港口城市交通系統規劃設計技術研究綜述

曹凌峰，白子建，張 勇

(天津市市政工程設計研究院，天津市 300051)

0 引言

港城交通問題研究隨著港口與城市之間相互發展的密切關系而越顯重要。港城在發展中的矛盾沖突表現在多方面，其中以空間發展資源的爭奪尤為突出。港城港口與城市的規劃責任行政主體錯綜復雜，單方面制定發展戰略、基礎設施資源分配和土地利用規劃等空間發展規劃內容，使得兩個發展核在逐漸外擴成長過程中資源浪費、規劃相左，影響一方穩定持續發展。港城交通系統的研究將豐富港口城市空間發展戰略規劃內容，制定合理的港城空間體系下的交通發展模式，有效解決港口城市交通問題。

1 現狀港城交通問題闡述

(1)港城交通未形成完整體系。

港城交通體系歷來是城市發展規劃和港口發展規劃關注的重要研究課題。歷史發展經驗證明，港口發展建設與城市發展具有密不可分的關系。港口發展可帶動城市其他產業共同發展，成為城市經濟建設的重要增長點；城市則成為協助港口發展的金融、商貿辦公、城市居住功能和工業生產等社會活動場所。因此，港口與城市在發展歷程中相互影響、相互促進，兩者之間的交通運輸隨著協調發展密切程度逐漸增長。

(2)港城交通規劃設計與管理缺乏體系化和科學化。

隨著港口發展與城市建設步伐加快，我國對港口交通和城市交通規劃設計與管理展開了多內容、多角度的研究，并成立相應的獨立管理部門。但是，由于責任行政主體之間權責不清、權益沖突，部門之間溝通困難以及信息不對稱，從而導致各責任行政主體盲目制定各自相關規劃內容。港口與城市在規劃層面的脫節造成兩者在實際發展中矛盾更加突出。

國內外針對港口交通體系展開了全面研究，涵蓋港口集疏運系統規劃、港口道路交通需求預測、港口道路交通宏微觀仿真研究、港口道路網規劃設計等，針對城市交通體系的研究內容則更為廣泛、系統，但是缺少集合港口與城市交通系統的一體化研究。顯然，隨著港口與城市相互發展關系越來越密切，港城交通矛盾沖突日益加劇，港城交通系統一體化研究成為必然。通過交通特性分析、交通問題根源解析，從宏觀、中觀和微觀3個層面，構建港城交通規劃設計研究體系，科學指導我國港口城市交通規劃設計工作。

另外，由于我國港城行政體制較復雜，存在多家行政主體分管港口與城市相關事宜，致使管理部門在制定港城空間發展、交通系統規劃等戰略決策時信息不對稱，港口與城市規劃不協調甚至發生沖突，難以對港城發展規劃進行體系化管理。港城交通問題的研究將在分析研究國內外典型港口城市管理體制模式的基礎上，提出適合我國港城發展模式的科學管理體系。

(3)港區道路設計標準缺乏科學依據。

港區道路使用者(主要為集裝箱、貨車、油罐車等)的交通特性與城市一般車輛的交通特性存在很大差異，而現今港區道路設計標準主要參照城市道路設計參數，致使港區道路使用者在行駛中操作不順暢，道路通行能力低，易發生交通事故。港城道路交通沖突很大程度是由于不同交通特性的道路使用者在城市道路行駛時的駕駛行為差異造成。因此，港城交通問題的研究將在收集港區道路交通特性大量調查數據基礎上，結合港區道路使用者駕駛行為、車輛特性、交通環境等分項研究，提出港區道路設計依據，通過港區與城市的道路設計標準差異性研究，從工程設計層面緩解港城交通沖突。

2 國內外研究回顧

港城交通系統研究主要包括：(1)港口城市空間發展與交通一體化研究；(2)港城交通系統規劃與管理協同研究；(3)港區道路交通仿真研究；(4)港區道路設計規范依據研究。鑒于此，將重點闡述這4個方面的國內外發展現狀。

2.1 港口城市空間發展與交通一體化研究

港口城市土地利用與交通系統規劃一體化研究是當今國內外港城關系研究的主要方向。現狀對港口城市空間布局結構、產業空間分布等展開了較深入研究，但是土地利用與交通系統一體研究，探究港城空間體系下的港城交通發展模式，這方面的研究成果鮮見。

(1)港城空間布局結構研究。

ErichA.Kautz(1934)在著作《海港區位論》中提出海港區位理論，該理論重點強調了腹地因素對海港區位的主要決定作用，認為腹地范圍的大小、經濟規模的大小、經濟發展的活力是港口發展的動力和支撐，港口應加強與腹地聯系，提升港口的區位優勢；陳航(1984)在《海港形成發展與布局的經濟地理基礎》一文中，對港口發生發展的區域背景進行了規范與實證研究，論述了“港口地域群體”的客觀存在及其對港口發展與布局的影響，指出港口群體內存在中心樞紐港，并首次提出了“港口地域組合”的概念；鄭弘毅(1991)在《港口城市探索》一書中，結合一般城市發展的共性和港口城市發展的個性，首次系統闡述了港口城市規劃問題，港口城市應該處理好城市與港口連接斷面處的交通問題，降低港口交通對城市生活交通的影響；萬旭東、麥賢敏(2009)在《港口在城市空間組織中的作用解析》中，指出港口的發展影響著城市的功能區分布、城市空間發展方向及規模、城市交通體系等方面，港口城市空間發展規劃應考慮港口發展所帶來的機遇與挑戰。

(2)港城交通系統研究。

國內外學者專家一致認為，港口集疏運交通系統與城市交通系統應作為一個大系統來研究。港城交通問題一方面為城市道路網絡不完善，城市交通影響集疏港交通，降低集疏港通道通行能力，另一方面集疏港交通穿越城區時對居民生活、城市環境、城市道路等帶來消極影響，而這兩方面的問題不是從單方面研究能解決的，應一體化研究分析港口集疏運交通系統與城市交通系統。Pr.Domenico Amato(1999)提出實施港口城市的管理體制改革，優化港城合作關系，共同制定港城交通系統等其他港城規劃內容；何鳳鳴(2006)指出在用地布局優化、運輸結構調整、港城交通網絡、管理與政策等多個方面的研究基礎上構建港城交通系統，提供港口交通與城市交通綜合交通效率，促進港城交通快速協調發展。

2.2 港城交通系統規劃與管理協同研究

(1)港區道路交通需求預測研究。

港區道路交通需求預測方法主要采用城市道路交通需求預測技術，基于港口吞吐總量，分貨類預測港區道路交通?，F狀港區道路交通量預測影響因素中忽視了船舶到達規律、港區攬貨風格、集港模式等內容，而且預測角度主要為宏觀層面，無法實時疏導港區道路交通，動態分配港區有限道路資源，提高港區路網使用效率。

(2)港區道路交通疏導配流研究。

城市道路交通分配模型研究包括確定型均衡模型、最短路分配模型、概率均衡模型、多路徑概率分配模型。現狀港區道路交通分配模型主要沿用了城市道路交通分配理論。宋科(2005)在《大窯灣集裝箱港區道路網交通規劃研究》中利用傳統“四階段”法將預測流量分配到港區道路網中；陳厚強(2006)利用遺傳算法尋找最佳路徑，完成港區道路網交通流分配。

2.3 港區道路交通仿真研究

(1)港區道路交通仿真技術現狀。

國外道路交通仿真研究始于20世紀60年代。隨著計算機技術的進步，逐步發展起了采用計算機數學模型來反映復雜道路交通現象的交通分析技術和方法。道路交通仿真軟件最早是TRANSYT，它由英國的D.L.羅伯遜于1968年提出宏觀仿真軟件，用以確定定時交通信號參數的最優值，但是由于模型多采用宏觀模型，模型的靈活性和描述能力較為有限，仿真結果的表達也不夠理想，這也是由當時的計算機性能所決定的。隨著計算機的迅速發展以及對道路交通仿真模型精度要求的提高，仿真軟件不斷推出新品種。從20世紀80年代的NETSIMU模型，到如今較為成熟的交通仿真軟件，如CORSIM、TRANSIMS、THORAU、PARAMICS、SIGSIM、VISSIM等，從不同層面、不同角度、不同要求對道路交通問題進行了仿真研究。

國內道路交通仿真研究起步相對較晚，20世紀90年代以后，國內交通工程界逐漸注意到交通仿真研究的重要性。雖然同濟大學、東南大學、交通部公路科學研究所等一批科研單位展開這方面的實質性研究并取得了一定的成果，但是國內交通仿真研究對象和范圍較小，局限于對單一問題的研究。國內很多研究單位對道路交通仿真的研究主要是借鑒國外優秀交通仿真軟件工具，通過該地區交通調查研究對交通參數進行從新標定，從而使得國外交通仿真軟件建立的仿真模型更符合國內道路交通狀況。20世紀80年代初國內開始將計算機模擬技術應用于港口碼頭的規劃設計，但是對于港區道路交通微觀仿真的研究文獻很少。

(2)港區車輛駕駛行為研究。

港區車輛駕駛行為分析對于建立港區道路交通微觀仿真模型，驗證港區道路設計內容對道路直接使用的影響具有重要意義。港區車輛(主要為大型貨車、集裝箱卡車、油罐車等)具有車身長、重載、加速度低、轉彎半徑大等特性，駕駛行為與小汽車、客車存在明顯差異，港區道路交通微觀仿真設置參數時應重點考慮大型貨車、集裝箱卡車、油罐車等駕駛行為特性。張杰等(2006年)通過對調查數據的研究分析大型貨車速度、疲勞駕駛、駕駛心理等內容，并對交通標志、路面、線形等道路設計提出改善意見，以降低大型貨車對道路交通的影響以及交通事故率；高悅爾(2007年)從交通沖突技術研究了大貨車駕駛行為特性，提出貨車比例較高的城市交叉渠化方案，降低貨車對城市道路交通環境的影響。

2.4 港區道路設計規范研究

道路設計的內容涵蓋了道路平縱橫設計、路基路面設計、交叉口渠化設計、交通工程設計以及其他設計，主要從道路寬度、路緣轉角半徑、道路縱坡、交叉口優化設計等方面對港區道路展開研究。但是由于港區道路交通仿真尚處于起步階段，港區道路交通仿真與港區道路設計協同研究幾乎是空白。Leisch(1983年)最早提出基于運行速度的概念，并分別建立了小客車和大貨車的運行速度模型。該模型主要是根據平面及縱斷面路況估計不同車型的平均速度估計值，將其繪制成車速變化圖，用于判斷線性上的速度是否達到設計一致性，但是由于未建立計算機仿真模型，使得該模型無法廣泛、有效、靈活地得到應用。李水魚(2006年)基于流體力學模擬理論、交通波動理論和車輛跟馳理論等三大理論，以港區道路交通的實測數據為依據，分別對港區道路交通流密度、車速以及流量進行了分析研究，并對港口道路交通參數進行標定，但未進一步將港區道路交通特征應用于工程實際中，缺少工程實際應用。

3 技術方法介紹

(1)港口城市用地時空擴展特征及形態演化研究。

港口城市的擴展不僅表現為對非城市用地的替代，而且還涉及城市空間形態的變化，不同港口城市自然環境、區位條件、交通條件、經濟和社會結構的不同，其用地形態演化也有很大差異。港口城市用地擴展及其外部形態演變格局與過程日益成為現代港口城市土地利用過程的重要特征和研究內容。分析港口城市空間形態，掌握城市用地時空演變規律，對于優化港口城市空間，推動其經濟發展具有十分重要的意義。

(2)港口城市空間規劃與交通一體化協調機制和方法研究。

傳統港口城市規劃是通過綜合研究來確定城市發展形態的，并以此統籌安排城市各項建設用地，配置城市各項基礎設施，交通系統的規劃只是作為基礎設施工程規劃的一個專項。然而，隨著港口城市的高速發展，特別是港城交通走廊對港口城市形態發展影響日益擴大，港口城市交通系統規劃已經同環境等成為影響港口城市發展的最主要因素之一。因此，港口城市總體規劃也應將港城交通戰略與運輸規劃的研究納入發展策略中。能動處理港口城市交通發展與土地利用的矛盾，協調處理二者之間的互動關系，對港口城市空間規劃與交通一體化協調機制和方法進行研究，將開創港口城市規劃工作的新思路。內容主要包括：

a.預約集港模式下港區交通系統規劃與管理核心技術研究。

現實表明，單純依靠修建道路、增加交通設施和采用傳統的管理方式來解決港區交通問題，其效果是十分有限的，難以有效地解決港口存在的交通問題。因此尋求新的港區交通系統規劃、管理、組織方法，借以指導、檢驗和再現港區道路交通規劃設計工作，使方案能夠做到土地利用集約、交通供給高效、規劃設計與管理結合密切等要求，成為當前港區交通管理亟待解決的重要工作之一。預約集港模式下，以后方堆場為出發點，前方堆場為目的地的交通流向較為穩定，這為港區交通系統規劃與管理提供了條件。

b.港區微觀交通仿真方法與工程應用。

港區道路使用者(主要為集裝箱、貨車、油罐車等)的交通特性與城市一般車輛的交通特性存在很大差異，至今還沒有權威規范明確道路彎度、坡度、車輛特性對港區交通通行能力的影響程度，因此對港區微觀交通仿真方法進行研究有重要意義。

c.港口集疏運環節管理優化方法及一體化協調機制研究。

集疏運體系的快速高效，能在相當大的程度上緩和由于船舶隨時到港、貨流不均衡而引起的壓船壓貨現象，也可以緩和貨物集散對碼頭倉庫容量過大的要求。集疏運體系能力的不斷增強也會在一定程度上彌補港口其它系統的不足乃至擴大港口腹地半徑，從而促進港口發揮最大的潛力，因此，對集疏運環節管理優化方法及一體化協調機制進行研究是提高港口物流服務效率與效益的關鍵之一。

4 結語

我國有近百個大中型港口，隨著港口吞吐量的逐漸增大，對港、區、城交通的需求不斷提高，迫切需要一套完整的港口城市交通系統規劃設計與管理技術。港城交通問題的研究具有廣泛的應用前景和發展潛力，如果加以引導和支持，必將推動相關領域技術水平的發展和提高，為進一步促進港口城市的發展打下基礎。如果對港口城市單純采用或借鑒普通城市交通系統規劃設計和管理方案，不僅影響港口城市的成長和發展，更會直接影響到港口城市的交通規劃、管理和組織的有效性。港口城市的特點決定了必須要根據其實際情況來研究和開發切實可行的交通系統規劃設計與管理技術。

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