六边形加三角形道路系统 【技术领域】
本发明涉及城市道路系统和相应的地铁系统，其提供对城市空间的优化利用和交通的优化设置。
背景技术
在道路的建造和发展中，人们通常直观的将出发点和目的地之间的最短距离当做道路建设的优选方案。在直观上得到出发点和目的地的最近道路。但是城市道路网路中的这种道路会降低道路网络系统总体的利用率，并造成交通的聚集，不利于合理分流交通流量。而城市交通向中心区域聚集的趋势给城市中心区造成很大压力。城市环路结构，不能有效改善道路交通中的问题，比如，环路会增加通行距离，在环路的出入口的交通频繁堵塞等。城市空间中存在的不合理因素，使城市的发展受到制约。
【发明内容】
技术问题
当前城市的交通网络中，组成道路网络的道路普遍是按照将局部交通距离最短化的方案建设的，矩形城市的道路网络便是以这样的形式组成的。按照最短化方案设置的矩形结构道路网络，会造成道路网络利用率低，局部道路交通聚集，从而使交通效率降低。随着城市规模不断扩大，城市道路会逐渐向城市外围延伸，使得单个道路的覆盖面积不断增大而造成交通流量增大。但是道路的拓宽受到环境的制约，很难随着交通流量的增大而相应扩大道路的承载规模，而使交通拥堵不断加剧。
一般的城市道路，不能将长距离交通和短距离交通有效的分离。城市中的部分区域会因为众多交通线路同时经过，短距离交通和长距离交通在道路上重叠起来造成交通压力，降低交通效率。
城市结构的不合理的规划，造成城市空间的利用效率降低、浪费和城市宜居价值的降低。
道路系统的结构所限，不能把所包含的范围内所有点都以直线的最短距离方式连接起来，所以道路网络的交通会不可避免的有实际距离比直线距离远的情况，而浪费交通资源和时间。
传统城市的环路的覆盖面是一个环形，直接覆盖的区域相对较小。其他临近区域的交通会向通向环路的道路聚集，增加道路的交通压力。这样就使临近环路的道路经常出现堵塞的情况。
本发明对上述问题提供了解决或改善方案，并为适合道路系统的整体创新的城市空间规划提供方案，该城市空间包括地上和地下的公共设施。
技术方案
本发明的技术方案如下：
如图1所示，构建一种区块间道路，通过以一个或多个由一个六边形连接一到多个三角形的基本单元互相紧密相连接起来组成的结构中以所述六边形和所述三角形的各个边连接形成的网状结构连接城市的整个区域或者局部区域的道路网络而形成所述区块间道路(101)，及每个所述基本单元中的六边形和每个三角形都位于彼此的外部，及每个所述六边形与其相连接的每个所述三角形通过相互重叠的一条边相连接，及每个所述六边形与其相邻地所述六边形通过一个相互重合的顶点相连接，及每个所述三角形与其相邻的所述三角形通过一个相互重合的顶点相连接，及在被所述道路网络的所述区块间道路所分割形成的三角形区块(104)和六边形区块(105)内构建区块内道路(102)，及将建筑物或设施安排在被所述区块间道路所分割形成的三角形区块和六边形区块内，及将建筑物或设施旁的道路连接到所述区块内道路。
每个所述六边形区块的形状都是正六边形，每个所述三角形区块的形状都是正三角形。在每个六边形区块的顶点处为所经过顶点的区块间道路预留充足的区域以满足未来道路拓宽的需求。围绕着三角形区块的区块间道路作为缓冲，将相邻的六边形区块上在同一条直线位置上的相对应的区块间道路直线连接起来。
区块间道路分割形成的每个三角形区块内部被用于绿地和公共建筑设施，如公园、学校、政府建筑、图书馆、体育馆、火车站等公共建筑设施。三角形区块内部的道路设置成限制通行道路，以使交通适应环境的需要。并且三角形区块内道路不与区块间道路相连通而只连接相邻六边形区块的区块内道路。三角形区块边缘靠近区块间道路的区域为所相邻的区块间道路设置扩建用的预留区(参见图2)。
如图2所示，在区块间道路分割形成的六边形区块内部构建和六边形区块每个顶点相连接的各条区块内道路，构成六边形区块内的主要道路，再由这些主要道路连接六边形区块内部的其他分支道路形成六边形区块内道路网。连接六边形区块顶点的区块内道路同时连接与相连接的顶点连接的相邻的六边形区块内的区块内道路。
区块间道路设置成城市快速路。在区块间道路经过的六边形区块的顶点处设置出入口同连通顶点的六边形区块内的区块内道路相连通。区块间道路在相互交叉的地点通过立交桥相连通。
如图3.1和3.2所示，在道路网络包含的区域内，将地铁(103)设置在所述六边形区块顶点处的地下通过并在区块内道路的地下的线路上，使地铁以在所述道路网络包含的区域范围内以井字型或放射型的形式设置。
在上述六边形加三角形道路网络中，每个六边形区块都与周围的其他六边形区块通过顶点相连，或者并不相邻而通过区块间道路相连接。假设有六边形区块a与六边形区块b通过其相重合的顶点相连，有六边形区块a与六边形区块c通过区块间道路相连通且不相邻。假设a、b、c内分别有甲、乙、丙三点。那么，六边形加三角形道路网络中，不同的六边形区块间的交通线路有以下方式：
(一)a内的甲和b内的乙的交通线路：
(1)从甲经过a内的区块内道路到达a和b重合的顶点，再通过b内的区块内道路到达乙。
(2)从甲经过a内的区块内道路到达环绕a的区块问道路的出入口，然后进入区块间道路。通过区块间道路到达围绕b的区块间道路的出入口。从出入口离开区块间道路进入b内的区块内道路，然后通过b内的区块内道路到达乙。
(3)从(甲)经过a内的区块内道路到达a和b都相邻的三角形区块内的区块内道路，再通过三角形区块内的区块内道路到达b内的区块内道路，然后到达乙。
(二)a内的甲和c内的丙的交通线路：
(1)从甲经过a内的区块内道路到达环绕a的区块间道路的出入口，然后进入区块间道路。通过区块间道路到达围绕c的区块间道路的出入口。从出入口离开区块间道路进入c内的区块内道路，然后通过c内的区块内道路到达丙。
(2)从甲经过a内的区块内道路到达与a相邻的六边形区块或三角形区块内的区块内道路，然后再通过区块内道路网络进入c再到达丙，或者然后进入区块间道路后到达c再到达丙。
因为区块间道路设置成快速路，所以交通效率显著高于区块内道路。则从这几条线路中可以看出，在所述道路网络内处于不同六边形区块内的两点间的最便捷的交通线路(考虑区块间道路和区块内道路交通效率差异的因素)应该为只通过出发点所在的六边形区块内的区块内道路加上需要经过的区块间道路和需要经过的三角形区块的区块内内道路，再加上目的点所在的六边形区块内的区块内道路的路线，其中如果不用经过区块间道路的，就不用加上区块间道路，如果不用经过或者不被允许经过三角形区块的区块内道路，就不用加三角形区块的区块内道路。这样在道路网络中，六边形区块的道路实际上处于半独立状态。不以一个六边形区块内部的某一点或者相邻的三角形区块内的某一点为起点或终点的交通线路，都不会经过该六边形区块内部的区块内道路。即六边形区块内的区块内道路只作为其内部交通或通往围绕它的区块间道路或相邻的三角形区块和从围绕它的区块间道路或三角形区块进入该六边形区块内部的短距离交通之用。每个六边形区块内部的区块内道路就可以避免成为任意其他两个六边形区块之间长距离交通的经过路段。这样就可以减少短距离通行线路和长距离通行线路的重叠，而将它们合理的分离开。
交通需要通过道路将起点和终点连接起来。而实际道路的线路不一定是在两点所在的直线上。所以很多时候实际的交通线路的长度比两点之间的直线距离长。
下面比较六边形加三角形道路网络与矩形道路网络之间使实际通行距离增大的差别。
如图4.1所示为六边形加三角形道路外围组成的六边形环路，六边形为正六边形，在这个六边形道路中存在两个点(401)和(402)，且这两点之间的直线距离为L(409)。则在此道路中，因为需要在对方道路所在直线的所在方向上做最远的平行移动并且要经过一段折线状道路而增加距离，所以在这样的线路上经过距离最远的实际道路。所以这两个点应分别位于这样的道路的两个端点即六边形的一组对边上的中点位置。则可以计算出所需要通过的道路长度为√3L，约为1.73L。
如图4.2所示为正方形环路。在这个正方形道路中存在两个点(403)和(404)，且这两个点的直线距离为L(409)。则在此道路中需要通过最长实际道路而相连通的两点应该分别位于正方形一组对边的中点位置。则可计算出所需要通过的道路长度为2L。
则在上述情况下，使实际通行道路比直线距离长且最长的线路上，正六边形环路中增加的最大幅度约为1.73倍，矩形环路增加的最大幅度为2倍。则在此情况下，六边形加三角形道路形成的环路最多比矩形环路减少约13.5％的道路距离。则在六边形加三角形道路的网络里，通行线路会被更加趋向于选择虽交通距离比通过市区中心的线路长但交通状况好的城市外围的线路。从而缓解城市中心区交通聚集的情况。
如上述，区块间道路只在六边形区块顶点处设置出入口。车辆在区块间道路上行驶最初和最后经过的地点一定是区块间道路上的某个出入口，就是说车辆在区块间道路行驶时，是以出入口作为起始点的，即以某个六边形区块的顶点处为区块间道路交通线路的起点或终点。如图5.1所示，在区块间道路中，有五个位于六边形区块顶点处的点(501)、(502)、(503)、(504)、(505)。
从(501)到(504)的较短通行线路有：
1.从(501)到(502)至(504)。
2.从(501)到(502)再到(503)至(504)
两条线路相比较，线路1比线路2短。
同样(505)到(502)的线路中，从(505)到(504)至(502)的线路比从(505)到(504)再到(503)至(502)的线路短。并且只经过504的线路只需经过约60度转弯而不需经过(503)处的约120度转弯，且只经过504处的线路为最短线路。
从上述可以看出虽然在六边形加三角形区块间道路中内存在约120度的转弯道路，但是车辆行驶中经过这样的转弯道路的线路不是最短的线路。在车辆通行的最短线路中，不必经过约120度转弯而只经过约60度转弯即可。即在上述区块间道路内任意两个起始点之间需要通过直线道路或有约60度转弯的道路即可实现最短道路连接。
如图5.2所示，在一条有一个60度转弯的道路上有(506)、(507)两点。它们分别位于转弯点的两侧且到转弯点的距离相等且两点直线距离为T(502)。则(506)到(507)的道路距离计算可得为2√3/3T，约为1.15T。
如图5.3所示，在一条有一个90度转弯的道路上有(508)、(509)两点。它们分别位于转弯点的两侧且到转弯点的距离相等且两点直线距离为T(502)。则(508)到(509)的道路距离计算可得为√2T，约为1.41T。
则上述有60度转弯的道路和有90度转弯的道路连接直线距离相同的两个点所需要经过的道路距离比约为1.15比1.41。计算可得，这此情况下60度道路比90度道路减少约18.4％的道路距离。
上述有60度转弯的道路代表六边形加三角形结构道路，上述有90度转弯的道路代表矩形结构道路。这样可以得出，在道路网路中中，六边形加三角形区块间道路最多比矩形道路减少18.4％的道路距离。
按照六边形加三角形道路系统的结构对传统矩形城市进行的改造，可选择利用现有环路的线路作为区块间道路的一部分，加上需要新建的部分构成区块间道路网。而区块内道路网络的建造只需最低限度的改造原有区域的局部道路的即可。这种低成本改造城市的方案的可行性是理想的。
有益效果
在传统的矩形道路结构中，经常会发生因为道路承载能力满足不了交通流量的需要而发生的拥堵。而道路的扩建速度不能跟上交通流量的增加速度，而使拥堵加剧。而在城市建设中，如果为了充分满足未来城市道路发展的需要而进行大大超过目前需要的道路建设，就会增加建设成本和使用的土地成本。所以传统矩形道路面临道路拥堵和道路资源有限的矛盾，城市交通陷入低效率运行的状态。
通过六边形加三角形的道路结构网络，可以有效的将远距离的交通从区块内路道路的路面分流至区块间道路的路面。使区块内道路只承载短距离交通的交通流量，从而降低区块内道路的拥堵，区块内道路的建设就只需要从区块内的短距离交通考虑承载能力，其需要的较低交通承载率使其未来发展的压力会大大减少，及减少其未来发展与相邻的建筑设施间的空间矛盾。区块间道路可建设成满足当前和可预测的未来短期内对交通流量有足够交通承载力的道路，而在以后需要的扩建中，只要将道路向相邻的三角形区块一边拓宽即可。因为区块内道路的任何一段都有一个边缘与三角形区块相邻，而且三角形区块内为绿地型区域，可为道路拓宽提供尽可能大的地面面积，并且在区块间道路经过的六边形区块顶点处也设置了拓宽预留区。这样可以使区块间道路可以在可能的范围内几乎不受限制的拓宽，从而可承载可能的任何规模的交通流量。这样就可以避免在区块间道路产生交通拥堵，成为城市地面交通最为畅通的通道。从而在所述区块内道路加区块间道路网所包含的区域内实现高效的交通通行。效率的提高使城市的交通成本降低，交通时间缩短，通行的机动车的耗能减少，相应的温室气体排放也会减少。尤其是交通时间的缩短，可以使城市内各个部分的连接更加紧密。使包含巨大资源的城市不因为空间交通结构的限制而使资源的分配和使用成本过度提高。城市整体的竞争力会得到提高，城市人力资源结构、产品资源结构、城市形象都将得到优化。
传统的城市结构中，公共建筑设施在城市中使按照点状的分布。并且各种公共建筑设施所在的环境因为各种因素的影响，不能很好的符合各种公共建筑设施的需要。比如，图书馆建在幽静的绿地区域会比建在街道旁更加符合它所需要的环境要求。而很多种大型公共建筑设施都适于建在绿地型区域内，比如，公园，学校，体育场，政府建筑，博物馆，广场等。学生可以在这种被绿地包围的学校上课，可以使他们更接近自然，有利于他们身心健康和学习成长。在六边形加三角形结构的城市中，三角形区块内部作为一个大型绿地区域，构建和绿地相符合的公共建筑设施。这样可以更好的满足公共建筑设施对环境的要求，更好的为人们提供公共服务。另外三角形区域内作为绿地型的开阔区域，也可以构建需要大面积空间的建筑设施，比如火车站等，也可改善城市的设施结构。按照上述方法，可促进城市结构的规范化和高效化及城市功能的优化发展，有利于城市环境的改善和城市价值的提升。临近三角形区块的六边形区块内的区域，可因临近绿地的适宜环境使其价值提升，并且临近区块间道路的交通便利的因素，可以进一步提升此区域的价值，使它成为相对更加宜居的区域。这样就会形成有序的城市内宜居区域的分布。上述方法可以使城市居住环境得到改善，城市居住结构更加规范。整个城市的宜居性得到增加并提升城市的人文价值。
和传统的矩形城市相比，在上述所提到的，六边形加三角形的城市道路结构可以相应的减少通行距离。六边形加三角形结构构成的六边形环路在绕行中，最多可以比矩形环路减少13.5％的道路距离。六边形加三角形道路结构的区块间道路网络最多可以比矩形网络道路减少18.4％的道路距离。并且区块间道路能够大幅提高行车速度。这样六边形加三角形道路网络可以有效减少交通成本，提高道路的交通效率，节约能源，降低污染和温室气体排放。并有利于交通的分流，使长距离的交通线路更多可能的选择在城市的外围，使城市交通更加分散和均与。减缓交通向城市中心聚集的趋势。
在传统的矩形城市环路结构中，环路的辐射范围是呈环状，而不能有效的组成网络，其所覆盖的面积较小。在环形区域外的交通流量会给通向环路的道路造成交通压力。而网状的快速路则能更广泛的分布，使更大范围的区域的车辆能更便利的进出快速路网络。单个出入口的直接和间接辐射区域会减小而减小与其相连接的道路的交通压力。区块间道路形成的网状快速路使城市更广泛的区域更加高效的通过快速路网相连通。
按照符合六边形和三角形道路系统的结构建设的井字型或者放射型的地铁系统，可以在适应道路系统的情况下，更加合理的按照局部更加平均或者更加集中的需要安排城市内的地铁线路。并且此两种结构可以向城市外围有规则的合理的延伸，使地铁的发展能够满足六边形加三角形结构城市交通发展的需要。
按照六边形加三角形结构建造的城市，是按照相对独立的模块有规则的组合而成的，模块可以随着城市面积的不断扩大而自由的增加。各个模块之间可以用快速，高效率的交通连接起来，并且模块间的交通道路的发展可以不受到制约，使交通状况可以符合城市的良性发展。六边形区块和三角形区块的不同功能性划分，可更加科学和合理的安排城市设施结构，提高城市的运行效率及城市的宜居价值。使生活在城市中的人，更加自然的融入到城市当中，享受到更好的城市生活。从而，六边形加三角形的城市可成为现代创新型城市的最佳样式之一。
【附图说明】
图1显示本发明的基本概念，以六边形和三角结构组成的区块间道路。为简单起见，忽略了部分区块内道路、部分地铁线路及建筑设施。
图2显示的为六边形区块顶点预留区域和三角形区块内的预留区域示意图，及六边形区块和三角形区块内的区块内道路的示意图。
图3.1显示的为呈井字型分布的地铁线路图。
图3.2显示的为呈放射型分布的地铁线路图。
图4.1显示的为六边形加三角形形成的环路中某2点所在的位置。
图4.2显示的为矩形环路中某2点所在的局部区域。
图5.1显示为六边形加三角形道路中位于区块间道路出入口处的5个点所在的位置。
图5.2显示为转弯度为60度的道路上某2点所在的位置。
图5.3显示为转弯度为90度的道路上某2点所在的位置。
附图图例：
101：区块间道路
102：区块内道路
103：地铁
104：三角形区块
105：六边形区块
201：区块间道路中的一点
202：区块间道路中的一点
401：六边形加三角形结构环路中的一点
402：六边形加三角形结构环路中的一点
403：矩形环路中的一点
404：矩形环路中的一点
409：长度为L的线段
501：区块间道路上的一点
502：区块间道路上的一点
503：区块间道路上的一点
504：区块间道路上的一点
505：区块间道路上的一点
506：转弯度为60度道路上的一点
507：转弯度为60度道路上的一点
508：转弯度为90度道路上的一点
509：转弯度为90度道路上的一点
520：长度为T的线段
具体实施方式：
以下是本发明的优选实施方式：
在六边形加三角形道路系统中，六边形区块和三角形区块组成的基本单元的大小可以按照城市的规模和具体需要而定。每个六边形区块和三角形区块的每条边都设置为2千米。区块间道路的出入口只设置在六边形区块的顶点处和六边形区块内道路相连通。
如图2所示，按照上述，那么六边形区块内任一点到达区块间道路的直线距离都不会超过2千米，可以假设最长的道路距离不超过约3千米。三角形区块内不设置和区块间道路相连通的区块内道路，而是通过穿行的方式通过区块间道路与六边形区块内道路相连通。这样三角形区块内一点经过区块内道路网进入区块间道路的最长距离可以假设不会超过3千米。
区块间道路不设置辅路和非机动车道，可以按照地段和需求的不同设置成10到18车道的快速路。在区块间道路相邻的三角形区块内设置50至100米的道路扩建预留区，在六边形顶点设置互通式的立交桥。并且区块间道路通过立交桥连通通过立交桥的区块内道路。区块内道路设置成如图2中所示的形式。
在区块内道路行驶的汽车的平均速度假设为每小时25公里，在区块间道路行驶的汽车的平均速度假设为每小时80公里。那么在区块间道路上有两点(201)和(202)位于区块间道路距离最远的两个点上，通过上述可以计算出它们之间的直线距离为12公里，通过区块间道路通行的最短距离为14公里。且可看出它们之中每一个点与城市中任意一个其他区块间道路上的点的道路距离都不会超过它们两点间的道路距离14公里。那么按照上面的假设，汽车从(201)行驶到(202)的平均时间应该为10.5分钟。如上所述区块内道路上的一点，到区块间道路的平均时间计算可得，为不超过7.2分钟。那么从(201)行驶到(202)所在顶点所在的六边形区块内内任意一点的平均时间小于等于17.7分钟。那么从(201)所在的顶点处所在的六边形区块内和与其相邻的三角形区块内的任意一点到(202)所在顶点所在的六边形区块内和与其相邻的三角形区块内的任意一点的汽车平均行驶时间不会超过24.9分钟。那么在这个最宽处为12千米，周长为36千米，面积为约为109平方公里的城市区域的道路网络内，区块间道路上任意两点间的通行的汽车的平均行驶时间不会超过10分30秒，及区域内任意两点间通行的汽车平均行驶时间不会超过24.9分钟。
如图3.1所示，地铁按照井字形设置。横向的地铁经过六边形区块的一组对角的顶点，竖向的地铁经过六边形区块相间隔的两个顶点。使得地铁网络中任意一点到其他任意一点之间最多两次换乘即可实现。城市新建区域的新增地铁按照原有地铁的形式设置并相连接。
本发明方式
到此为止的描述仅是对本发明技术原理的解释，本发明实质性质特征内的任何变更都是有可能的，上述的任何说明和解释不起限定性作用，本发明的保护范围应该根据权利要求书的内容而被理解。本发明的说明应被解释为包含所有等同技术概念。
工业适用性
新建城市中，和已有城市的改造中通过对局部道路的改造和新建部分道路，可以建成六边形加三角形结构的城市。在以六边形加三角形结构为改造目的的矩形城市的改造中，可以把环路的一部分作为区块间道路的一部分，然后再加上新建的道路部分组成区块间道路网。区块内道路只需要最低限度的对所在区域原来的道路做局部的改动即可实现。可以在较少改动原有城市的总体结构的情况下，以较低的成本实现城市向六边形加三角形结构的改造。
通过上述方法，下述的城市规划和发展的创新是可以实现的。
第一，按照城市原有道路结构，只做局部改动的低成本城市改造将城市的每个区域融入六边形加三角形道路网络中。
第二，将城市中心区的区域功能性弱化、交通结构规范化。城市各个区域之间资源的流通成本更加接近和平均。通过六边形加三角形结构将城市资源较为平均和高效的分布于城市的各个区域，
第三，建设城市绿地功能区，整合公共资源、推动创新性宜居城市的建设，使城市人的生存和发展环境得到质的提高，使人和城市之间的关系更加和谐、健康并良性发展。
第四，通过区块间道路的建设和绿地型区域道路扩建预留区的建设，使得城市区块间道路可以随着城市的发展逐步发展升级，始终满足城市交通发展的需求，使道路能够促进和带动城市整体的良性发展。
第五，通过改造为六边形加三角形道路对道路行驶效率的提高而促进城市的低能耗，低温室气体排放趋势的发展，在道路硬件上推进城市节能化的发展。