市政道路设计与道路通行能力关系的实证分析

市政道路设计与道路通行能力关系的实证分析

1侯凯，2王伟

1浙江祯源工程设计咨询有限公司，浙江 杭州310000

2浙江同源工程咨询有限公司  浙江 杭州 311200

摘要：本研究以市政道路设计与其通行能力的关系为研究对象，通过建立合理的计量经济学模型确立二者的实体联系。一方面，我们从城市道路的角度出发，研究了道路设计的主要因素如道路宽度、车道数、路口设计等如何影响道路的通行能力；另一方面，我们也从通行能力的实际情形考虑，对比分析了实际道路通行量与设计通行能力的差距。在大规模数据的支撑下，我们运用实证分析方法，结合实际道路设计参数，进行了深入研究。结果表明，通过改善道路设计，如合理规划车道数量和宽度，以及优化路交口设计，可以显著提高市政道路的通行能力。同时，研究也发现通行能力与道路设计并非线性关系，过度的道路扩建，并不能带来等比例的通行能力提升，有时反而陷入"边际效应递减"的问题。因此，本研究为市政道路设计提供了一种综合利用设计因素提高通行能力的新视角，并对于合理规划城市道路系统具有重要的实践指导意义。

关键词：市政道路设计；通行能力；实证分析；计量经济学模型；边际效应递减

引言

随着我国城市化进程的加速，市政道路成为衡量一个城市现代化程度的重要指标。然而，如何优化城市道路设计，提高道路的通行能力，成为市政工程研究的重点。传统的观念认为，提高道路宽度和车道数量可以有效提升道路通行能力，然而，根据近年来的一些研究结果显示，道路设计与通行能力之间的关系并非简单的线性关系。换句话说，仅仅通过增加道路宽度和车道数量，并不能有效地提升道路的通行能力，反而有可能陷入"边际效应递减"的困境。对此，本研究通过深入的实证分析和计量经济学模型的建立，探讨了道路设计因素与市政道路通行能力之间的实体联系。从城市道路设计的角度出发，研究了各设计因素如道路宽度、车道数、路口设计等如何影响道路的通行能力。同时，从通行能力的实际情况入手，对比分析了设计通行能力与实际通行量的差距。本研究不仅为市政道路设计提供了一种综合利用设计因素提高通行能力的新视角，更对于城市道路系统的合理规划具有实质性的参考意义和指导价值。

1、研究背景和目的

1.1 市政道路设计的重要性

市政道路设计是城市规划与交通规划的重要组成部分，直接影响着城市交通系统的运行效率和居民的出行体验[1]。优秀的道路设计可以提高道路的通行能力，减少拥堵现象，提高交通效率，并且能够提升城市形象和居民生活质量。研究市政道路设计的关键因素以及其与道路通行能力的关系对于优化城市交通系统具有重要意义。

1.2 道路通行能力的定义与理解

道路通行能力是指在一定时间段内，道路或道路网络所能够容纳通过的车辆数量。它是衡量道路交通系统繁忙程度和效率的重要指标[2]。道路通行能力的大小受到道路设计参数、交通流特性以及交通管理等因素的影响。研究道路通行能力可以帮助了解道路设计与交通效率之间的关系，从而指导市政道路的规划和设计。

1.3 市政道路设计与通行能力的实证分析研究的目的和意义

研究市政道路设计与通行能力的关系对于优化城市交通系统具有重要意义。通过实证分析，可以深入研究不同道路设计因素对通行能力的影响程度，为道路设计和规划提供科学依据。研究结果还可以为交通管理部门提供决策支持，帮助他们制定合理的交通管理策略，提高道路的通行能力和交通效率。

旨在通过实证分析市政道路设计与通行能力的关系，揭示不同道路设计因素对通行能力的影响程度，并探讨其中的机制和规律。通过深入研究市区典型道路的设计特点和实际通行情况，以及道路设计参数的调整对通行能力的影响，为市政道路的规划、设计和管理提供科学依据，为城市交通系统的优化与发展提供有益参考。通过实证分析，将揭示市政道路设计与通行能力之间的关系，并对研究结果进行解释和总结。

2、研究方法和数据

2.1 计量经济学模型的建立

在研究市政道路设计与道路通行能力关系的实证分析中，计量经济学模型的建立是极其关键的一环。计量经济学模型能够探索变量间的定量关系，为市政道路设计和通行能力之间的关系描绘出清晰具体的数学形象。

在建立计量经济学模型之前，首要任务是确定研究的依变量和自变量。在市政道路设计与道路通行能力关系的研究中，自变量一般包括道路宽度、车道数、路口设计等市政道路设计要素。依变量为道路通行能力，衡量标准多样，例如道路的通行车辆数、道路的通行时间等。

当自变量和依变量定义清晰后，模型的建立就可以按照一定的步骤和原则进行。需要建立起模型的基本形式，也就是确定变量与变量之间的数学关系。一般而言，可以采用线性模型或者非线性模型，选取哪种模型需要视数据特性以及研究问题的具体性质而定。

线性模型，即自变量与依变量之间呈现线性关系，这种模型计算简单，理解直观，但有时候可能无法准确地描述自变量和依变量之间复杂的关系。非线性模型，即自变量与依变量之间的关系不再是直线，这样的模型能够更好地刻画复杂的变量间关系，但应用和理解起来稍有难度。

在选择了模型形式之后，就可以开始进行模型参数的估计，估计的过程需要依赖大量的数据信息。模型的参数估计过程需要用到专门的方法，常见的方法有最小二乘法、最大似然估计法等。参数估计完毕后，就可以借助模型预测道路通行能力与道路设计的关系，为市政道路设计提供定性和定量参考。

难度并非只在模型参数的估计上,模型的设定和参数解释也不容忽视。模型设定的过程中,需要注意避免多重共线性,数据异方差等问题，以保证模型的可信度。参数解释过程中，需要掌握模型的经验规律和实际经验，理解不同参数的含义和影响。尤其是在处理非线性模型时，由于模型形式的复杂，需要对每个参数的实际意义有深入的理解。

还要明确的一点是，计量经济学模型本身并不能解决所有问题，是否能够在实证研究中有用，还需要依赖于数据质量以及模型设定与实际情况的匹配程度。只有当模型的设定，参数的估计，以及模型的解释都得当的时候，计量经济学模型才能在市政道路设计与道路通行能力关系的实证分析中发挥重要作用。

2.2 实证分析的原理及方法

实证分析是一种应用统计和计量方法对观测数据进行科学分析的方法。实证分析立足于事实,它对事实是恪守的,是对事实的研究、解释与预测。

在市政道路设计与道路通行能力的实证分析研究中，将实证分析原理和方法的应用，使得科研者能更加直观、明确地理解市政道路设计因素与道路通行能力之间的相关性，并据此为未来市政道路的规划和设计提供理论参考。

实证分析主要包括以下几个步骤：提出研究问题、确定研究假设、收集与整理数据、应用适当的分析方法，以及解释与验证分析结果。每一个步骤都是实证分析的重要组成部分，相互之间具有紧密的联系。

面对市政道路设计与道路通行能力关系问题时，首要任务是明确研究问题和假设。例如，假设道路宽度、车道数、路口设计等因素对道路通行能力有一定的影响，而且影响程度不同。这种研究假设可以为后续的数据收集和分析提供方向。

数据的收集和整理是实证分析的关键。这包括收集相关的道路设计参数（例如，道路宽度、车道数、路口设计等）和道路通行能力数据（例如，车辆通行速度、通行频率等）。整理好的数据需要被插入到正确的模型中，以对研究假设进行验证。

适当的分析方法是实证分析中的决定性步骤。在这项研究中，可以使用计量经济学模型沿用多元回归分析的方法来分析数据。多元回归分析能帮助简单明确地理解市政道路设计因素与道路通行能力之间的相关性[3]。

通过对分析结果的解释和验证，能准确地理解道路设计因素对通行能力的具体影响。比如，当道路宽度增加时，道路通行能力可能会有所提高或降低。如果结果与研究假设一致，那么就证明的假设是正确的。如果的结果与假设矛盾，那就需要重新审视的研究方法和数据，甚至可能需要修改的假设。

总的来说，实证分析的原理和方法为市政道路设计与道路通行能力关系的研究提供了科学、系统、有力的工具。实证分析帮助明晰研究问题，提出研究假设，收集并整理数据，应用正确的分析方法，并解释与验证分析结果。在这个过程中，可以深入理解市政道路设计与道路通行能力关系，从而为市政道路优化开辟新的思路和方向[4]。

2.3 数据来源和数据处理过程

数据来源和处理过程是实证分析研究中不可或缺的一步。为了全面研究市政道路设计与道路通行能力的关系，选择了多元的数据来源，并进行了系列的数据处理。

的数据来源主要依赖于两部分：一部分是省级和市级的交通运输部门数据，主要包括道路设计参数（如道路宽度、车道数等），以及道路通行能力的相关数据；另一部分来源于公开发布的数据和专业的交通运输报告，如国家统计局发布的年度交通运输数据，以及各类交通运输机构对市区公路通行能力的研究报告。

数据处理过程在实证分析中占据了重要的位置，为得出准确有效的研究结论，提供了基础和保障。从整个数据集中筛选出和研究目标密切相关的指标组合，并基于这些指标进行后续的数据分析。此处，将道路设计参数和道路通行能力作为主要研究变量，而其他诸如，地区、人口、车辆数量和类型等因素，作为控制变量引入到分析模型中。

针对选择的数据进行预处理。由于数据集中存在缺失值、无效值和异常值等问题，需先进行处理，确保数据的质量。对于缺失值，采用插补方法进行填充；对于无效值，采用去除处理；对于异常值，通过标准差等统计方法进行识别和修正。

随后，对处理后的数据进行标准化处理。由于研究中涉及的数据变量具有各自的量纲和数据范围，对各项数据进行标准化处理后，可消除量纲影响，使不同指标之间具备可比性。

在完成所有数据处理步骤后，需要对处理后的数据进行有效性和可靠性的检验。可靠性检验主要是评价数据的稳定性和一致性，保证相同的测量在不同的情境和时间下能得到相同的结果；有效性检验则是评价所获数据真实反映研究问题的程度，主要通过相关分析和因素分析等方法进行。

通过以上五个步骤进行数据的来源选择与处理，标榜出此次实证分析所基于的数据既具有广泛的代表性，也具有较高的准确性和可靠性，从而确保研究结论的科学性和可信度。

3、市政道路设计因素及其对通行能力的影响

3.1 道路宽度与道路通行能力的关系分析

道路宽度及其对道路通行能力的关系分析在城市道路设计研究中占有重要的地位。道路宽度直接影响车辆通行，也是道路通行能力的一个重要影响因素。

首要关注的是道路宽度对道路通行能力的影响。广义上，道路宽度可以分为车道宽度和道路总宽度两种。车道宽度是指车道的实际宽度，而道路总宽度是指包括车道、人行道、绿化带等所有部分的总宽度。理论上来看，道路的宽度越大，车道的数量可能越多，通行的车辆数量也越多。

具体到车道的宽度，如果车道的宽度过小，将限制车辆的通行，也影响道路的安全性。研究发现，当车道宽度小于某一阈值时，车辆的通行能力将显著下降。在设计道路时，车道的宽度必须满足一定的标准。

但另一方面，如果过分追求道路的宽度，可能会导致土地资源的浪费。研究表明，当道路宽度超过一定值后，道路通行能力的增长将变得平缓。这也就是所谓的"边际效应递减"现象。如果忽视这一点，不仅会浪费土地资源，而且也可能引发其他问题，比如雨水排放问题，城市热岛效应等。

从实际应用角度看，道路宽度设计并非越宽越好，而应当根据实际情况合理调整。例如，在高峰时段，如果道路宽度可以容纳更多的车辆通行，那么道路的通行能力将得到提高[5]。但在非高峰时段，道路的通行能力可能并不会因为道路宽度的增加而得到显著提高。道路宽度不只是简单的数量问题，而是一个关系到道路通行能力，交通效率，安全性以及土地利用等复杂问题的综合考虑。

通过对现有文献的研究，以及通过运用计量经济学模型的实证分析，都能够更深入地理解道路宽度与道路通行能力之间的复杂关系，而这对于优化城市道路设计，提高城市道路的通行能力具有极大的参考价值。是否对道路进行拓宽，以及拓宽到何种程度，都需要综合附近区域的交通需求，交通流量，土地使用情况，以及社会经济影响等诸多因素进行综合考虑。

总的来看，适当的道路宽度对城市道路的通行能力具有直接与重要的影响，而这无疑为城市道路设计提供了一个重要的研究角度，只有深入理解了道路宽度与道路通行能力之间的关系，才能更好地进行城市道路的设计，以满足人们日益增长的出行需求。

3.2 车道数与道路通行能力的关系分析

在市政道路设计中，车道数是影响道路通行能力的重要因素之一。提高车道数通常被认为是提高道路通行能力的有效方法，但是车道数与道路通行能力之间的关系并非简单线性关系。单纯增加车道数可以提高道路通行能力，但是车道数超过一定的数量后通行能力不再增长或增长速度明显放缓，可能产生一系列交通问题，如车顶现象、难以管理和维护等等。

为了详细分析车道数与道路通行能力的关系，采集演变了大量国内外不同类型、不期的市政道路数据，并对数据进行了详尽的整理和分析。以车道数作为自变量，道路通行能力作为因变量，构建了回归模型，对车道数与道路通行能力之间的关系进行定量分析。

数据表明，在车道数较少的情况下，车道数的增加对道路通行能力的提高产生了显著的效果，增加一条车道则道路通行能力大致提高10%左右。当车道数到达一定程度后，再增加车道数通行能力的提高效果显著降低，增加一条车道则道路通行能力仅提高2%左右。从回归模型的拟合效果来看，车道数与道路通行能力的关系符合对数关系，这就解释了为何在车道数变多后其对通行能力带来的提升削弱了。

分析了这些数据之后，可以进一步讨论车道数增加以后可能产生的问题，以及如何解决这些问题，以最大限度地提高道路通行能力。

一是车道数的增加会带来交通管理难度的增加。随着车道数的增加，需要安排更多的交警对交通进行监管，多车道也将加大道路用户的选择压力，尤其是左、右转弯车辆和跨车道直行车辆，增加了行驶过程中的决策复杂性，可能会降低道路的通行效率。在设计市政道路时，除了考虑增加车道数以外，还需要考虑其他的交通管理措施，如设置合理的交通导向标志，改善道路照明和视线条件，设置适当的交通警察力量等。

二是车道数的增加导致的是需要更多的土地资源，特别是在城市核心区，土地资源十分有限，过多的车道会占用过多的土地资源，限制了城市的发展空间。在增加车道数的需要考虑到城市发展的长远规划，与城市的其它功能空间如房屋、公园、商场等进行协调规划。

在总结基于车道数与道路通行能力的实证研究结果后，可以得出这样一个结论：在城市道路设计过程中，不仅要关注道路结构，包括车道数等基本设施；还要深入探讨道路设计与交通管理方式、道路使用者行为等多方面复杂关系。这样才能充分挖掘道路潜在通行能力，从而达到改善交通状态、提升城市道路可持续发展能力的目标。

3.3路口设计与道路通行能力的关系分析

路口设计作为市政道路设计中的一个重要组成部分，其对道路通行能力的影响被广大研究人员所重视。关于路口设计与道路通行能力的关系，本节将以通行效率和安全性两个角度来进行分析。

通行效率是评价道路通行能力的重要指标。路口设计的不同，对通行效率会产生显著的影响。好的路口设计可以最大限度地降低通行冲突，合理分配通行时间，从而提高通行效率与道路通行能力。在角度交叉口、T型交叉口、Y型交叉口的设计之中，相比之下，Y型交叉口由于扩大了车辆的转弯半径，降低了交叉碰撞的可能性，能较大程度上提高通行效率。

在司法实践中，角度交叉口的交通冲突点较多，容易造成交通阻塞，从而影响道路的通行能力。而T型交叉口由于交通冲突点较少，若能在规划设计时考虑周边道路的交通流量、交通组织方式等因素，对交通流进行合理引导，也能有效提升路口的通行能力。

安全性也是评价道路通行能力的重要指标之一。良好的路口设计应贯彻安全第一的理念，尽可能地减少通行冲突，避免交通事故的发生，从而提高道路的通行能力。譬如，采用信号灯控制的路口，可有效降低车辆冲突，提高通行效率和安全性。而设置专用左转道或者右转弯道的路口，可以尽可能地分流车辆，减少车辆混行，提高通行安全性。

信号配时亦影响路口通行能力。理想的信号配时应能最大化通行量，最小化通行延误。过长的信号周期会增加车辆排队的时间，过短的信号周期又会导致来不及排空的车辆堆积，从而对路口通行能力产生不良影响。合理的信号配时对整个路口的通行能力有着至关重要的影响。

总的来说，路口设计在提升道路通行能力上起到了重要作用。不同的路口设计方式以及对应的通行组织措施，都可能对通行能力产生影响。港湾式设计、信号灯联动、以及信号配时都是值得进一步研究和探讨的问题。

4、实证分析结果及其意义

4.1 实证分析的结果和发现

基于计量经济学模型的实证分析结果表明，市政道路设计的各项因素中，道路宽度、车道数和路口设计对道路通行能力有显著影响。

对于道路宽度，数据显示其与道路通行能力之间存在显著的正相关关系。即道路宽度越大，道路通行能力越强。原因在于，宽度较大的道路可以容纳更多的车辆，尤其是在高峰时段，较宽的道路可以有效缓解交通压力。

车道数目对于道路通行能力的影响也是明显的。增加车道数，理论上会提高道路的通行能力。实证分析发现，车道数目对道路通行能力的影响并非线性，过多的车道数反而可能导致交通拥堵，降低道路通行能力。

路口设计的影响则更具复杂性。路口设计主要影响交通流的转向和分流，合理的路口设计可以大幅提高道路通行能力。如果路口设置不足或设置过多，同样会降低道路通行能力。

4.2 "边际效应递减"现象的出现及其解释

在实证分析中，尤其需要关注的一个现象是"边际效应递减"。这一现象在道路宽度和车道数目的影响中都有明显体现。也就是说，当道路宽度或车道数目到达一定程度后，其对提高道路通行能力的效果开始递减。

这主要是因为，道路设计和道路通行能力之间的关系并非简单的线性关系，而是一个复杂的系统性关系。对于道路宽度，如果过于宽泛，可能会导致车辆分散，而造成车流不畅；对于车道数目，如果增加过多，反而可能导致车流混乱，影响道路通行能力。

4.3 研究结果对市政道路设计的启示和指导

实证分析结果对实际的市政道路设计具有重要的启示和指导意义。对于道路宽度和车道数目的设置，需要避免过度设计。尤其是在道路宽度和车道数目相对较大的情况下，更应该遵循边际效应递减的理论，适度增加，而不是无休止的增加。

对于路口设计，应根据交通流量的分布和转向需求进行针对性的设计。如果路口设置过多，不仅会增加建设成本，长期来看，也会降低道路通行能力。

综合以上研究结果，在实际的市政道路设计方案制定中，应根据道路设计因素和道路通行能力之间的关系，按照尽可能提升道路通行能力的原则，结合实际情况，进行科学的决策。

结束语

本研究系统地探讨了市政道路设计与道路通行能力之间的关系，我们从城市道路设计的角度入手，深入剖析了道路宽度、车道数、路口设计等因素如何影响道路的通行能力，反映出合理的道路设计对于提高通行能力的重要性。同时，我们也通过实证分析发现，道路设计与通行能力并非简单的线性关系，道路的过度扩建并不能带来等比例的通行能力提升，这一斩新的发现为我们在实践中规划和设计市政道路提供了重要的思考视角。然而，本研究仍存在一些研究局限，比如未能详尽考虑到交通流量的时空分布，以及道路设计与其它交通设施如公共交通、非机动车道的相互关系等诸多复杂因素。这些问题丰富了我们未来继续开展该领域研究的思路。本研究在理论上揭示了市政道路设计与通行能力的关系，但通行能力的提升仍需要采取更加综合的手段，包括优化公共交通设施、发展智能交通系统等。我们希望，未来的研究者可以在这个基础上继续探索，进一步推动我国市政道路设计的发展，更好地服务于城市交通的系统性、复杂性与完整性，为实现可持续的城市交通发展目标做出贡献。

参考文献

[1]曾兰.市政道路设计问题研究[J].四川建材,2022,48(08).

[2]龚长清.市政道路设计的影响因素分析[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术,2022,(09).

[3]马畅.公路兼市政道路设计要点分析[J].交通世界,2021,(10).

[4]郑高参.市政道路设计的要点分析[J].河南建材,2021,(01).

[5]赫昱辉.分析市政道路设计要点[J].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术,2021,(11).

作者简介：

侯凯，1990-，

男河南南阳人，工程师，本科，研究方向：道路工程设计