人行天桥选址方案设计与分析

夏鑫杰，彭卫兵

(浙江工业大学 土木工程学院 杭州市 310014)

0 引言

近年来，随着经济的发展，城市人口与车辆数量日益增加，城市主要街道的交通量不断的增长，人与车辆的矛盾也日渐加剧。为缓解人车矛盾，提高城市路网的通行能力、确保行人过街安全方便，城市人行过街设施的建设日益增多，其中最为主要的就是人行天桥的建设。城市人行天桥的建设对提高车辆运行速度、实现人车分流、改善交通拥挤状况有着重要的作用与意义，成为了各城市交通系统中必不可少的组成部分，因此越来越受到城市建设部门和国内外学者的重视。

陈尚和，任福田等[1]从行人出行方便的角度出发，提出了两种定量分析模型：离散型模型和连续型模型，为人行天桥的选址提供了依据；张豪[2]通过对当时西安现有的城市行人过街立交设施进行详细的调研，对其设施建设选址条件和特点进行分析和总结，将“路段行人与车行交通量、现状区域内步行交通流线、现基础设施建设”三个方面作为行人过街立交设施选址中应该重点关注对象；陶然[3]通过对成都市红星路(一号桥至南二环段)7座人行天桥进行调研并分析其选址因素，评判各因素在日常实际中的重要性，为今后的人行天桥选址提供了依据；樊长刚，谢泽龙[4]从天桥选址、总体布置等方面进行研究，为今后的人行天桥设计提供了参考思路；张伟[5]以厦门市中宅路钟岭路口人行天桥选址方案为例，从道路条件、交通量条件、用地条件等方面探索了人行天桥设立的条件与注意因素，并在原方案基础上提出了优化调整方案；黄义理[6]利用AHP模型，从“社会-环境-经济”等因素出发，构建了人行天桥选址优化综合评价指标体系,在计算机上直观地获得了评价指标。

如果人行桥架设在信号灯前的停车线的上方，会有很多车辆在停车线处等待通行或准备停车待行，平均车速较小，一旦人行天桥出现结构问题，将造成较为严重的事故，存在很大的安全隐患。为了降低人行天桥发生结构性损坏时危及桥下通行车辆的概率，减小安全隐患，提出了一种“宜动避静”的人行天桥选址方案。

1 确定车辆安全保证速度

首先判断待建区域是否为交叉路口，当待建人行天桥区域为非交叉路口时，为避免车辆行驶过人行天桥桥下区域时，因人行天桥发生结构性损坏倒塌，砸到车辆而造成人员伤亡的安全隐患，应保证车辆行驶过人行天桥下区域时具备一定的行驶速度，大于此速度时，车辆被砸到的概率小于安全设计概率Pd(设计概率Pd根据道路重要性程度、经济性和适用性指标综合确定，建议5%

上述车辆行驶速度即为安全保证速度，而人行天桥选址方案中所提“宜动避静”的“动”即为大于“安全保证速度”的平均速度，同理，“静”即为小于“安全保证速度”的平均速度。

此外，需要在待选区域内收集并处理路况基础信息，得到该路段的平均车速—车辆密度曲线拟合图。平均车速—车辆密度曲线拟合图是指表示交通流的速度v与密度K之间相互关系的曲线。车流速度随车流密度的增加而降低，当密度达到最大值(即队塞密度)时，车流中止，速度亦为零。

确定车辆安全保证速度步骤如下：

(1)设车道宽度为Cm，人行天桥宽度设为wm，根据计算区段“平均车速—车辆密度曲线拟合图”得出该区段的车辆密度为y辆/m2，人行天桥倒塌砸到桥下车辆的概率为P，则具体公式如下：

P=y×C×w

(1)

(2)

(2)查找计算区段“平均车速—车辆密度曲线拟合图”中密度y的对应平均车速v，即为该区段“安全保证速度”。

2 确定安全面积比

当待建人行桥区域为交叉路口时，为确保车辆行驶过交叉口区域被发生结构性损坏倒塌的桥梁砸到概率小于安全设计概率Pd，应确定人行天桥与交叉路口区域面积的比值小于安全面积比。

安全面积比计算步骤如下：

(1)设车道宽度为C，取交叉路口处LH×LV的矩形区域为计算区域，人行天桥宽度设为w。

(2)根据计算区段“平均车速—车辆密度曲线拟合图”得出该计算区段的车辆密度为y。

(3)人行天桥倒塌撞击到桥下车辆的概率为P，人行天桥与交叉路口的面积比为ρ，则具体公式如下：

(3)

(4)

(5)

根据实测数据，得出计算区域的平均车速v，查找计算区段“平均车速—车辆密度曲线拟合图”中平均车速v对应的车辆密度y，代入式(4)得出w，再根据求得的w得出式(5)。

3 “宜动避静”人行天桥选址方案具体实施方式

下面结合图1阐述“宜动避静”的人行天桥选址方案的具体实施方式。

图1 方案流程图

如图1所示，步骤S01：判断待建人行天桥区域是否属于交叉路口，若代建区域不属于交叉路口，执行步骤S02，若属于，则直接跳转至步骤S05。

步骤S02：收集并处理待选区域内路况基础信息，利用交通流单段速度密度关系模型-Logistic模型[7-8]得到该路段的平均车速—车辆密度曲线拟合图和车速分布图。

步骤S03：对人行天桥选址进行量化分析，根据步骤S02的平均车速—车辆密度曲线拟合图，确定当人行天桥发生结构性损坏时，撞击桥下车辆的概率小于Pd时的路段车辆最低平均速度，即车辆安全保证速度。

步骤S04：查询该路段的车速分布图，选出大于车辆安全保证速度的区域后，跳转到步骤S07。

步骤S05：收集并处理待选区域内路况基础信息，得到该路段的平均车速—车辆密度曲线拟合图和车速分布图。

步骤S06：计算在交叉路口的待选区域内计算当人行天桥发生结构性损坏时，撞击桥下车辆的概率，进而求得撞击概率小于设计概率时的人行天桥与交叉路口的最大面积比。

步骤S07：综合考虑桥梁造型、环境因素和社会因素，最终确定人行天桥在待选区域内的建设位置。

作为优选，步骤(7)中，对于交叉路口，选择的桥梁造型为交叉“X”状；对于非交叉路口，选择的桥梁造型为“一”字型。

图2 非交叉路口交通干道人行天桥选址平面示意图

4 案例模拟

依据《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ 69-1995)并结合“宜动避静”人行天桥选址方案对案例进行模拟。如图3所示，对于非交叉路口，通过待建人行天桥下方道路实测的“车速—车辆密度曲线拟合图”和“平均车速分布图”，确定出当人行天桥发生结构性破坏时，桥下车辆受到撞击的概率小于设计概率Pd时路段车辆最低平均速度，记为“安全保证速度”，随后根据该路段的平均车速分布图，找到平均车速小于安全保证速度区域3，剩余区域即为平均车速大于安全保证速度的区域设置人行天桥。本实施例中，主桥1选择为“一”字型，最终综合考虑天桥楼梯2的落地位置、环境及经济因素，在平均车速大于安全保证速度的区域设置人行天桥。

图3 交叉路口交通干道人行天桥选址平面示意图

如图3所示，对于交叉路口，利用处于交叉路口处的车辆大多都处于行驶状态的特点，设计主桥4为交叉“X”状的人天行桥，架设在交叉路口，在主桥4的四个端部设置天桥楼梯5；根据交叉口区域的“车速—车辆密度曲线拟合图”，确定出人行天桥发生结构性破坏时，桥下车辆受到撞击的概率小于设计概率Pd时人行天桥与交叉路口的最大面积比。在建造人行天桥时要确保人行天桥与交叉口区域的面积比小于最大面积比。

5 结论

提出的“宜动避静”的人行天桥选址方案，选择平均车速较大且避开因交通信号灯等因素引起车辆停驻的区域作为人行天桥的选择原则，得出以下3条结论：

(1)对于非交叉路口，通过确定出安全保证速度，随后根据该路段的平均车速分布图，选择平均车速大于安全保证速度的区域设置人行天桥。

(2)对于交叉路口，设计交叉“X”状人行天桥，通过计算人行天桥与交叉路口的最大面积比，在建造人行天桥时要确保人行天桥与交叉口区域的面积比小于最大面积比。

(3)本项人行天桥选址方案在一定程度上可以降低人行天桥发生结构倒塌时可能导致的人员伤亡。并且弥补了以往学者们对于人行天桥选址研究中考虑桥下过往车辆安全因素的空白。