DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 随着科技的发展，氢气在化学化工、食品医疗以及核工业领域中的需求量越来越大，对纯度的要求也越来越高。钯合金膜由于具有较高的氢气渗透性，良好的热稳定性、化学稳定性及机械强度，以及对氢具有单一选择性等优点，成为了目前氢提取、分离和纯化的主要方法。本文主要介绍了钯合金膜的氢渗透机理、制备方法，以及二元及三元钯合金膜的研究现状，对目前受到最广泛关注的几种钯合金膜进行了简要的介绍，包括Pd-Ag合金、Pd-Y合金、Pd-Cu合金、Pd-Ag-Au合金等。 关键词 :钯合金膜，氢纯化，二元合金，三元合金 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着科技的发展，氢在工业生产中的地位愈发重要，人们对氢的需求量也越来越大，对纯度的要求越来越高，在精细有机合成、冶金和电子工业、食品工业和医疗工业以及一些科学实验中，都需要用到高纯甚至超高纯氢气。在核工业领域中，同样涉及到氢(同位素)纯化工艺的应用。在聚变反应堆运行时，由于高温等离子气体对反应堆材料的烧烛，等离子排除气中存在大量He、N 2 、O 2 、Q 2 、CQ 4 、NQ 3 (Q表示H、D、T)，这些气体的积累会导致等离子室温度降低，影响聚变反应的持续进行。因此，必须及时除去杂质气体，同时回收其中含有氘氚成分的气体进行循环利用 [ 1 ] 。在Candu型反应堆中，重水作为反应堆的慢化剂和冷却剂，运行时由于中子照射将不断产生氚，从重水堆的含氚重水中提氚，成本低、效率高，是一种稳定的氚来源。以我国秦山核电站三期为例，其氚的生成量估计每年可达200 g。同时，通过对重水中的氚进行提取，不但可以降低动力堆放射性辐射水平，而且可以对重水进行升级，对提高资源利用率、保护环境安全及人员安全都具有重要意义 [ 2 ] 。由于氚具有放射性，相较于氕、氘而言，氚纯化对工艺的要求更苛刻。钯合金膜由于具有较高的氢(同位素)气渗透性，良好的热稳定性、化学稳定性及机械强度，以及对氢(同位素)具有单一选择性等优点，成为了目前氢(同位素)提取、分离和纯化的主要方法。
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user: 2. 渗透机理 科研人员对于钯及其合金膜的渗氢机理进行了广泛的研究，普遍的观点认为它的渗氢过程遵循溶解-扩散(solution-diffusion)机理，氢气从膜的高压侧向低压侧渗透，如图1所示。 具体过程包括以下七个步骤 [ 3 ] ： (a) 高压侧氢气分子扩散至金属膜表面，(b) 氢气分子在金属表面被吸附并解离为氢原子，(c) 氢原子在金属内部晶格中溶解，(d) 氢原子在金属内部向低压侧表面扩散，(e) 氢原子在金属表面结合成氢分子，(f) 氢气分子从膜表面脱附，(g) 氢气分子在表面扩散并离开(图2)。 氢气在钯膜中的渗透扩散达到稳态时，若在氢的渗透过程中氢在钯内的扩散过程是氢气渗透过程的速率控制步骤(即膜厚 > 10 μm，表面洁净未发生毒化作用)，氢气扩散速率F(mol·s −1 )由Fick定律及Sievert定律推导表示为： 图1. 钯膜氢渗透示意图 图2. 溶解-扩散机理 式中，Π为扩散系数，mol·m −1 ·s −1 ·Pa −n ；A为膜面积，m 2 ；t为膜厚度，m；P h 、P l 分别为钯膜高、低压两侧的氢分压；n为压力指数，由Sievert定律n = 0.5。若膜厚度较小(<1 μm)或表面污染增加时，表面过程在氢气渗透过程中逐渐发挥作用，成为速率控制步骤，压力指数n = 1；表面过程和体相过程共同控制氢气渗透时，压力指数n = 0.5~1。此外，受浓差极化、外扩散阻力、膜操作压力、温度条件、载体阻力及膜致密性等因素的影响，氢气渗透速率都可能偏离Sievert定律。因此，氢气在钯膜中的渗透扩散过程十分复杂 [ 4 ] [ 5 ] 。
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user: 3. 制备方法 按结构的不同，钯合金膜主要分为自支撑膜和支撑体复合膜。支撑体复合膜由于具有提供机械强度的多孔基体作为支撑体，其所需要的金属层厚度比自支撑合金膜薄得多，因此氢渗透性更高，成本更低，因此本文主要介绍支撑体复合膜的制备。 用于制备钯(合金)氢渗透膜的多孔支撑体材料主要有两种，多孔金属支撑体和多孔陶瓷支撑体。多孔陶瓷支撑体具有更好的表面性质，可以承载更薄的选择透过层，但同时，陶瓷载体的机械强度较低，相较于金属而言更脆。目前，商用的陶瓷支撑体多为多孔陶瓷管或中空纤维。管状陶瓷支撑体主要由两部分组成：经过挤压处理的多孔陶瓷基体以及通过溶胶-凝胶法等技术覆盖于基体之上的光滑、多孔的陶瓷层。相较于陶瓷而言，金属支撑体机械强度更高，且热膨胀系数与钯(合金)相近，支撑体与钯(合金)层的热稳定性更好，但就目前已经商业化的金属支撑体(主要为管状)而言，其表面性质较差，并且金属支撑体与钯(合金)层之间存在金属间扩散，使渗透性降低。目前多孔陶瓷支撑体(主要为多孔氧化铝)的应用更为广泛。 复合钯(合金)膜的制备主要在于将钯及其他金属负载于支撑体上。目前主要的制备方法有物理气相沉积法(PVD)，化学气相沉积法(CVD或MOCVD)，化学镀(Electroless plating)，电镀(Electroplating)以及扩散焊接(Diffusion welding)等技术 [ 4 ] 。每种技术都有各自的优势和缺点，因此，在制备钯合金膜时针对所使用载体的性质选用合适的沉积方法是十分必要的，这样制备出来的复合膜性能会更好。 3.1. 物理气相沉积(PVD) 物理气相沉积(PVD)主要包括磁控溅射、热蒸发、脉冲激光蒸发等方法，是指用物理的方法，在真空条件下将材料表面汽化成原子、分子或部分电离成离子，并通过气相(蒸汽或等离子体)过程，在材料或工件表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜。PVD技术是制造金属合金和化合物薄膜的一种通用的技术，可以得到较薄的膜层(<1 μm)。对多组分的合金，由于各组分金属的分压不一样，汽化速率不相同，直接沉积合金膜则较难实现，可依次沉积各组分而后经高温热处理使多层不同材料的膜的组成均匀化，各组分的比例由气化速率来调节。PVD法拥有更快的沉积速率，并能更加方便简单地控制薄膜的厚度及组成，但设备费用较高，所得到的钯(合金)膜厚度不均匀。 3.2. 化学气相沉积法(CVD) 化学气相沉积装置由反应物供应系统、气相反应器和气流传送系统组成，其过程是分子水平上的气-固相反应，即将含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。此法优点是沉积速率快，镀层化学成分可以随气相组成的改变而变化，制备的钯膜厚度容易控制，一般为2~6 μm。但此法要求金属源有良好的挥发性和热稳定性，并且升华温度低于分解温度，金属源中所含有机物对膜易造成污染，金属源价格昂贵，制备过程钯收率低，易浪费。 3.3. 化学镀(ELP) 化学镀化学反应沉积镀膜法的一种。该技术是亚稳态金属盐络合物在目标表面上进行可控的自催化分解或还原反应的过程。化学镀技术中，常用钯的络合物，如Pd(NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 、Pd(NH 3 ) 4 Br 2 或Pd(NH 3 ) 4 Cl 2 等作为镀液，典型的还原剂为肼或连二磷酸盐。 化学镀反应需要催化剂进行引发。一般的支撑体由于目标表面活性不足，需要预种钯晶核以催化化学镀反应，反应产生的钯镀层表面进一步催化溶液中的金属离子，使其不断还原而沉积在载体表面上，因此也被称为自催化化学镀。化学镀设备简单，不需电源。可以在任何复杂形状和大表面积的支撑体上进行均匀沉积。底膜可以为非导体表面(电镀只适用于导体基体)。所得膜层薄且均匀、紧密、机械强度高。因而，在所有钯复合膜的制备技术中，化学镀技术最受欢迎。 表1对比了上述三种镀膜方法的优缺点。
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user: 5. 结论与展望 近年来，钯合金膜由于具有氢渗透性好、机械强度大、氢选择性高等优点，受到了非常广泛的研究。但就工业应用上来说，钯合金膜依然有很多的局限，包括使用寿命、毒化抗性以及生产成本等方面。目前已经商业化应用的合金膜大多为自支撑膜，成本很高，渗透性较低，支撑体复合膜的研究大多还处在实验室阶段，若要进行商业生产，还需要继续改进或提出新的制备方法，以降低膜厚度，提高膜的渗透性，并能扩大规模，进行工业化生产。另外，对钯合金的研究同样十分有前景，Ag、Y、Cu等元素的添加能极大改善钯膜的各项性能，二元、三元乃至多元钯合金的组合无穷无尽，还需要做大量的工作，来探索更加优秀的组合。对合金性能提升的机理的研究工作同样十分重要，明确金属元素的添加对合金结构的影响以及氢在合金中溶解扩散的机理，可以更准确的预测不同组分多元合金的性能。
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user: 摘 要 作者提出一种新的方法–射线法–定量地分析三元相图，简单介绍了射线法的原理和方法。作为例子，用射线法定量分析了W-Cr-Ni三元相图等温截面二相区中的合金以及Fe-C-P三元相图投影图中高磷灰铸铁的结晶过程，计算了组织组成物的相对量。与高磷灰铸铁组织的对比结果表明，射线法是可靠的。 关键词 :三元相图，定量分析，射线法 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 三元相图对于材料研究是相当重要的，因为它存储着合金系的重要信息，比如，合金中平衡相特别是组织组成物的种类和数量。然而，这些信息并非“显露”而是“隐藏”在相图中，需要读者运用正确的方法去解读。 教科书中介绍了解读三元相图的基本原理和方法，但对很多具体相图，仅靠基本原理和方法，仍然无法准确提取相关的信息。例如，图1所示为A-B-C三元匀晶相图的等温截面，已知L+α二相区内o合金中α相和L相的平衡成分点分别位于固相线s 1 s 2 和液相线l 1 l 2 上，且与o点三点共线。但是如何确定位于s 1 s 2 线和l 1 l 2 线上的这两个点呢？教科书 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 介绍的方法是：连接熔点最高的组元如A点和o点并延长，分别交于s 1 s 2 线和l 1 l 2 线上的m'和n'点，考虑到选分结晶原理，再将线段m'n'在平面内绕o点沿三组元熔点降低的方向(此处为逆时针)转动一定角度，假定转到线段mn处，则m和n就分别是α相和L相的成分点。按照选分结晶理论，这种方法无疑是正确的。但在实际运用中却很难操作—要确定三组元熔点的高低，特别是转角的大小无法确定，对许多实际等温截面，这种方法甚至不具有可操作性。 另一个典型例子是，在固相有限互溶具有四相共晶反应的三元相图的投影图中的一些合金，许多教科书 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 仅定性地分析了它们的平衡结晶过程，给出了室温下的组织，却未能定量计算各组织组成物的相对量。究其原因，是不能定量确定结晶过程中各相的成分变化。 本文提出了用射线法定量确定平衡相的成分，简单介绍它的原理和方法，示范了该方法的运用。用射线法详细分析了W-Cr-Ni三元相图等温截面二相区中的合金以及Fe-C-P三元相图投影图中合金Fe-3.5%C-1.5%P的结晶过程，计算了室温下各组织组成物的相对量。与图谱中高磷铸铁的显微组织进行了对比，以验证射线法的可靠性。
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user: 2. 射线法的原理简介 2.1. 在二相区的情况 等温截面图中，二相区呈四边形，如图2(a)所示的α + β二相区，曲边ab是α的成分线，曲边cd是ab边的共轭线，即β相的成分线；直线ac是a点成分的α相与c点成分的β相的共轭连线，即与a点成分的α相相平衡的是c点成分的β相，它们是实验测定结果，可视为精确值。类似地，直线bd是b点成分的α相与d点成分的β相的共轭连线，即与b点成分的α相相平衡的是d点成分的β相，它们也是实验测定结果，可视为精确值。假定ef和gh两条共轭连线相交于x点，那么，成分为x点的合金既可处于e点成分的α相和f点成分的β相的两相平衡，也可处于g点成分的α相和h点成分的β相的两相平衡， 图1. A-B-C三元匀晶相图的等温截面示意图 图2. 三元相图等温截面中两相区的共轭连线；(a) 共轭连线不可能相交；(b) 用射线法确定共轭连线 这是不可能的，因为违背了相律。所以，等温截面图中，二相区的共轭连线是不相交的。 什么样的直线在空间不相交呢？从一个点光源发出的所有射线在空间绝不会相交。怎样确定点光源的位置呢？两条已知的射线的汇聚点就是点光源的位置。因此，延长两相区两条直边得到交点，从该交点向两相区所作所有射线都不会相交，它们与两条曲边的交点连线就是这两个相的共轭连线。连接该交点与两相区内任一合金成分点并延长，其与两条曲边的交点就是该合金中两个平衡相的成分点。这种用射线来确定两平衡相成分点的方法，称之为射线法。 如图2(b)所示，延长两相区两条直边ca和db交于o点，过o点向两相区作射线，每条射线都会与两条曲边相交得到一对唯一的共轭点，共轭点连线上的所有成分的合金，在该温度下都处于以这两个共轭点为成分的两相平衡。对于两相区中任意成分的x合金，只需连接o和x两点并延长，与两条共轭线的两个交点，就是x合金的两个平衡相的成分点。 2.2. 在三相区的情况 在三元相图中，三相区如三相共晶反应区L + α + β的形状通常如图3所示，其中图3(a)是立体图，三棱柱中有5个等温度间隔的共轭三角形，图3(b)是图3(a)的投影图。图4是通常使用的投影图中的L + α + β三相共晶反应区，图中并不显示类似3(b)中共轭三角形的投影。当我们需要用这些不同温度的共轭三角形来确定三个平衡相的成分时，就可以使用射线法将这些共轭三角形显现出来。例如，将图3(b)中的5个共轭三角形显现出来，方法如图5所示。分别延长el线和Em线，相交于o 1 点，由o 1 点向lm线和eE线做五条等夹角(∠lo 1 m/6)的射线，分别交lm线和eE线上5个点，将这5个点与eE线上共轭的5个点相连接，构成棱柱面lmEel上的5条共轭连线；分别延长ek线和Ep线，相交于o 2 点，连接o 2 点和eE线上的5个点，在kp线上得到5个交点，连接kp线上的5个点和lm线上共轭的5个点，构成棱柱面lmpkl上的5条共轭连线；将eE线上的5个点和kp线上共轭的5个点相连接，构成棱柱面eEpke上的5条共轭连线，这样，三个棱柱面上对应的共轭连线就围成5个等温度间隔的共轭三角形。 图6是固相有限互溶具有四相共晶反应的三元相图的投影图，现用射线法分析图中y合金的平衡结 图3. L + α + β三相区；(a) 立体图；(b) 投影图 图4. 一般投影图中的L + α + β三相区 图5. 用射线法确定L + α + β三相区投影图中的共轭三角形 图6. 用射线法定量分析固相有限互溶具有四相共晶反应的A-B-C三元相图投影图中y合金凝固过程 晶过程。先发生匀晶转变，结晶出初晶α 初 ，降温时，液相的成分沿液相面Ae 1 Ee 3 A变化，α 初 的成分沿固相面AfmlA变化。当合金温度降到L + α + β三相区的棱柱面e 1 Emfe 1 时，液相成分变到液相单变量线e 1 E上，α 初 的成分相应地变到α相单变量线fm上。用射线法，可以确定α 初 的成分在fm线上的位置，以及液相成分在e 1 E线上的位置：延长Em线，交BA边于o 1 点，连接o 1 、y两点并延长，交fm线于r点，交e 1 E线于q点。合金温度进入L + α + β三相区后，液相发生三相共晶转变，液相成分沿e 1 E线变化，同时生成两相共晶体(α + β) 二相共晶 ，当液相成分从q点变到过y点的那个共轭三角形的液相点时，三相共晶转变结束。可以用射线法来确定过y点的那个共轭三角形：连接m、n并延长，交AB边延长线于o 2 点；连接o 2 和y两点并延长，交fm线于s点，交gn线于t点；连接o 1 和s两点并延长，交e 1 E线于u点；连接u点和t点，即得过y点的共轭三角形，u点就是液相耗竭时的成分点。过u点做e 1 E线的切线，交st线于v点，v点就是三相共晶转变终了时的二相共晶体(α + β) 二相共晶 的平均成分点，相应地，α 初 的成分从r点变到s点。三相共晶转变终了时，y合金中的两个平衡相是，s点成分的α相和t点成分的β相；而平衡组织是，s点成分的初晶α 初 和平均成分为v点的二相共晶体(α + β) 二相共晶 。在继续降温发生的固态相变中，α、β相都会析出另外的二次相α II 、β II 、γ II ，但这并不改变(α + β) 二相共晶 (含少量γ)在合金中所占的相对量。而对于初晶α 初 ，所析出的β II 、γ II 成为室温下的组织组成物。 室温下，y合金中的平衡相为α + β + γ，α相、β相、γ相的成分分别是m'点、n'点、p'点。根据重心法则，很容易计算出这三个相的相对量(此处省略)。 室温下，y合金中的平衡组织：α 初 + β II + γ II + (α + β) 二相共晶 。连接m'点和s点并延长，交p'n'线于z点，应用杠杆定理和重心法则，可求出各组织组成物的相对量如下： (1) (2) (3) (4)
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user: 3. 射线法在实际三元相图定量分析中的应用举例 3.1. 在W-Ni-Cr三元相图等温截面中的应用 以图7所示W-Ni-Cr三元相图等温截面的(Ni) + α 1 两相区内的x合金为例，设该两相区的四边形的四个顶点分别为a、b、c、d。如果按照教科书介绍的方法，连接W点与x点并延长，分别交ac线和bd线于e点和f点，然后将e点和f点的连线沿顺时针绕x点转动到cd和ab线上，但到底要转动多大角度，这是无法确定的。按照射线法，延长两条直边ac和bd，相交于o点，连接o点和x点并延长，分别交两条曲边ab和cd于g点和h点。则，x合金中的两个平衡相分别是成分为g点的(Ni)相和成分为h点的α 1 相。由杠杆定理，这两个相的质量分数分别为： (5) (6) 图7. 用射线法确定W-Cr-Ni相图等温截面中x合金平衡相的成分点g和h 图8. 用射线法定量分析Fe-C-P三元相图投影图中o合金凝固过程 图9. 含磷0.8%的高磷灰铸铁的铸态组织：网链状三元磷共晶分布在细片状珠光体基体上，黑色条状为石墨碳 3.2. 在Fe-C-P三元相图投影图中的应用 图8是Fe-C-P三元相图的投影图。图中的o合金(Fe-3.5%C-1.5%P)从液态冷却到与液相面CE T TBC相交的温度，开始结晶出初晶γ相。继续冷却到三相平衡的共晶面EDE T CE时，液相成分已到达CE T 线上，γ相成分已到达ED线上。延长E T D线交RFe边于a点，连接a、o两点并延长，交ED线于u点，交CE T 线于b点。进一步冷却时，液相发生三相平衡共晶转变L→γ + Fe 3 C生成二相共晶体(γ + Fe 3 C) 二相共晶 ，当液相成分沿CE T 线从b点变到E T 点时，γ相的成分从u点变到D点，而Fe 3 C的成分不变仍为R点。连接E T 点和b点并延长，交DR边于c点，则c点是三相平衡共晶转变终了时(γ + Fe 3 C) 二相共晶 的平均成分点。连接E T 点和o点并延长，交DR边于d点，则d点是三相平衡共晶转变终了时初晶γ + (γ + Fe 3 C) 二相共晶 的平均成分点。E T 成分的液相在恒温下发生四相平衡共晶转变L→γ + Fe 3 C + Fe 3 P，转变后，合金中的平衡相是D点的γ相+Fe 3 C+Fe 3 P，平衡组织是初晶γ + (γ + Fe 3 C) 二相共晶 + (γ + Fe 3 C + Fe 3 P) 三相共晶 。随后，γ相的成分从D点变到N点的过程中析出二次Fe 3 C和二次Fe 3 P，在到达四相包共析平面MNRQM时发生包共析转变γ + Fe 3 P→α + Fe 3 C，转变后的平衡相是M点的α相 + Fe 3 C + Fe 3 P，平衡组织是(F + Fe 3 C) + (F + Fe 3 C + Fe 3 P)，即珠光体P + 三元磷共晶(F + Fe 3 C + Fe 3 P)。温度从三相平衡平面MRQM继续降温时，F的溶解度有所减小并析出三次Fe 3 C和三次Fe 3 P，Fe 3 C和Fe 3 P成分不变。故室温下的平衡相仍是α + Fe 3 C + Fe 3 P，平衡组织仍是珠光体P + 三元磷共晶(F + Fe 3 C + Fe 3 P)。 室温下三个平衡相的相对量可用重心法则求出(此处省略)。 室温下的平衡组织是珠光体P + 三元磷共晶(F + Fe 3 C+ Fe 3 P)，它们的相对量可计算如下： (7) (8) 图9是含磷0.8%的高磷灰铸铁的铸态组织 [ 6 ] ：网链状三元磷共晶分布在细片状珠光体基体上，黑色条状为石墨碳。根据图8所示Fe-C-P三元相图的投影图，以及上述对Fe-3.5%C-1.5%P合金平衡结晶过程的定量分析计算可知，四相平衡平面DRQD以外的合金在平衡凝固条件下，室温组织中不可能存在三元磷共晶。然而，含磷0.8%的高磷灰铸铁的铸态组织中却出现了三元磷共晶。这是由于铸造工艺中的冷却速度比较快，合金中形成了不平衡共晶—共晶反应平面以外的合金得到了部分共晶体。也就是说，含磷0.8%的高磷灰铸铁的铸态组织，类似于Fe-3.5%C-1.5%P合金的平衡组织。
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user: 4. 结论 射线法的基础是共轭连线不相交原理，用射线法能较为准确地确定等温截面二相区中的共轭连线，确定合金中两平衡相的成分点，从而计算平衡相的相对量。将射线法用于投影图中，可以确定三相区共轭三角形的位置，确定三个平衡相的成分，从而计算组织组成物的相对量。作为例子，用射线法确定了W-Ni-Cr三元相图等温截面中两相区内的合金的成分点，从而计算了两个平衡相的相对量；特别是，用射线法定量分析高磷铸铁的结晶过程及室温组织，并与高磷灰铸铁显微组织进行比较，结果表明，射线法是可靠的。
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user: 摘 要 目的：探讨三维时间飞跃法磁共振血管成像(Three dimensional time-of-flight magnetic resonance angiography， 3D-TOF MRA)原始图像评估脑梗死患者脑微出血(Cerebral microbleeds， CMBs)病灶的可行性，进一步探讨3D-TOF序列在预测脑梗死出血性转化中的应用价值。方法：选取192例脑梗死患者为研究对象，分别进行磁敏感加权成像(Susceptibility weighted imaging， SWI)和3D-TOF序列扫描，评估SWI及3D-TOF MRA原始轴位图像显示CMBs的优劣。观察脑梗死出血性转化在CT、T1WI、DWI、SWI及3D-TOF MRA序列原始图像中的影像学表现及CMBs的分布和信号特点，明确基于3D-TOF序列CMBs病灶数量分级与出血性转化的关系，探讨3D-TOF序列在预测脑梗死出血性转化中的应用价值。结果: 因影像学资料显示不清排除12例，实际纳入180例脑梗死患者，SWI共发现微出血病灶264个，CMBs数目分级：28例为轻度，8例为中度，4例为重度。3D-TOF MRA序列原始图像发现微出血病灶188个，其中24例为轻度，4例为中度，4例为重度。两种序列对微出血病灶的检出率比较差异有统计学意义(皮质和皮质下、丘脑、小脑，p < 0.05)；两者对基底节和脑干的微出血病灶检出率差异无统计学意义(p < 0.05)。180例患者中，24例发生出血性转化(13.3%)，T1WI、DWI、SWI及3D-TOF MRA序列检测出血性转化的敏感度分别为25.0%、62.5%、100%及83.3%。CMBs病灶数量与出血性转化的发生率呈正相关。结论：在缺乏SWI序列的情况下，3D-TOF MRA原始图像可有效显示CMBs病灶，可作为预测脑梗死发生出血性转化的有效手段之一。 关键词 :脑梗死，脑微出血，出血性转化，三维时间飞跃法磁共振血管成像，磁敏感加权成像 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 脑微出血(Cerebral microbleeds， CMBs)是脑小血管病变所致的、以微小出血为主要特征的一种脑实质 亚临床损害 [ 1 ] ，属于脑小血管病(Cerebral small vessel disease， CSVD)的范畴。作为一种有出血倾向的微小血管病变标志，脑微出血(Cerebral microbleeds， CMBs)在各种脑血管病中的发生及其意义正日益受到国内外研究者和临床医生的重视，成为目前脑血管病研究领域的热点问题。脑梗死的出血性转化是指脑梗死继发脑出血，发生率为8.5%~30%，随着CT和MRI应用的普及以及抗凝与溶栓药物的广泛应用，出血性转化的报道有逐渐增多的趋势 [ 2 ] 。研究提示CMBs与脑梗死的出血转化和自发性脑出血复发的风险高度相关 [ 3 ] 。CMBs亦能增加溶栓或抗血小板治疗后出血的风险 [ 4 ] ，因此出血性转化增加了缺血性脑卒中的临床决策难度及其不良预后。鉴于T2加权梯度回波(T2*GRE)及磁敏感加权成像(Susceptibility weighted imaging， SWI)序列扫描时间较长，目前大部分医院并未将T2*GRE及SWI序列列为常规检查，如能开发和利用现有常规扫描序列的潜在用途，最大限度利用现有其他影像技术检测CMBs是个具有临床应用价值的研究方向，有利于提高成本–效价比及设备的使用效率。目前三维时间飞跃法磁共振血管成像(Three dimensional time-of-flight magnetic resonance angiography， 3D-TOF MRA)已经成为脑梗死临床实践中血管评估的常规手段，本研究旨在探讨采用3D-TOF MRA原始图像评估脑梗死合并CMBs的可行性，进一步探讨3D-TOF MRA原始图像在预测脑梗死出血性转化中的应用价值，为评估CMBs及预测脑梗死发生出血性转化提供经济而有效的手段，为最大限度发挥常规影像学检测技术的应用范围提供依据。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 研究对象 收集就诊于青岛大学附属威海市中心医院神经内科192例急性缺血性脑卒中患者，其中男116例，女76例，年龄50~89岁，平均68.2岁。纳入标准：1) 所有病例诊断符合中国急性缺血性脑卒中诊治指南2010版的标准；2) 发病48小时以内的脑梗死患者；3) 首次发病或既往有卒中史，但未遗留明显后遗症；4) 除外腔隙性脑梗死；5) 首次CT或MRI检查除外脑出血(不包括SWI检出的微出血)。排除标准：1) 合并颅内出血、感染及占位性等病变；2) 存在出血素质、严重凝血功能及肝、肾功能异常；3) 存在磁共振检查禁忌证(例如体内存在非顺磁物质或心脏起搏器等)；本研究项目符合当地医疗机构伦理委员会伦理标准并获得所有患者或其家属的知情同意。 2.2. 影像学检测方法 采用GE公司的超导性磁共振成像系统(型号：GE MR Discovery 750 3.0T)、先后获得横轴位T1WI及T2WI、矢状位T1WI、DWI、3D-TOF MRA和SWI图像。扫描参数为：FLAIR-T1WI(TR/TE，1750 ms/24 ms，TI 780 ms；FOV 24 cm × 24 cm，矩阵320 × 256)；FRFSE-T2WI (TR/TE，4300 ms/95 ms，FOV 24 cm × 24 cm，矩阵512 × 512)；DWI-EPI (TR/TE，3000 ms/70 ms；FOV24 cm × 24 cm，矩阵160×160)。其中SWI (SWAN)序列参数为：3D T1-FFE，TR Minimum，TE 45.0 ms，反转角15˚，层厚2 mm，无间隔采集，矩阵384 × 320，激励次数1.0。选择入组的患者在首次MRI检查后1至4周内病情变化或复诊时复查MRI平扫 + 3D-TOF MRA (加扫SWI)。 2.3. 图像处理及资料分析 所有MR图像均由2名有经验的神经放射学医师采用盲法共同分析，根据CT、T1WI、SWI的动态变化明确是否发生出血性转化，并记录其在各序列的信号特征。CMBs定义为SWI序列上卵圆形或环形的均匀低信号区，直径为2~5 mm，周围无水肿，于常规序列上未能显示，并除外小静脉及钙化灶(图1A)。3D-TOF序列原始图像上，微出血病灶表现为脑实质内点状或圆形低信号影，其信号较脑脊液信号更低， 周围可伴轻度伪影(图1B)。梗死区小静脉异常显示表现为SWI序列上粗细不等、细线状低信号，则确定为小静脉影，予以排除。DWI表现为类圆形低信号影，DWI显示病灶的边界不及SWI序列清晰，且病灶显示相对较小(图1C)。出血性转化确定标准：发病后首次检查(包括CT和MRI)未发现脑内急性出血，复查MRI发现脑内不同范围梗死病灶内的短T1信号病灶，或等T1、短T2信号灶、SWI序列及3D-TOF序列低信号灶(对照CT除外钙化灶)。参照既往研究 [ 5 ] ，CMBs按照数目分级：无CMBs为0；轻度，CMBs为1~4个；中度：CMBs为5~9个，重度：CMBs ≥ 10个。由于3D-TOF MRA轴位原始图像仅扫描范围至胼胝体上缘，因此，本研究仅评估在颅底至胼胝体上缘范围内脑实质微出血情况。 2.4. 统计学分析 采用SPSS 17.0统计软件，正态分布定量资料结果以均数 ± 标准差表示，两样本均数比较采用t检验，计数资料两样本间比较采用卡方检验，由于CMBs分布不同，采用Friedman检验不同序列检测CMBs能力差异性进行检验，p < 0.05表示差异有统计学意义。 图1. 脑微出血在SWI像(A)、3D-TOFMRA 原始图像(B)及DWI像(C)的表现
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user: 3. 结果 3.1. 脑微出血检测结果 192例脑梗死患者中，初次SWI序列显示有52例脑实质存在CMBs，占总病例数的27.1%。排除12例8例SWI序列显示CMBs位于胼胝体上缘以上，4例因TOF序列原始图像质量差而无法评估。其余40例中，CMBs数目分级：7例为轻度，2例为中度，1例为重度。共发现微出血病灶260个。40例脑梗死患者中，3D-TOF MRA序列原始图像显示32例存在微出血病灶，其中24例为轻度，4例为中度，4例为重度，共发现病灶188个。 3.2. SWI和3D-TOF MRA序列原始图对不同部位CMBs病灶检出率的比较 SWI序列可以显示皮质、皮质下、基底节、丘脑、小脑及脑干等部位的微出血病灶。而3D-TOF MRA序列原始图像显示丘脑和基底节区病灶更为多见。T检验显示，两种序列显示丘脑、小脑及皮质区病灶的能力差异有统计学意义(p < 0.01)。而对发现基底节区及脑干微出血病灶的能力差异无统计学意义(p > 0.05)。总的来看，SWI序列图像显示CMBs病灶的总数量大于3D-TOF MRA序列原始图像。以SWI序列为评价标准，3D-TOF MRA序列原始图像对CMBs病灶的检出率为72.3%。对皮质及皮质下、脑干、小脑、丘脑的检出率分别为52.6%、85.7%、60.0%、66.7%。3D-TOF MRA序列原始图像对于发现基底节区微出血病灶能力与SWI序列相当。8例脑梗死患者在SWI序列检出微出血灶，而在3D-TOF MRA序列原始图像未予显示(见表1)。 3.3. 3.0T MR多序列成像对出血性转化检出率的比较 180例患者中共24例经随访证实发生出血性转化，出血性转化发生率为13.3%。T1WI、DWI、SWI及3D-TOF序列发现出血性转化的敏感度分别为25.0%、62.5%、100%及83.3% (见表2)。SWI及3D-TOF序列对出血性转化的检出优于DWI (p < 0.05)。 3.4. 基于3D-TOF MRA序列原始图像的CMBs病灶数量分级与出血性转化的关系 180例患者中，无CMBs 148例，其中10例发生出血性转化；轻度CMBs 24例，6例发生出血性转化；中–重度CMBs 8例，皆发生出血性转化。随CMBs程度加重，出血性转化发生的风险明显增加(见表3)。
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user: 4. 讨论 CMBs已成为影响脑梗死后出血转化、预后及复发、造成认知障碍以及年龄相关能力丧失的重要危险因素 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] ，目前尚无有效的防治手段。由于该病呈缓慢进展，一般缺乏相应的临床症状和体征，且常规头颅CT和MRI检测对其不敏感，故以前很少被发现和重视。由于新的MRI技术的推广与应用，尤其是T2*GRE序列及SWI，越来越多的CMBs患者被确诊。 4.1. SWI与3D-TOF序列成像原理比较 SWI是一项新近发展起来的磁共振成像技术，GE公司称SWI为ESWAN，它是利用血氧水平依赖效应(如血液或铁)和局部不同组织间磁敏感性的差异而成像的技术。它是一个三维采集、完全流动补偿的、高分辨率的，以T2*WI加权梯度回波序列为基础，经薄层重建得到的强度图像和相位图像。这种序列增加组织间的磁敏感差异，使敏感性最大化，其独特的数据采集和图像处理过程提高了图像的对比，最小密度图使高信号脑组织信号最小化，对静脉血及细小静脉、微出血和铁沉积及钙化高度敏感。近年来，研究认为SWI序列是诊断缺血性脑卒中出血性转化的最敏感序列之一 [ 10 ] [ 11 ] ，6 h内对出血灶检出的敏 Table 1 Comparison in detection of different parts of microbleeds used by SWI and original image of 3D-TOF MRA sequence 皮质及皮质下 脑干 小脑 丘脑 基底节 总计 SWI 76 28 20 84 52 260 3D-TOF 40 24 12 56 56 188 对CMBs检出率 52.6% 85.7% 60.0% 66.7% 100% 72.3% 表1. SWI和3D-TOF MRA序列原始图对不同部位微出血病灶检出情况比较 SWI：磁敏感加权成像；3D-TOF：三维时间飞跃法磁共振血管成像。 Table 2 Comparison of detection rate of hemorrhagic transformation used by 3.0T MR multi-sequence imagin 序列 HT 敏感度 显示 未显示 T1WI 6 18 25.0% 3D-TOF 20 4 83.3% 表2. 3.0T MR多序列成像对出血性转化检出率的比较 Table 3 The relationship between the number of CMBs lesions and the degree of hemorrhagic transformation based on the original image of 3D-TOFMRA sequenc CMBs 病例总数 HT 发生率 无 148 10 6.7% 轻度 24 6 25.0% 中度 + 重度 8 8 100% 表3. 基于3D-TOFMRA序列原始图像CMBs病灶数量分级与出血性转化的关系 感性和特异性均可达到100%。但是临床上加扫SWI序列耗时较长，增加了设备使用的成本和医疗费用。3D-TOF序列同样是一个梯度回波序列，同样具有磁敏感效应，能够显示引起磁场不均匀的因素如微出血或钙化等。3D-TOF序列在临床实践中使用广泛，3D-TOF序列原始图像上，微出血病灶表现为脑实质内点状或圆形低信号影，其信号较脑脊液信号更低，周围可伴轻度伪影。该序列的磁敏感效应虽不及T2*GRE及SWI序列明显，但该序列在临床实践中应用广泛，比较容易获取。因此，探讨该序列对CMBs评估的应用价值是非常有必要的。 4.2. 3D-TOF序列在缺血性卒中患者CMBs评估中的价值 目前已被证实CMBs病灶与多种血管性病变存在密切关系，因此CMBs评估和检测在临床实践中越来越受到关注。研究显示，CMBs灶在出血性或缺血性脑血管病患者及健康人群中皆可发生。由于研究人群的选择性差异，CMBs发生率在不同研究中有所不同 [ 12 ] [ 13 ] 。本研究约有26.7%的入组病例存在CMBs，与既往研究的结果基本吻合 [ 14 ] [ 15 ] 。本研究设定SWI检出率为100%作为对比，3D-TOF MRA原始图像能够检出大部分微出血病灶，检出率约72%。虽然3D-TOF MRA原始图像对CMBs总体检出率不及SWI序列，但对发现基底节区微出血灶的敏感性稍高于SWI序列。鉴于CMBs在临床评估中的重要意义，3D-TOF MRA原始图像可有效显示CMBs病灶，特别是在缺乏SWI或T2*GRE序列图像的情况下，对3D-TOF MRA原始图像的评估可为脑卒中患者治疗方法的选择和预后判断提供依据，有利于最大限度的发挥常规扫描序列的潜在用途，提高影像学检测技术临床应用的成本–效益比。 4.3. 3D-TOF序列对脑梗死出血性转化的预测价值 4.3.1. CMBs与脑梗死出血性转化的关系 CMBs又称腔隙性出血或瘀点性出血，是微小血管病变导致微量血液外渗。对于合并CMBs急性脑梗死患者，溶栓是否会增加出血性转化的发生风险，至今国内外研究还没有统一的定论。新近研究表明随着脑梗死患者CMBs负荷的增加，脑出血风险轻度增加 [ 12 ] [ 16 ] 。最近一项基于我国人群的研究发现，CMBs的存在与出血性转化风险无关 [ 17 ] 。另外也有研究提示现有的证据并不能证明合并CMBs脑梗死患者溶栓治疗能显著增加出血风险 [ 18 ] 。脑出血的存在，特别是多发脑微出血使死亡风险增加 [ 19 ] 。本研究发现合并CMBs的急性脑梗死患者在随访过程中出血性转化的发生率达到62.5%。发现CMBs的数目与发生出血性转化的风险有相关性 [ 20 ] ，本研究中2例中–重度CMBs患者皆发生了出血性转化，发生率明显高于轻度及无CMBs患者。本研究与既往结果有出入，考虑与检测微出血的手段有关系，如果检测CMBs的手段敏感性高，则对预测出血转化的特异性就降低，该研究所采用3D-TOF MRA原始图像对CMBs检测的敏感性较低，因此，一旦发现存在脑梗死合并CMBs，对其出血转化的预警价值较高。因此，一般认为对于存在多发CMBs患者溶栓及抗凝治疗应警惕出血转的风险，特别是先前有多发脑梗死病史或曾经有脑出血病史的患者，如果能够在入院后及早行MRI平扫 + 3D-TOF MRA检查，一方面可以评估患者颅内血管病变情况，另一方面可以在原始图像上评估是否存在广泛的CMBs，对制定下一步的治疗决策有重要的参考价值。 4.3.2. 基于3D-TOF序列的CMBs病灶数量分级可有效预测脑梗死出血性转化 既往诸多研究探讨基因多态与微出血 [ 21 ] [ 22 ] 及出血转化 [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] 的关系。也有研究探讨血清炎性因子与微出血及小血管疾病之间的联系 [ 27 ] 。通过基因多态性或炎性因子检测来预测脑出血转化，对于临床实践中的急性脑梗死的处置的时间紧迫性来讲，上述检测较耗时费力，且影响因素较多，直观性不佳。因此本研究着眼于磁共振常规序列扫描的潜在应用价值，探讨基于3D-TOF序列的CMBs病灶评估预测脑梗死出血性转化的发生风险，研究证实，3D-TOF序列对CMBs病灶检出的敏感性不及SWI序列，但对出血转化的预测特异性较高，对缺血性卒中临床处置有较高的指导价值，凸显了该研究对改善影像学检测的成本–效益比及提高设备使用效率的贡献。然而本研究纳入的样本较少，研究结果需要将来大样本前瞻研究加以证实。
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user: 5. 小结 综上所述，鉴于CMBs评估在脑梗死临床实践中的重大意义，作为缺血性脑卒中患者的临床常规检查手段，3D-TOF MRA原始图像能敏感显示胼胝体上缘以下特别是基底节及脑干的CMBs病灶，可有效预测脑梗死出血性转化的发生。尤其是在缺乏SWI或T2*GRE序列图像的情况下，该序列的原始图像可为脑梗死患者治疗方法的选择和预后判断提供依据，有助于最大限度发挥常规扫描序列的潜在用途，提高影像学检测技术临床应用的成本–效益比和设备使用效率。
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user: 摘 要 为研究开放小区后对周边道路通行的影响，本文以路段、交叉口通行能力为指标度量道路疏导车辆的能力，以道路饱和度为指标直观地反映道路的拥堵程度，并创新性地以路段和交叉口的面积为权重，建立了城市道路交通饱和度函数，以此来评价区域道路整体通行情况。通过三类小区的实证分析，小区开放后对区域整体道路通行情况起到改善所用，但会造成与小区相接路段的通行能力下降，并且对不同类型小区改善程度不同。最后，针对小区开放提出了合理化的建议。 关键词 :小区开放，通行能力，交叉口折减系数，道路交通饱和度函数 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 封闭式小区的建设最早开始在80年代初期的美国，后来在我国迅速蔓延 [ 1 ] ，但这一居住形式在国外饱受争议。2000年Karina在他的论文中论述了封闭型小区的弊端，主要为与城市交通分离，道路可达性差 [ 2 ] 。2003年Susan，Robert和Kent提出通过连接社区的端头路，可以提高城市道路之间的连通性，减少城市交通之间相互冲突的观点 [ 3 ] 。2007年Terry，Thorsnes和Appleyard提出通过整合社区和交通用地，来提高出行效率 [ 4 ] 。 随着国内机动车数量大幅增加，封闭小区与交通网络的矛盾日益突出，道路交通拥堵问题愈加严重，越来越多的学者意识到开放小区的优越性。邹颖、卞洪斌等(2000) [ 5 ] 、曹群英(2001) [ 6 ] 和宋伟轩、朱喜钢(2009) [ 7 ] 深入分析了我国封闭式小区模式存在的问题；秦葛(2010) [ 8 ] 通过建立封闭小区与城市交通发展的协调性评价指标，认为我国封闭小区规划模式已经不能与现阶段城市交通的迅猛发展相协调；徐振宁(2012) [ 9 ] 具体说明了现有城市模式使作为“毛细血管”的支路连接较少，一旦干路出现交通拥堵问题，易引起区域性的交通瘫痪。在王受之 [ 10 ] 2001年出版的书中鼓励开放混合的居住区新模式，李军(2007) [ 11 ] 以实例探讨对比了城市小区的封闭与开放效果，梅策迎(2008) [ 12 ] 和周扬(2010) [ 13 ] 均提出了通过小区交通开放可以使小区与城市融为一体，增添居住区的活力及有利于构建城市公共交通网络的观点；李向朋(2014) [ 14 ] 通过建立城市支路阻抗分析模型——BPR综合模型，利用Braess判断公式对小区交通开放进行了可行性判断，并以对长沙市某小区进行了案例分析。 综合来看，现有国内外研究多为定性分析，定量分析极少且限于对现有封闭小区交通状况的分析，并且将路段和交叉口分开分析，整体性不够，也缺乏小区区位对比。基于以上原因，本文创新性地建立城市饱和度评价模型，将路段和交叉口综合考虑在内，整体评价道路交通状况，模型既适用于城市局部分析，又适用于城市全局分析。同时，通过小区道路开放设计，定量对比了小区开放前后对道路通行的影响，对小区开放缓解交通压力的效果更具说服力。值得一提的是，本文还选择了不同区位的小区以及不同开放程度的小区进行了对比分析，严谨地研究了不同小区对周边道路通行情况影响的差异性。最后，总结研究成果并给出了一般性的结论，就相关部门提出了建设性的意见。 小区周围的道路结构多种多样，本文对于小区周边的研究范围为常见的直接与小区相接的道路以及小区内道路。以地形平坦的城市中最常见的道路网类型–方格网式（又称棋盘式）为例来研究，而目前对交通拥堵的定义尚未统一，实际中拥堵与否大部分还是根据出行者的感受来决定的，因此会因地理位置、出行时间和方式、交通设施类型的不同而不同。为了准确地量化交通拥堵的程度，反映交通拥堵状况，依据完备性、客观性、可操作性、科学性、可比性等原则，将影响因素分为道路设施、交叉口交通状况、路段行驶情况三方面 [ 15 ] 。假设小区开放前后道路设施不发生变化，因此，小区周边的道路通行情况主要通过分析路段和交叉路口拥堵情况来评价，其中城市道路交叉口以平面交叉为例。
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user: 2. 交通状况评价体系 我们以路段和交叉口通行能力为指标来度量道路疏导车辆的能力，以道路和交叉口的饱和度为指标评价道路的拥堵程度。针对以上两个饱和度指标，以路段和交叉口的面积为权重，我们建立了城市道路交通饱和度函数，以此来评价区域道路整体通行情况。 2.1. 路段通行能力 基本通行能力是指道路和交通处于理想条件下，由技术性能相同的一种标准车，以最小的车头时距(两连续车辆车头端部通过某一断面的时间间隔)连续行驶的理想交通流，在单位时间内(以小时为单位)通过道路断面的最大车辆数。通常，实际道路通行的机动车并非同一类型，但小汽车占多数，因此假设路上行驶的机动车均为性能相同的同一类型小汽车，其长度为实际道路通行车辆的平均长度。路段基本通行能力可表示为 [ 16 ] 。 (1) 其中 (2) 为平均车头时距(s)， 为平均行车速度(km/h)， 为车头最小间隔(m)， 为司机在反应时间内车辆行驶的距离(m)， 为车辆的制动距离(m)， 为车辆间的安全间距(m)， 为车辆平均长度(m)， 为路面摩擦系数，是与汽车的轮胎花纹、刹车时制动力等有关的量。 受交叉口影响，路段实际通行能力为 ， 为交叉口对路段影响的折减系数。通常情况下，反应时间取1秒 [ 17 ] ，安全距离取5米 [ 18 ] ，车辆平均长度取5米，则 (3) 根据《机动车运行安全技术条件》规定的路面摩擦系数，综合考虑小汽车的轮胎花纹与制动能力因素，k取0.78 [ 19 ] ，此时可得到不同行驶速度下的路段通行能力，见表1。 Table 1 Basic traffic capacity of the road under different driving spee 速度(km/h) 10 20 30 40 50 60 70 路段通行能力 752.87 1138.01 1311.45 1370.47 1369.62 1338.24 1292.17 表1. 不同行驶速度下的路段基本通行能力 2.2. 交叉口的通行能力 一般来说，交叉口基本有信号等管制，为研究方便，本文中我们假定小区附近的交叉口均有信号灯管制，信号灯是由红、绿、黄三色信号组成。采用国内常用的停车线断面法来计算，交叉口的通行能力为单位时间(以小时为单位)各相交道路进口处通行能力的总和，不失一般性，进口处道路分为右转、左转、直行三种专用通道来考虑，它们各自的通行能力为： 1) 一条专用直行车道通行能力为： (4) 其中， 为信号灯周期时间(s)， 前后两车通过停车线的平均间隔时间(s)， 为每个周期内绿灯时间(s)， 为一个周期内的绿灯损失时间(s)，包括启动加速时间。 2) 一条专用右转车道的通行能力为： (5) 其中， 为前后两右转车辆连续驶过停车线断面的间隔时间(s)。 3) 一条专用左转车道的通行能力为： (6) 其中 为在一个周期内信号灯周期允许左转的车辆数。 因此，专用车道的交叉口的机动车通行能力为 [ 20 ] 。 (7) 根据实际观测数据，在一个以小汽车为主导的路口，信号灯周期时间一般 ，在这个周期内，绿灯时间 ，直行车辆通过交叉口的车速，平均为15 km/h；车辆的平均加速度为 ，前后车连续通过停车线的平均时间间隔为2.5 s，一个周期内专用于左转车黄绿灯的时间为25 s，左转车辆的平均速度为10 km/h，左转平均加速度为 ，左转车通过停车线的车头时距为2.5 s。通过计算可得到交叉口总的通行能力为 。 2.3. 交叉口对路段通行能力的影响 交叉口在城市交通通行能力中具有重要的作用，特别是在交叉口之间的间距较小时，对通行能力有很大的影响。小区开放后，增加了交叉路口，因此部分交叉路口之间的距离也会变化，由此影响到了特定路段的通行能力，因此，有必要引入交叉口通行能力折减系数来表示其对路段通行能力的影响。 (8) 无阻时的行程时间可以通过交叉口之间的距离除以路段上的行车速度来算，实际行程时间可以引入启动时加速度与刹车制动时的加速度，在无阻时的行程时间上进行调整得到。可用如下表达式： (9) 其中 为交叉口之间的距离(m)， 为路段上的行车速度(m/s)， 为汽车起动时的平均加速度(m/s 2 )， 为汽车刹车制动时的平均加速度(m/s 2 )， 为加速车辆到达交叉口的车速(m/s)， 为减速车辆到达交叉口的车速(m/s)， 为车辆到达交叉口后在此的等候时间(s) [ 20 ] 。 2.4. 城市道路交通饱和度 道路交通饱和度是用来衡量道路的拥堵程度，若道路的通行能力为C，道路的实际车流量为V，则道 路饱和度可表示为 。于是，若路段的通行能力为 ，实际车流量为 ，则路段的饱和度为 ；假定研究的道路有 个交叉口，若第 个交叉口的通行能力为 ，实际车流量为 ，则第 个交叉口的饱和度为 。 在现实中，城市的交通饱和度是由路段饱和度和交叉口饱和度共同决定的，因此，我们将以上两个因素综合考虑在内定义城市道路交通饱和度函数 。以路段面积和交叉口面积为权重分别对路段饱和度和交叉口饱和度进行赋权，得到城市道路交通饱和度函数 ： (10) 其中 为路段的面积， 为交叉路口的面积，两个指标的权重分别为 ， 。 我国一般根据饱和度值将道路拥挤程度、服务水平分为四级 [ 21 ] ，见表2。
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user: 3. 实证分析 我们以常见的三类小区为例，通过计算城市道路交通饱和度函数，来讨论开放前后对交通通行能力的影响。 3.1. 市区双开口开放小区 市区小区周边道路多为图1所示。 根据《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》(以下简称《条例》)，市区内小区周边路车速取为 为40 km/h。小区开放后，其内部道路车速取为 为20 km/h [ 22 ] 。经过连续一周的高峰时间段实地数据调查，此小区及周边道路构成的系统内高峰期一小时车流量平均为4537辆。模型求解如下： 1) 权重计算 开放前：路段所占权重 ，交叉口所占权重 。 开放后：路段所占权重 ，交叉口所占权重 。 2) 折减系数计算 通过计算得到不同情况下的折减系数。由 ，计算出各路段的实际通行能力，小区的相关数据见表3，其中路长和路宽均来自实际测量数据。 Table 2 Road service leve 级别 V/C 状况 一级 0~0.6 道路交通顺畅 二级 0.6~0.8 道路稍微拥堵 三级 0.8~1.0 道路拥堵 四级 >1.0 道路严重拥堵 表2. 道路服务水平 Table 3 The related data sheet of urban area 开放前 路长(m) 路宽(m) 平均车速(km/h) 折减系数 通行能力(辆/h) 横向道路(周边) 131 20 40 0.7891 1081.44 纵向道路(周边) 324 20 40 0.9025 1236.85 开放后 横向道路(周边) 131 20 40 0.7891 1081.44 纵向道路(周边) 158 20 40 0.8186 1121.87 横向道路(小区) 131 8 20 0.9374 1066.78 表3. 市区小区1相关数据表 图1. 市区小区1简化图 3) 把相关数据代入(10)式得到开放前后城市道路交通饱和度函数值。 开放前： ，开放后： 。 4) 结果分析 ，开放前 为三级偏下服务水平，小区开放 接近二级服务水平。 同样的车流量，开放小区后其周边的交通接近二级服务水平，整体来看开放小区有利于优化路网结构，缓解交通压力。但通过表中纵向道路实际通行能力的数据可以发现，小区开放后所直接连接的实际道路通行能力有所下降。这表明小区的开放对所连接道路的通行能力具有一定的影响，但从整个系统中看，小区的开放对交通状况的改善具有积极作用。 3.2. 郊区双开口开放小区 城市郊区小区周边道路常为图2所示： 根据《条例》，郊区的小区周边路平均车速 为60 km/h。小区开放后，其内部道路车速平均 为20 km/h [ 22 ] 。经过连续一周的高峰时间段实地数据调查，此小区及周边道路构成的系统内高峰期一小时车流量平均为2408辆。模型求解如下： 1) 此求解过程似3.1，得到相关数据如表4所示。 其中路长和路宽均来自实际测量数据。 2) 城市道路交通饱和度函数的计算： 开放前 ，开放后 。 3) 结果分析： ，小区开放前后均为一级服务水平。 同样的车流量，小区开放前道路服务水平处于一级服务水平，小区开放后，虽然道路饱和度函数值有所下降，但变化不大，道路服务水平依然处于一级。由此看出，对于交通压力不大的小区及周边道路，小区的开放没有太大的影响。 3.3. 市区小区四开口开放小区 市区另一常见小区如图3所示。 根据《条例》，市区内小区周边路平均车速 为40 km/h。小区开放后，其内部道路车速平均 为20 km/h [ 22 ] 。经过连续一周的高峰时间段实地数据调查，此小区及周边道路构成的系统内高峰期一小时车流量平均为4537辆。模型求解如下： 1) 此求解过程似3.1，得到相关数据如表5所示。 其中路长和路宽均来自实际测量数据。 2) 城市道路交通饱和度函数的计算开放前 ，开放后 。 3) 结果分析： ，小区开放前为三级服务水平，开放后为二级服务水平。 图2. 郊区小区2简化图 图3. 市区小区3简化图 Table 4 The related data sheet of suburban area 开放前 路长(m) 路宽(m) 平均车速(km/h) 折减系数 通行能力(辆/h) 横向道路(周边) 204 20 60 1 1338 纵向道路(周边) 472 20 60 1 1338 开放后 横向道路(周边) 204 20 60 1 1081.44 纵向道路(周边) 232 20 60 0.8689 1162.588 横向道路(小区) 204 8 20 0.9589 1091.228 表4. 郊区小区2相关数据表 Table 5 The related data sheet of urban area 开放前 路长(m) 路宽(m) 平均车速(km/h) 折减系数 通行能力(辆/h) 横向道路(周边) 131 20 40 0.7891 1081.437 纵向道路(周边) 324 20 40 0.9025 1236.849 开放后 横向道路(周边) 61.5 20 40 0.6372 873.213 纵向道路(周边) 158 20 40 0.8186 1121.866 横向道路(小区) 61.5 8 20 0.8754 996.217 纵向道路(小区) 158 8 20 0.9475 1078.263 表5. 市区小区3相关数据表 由上表横向和纵向的实际通行能力数据可以看到，由于增加了小区道路使得各条主路的通行能力均有所下降，但是因为小区道路的分流作用使得整体的道路饱和度有很大的降低。此小区的道路服务水平由三级偏下，大幅提高到了二级中等水平，因此，可以认为在此模型下，对于小区及周边道路系统的交通压力缓解具有显著作用。
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user: 4. 结论与评价 4.1. 结论 1) 对于市区的两个小区，开放两条道路后周围道路整体效果明显优于开放一条道路。但是通过具体路段开放前后的通行能力对比可以看出，开放后与小区直接相接路段的通行能力也下降，因此小区道路开放并不是开口数量越多越好，而应该考虑到小区及周边的情况具体分析。 2) 对比市区与郊区的双开口开放小区，由于郊区的车流量并不大，所以开放对于整体的交通状况并没有太大的提升，反而使得部分路段的通行能力有所下降。因此对于小区及周边道路系统交通状况本身就良好的小区，小区的开放没有太大意义。 4.2. 评价 1) 本研究将模型假设为所有道路交叉口均有信号灯，但实际中有较多小区开放后，其道路与周边道路的交叉口没有信号灯控制，因此模型未来的改进可以将无信号灯交叉口的通行能力考虑在内，来更加精准地结合实际情况对道路通行能力进行评价。 2) 本研究在模型假设中，以同一类型的小汽车为例进行了研究，尽管以实际道路通行车辆的平均长度作为小汽车的长度，但并没有考虑到货车、客车、公交车等不同性能的机动车辆对模型的影响。在实际分析中，可以根据研究的具体道路中通行的实际车辆类型，对模型进行优化。