道路平面交叉平面设计与软件实现

[摘要]道路与道路交叉通常可分为立体交叉和平面交叉两大类。随着交通建设的飞速发展，高速公路等全封闭式道路的建设逐渐趋于缓和，非全封闭式道路建设逐渐成为当前道路建设的主要任务。由于非全封闭式道路间的交叉大多可采用平面交叉，因此，平面交叉的建设不可避免的呈上升趋势。平面交叉平面设计各构件关联性较强，相互影响制约，修改时常常牵一发而动全身，传统设计难以实现实时联动调整，耗时长，重复利用率低，严重浪费社会资源。因此，研究一套可实时交互设计、检验、绘制且可移植等功能的设计软件是迫切的，是有实用、商业及社会价值的。

[关键词]道路平面交叉 平面设计 软件实现

[abstract] road and road intersection usually can be divided into two categories, interchange and plane cross. With the rapid development of traffic construction, fully enclosed road construction such as highway gradually easing, not fully enclosed road construction gradually becomes the main task of the current road construction. Due to the fully enclosed road intersection between mostly can adopt plane cross, therefore, planar cross construction inevitably is on the rise. Plane intersection plane design each component relevance is stronger, influence each other, when a change is often inescapably, traditional design is difficult to realize real time linkage adjustment, time consuming, repeated utilization ratio is low, serious waste of social resources. Therefore, a set of research can be real-time interactive function such as design, inspection, mapping and portable design software is urgent, there is a practical, commercial and social value.

[key words] road level crossing plane design software implementation.

中图分类号：U4文献标识码：A

一、平交设计阶段及内容：

平交口设计大致可分为以下三个阶段：

资料准备阶段

主要需要收集基础资料，包括规划、交通量、相邻交叉参考资料等，然后进行初步分析；

现场踏勘，了解控制因素；

如果是改扩建还应了解现状平交存在的问题；

综合整理、提取有效资料备用。

方案设计阶段

根据道路等级及交通量等资料判断设置平交是否合理，是否应设置立交等；

根据各资料确定基本样式及交通管理方式；

拟定主要几何构造的参数；

进行通行能力验算；

进行其它方案设计，对比找出最优方案。

详细设计阶段

根据各资料细化各构造参数；

进行相关工程详细设计；

检验通行能力、行车视距等是否符合要求，否则修改设计。

二、本文研究范围

由于平交设计涉及的范围较广，不能一一细化，本文仅讨论详细设计阶段中有关平交平面设计的某一部分内容，本部分在《城市道路交叉口设计规程(CJJ 152-2O10)》及《公路路线设计规范(JTGD20-2O06)》中相关章节均有较为明确的规定。

为了更好的说明本文的研究对象，仅以公路典型十字交叉为例来说明，其它类推即可。通常所说的狭义的平交平面设计几个关键的构件包括中线分隔岛、右转外缘线、右转导流岛，这正是本文要研究的对象。这几个主要构件通常如图一所示。

图一 公路典型十字交叉平面示意图

三、构件分析与模型建立

本文主要对十字平面交叉的中线分隔岛、右转外缘线、右转导流岛三个平面关键构件进行研究，其它类型交叉类推。

中线分隔岛设计

中线分隔岛主要起分隔对向车流，防止车辆正面冲突，提高道路交通安全性，改善交通秩序的作用。

依据其宽度变化其形式通常表现为分隔标线、隔离护栏、实体岛等。

中线分隔岛样式复杂多变，难以用单一模型来描述。综合分析公路与城市道路中线分隔岛，本文将其分为次要道路水滴式、主要道路水滴式、借用直行车道式、增辟转弯车道式几种样式来分析建立计算机模型。鉴于篇幅所限，本文仅以增辟转弯车道式来进行说明。

如果进入平面交叉口的左转弯交通量较大，其转弯严重影响直行车辆的运行时，此时将考虑增设左转弯专用车道。如果直行车道数多且交通量不饱和，那么可以借用直行车道进行左转弯，否则，应增辟左转弯专用车道。

图二为增辟左转弯式的中线分隔岛计算机模型，模型由转弯段、等候段、变速段及若干渐变段等组成。

转弯段:主要根据转弯速度设置转弯半径等参数；

等候段:主要根据信号周期内等候车辆的类型、数量等设置等候长度等参数；

变速段:主要根据车辆运行速度、车辆减速性能等设置减速车道长度等参数；

渐变段:主要根据车辆运行速度、左转弯车道宽度、车辆侧移渐变率等设置渐变宽度、长度参数。

图二 增辟左转弯式的中线分隔岛模型

软件中通过交互输入参数，结合初始化边界（道路中心线，连续多段线）即可计算确定其几何形状，并实时显示预览。

2、右转外缘线设计

中线分隔岛设计完成后，可以确定内侧行车道边界，将此边界向外侧依次偏置左转弯车道、若干直行车道后得到直行车道外缘线。直行道路直行车道外缘线、相交道路直行车道外缘线将作为右转外缘线的初始化边界，因此右转外缘线的设计必须在中线分隔岛设计完成以后才能进行。

右转弯模型较为简单，在对公路、城市道路右转外缘线分析后，将其分解为减速段落、转弯段落及加速段落来建立计算机模型。

加、减速段：公路设计中根据道路等级、转弯交通量等可选用平行式、渐变式加减速车道；城市道路把这个段落称为展宽段，通常设置成平行式的；

转弯段：公路右转弯设计中为更好的适应汽车转弯轮迹，规范中推荐使用三心复曲线来模拟轮迹，但是人工计算绘制三心复曲线较为困难，通常需要经过试算才能完成；城市道路道路转弯车速度较低，转弯外缘线通常采用单圆曲线即可。

右转外缘线常规模型及相关规范取值如图三。

图三 右转外缘线常规模型及相关规范取值

软件中通过交互输入参数，结合初始化边界（直行道路直行车道外缘线及相交道路直行车道外缘线两条，均应为连续多段线）即可计算确定其几何形状，并实时显示预览。

右转导流岛设计

右转外缘线设计完成后，直行道路直行车道外缘线、相交道路直行车道外缘线、右转专用车道内缘线间围成一三角区域，当这一区域长度、面积达到一定标准时，为规范、引导车流，需要将其隔离出来做成隐形或者实体岛。

转角导流岛的设计通常要考虑右转弯专用车道的加宽设计，规范中也有不同转弯半径及车道宽度取值。通常转弯车道进口较宽，出口较窄，同时还需要考虑误入折返设计等。

右转导流岛常规模型及相关规范取值如图四。

图四 右转导流岛常规模型及相关规范取值

软件中通过交互输入参数，结合初始化边界（直行道路直行车道外缘线、相交道路直行车道外缘线及右转车道外缘线三条，均应为连续多段线）即可计算确定其几何形状，并实时显示预览。

四、软件实现

以上已经分析了平交平面的几个构件，将这些构件分类、组合管理，可以形成平交元（组成平交的基本元素）。为适应复杂的组合平交，可将若干个平交元组合在一起形成一个平交，再将若干个平交集合在一起，作为一个项目进行管理，其基本关系如图五。

图五 项目构成基本关系图

各构件（如分隔岛1）可通过边界初始化确定其平面约束边界，由参数文件控制其样式及细部尺寸，并可交互修改、保存、入库、移植等。边界初始化、参数修改完成后，可进行试算、预览，满意后输出到AutoCAD出版。

在以上思路的指导下，结合工程实际，我们研发出了一套专业的平面交叉平面辅助设计软件如图六，希望可以为道路工程的建设作出一定的贡献。

图六 平面交叉平面辅助设计软件界面之一

参考文献：

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部．城市道路路线设计规范.CJJ 193-2012．中国建筑工业出版社．2012[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部．城市道路交叉口设计规程CJJ 152-2010．中国建筑工业出版社．2010[3]中华人民共和国交通运输部．公路路线设计规范JTG D20-2006．人民交通出版社．2006

[4] 中华人民共和国交通运输部．公路路线设计细则（总校稿）