交通设计杨晓光（word版）第二章 交通设计理论基础

第二章 交通设计理论基础 第一节 概述 科学是关于自然、社会和思维的知识体系，其任务是揭示事物间的内在关系与客观规律，探索客观真理；理论是指概念、原理的体系，是系统化的理性认识。科学的理论是在实践的基础上产生并经过实践检验和证明的理论，是客观事物的本质的、规律性的正确反映，对实践、工程和技术具有指导意义。一门学问或知识，必须有其基本理论，因此，本章将成体系地讲述交通设计相关的理论基础。 交通设计是以交通的通畅、安全、便利、节能、减排及其高效率等为目标，以系统的资源、环境和（建设或改建）投资等条件为约束，以求最佳地分配交通系统的通行权和时间与空间等。因此，为了揭示交通系统要素、优化目标和约束条件之间的有机关系，交通问与改善需求，形成对策交通问题的基本，确定设计要素与最佳方案等，其理论基础应包括： (1)构筑与分析交通系统的理论基础——系统工程学； (2)面向功能构思创造性方案的理论基础——工业设计原理； (3)最佳构筑城市的理论基础——城市设计原理； (4)解析交通现象，揭示交通规律的理论基础——交通工程学（交通流理论、通行能力理论、交通冲突分析理论、交通行为与安全理论等）； (5)建设交通基础设施的理论基础——交通土木工程学； (6)揭示交通与资源和环境关系的理论基础——交通资源与环境学等。 第二节 交通设计理论基础体系与作用 人类知识与智慧体系的形成，往往遵循“工程与实践 技术 科学 哲学 智慧”的发展过程。因此，有“实践出真知”、“智慧高于力量”（波兰雅盖沃大学校训）等认识。交通设计理论基础体系的形成同样循此规律，通过不断凝炼而形成。鉴于交通设计的定位与目的是基于城市与交通规划成果，最佳地编制改善交通的方案，指导工程建设和交通管理方案的实施，所以，交通设计理论基础体系可归纳如图2-1所示的构架。 交通与运输的基本功能是实现人和物的有目的的运转与输送。因此，交通运输系统是由形成交通的人和物、运转与输送人和物的交通工具、支撑交通工具移动的基础设施、广义的交通环境（行驶环境、生态环境以及心理环境等）、人和物运转与输送的规则（包括政策）等基本要素，以及各要素间传递的信息所组成。系统工程学是从系统组成整体及其有机联系性角度去考虑问题，从而制订一套处理与组织优化复杂系统的科学方法及程序。所以，系统工程学是认识交通运输系统，特别是分析和优化交通运输系统的理论基础。 交通运输系统的功能及其目标具有多样性，改善交通的方案不仅需要不断地创造和优化，更需要面向应用和资源条件，创意性地构筑。工业设计是指为了达到某一特定目的，从构思到建立一个切实可行的实施方案，并且用明确的手段表示出来的系列行为，它包含了一切使用现代化手段进行生产和服务的设计过程。因此，工业设计可为交通设计提供面向交通系统及其设施的功能、交通问题与特征以及交通行为，创造性和人本性以及精细化地构筑交通对策方案的基本原理与思想。 交通运输及其问题主要是由城市派生的，正如第一章中所论述的那样，交通设计应是城市设计的一部分。基于城市设计的交通设计，为其内涵的丰富，方案的最佳化，以及构筑更具生命力的城市，无疑具有重要的理论意义和实际价值。 交通设计的基本目标是提高交通系统的功能，特别是提高交通系统的通畅性、安全性、环保性、资源性与和谐性，这也是交通工程学研究的目的。交通流及其通行能力理论可为更优地组合交通流的影响因素，实现通行能力的最佳化提供支持；交通冲突分析可为减少冲突或降低冲突的危险性（或事故）提供理论基础；交通行为理论可为构筑以人为本的交通设计方案提供理论依据；交通管理与控制理论可为最佳地调节交通供需关系的交通设计提供指导。 交通运输需消耗能源，其基础设施建设又将占用大量的土地资源等。另一方面，不良的交通工况将导致过度的能耗、废气排放、噪声和振动等环境污染问题；不协调的设施建设与管理又将产生交通行驶的不良心理环境问题。因此，交通资源与环境学对于构筑／设计以节能减排、低碳为目的的交通运输系统具有重要的理论意义和应用价值。 交通设计方案最终将转化为交通土木工程，即道路、铁路、机场和港口工程等，因此，交通设施的力学与材料性能，及其与风土环境协调如何，将影响到交通设计方案的工程可实施性和工程优劣性。所以，土木工程学，特别是关于交通设施——道路、铁路、机场和港口等相关的交通土木工程学，同样是交通设计的重要理论基础。 第三节 系统工程学原理 系统工程是关于自然科学、社会科学与工程技术相互交叉与综合的研究及应用领域，其核心问题是组织管理与决策，即从系统整体出发，根据总体协调的需要，综合运用有关科学理论与方法，以计算机为工具，进行系统结构与功能分析，包括系统建模、仿真、分析、优化、评价和决策，以求得最好或满意的系统方案并付诸实施。系统工程是一门综合性的整体技术，又是一门定性与定量相结合的技术，是从整体上研究和解决问题的科学方法。其作用是按照系统科学的原理来设计并构建或改造一个系统，使其具有预期的功能。对于交通系统特别需要运用交通系统分析、评价与优化理论，协调优化“不同交通方式间的关系、快慢交通系统关系、动静交通系统关系、交通投入与产出关系，以及考虑通畅、安全、节能与环保等多目标的规划、建设、管理和决策等关系”。所以，系统工程学原理可以为认识和构筑及改造交通运输系统提供理论与方法。 系统工程的方法论，是指在更高的层次上指导人们正确地应用系统工程的思想、方法和各种准则去处理问题，其代表性的方法论是希尔(A．D．Hill)于1969年提出的由时间维、逻辑维和知识维所组成的三维结构体系，如图2-2所示。系统工程方法论三维结构，可为构筑交通设计方法的逻辑关系、知识体系以及时间序列提供指导，并为系统的评价与优化提供方法。 因此，基于系统工程学和交通运输工程学基本原理，可以给出交通运输系统工程的基本概念，即：研究由运转与输送的主体——人和物，以及交通工具、交通设施、交通资源／能源／环境、交通政策和交通信息等基本要素构成的交通运输系统，解析并揭示其有机关系，以系统的通畅、安全、节能减排以及效率化等为目标，以系统的各项资源条件为约束，最佳地规划、设计与管理交通运输系统，实现交通需求与系统服务能力的有机协调（图2-3），由此进一步奠定了交通设计与交通系统的有机关系。 第四节 工业设计原理 国际工业设计协会理事会曾给出工业设计的定义：工业设计是就批量生产的工业产品而言，凭借训练、技术知识、经验以及视觉感受赋予材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工和装饰以新的产品和规格。由此不难看出工业设计的范畴、性质以及目的。它是多因素（如社会、经济、文化，以及个人审美等）影响的创造活动，是艺术和科学的结合。因此，工业设计的基本原理是为了达到某一特定目的，使用现代化手段从构思到建立一个切实可行的实施方案，进行生产和服务的设计过程，特别注重“产品”的功能、用户的需求和行为，以及创造与科学技术的结合。 工业设计有其基本的程序和方法，它贯穿于工业设计过程中的指导战略和实施战术，源于科学方法论。它具有以下特点： (1)设计方法、设计逻辑与设计时间的三维合一性（图2-4）。其中设计的逻辑为：分析评价三个阶段，或分析再分析再综合评价。 (2)设计不再是线形的过程，具有与市场、企业用户之间的信息交互性和工作并行性。 (3)数字化参与度日渐增大，影响和改变着设计的执行程序和操作方法。 典型的工业设计程序，有1985年提出的French的程序模型，即：问题分析、概念设计、具体化设计、细部设计等，如图2-5所示。该模型较清晰地给出了设计的基本流程。 1984年Archer提出了一种更为详细的设计模型，包括：设计过程本质与外部环境的相互关系，如用户的介入、设计师的技能和经验以及其他信息源等，最后输出设计方案。主要的设计活动为三大部分，即分析一创造一实施，具体有： (1)程序制订：确定重要的设计议题，明确设计行动； (2)数据采集：收集、分类、储存各类数据； (3)分析：明确问题，准备执行，评价设计方案； (4)综合：概括设计计划（方案、提议）； (5)发展：发展设计的提议、原型、实施有效的研究； (6)交流：准备生产所需的资料等。 该程序的主要特点是：分析阶段需要设计者客观地观察、归纳、推理等；创造阶段需要发挥主动性，包括：判断、演绎、推理等。一旦（生产）方案确定，设计将转入方案的表现和计划制订等一系列客观的活动方式。 工业设计的方法有“理论方法”和“技术方法”。所谓的“理论方法”是从指导设计、系统化设计的角度而言，对设计起总体或阶段性的统领作用，对设计的技术方法起指导和协同作用。主要有：创新设计、形态组构、价值工程、人机工程、信息设计理论与方法以及设计管理方法等。其中，创新设计理论又包括：头脑风暴法、列举法、相似法，隐喻、象征、逆向思维和侧向思维等方法。对于交通设计而言，创新设计是将创造性思维与交通工程专业知识有机结合，从而形成最佳的交通系统构思。 “技术方法”是针对具体的设计行为和设计目的采取的针对性较强的设计方法，在实际的设计活动中能起到合理化、清晰化、可视化设计和加速设计进程的作用。主要包括：调查分析方法、设计手段与支撑技术（计算机辅助设计-CAD等计算机辅助系统、虚拟现实技术、人机工程等）。 还有一些设计方法不仅是理论的总结，同时也包含具体的技巧因素，比如：仿生与仿真设计法、功能块构造法，风格设计、隐喻设计、生态设计、逆向设计、并行设计、协同与协调设计、智能设计、虚拟设计、敏捷设计、生命周期设计等。 因此，工业设计基本原理、程序与方法，可为交通设计提供面向交通系统及其设施的功能、交通问题与特征和交通行为，创造性和人本性以及精细化地构筑交通对策方案的基本原理与思想，乃至方法论。鉴于“工业设计”是专门的领域，若要更多地了解相关内容，可另辅修相关课程。 第五节 城市设计原理 1973年版的《雅典宪章》中明确地指明了城市的四大功能，即：居住、休闲、工作和交通。因此，讨论城市时，不能忽视研究其交通；同时也应将交通放入城市的范畴加以研究。第一章介绍了国内外关于城市设计概念的基本理解，并论述了交通设计与城市设计的有机关系。为。了更好地将交通设计与城市设计融为一体，有必要了解城市设计的基本原理。 城市设计的对象范围很广，从城市的空间形态到局部的城市地段，如市中心、街道、广场、园、居住社区、建筑群乃至单幢建筑和城市景观细部，特别是涉及上述要素之间相互关联的间环境等，都属于城市设计的对象。通常可将城市设计的对象范围分为三个层次，即大尺度区域一城市级城市设计、中尺度的分区级城市设计和小尺度的地段级城市设计。一般“设计范围”应大于“项目范围”，以保证考虑问题的全面性和有效性。 城市设计的主要内容是基于一定的目标进行城市空间要素和景观构成设计。其具体目标包括： (1)功能目标，亦即城市和政府机构为特定的城市设计项目规定的与经济和社会活动相 关的要求，如土地利用、交通组织、公共空间设置、促进第三产业的发展等。 (2)应对城市的成长变化目标，为城市成长性和灵活性而设计，特别是那些设计内容复杂和范围较大的项目。 (3)为他设计目标，城市设计委托人可能是某一团体或单位，而使用者则可能划分成许多不同兴趣、不同活动方式的人群，故城市设计应将为他设计作为目标之一。 (4)美学及环境设计目标，体现在保护城市自然环境或通过建设使其外观上显示出人工建设的城市美感，以及城市景观、生态和心理环境等方面的目标。 不难理解，城市与交通间存在着密不可分的关系，交通派生于城市的居住、休闲与工作等功能，又影响甚至反作用于城市的发展。然而，以城市空间要素和景观构成为主的城市设计，更多的只是“静态化”设计；无论是在系统性上，还是深度上，都未能有效地协调动态的交通需求与静态的交通设施和城市空间的有机联系，因此，要保障城市交通系统通畅、安全、节能与环保，必须将交通设计融入城市设计之中，实现城市土地利用与交通的有机结合、城市的静态空间与动态的交通空间的有机结合、城市景观与交通安全／交通流有序化的有机结合、城市节能减排／节省资源与交通的效率有机结合等。所以，基于城市设计的交通设计，对于构建和谐的交通系统具有极其重要的理论意义和实用价值。 第六节 交通工程学原理 交通设计的对象是交通系统，其基本目的、目标和约束条件以及优化方案（各要素和参数）等的确定，是建立在交通及其系统现象和规律认识基础之上的，因此，以揭示人和物、交通工具、交通设施、交通环境、交通规则与政策、交通信息等要素构成的交通系统规律，建立交通系统规划、设计与管理基本方法为目的的交通工程学，特别是与交通设计目标（通畅、安全、便利、环保、效率）密切相关的交通流与通行能力理论、交通冲突分析理论、交通行为理论、交通管理与控制理论和方法等，直接构成了交通设计的理论基础。 一、交通系统基本要素 人和物、交通工具、交通设施、交通环境、交通规则与政策、交通信息等是构成交通系统的基本要素，其基本特征和相互关系决定着交通系统特性与状态，且直接关系到交通系统的最佳构筑与改造。 1．交通主体——人和物的交通特性 交通是人和物基于特定目的的移动，由此产生了交通需求，其基本特征表现为：不同性质（交通方式、速度、出行距离等）交通量的时间和空间分布；交通出行与否，交通方式与路径的选择特征；交通系统的微观行为，包括交通主体与载运工具的协调性、交通设施与交通流的适应性、交通系统的使用特征等。因此，交通主体决定着新建或改建交通系统构筑或改建的基本需求（通畅、安全、环保与高效等），包括功能需求和诸多微观需求，同时也是交通设计优劣的评价主体之一。所以，交通设计要“以人为本”，需要充分地考虑交通主体——人和物，并充分运用与此有关的知识和研究成果。 2．交通载运工具特性 人和物的移动，除了步行交通以外，大部分场合是依靠载运工具加以实现的。因此，载运工具——自行车（包括电动自行车）、摩托车、汽车以及列车等的几何特征（长、宽、高）、动力性能（牵引力、速度、爬坡性能、制动性能、抗滑能力、载运能力）及其排放状况、与使用者和交通设施间的适应性等，直接关系到交通设计的对象和基本条件（需求条件与约束条件）以及交通现象的认识与分析等。因此，交通设计需要充分地运用载运工具基本性能与特征的基础知识。 3．交通设施基本特性 交通设施（道路与轨道、桥梁与立体交叉等）是人和物以及载运工具移动的最终载体。因此，交通设施承受荷载的能力、路面条件（材料性能、平整度、摩擦力、缝隙大小）、几何条件（车道数及其长度、宽度、坡度、转弯半径、线形等）以及与载运工具间的适应性（行驶条件、心理环境等），直接关系到交通系统的连通性、服务能力与通畅性；影响到交通流的连续性、平顺性、舒适性与安全性，以及交通用地量和建设投资乃至节能减排等。所以，只有基于交通设施与交通流有机关系的知识和研究成果，以交通系统及其性能最佳化为目标优化设计、确定交通设施的基本性能和几何要素，才能从根本上确保交通设施的可用性和品质；有关交通设施特性的基本认识是交通设计的理论基础。 4．交通环境基本特性 以往关于交通环境的认识主要是指由交通所导致的废气和碳排放、噪声、振动等。实践的积累，使我们认识到交通环境还应包括交通行驶环境和交通系统的心理环境。关于交通的广义环境知识与研究成果，是交通设计的另一重要理论基础。 5．交通规则与政策的基础性 交通运输系统的运行无疑应以政策法规和技术等为依据，因此诸如公交优先、交通节能减排和低碳政策，道路交通法和各类交通及其设施规划、设计与管理技术标准是交通设计的政策和法律依据。特别是道路交通安全法决定了道路通行权及其相互间的法律关系，交通设施技术规范决定了基础设施的性能和基本物理特征，因此，道路交通设计必须以此为基础。 6．交通系统信息特性 交通信息是联系交通系统各要素的重要媒介，视其作用可分为：交通运行信息、交通运营信息以及交通管理信息和交通服务信息等。交通信息内容包括：动态交通信息——交通阻塞、通畅、行程时间、突发事故、交通工具位置及行驶路线、不同交通方式的到离站时间、交通控制信号、停车泊位供求状态、交通诱导信息等；静态交通信息——交通站点分布、换乘点、停车场、车票价格、停车收费价格及站点分布、售票站、交通限制、路况、施工与养护信息等；关联信息——旅游、购物、娱乐、体育、气象信息等。对于交通设计而言，交通通行权信息（通行、限制、禁止）、路况变化信息（道路宽度变化、净空变化、线形变化等）、各类警示信息（学校、人行道、事故多发地段）等，直接影响到交通流的通行权和通行平顺性以及交通安全等，因此，有必要充分把握交通系统的信息特性。 交通设计的对象是由上述要素构成的交通系统，以其交通流的通畅、安全、便利、环保与效率为目标。因此，与此相对应的理论基础有：解析交通流的交通流理论；通畅性相关的通行能力理论；揭示交通安全规律的交通冲突理论；影响便利性的交通行为理论；支撑高效率的多目标优化理论等。 二、交通流理论 以揭示交通流现象和基本规律为目的的交通流理论，广泛地涉及到交通流流量—速度—密度关系理论、交通流到达分布理论、集散理论、波动理论、排队理论以及网络交通流理论( OD分析理论、网络交通状态分析理论)等。交通流理论可为交通设计中的交通参数确定提供理论依据，主要的关联性可归纳为表2-1。 交通参数的关联性 表2-1 交通参数 交通流关联理论 用途说明 交通流分布特征 速度分布； 密度分布； 流量分布； 车型分布； 车头时距分布； 流向分布 离散分布理论； 连续分布理论； 数理统计分析理论； 交通流散布理论 用于设计车速或管理车速的确定； 时空设计流量的确定； 车道设计的依据； 交通流协调处理依据； 通行能力分析 交通诫微观行为分析 交通流排队行为分析； 延误分析； 穿越行为；‘ 跟车与超车行为； 压缩与膨胀交通流参数 排队论； 波动理论； 流体理论； 跟车理论； 超车理论； 慢行交通流理论； 连续流与间断流理论 空间设计依据； 交织状态分析； 安全与效率分析； 交通信号配时参数 网络交通流分析 OD分布分析； 网络交通流路径分布； 交叉口转向分布； 网络状态分析 网络交通漉OD分析理论； 交通分配理论； 网络交通流均衡理论 网络设计； 交通组织方案与优化； 节点交通设计； 网络评价分析 由于交通流的形成源于交通的参与者，其流动存于交通设施及其行驶环境中，所以交通参与者的行为直接影响到交通流量、速度和时距等；交通设施条件通过人或交通工具（各类车辆）对交通流的速度与时距产生影响；交通环境，特别是行驶环境则通过影响交通参与者的行为，进而影响交通流的速度与时距。鉴于速度与时距是建立交通流与其影响因素关联性的关键变量，因此交通问题与其呈表里关系，更表明交通流理论对于交通设计的理论基础性。 三、通行能力理论 交通设计的目的之一，即缓解交通阻塞，因此以揭示通行能力影响要素及其有机关系为目的的“通行能力理论”，对于认识交通流通行规律、指导最佳的交通设计，具有极其重要的意义和价值。 通行能力是指单位时间通过交通设施一点或断面的最大交通实体（车辆或人）数，单位为标准车（辆）或人／单位时间。通行能力随诸多因素而变化。以道路通行能力为例，其通行能力的影响因素包括：道路条件——车道数、几何条件（车道宽、曲线半径、坡度、视觉环境等）；交通条件——道路设计车速、车型、流量／流向；交通管理条件——通行权管理、速度管理、标志、标线、信号及其配时；其他条件——气候、自然环境、心理环境、行为特征、车辆动力性能等。另外，交通设施的通行能力还与其服务水平密切相关。交通服务水平，即服务程度或服务质量反映于交通流的行驶速度、舒适度、方便性、安全性等，所以常通过速度及延误等指标加以表征。不同服务水平其通行能力是不一样的，这是由于交通流的流量和速度间的非线性关系所决定的。所以为了获得最佳的通行能力，交通设计必将以通行能力理论为基础，最佳地组合影响通行能力的各要素。 通行能力有连续流通行能力和间断流通行能力之分，如高速道路和道路交叉口的通行能力分别为连续流通行能力和间断流通行能力。连续交通流通行能力又包括主线交通流通行能力和交织区通行能力。其中，交织区通行能力的确定较为复杂，主要依据交织区长度、车道数及功能交织区类型以及交织运行特性（交织区内总流量、交织流量比）等所确定。 由于间断交通流广泛地存在，因此其通行能力对于交通设计更具常用性。如道路交叉口通行能力包括无信号控制交叉口和信号控制交叉口通行能力，随其交叉形式和控制方式的不同，通行能力存有差异。另外，道路交叉口通行能力的计算方法有“冲突点法”和“停车线法”之分，前者对于揭示交叉口交通流有机关系、优化交叉口设计具有极其重要的理论和实用价值；后者对于简化计算通行能力具有实用意义。因此，道路交叉口的交通设计应以其通行能力理论为基础。以信号控制交叉口通行能力为例，其影响要素包括： (1)信号配时：信号周期／绿信比、相位与相序； (2)道路条件：车道数、车道功能、车道宽度、转弯半径、路面条件、公交站点位置； (3)交通条件：车型、流量／流向、通行权、饱和流量与交通流损失时间、导流与交通分隔、 停车线位置等； (4)规则及管理条件和交通行为等。 信号控制道路交叉口的交通优化设计，即是实现上述要素的最佳组合，从而可以挖掘利用图2-6阴影部分所示的通行能力。值得强调的是，交通设计的核心目标并不是实现通行能力的最大化，只需实现其最佳化，这是因为无谓地提高通行能力，不仅造成通行能力和资源的浪费，还可能导致下游乃至网络交通出现瓶颈和阻塞。 四、交通行为与安全理论 交通行为理论是关于交通的出行选择行为、反应行为以及心理行为的知识体系；交通安全理论则是交通安全相关的冲突分析、安全性与安全度分析及其对策等的知识体系。交通行为同时对交通的安全性起到关键性作用。 交通行为是通过交通出行者，包括行人、骑车者、乘车者与驾车者等的行为特征和规律及其影响因素加以表现。如交通出行需求选择行为包括：为何出行、到何处去、采用何种交通方式出行、（采用个体出行方式时）选取怎样的路径出行、何时出行等。其主要的影响因素有：便捷、省时、省力、经济、舒适和安全、交通设施条件（平整性、线形等）和交通工具条件（车厢的卫生、整洁及人文环境等）。所以，交通设计中应基于交通行为理论，对交通系统加以优化。 交通事故除车辆本身单独发生的事故外，其本质是不同类别交通流不同程度的冲突。因此，各类交通流及其相互间的冲突特征、速度及其方差特征，以及行驶环境和控制行为等，直接关系到交通的安全性。交通冲突是指两个或多个交通出行者（或结构物、交通工具）在一定的时间和空间上彼此接近到一定程度，此时若不改变其运行状态就可能发生碰撞危险的交通现象。对应于不同的交通参与者、不同的运行方式、不同的冲突角度以及避险行为，交通冲突可进一步加以分类（图2-7），并可据此采取不同的对策。另一方面，交通安全或者交通事故是有其过程的，从开始的暴露( Exposure)到遭遇(Encounter)和避险(Evasion)，再到能量转移( Energy Transfer)（图2-8），整个过程视其风险度的大小而发生或不发生事故。因此，若能从交通规划到交通设计、交通管理及控制各阶段，最大限度地主动规避交通冲突，或减少交通冲突，控制冲突的可能性与速度，转移或降低冲突能量，则可更大限度地避免或减轻交通事故，提高交通的安全性，这便是主动交通安全的基本原理。由此不难发现——良好的交通行驶环境的构筑与塑造，对于减少交通事故，提高交通系统的安全性同样是极其重要的！ 五、交通管理与控制理论和方法 交通管理是运用各种手段和措施，实现交通需求与交通设施服务能力达到最佳的平衡，以改善交通的基本理论与技术。管理和被管理对象皆是人，广义的交通管理应包括交通控制。因此，交通管理与控制是动态或准动态地调节交通的通行权，从而调节交通系统供需关系和交通状态的极其重要手段，特别是当交通设施建成后，该手段更是确保交通通畅、安全、环保与效率化的主要措施。交通管理与控制理论和方法，是关于解析交通管理及其手段和措施与交通系统相互关系，寻求最佳交通管理与控制措施及其实施方法的知识体系。所以，交通管理可以有机地协调与整合交通主体（移动的人和物）、交通工具、交通设施、交通环境以及交通信息等交通系统各要素，从而实现交通系统的最佳化。交通管理的手段主要包括： (1)交通法规——交通系统运转的准则，用以明确与协调通行权（包括通行权的平等性与倾向性），调节交通流的有序化。 (2)交通安全管理——针对设施的特征、交通参与者的需要和行为特征，以交通流安全为目的的交通管理（交通行为能力的培养与管理、冲突管理、速度管理以及交通安全监督与管理等）。 (3)交通需求管理(TDM．Transportation Demand Management) -以均衡交通需求，降低低效率交通需求，改善交通的公平性与环保性等为目的，面向交通需求的管理，可以缓解交通供需矛盾，从而综合改善交通。 (4)交通服务管理：以提高交通便捷性、舒适性和减少无谓交通需求为目的的交通管理。 (5)交通工具管理：确保交通工具性能的管理，从而改善交通的安全性并降低其污染性。 (6)提高通行能力的管理：提高交通设施的使用效率，协调通行效率与安全性的管理。 (7)交通流控制：运用交通信号及法律性标识调节交通流的关系，以改善交通的效率性和安全性。 (8)交通系统管理（TSM，Traffic System Management）：综合运用各种手段、措施和方法，以交通系统的最佳化为目标而进行的交通管理。交通管理对于改善交通具有极为重要的作用，如表2-2所归纳。 交通管理的作用 表2—2 交通问题 改善对策 交通管理关联性 交通阻塞 增加设施提高通行能力r； 改善秩序提高通行能力； 交通需求管理( TDM)； 交通系统管理(TSM)； 提高安全性缓解阻塞 交通管理措施； 交通管理措施； 交通管理措施； 交通管理措施 交通事故 改善设施的安全性； 提高驾驶人的安全意识与技能； 改善预防事故的管理措施； 交通系统管理 交通管理措施； 交通管理措施； 交通管理措施 交通污染 改善运载工具与设施； 合理组织交通流 交通管理措施 交通不便 改善设施； 提供信息服务 交通管理措施 特殊交通 政策、法规及行政手段； 管理技术和措施 交通管理措施 因此，交通设计，无论是改善交通对策，还是整合交通系统手段的需要，皆应以交通管理与控制理论为基础。 第七节 交通土木工程学 如同建筑是城市的载体一样，交通设施是交通的载体。长期以来，人们更多地关注交通设施的物理属性，包括：形状特性、力学特性、材料特性以及环境特性等，这便是土木工程学及其专业的内涵。从建筑学与结构工程学的有机关系中，我们不难发现结构工程首先应有其功能，如房屋应以居住、办公及活动为其基本功能，道路、轨道与桥梁等应以交通为其基本功能。所以，交通设施的建设应以其交通的通畅、安全、环保与效率化为目标，最佳地确定交通设施的土木工程性能；相反，交通设施的土木工程性能也直接关系到交通系统的交通效能，如交通设施的几何条件直接影响到交通流通行能力和安全性，设施的结构性能影响到立体交叉的形式与功能，道路材料的运用影响到交通的环境与安全等。 因此，道路、轨道、机场、港口以及枢纽等与交通相关的土木工程建设，需要建立在对动态交通系统的宏观与微观性能充分把握的基础上，不同于一般意义的工业与民用建筑结构工程，也不同于桥梁和地下建筑结构工程，应将其归纳为——交通土木工程学，是土木工程学的重要组成部分。由此不难理解交通土木工程与交通工程学及其专业间的有机关系。表2-3概括地归纳了交通土木工程学与交通设计的关系。从中不难发现脱离交通工程学的交通土木工程将是先天不足的，不理解交通土木工程而设计的交通设施将是不可行的，所以，科学可行的交通设计方案必须以交通土木工程理论和技术为基础。 交通土木工程与交通设计关联性 表2-3 交通土木工程基本性能 与交通相关参数 与交通设计的相关性 基本影响 几何性能 宽度； 长度； 坡度； 高度； 半径； 道路或桥梁的横断面、车道数设计； 交通流交叉与交织设计； 交通设施坡长及爬坡道设计； 立体空间设计； 交通流转弯与安全设计等 影响交通流的通行空间 与通行能力（包括爬坡能 力）以及交通流的平顺性与安全性等 力学性能 结构梁高； 结构跨径； 结构性质； 土力学性能； 交通设施净空与坡度设计； 立体交叉和视距设计； 设施稳定性与可靠性； 交通设施平面、横断面、纵断面曲线设计 影响交通流的通行空间 和交通设施性能 环境性能 水环境； 风环境； 能见度环境； 温度环境； 海拔环境； 交通排水系统与水环境保护设计； 交通抗风能力设计； 交通安全设计； 交通安全设计； 交通爬坡能力设计 影响交通的通行环境及 其环保性、交通安全性和通行能力等 材料性能 刚性材料； 柔性材料； 特殊材料； 交通舒适性和安全性设计； 交通舒适性和安全性设计； 降噪声及交通导向和安全设计 交通的舒适性、安全性、 便利性以及环保性等 第八节 交通资源与环境学 人和物的移动需要消耗大量的空间资源、时间资源、土地资源和能源等，同时产生交通废气、噪声以及振动乃至（路面交通污染颗粒经雨水冲刷后形成的）交通废水，造成对环境的破坏与消耗。因此，为了城市与交通、资源、能源与环境的可持续（协调）发展，有必要深入地学习并研究与交通相关的资源（包括能源）和环境学，在此基础上进行交通系统的优化设计。交通资源、能源及环境与交通设计的基本关系如表2-4所示。 交通资源、能源及环境与交通设计关联性 表 2-4 资源与环境 与交通相关性 与交通设计的相关性 基本理论 土地资源 交通用地； 城市与交通； 交通空间优化设计可节省交通用地； 集约化城市与集约化交通系统有机结合，实现存在空间与活动空间的最佳功能 交通与土地利用互动理论 交通能源 交通能耗与工况； 交通能源与工况； 交通排放与工况： 交通能耗最小化的行驶环境设计； 适应新能源的交通设计； 面向节能减排的交通设计； 交通能耗、排放与交通工况关系理论 交通环境学 交通排放、噪声、温度、 能见度与通行条件及环境 减排、低碳、降噪声、抗滑及安全的通行条件优化设计 自然环境、人工环境与交通工况关系理论