疲劳，加上需要阅读交通标志信息，人的反应会变慢，如果平纵组合不当，更容易发生交通事故，一旦地下工程发生较大的交通事故，救援难度大、危害严重。所以需要对地下车库联络道进行运行速度协调性评价，合理选择出入口及车库开口的位置。

3.3.1 运行速度协调性评价标准

目前尚无针对设计速度低于40 km/h的地下车库联络道运行速度评价体系指标的规范。本文提出针对设计速度为20～30 km/h的地下车库联络道运行速度协调性评价标准，如表8所示。

表8 运行速度协调性评价标准

3.3.2 运行速度预测方法和模型

同时参照公路工程提出针对小汽车为服务主体、设计速度低于40 km/h的地下道路联络道的运行速度预测方法和模型，分析单元划分原则如表9所示。

表9 分析单元划分原则

平直路段运行速度模型：

(2)

式中：vout为终点速度；vin为起点速度；a为车辆加速度；s为路段长度；amax为最大加速度；amin为最小加速度；ve为期望速度。

平曲线路段运行速度模型如下。

1)曲中点，

vmiddle=-244.123+0.6vin+40ln(Rnow+400)。

(3)

2)曲线出口，

vout=-183.092+0.7vin+30ln(Rfront+400)。

(4)

式(3)—(4)中：vmiddle为曲中点运行速度；Rnow为所在圆曲线半径；Rfront为即将驶入的曲线半径，当前方为直线，取Rfront=350 m，若Rfront>5Rnow，取Rfront=5Rnow。

弯坡组合路段运行速度模型如下。

1)前半段上坡，

vmiddle=-244.123+0.6vin+40ln(Rnow+400)-

(350-Rnow)(i1-3)/350-0.324i2。

(5)

2)前半段下坡，

vmiddle=-244.123+0.6vin+40ln(Rnow+400)-

(350-Rnow)(i1+3)/350-0.324i2。

(6)

3)后半段上坡，

vout=-183.092+0.7vin+30ln(Rnow+400)-

1.2(350-Rnow)(i2-3)/350-0.324i3。

(7)

4)后半段下坡，

vout=-183.092+0.7vin+30ln(Rnow+400)-

0.8(350-Rnow)(i2+3)/350-0.324i3。

(8)

式(5)—(8)中：i1为中点前纵坡；i2为中点后纵坡；i3为前方的纵坡；上坡为正，下坡为负。

最终的运行速度模型中应根据路侧干扰情况、开口密度、路侧净区宽度对运行速度进行折减修正。

3.3.3 设计案例运行速度计算结果

以成都金融总部商务区核心区地下道路为例，根据运行速度计算模型，得出运行速度计算结果，部分结果如表10所示。把出入口位置选择在运行速度协调性较好的单元，出入口模拟效果图如图7所示。

表10 部分运行速度计算结果

图7 成都金融总部商务区地下车库联络道三维模拟效果

Fig. 7 Three-dimensional simulation effect of underground road at Chengdu financial business district

3.4 出入口间距要求

地下车库联络道的出入口间距设计一方面要考虑地面道路路网和交通需求分析的影响，另一方面还需要考虑后期运营管理和防灾救援疏散的要求。

地下道路的灾害主要包括水灾、地震、战争与恐怖袭击、交通事故、有毒化学品泄漏以及火灾。针对各灾害发生的频率和后果，目前主要考虑交通事故和火灾。火灾多发、危害大，作为首要的防范对象。由于地下道路与周边地块地下车库的产权单位一般不是同一单位，设计时也是按照不同防火分区设置各自的防火卷帘，原则上地下车库联络道不能将地下车库出入口作为火灾发生时车辆疏散通道，故需要考虑设计地下道路独立的车辆疏散通道。所以在设置出入口的时候，除了考虑交通功能的需求外，还应考虑防灾疏散功能。

火灾爆发10 s后，火势发展迅猛；10 min内顶板温度上升至1 200 ℃，含氧量急剧下降，烟雾体积分数迅速上升。根据荷兰及欧洲其他一些地区的一系列模拟试验结果和对初期火灾烟雾体积分数发展特点和碳氢火灾升温曲线特点的分析,以及各国对地下道路火灾事故的总结[15]可知，逃生的最佳时间不超过5 min，宜在1～3 min内逃生到安全区域。

目前国内针对城市地下道路的防灾疏散方面的规范标准主要参考《城市地下道路工程设计规范》和《建筑设计防火规范》。其中《城市地下道路工程设计规范》为市政行业标准，无公安消防部门参编，《建筑设计防火规范》为国家标准，由公安消防部门主编，但2个规范中均没有针对单洞单向地下道路车行疏散通道间距的具体要求。

结合车辆疏散方面的要求，本文研究提出单洞地下车库联络道出入口或车行疏散道的间距宜按照设计速度1～3 min行程考虑。如果设置了横向或半横向通风排烟设备和自动灭火系统，可以根据发生火灾时烟雾和火情发展预测模型，延长逃生疏散时间，并适当加大车辆疏散间距，但最大间距不应超过5 min行程长度。

4 结论与建议

1)根据最新的规范要求，地下车库联络道及出入口线形指标参数应采用市政行业规范标准的计算方法进行计算，不宜采用建筑行业标准进行计算。

2)对于出入口变速车道及渐变段长度的取值，应根据变速车道长度计算结果，结合停车视距长度综合考虑。

3)通过建立地下车库联络道运行速度协调性评价标准和预测模型，提出出入口位置选择时应与主路进行运行速度协调性验算，不应将出入口选择在地下车库联络道平纵线形条件不利的位置。

4)出入口的间距应既满足交通功能的需求，又满足防灾疏散的需求，宜按照设计速度的1～3 min行程设置。

5)由于地下车库联络道的建设尚未形成规模，总结的建设经验有限，建议下一步加强对该领域多学科的基础理论研究，如驾驶员心理学科、汽车工程学科、智能交通系统等对地下车库联络道线形设计的影响。

6)由于目前大量已建成的地下车库联络道均无法验收，建议主管部门明确对于地下车库联络道的运营和管理的权责划分，保障地下车库联络道运营和维护安全。

7)由于目前《城市地下道路工程设计规范》中缺乏公安消防部门的设计要求，建议该规范修编时进一步完善地下车库联络道防灾疏散方面的设计要求和验收标准。