大型專用停車庫出入口數量與服務時間的計算方法

祝華婷，胡 盼，朱全軍

(1.上海紫竹新興產業技術研究院，上海 201100;2.上海濟祥智能交通科技有限公司，上海 200092;3.湖南省交通科學研究院，湖南長沙 410015)

0 引言

隨著城市小汽車保有量的不斷增加，城市停車的需求也隨著越來越大。各種高容量、智能化管理的停車設施在城市中，尤其是高密度開發區不斷涌現，這就對停車、收費系統、排隊等提出了問題。

目前流行的智能停車管理系統普遍擁有多級停車誘導、車輛自動識別、出入口智能控制、智能收費管理、自動泊車引導、車位自動檢測等功能。這些功能提高了停車場管理效率、停車設施資源的利用率以及增強了停車場的安全性，并且在一定程度上緩解了周邊的交通壓力。但是，隨著停車場容量需求的不斷增大以及對服務質量要求不斷提高，智能停車場的規劃、建設的難度也隨著增加。主要體現在:①高峰小時過度集中的車流量容易造成停車場出入口的交通擁堵，即降低了停車場的服務水平和地區路網的服務水平;②在保證停車場服務質量的前提下，停車場泊位數量以及出入口缺乏合理的規劃方法，容易造成停車場容量不足或者資源利用率低下。因此，在智能停車場規劃過程中，必須對停車場出入口服務時間、出入口數量以及車位數量進行合理的規劃，做出適當的計算和預測，確保滿足一定的停車庫服務水平的需要，并且控制其對路段動態交通的影響程度，滿足城市規劃和交通管理的需要。

1 停車場庫出入口交通特性

停車場按照車輛性質可以分為:機動車停車場、非機動車停車場;按照停車場的服務對象分為專用停車場、公用停車場。停放方式和特點分析如下。

1.1 車輛停放方式

1)平行式:平行式停車車身方向與通道平行，是路邊停車帶或狹長地段停車的常用形式。特點:所需停車帶最小，駛出車輛方便，但占用的停車面積最大。用于車道較寬或交通較少，且停車不多、時間較短的情況，還用于狹長的停車場地或作集中駛出的停車場布置，也適用停放不同類型車輛及車輛零來整走。例如，體育場、影劇院等停車場。

2)垂直式:垂直式停車車身方向與通道垂直，是最常用的停車方式。特點:單位長度內停放的車輛最多，占用停車道寬度最大，但用地緊湊且進出便利，在進出停車時需要倒車一次，因而要求通道至少有兩個車道寬。

3)斜放式:斜放式停車車身方向與通道成角度停放，一般有 30°、45°、60°三種角度。特點:停車帶寬度隨車長和停放角度有所不同，適用于場地受限制時采用，車輛出入方便，且出入時占用車行道寬度較小。有利于迅速停車與疏散。缺點:單位停車面積比垂直停放方式要多，特別是30°停放，用地最費。

1.2 停車及發車特點分析

1)前進式停車、后退式發車:停車迅速，發車費時，不宜迅速疏散，常用于斜向停車;

2)后退式停車、前進式發車:停車較慢，發車迅速，平均占地面積少，是常用的停發車方式;

3)前進式停車、前進式發車:停車迅速，發車迅速，但平均占地面積較大，常用于公共汽車和大型貨車停車場。

2 停車場庫模型及評價

2.1 計算模型

停車場的車流狀況與出入口車輛服務時間的分布具有以下特征。

2.1.1 輸入過程

泊松輸入——車輛到達時距服從負指數分布。

2.1.2 排隊規則

等待制——車輛到達時，若所有服務臺均被占，它們就排成隊伍，等待服務。服務次序先到先服務。

2.1.3 服務方式

停車場運行過程中，每一個出入口每次只服務一輛車，服務時間的分布符合負指數分布，即每輛車的服務時間相互獨立，服從相同的負指數分布［1］。

符合以上三個條件的服務問題可運用排隊論來解析。排隊論是研究“服務”系統因“需求”擁擠而產生等待排隊的現象，以及合理解決“需求”與“服務”關系的一種數學理論，或稱“隨機服務系統理論”［2］。停車場的出入道一般為一條，可視為“單通道服務”。因此，停車場出入道服務系統為M/M/1或M/M/S單通道隨機服務系統。

2.2 評價指標

為了合理規劃停車場出入口服務時間，出入口的數量以及停車場容量，應該選取合適的指標作為評價標準。

在停車場(庫)使用的可行性評估中，以其入口處排隊車輛長度是否對相鄰道路造成較大影響為評估的主要標準;另外，車輛的平均等待時間涉及到車庫服務水平，也是重要的參考標準［3］。

由于車輛的平均排隊等待時間w與平均排隊長度L成正比(L=w·λ)，因此可以用平均排隊長度L作為停車場交通影響評估和服務質量水平的參考標準。

文中將停車庫服務水平如下定義，高峰小時內，出入口無車排隊時服務水平定義位A級;只有1輛車排隊時定義為B級;只有2輛車排隊時定義為C級;排隊車輛大于2輛時定義為D級。

3 計算方法

根據以上分析，可以用排隊論的方法描述停車場出入口車輛的排隊等候問題。下面以一個簡單的智能停車場管系統為例，按照M/M/1隨機服務系統理論計算出入口的服務時間和停車場泊位數、出入口個數、排隊長度之間的關系。

由排隊論的推導公式可知:

式中:λ為平均到達率;μ為接受服務后的輸出率;ρ為交通強度(利用系數)平均排隊長度。

式中:T為車輛在出入口的服務時間;t為停車場所有車輛進入或出入的時間;N為出入口個數(以單進單出出入口為例);Q為停車場泊位數。

根據式(2)和式(5)可以計算出在不同服務水平下，出入口單進單出設計的停車庫，在高峰期1h內，其出入口應達到的服務時間要求。計算結果如表1。

表1 高峰小時停車庫服務時間計算結果表

4 工程應用實例

4.1 分析計算

以某市行政中心、文化中心地下停車庫出入口個數規劃為例。停車庫分兩期建設，一期建設300個車位以及2個單進單出的出入口，二期建設700個車位，經調查高峰期為半小時。為了確保建成后，停車庫車流高峰期運行暢通，不產生大規模排隊現象，即最多只有1輛車排隊，對出入口閘機的服務時間和出入口個數進行分析計算，以得出合理的規劃方案。考慮到高峰期各個出入口的車流量并不平均，即有的出口流量較大，有的出口流量較少，因此取不同的流量需求水平進行計算，計算結果如表2。

表2 出入口服務時間計算表

根據以上計算結果可知:

1)一期建設中:

為使進出口在上下班高峰期間達到最多只有1輛車排隊的服務水平，系統延誤(含減速、服務時間、加速三部分)應控制在6s左右。

2)二期建設中:

若為6個出入口，系統延誤必須在6s以內，才能保證不出現排隊現象;

若為5個出入口，系統延誤必須在5s以內，才能保證不出現排隊現象;

若為4個出入口，系統延誤必須在5s時基本滿足流量需求，但會出現小規模排隊，服務時間在4s內將運行通暢。

故通過以上計算，為了確保高峰時段停車庫出入口運行暢通以及服務設備的實際性能，地下車庫出入口應為6個，且服務時間控制在6s以內為宜。

4.2 仿真驗證

4.2.1 服務時間的仿真驗證

將高峰小時內車輛每5min的到達率進行分配，可得地下車庫高峰小時內流量大致的時間分布圖。見圖1。

圖1 高峰小時流量分布圖

根據上述的流量分布情況，通過交通微觀仿真軟件VISSIM，模擬停車庫出入口出入過程，并分別給出停車場高峰小時和最高峰的15min內車輛排隊所產生最大排隊長度和延誤值。見圖2。

圖2 高峰小時排隊長度和延誤流線圖

從以上仿真結果可知，高峰小時和最高峰15min期間，停車場閘機延誤和排隊長度在6s以后大幅增加，因此，停車場閘機服務時間應控制在6s以內才能確保高峰期運行暢通。

5 結束語

本文分析了停車庫出入口車流的運行特征，探討了停車場高峰小時內不同的服務水平下，對應的閘機服務時間、泊位數及出口數量的計算方法，給出停車庫出入口服務時間和數量的應用實例，并運用交通仿真和計算通行能力的方法進行了驗證。結果表明，該計算方法在停車庫規劃中確定出入口服務時間、出入口數量以及泊位數，以確保高峰期順暢通行具有有效性和準確性。

［1］鄧興棟，王 波.全自動立體停車庫服務質量評價方法探討［J］.重慶交通學院學報，2003(1).

［2］譚 峰.排隊論在停車場設計中的應用［J］.現代交通管理，1998(1).

［3］王勇智，馬 佳.我國城市公共停車場后評價理論研究［J］.城市交通，2007(10).

［4］關宏志.停車場規劃設計與管理［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［5］成 峰，莫一魁.城市中心區停車泊位供應分析［J］.交通與運輸，2005(7).