封閉社區對城市路網作用機制分析

呂婷婷，林 麗，李 偉

(南京林業大學汽車與交通工程學院，南京210037)

封閉社區 (Gated Community)興起于二十世紀六七十年代的美國，在新自由主義和經濟全球化的背景下，城市空間的私有化成為人們從公共領域和公共責任中撤出的一條途徑［1］，一些城市傳統社區為加強居住安全和減少過境交通也不斷將社區街道封閉［2］。

Blakely和Snyder［3］首先提出了封閉社區的概念，即被圍墻或柵欄包圍，將空間私有化并限制他人進入的居住區。20世紀90年代以來，各國的城市研究學者分別從社會學和地理學等視角研究封閉社區的出現對城市政治、經濟、社會和文化多方面的影響，但鮮有研究封閉社區對城市交通網絡系統所造成的影響，因此本文另辟蹊徑，以探討封閉社區對城市道路系統的影響機制為主線，分析了封閉社區的交通特征及其原因，并重點從路網密度、非直線系數和連通度3個要素定量分析了封閉社區城市道路網絡的影響，并據此把封閉社區對城市路網效益的影響表征出來。

1 封閉社區的交通特征

和傳統的居住小區相比，封閉社區由于四周邊界 (一般為綠化帶和鐵柵欄等)與周邊路網嚴格分離，并且社區內部用地性質和交通特性相似，因此可以把其視為一個相對獨立的交通小區來進行研究［4］。封閉社區是一個獨立的客流發生源和吸引地，然而對于過境交通卻有非常明顯的屏蔽作用，因為封閉社區只允許本小區車輛進入和穿越，而將其他社會車輛拒之門外。因此封閉社區的交通流線與傳統居住小區相比，具有顯著的排他性。

從交通量的時間分布上看，傳統居住區除了上下班的通勤交通外，還有大量發生在小區內部鄰里間的交通，因此在這種居住區中，早晚高峰和平峰之間交通量的差異并非很大;而封閉社區大多使用地下車庫，致使社區內部居民之間彼此的聯系非常少，所以其交通發生在時間上具有明顯的集中性特點，大量交通集中于早晚高峰時間［5］。

2 對城市路網指標影響

2.1 路網密度

路網密度是指城市中所有的道路總長度與城市總面積之比，路網密度的高低直接影響了城市街道可達性的大小［6］。由于封閉社區內部道路具有排他性，因此社區內部道路不能算作城市公共道路的一部分。封閉社區對城市道路網減少的密度Δ為:

式中:Lij為城市建成區中第i個封閉社區中的第j條道路的長度，假設一座城市中共有n個封閉社區，第i個封閉社區中有m條與城市路網隔離的道路，S為城市建成區的面積。顯然Δ值越大，封閉社區對城市道路影響越大。

2.2 非直線系數

非直線系數為兩點 (小區)間的路上實際距離比兩點間空間直線距離，它是評定路網易達性的重要指標。下面就最常見的矩形和三角形街坊討論封閉社區對道路非直線系數的影響，如圖1所示。

圖1 非直線系數影響示意圖Fig.1 Influence diagram of non-linear coefficient

為顯示出封閉社區對交通易達性的重要影響，這里的非直線系數特指兩點間由于封閉社區所導致的最大繞行距離與兩點之間直線距離之比。

在圖1(a)中，由于封閉社區的阻隔，因此非直線系數的表達式為:

在社區面積一定時，當街坊形狀近似為正方形的時候，至多需比原來多繞行1倍的距離。

在圖1(b)中，由于封閉社區的阻隔，在這種情況下非直線系數的表達式為:

顯然，γ的角度越小，DAB的值越大，也就意味著繞行更多的距離。

2.3 連通度

路網的連通度指的是與路網總的節點數和總的變數有關的指標，連通度指數越高表明路網中的斷頭路越少，成網率越高，反之則表明成網率越低［7］，其表達式為:

式中:J為路網連通度指數;N為網絡中總節點數;M為路網中邊數總和。假設某一封閉社區中有P條縱向道路、Q條橫向道路與城市路網相連，還有n條與城市道路相連的盡端路，如圖2中的虛線框里部分所示。在整個網絡中存在封閉社區以后，矩形社區減少的節點數為PQ個，減少的邊數為 ［P(Q+1)+Q(P+1)］條，對路網連通度的減少值δR為:

圖2 路網連通度系數影響示意圖Fig.2 Influence diagram of network connectivity

同理，在三角形街坊中，

從公式 (6)中可以推導出，在理想狀態下，矩形封閉社區的路網連通度比非封閉時下降了［(PQ+2P+2Q+4)/(2PQ+3P+3Q+4)］%。因為P、Q為自然數，繪制出在不同P、Q取值組合下路網連通度下降百分比的散點圖。同理，在理想狀態下，三角形封閉社區的路網連通度比非封閉時下降了 ［Q/(5Q+9)］%(如圖3所示)。

從圖3中可知，在矩形社區中，當P=1或Q=1，整個路網連通度最低，其下降幅度超過了85%;而在三角形社區中，隨連接外部路網的路的數量的增加，其連通度變化趨勢與矩形社區相反。因此矩形社區在規劃的時候，應盡量避免出現上述情況。

圖3 理想狀態下矩形社區 (a)和三角形社區 (b)連通度下降百分比散點圖Fig.3 Scatter diagram of decline percentage of rectangular community(a)and triangle community(b)in ideal state

為了研究連通度變化速率，對δT和δR分別求二階導數，并對P、Q分別取整數值，得到理想狀態下社區連通度變化速率圖，如圖4所示。

圖4 理想狀態下社區連通度變化速率圖Fig.4 Changing rate of community connectivity in ideal state

由圖4可知原本被截斷的路的條數對路網連通度影響的閾值為6，即當P和Q的值大于6時，對外連接路數量的增加對封閉社區和城市路網連通度的變化幾乎沒有影響;并且當封閉社區連接外部路網數量在3條以下時，矩形社區的下降速率大于三角形社區，而在3條以上時，矩形和三角形社區路網連通度的變化速率趨于一致。

3 對城市路網效益的影響

為了量化封閉社區對鄰近路網效益的影響，本文用基于時間的交通影響分析 (T-TIA)法進行延誤分析，現假定如下:原直行車輛 (沿圖5中虛線方向)因封閉社區受阻，通過封閉社區周邊道路 (如圖5箭頭方向所示)繞行;車輛的到達服從泊松分布;所有交叉口為信號控制交叉口，且交叉口所有左轉車輛都有專用車道。其總延誤表達式為:

圖5 封閉社區延誤影響分析(左圖為矩形社區，右圖為三角形社區)Fig.5 Delay influence analysis of gated community of rectangular community(a)and triangle community(b)

公式 (12)為總繞行延誤公式，其中Tij和Sij分別為在繞行第i和第 (i+1)個交叉口時，封閉社區周邊道路所產生的交叉口延誤和路段延誤(單位s，下同)，D為總延誤。

公式 (13)中Tc為信號周期，s，λ為交叉口綠信比;x為飽和度，q0為進口道的背景交通量，輛/h，Qμ為繞行車輛所致的交通量，輛/h;μ為上游繞行車交通量，輛/h;C為對應交叉口進口車道的交通量分配系數;Tij為設計通行能力 (取2 100輛/h·m)。

公式 (14)V0為背景交通量，Qθ為由于繞行所附加的路段上的交通量，θ為對應路段上的交通量分配系數;t0為零流阻抗，s;α，β為阻滯系數，取α=0.15，β=4，v為路段設計車速，km/min;L為路段距離，m。

為了獲得封閉社區繞行車輛數增加 (0～500輛/h)而產生的延誤曲線，對南京某封閉社區周邊道路進行實地觀測，數據見表1。

表1中，AVEr和AVEt分別為矩形社區和三角形社區的平均值，將其代入公式 (12)～(14)中得到如圖6所示的延誤曲線。

表1 延誤公式參數取值Tab.1 Parameter of delay formula

圖6 矩形和三角形封閉社區延誤曲線Fig.6 Delay curves of rectangular community(a)and triangle community(b)

從曲線中可以看出，當由于封閉社區而繞行的交通量達到350輛左右的閾值時，延誤急劇上升并且保持上升的趨勢。

5 結論

(1)可以通過合理的路網規劃，適當提高道路密度、增加封閉社區周邊道路的連通度和可達性，對于矩形封閉社區而言，應當最大限度減少主流交通方向上的繞行距離 (減少該方向上的 a值);對于三角形社區而言，應控制好放射路之間的角度 (增加γ角度)。

(2)封閉社區通過對路網連通度的影響，降低了城市的路網效益，增加了延誤［8－9］，本文通過對延誤公式規律的分析，得到了三角形和矩形封閉社區的延誤增加的閾值，因此當預測的繞行車輛數達到或超過此閾值時，應采取相應的管理和工程措施減小路網延誤。

(3)研究封閉社區對城市交通影響的發生和作用機制無論是對于城市規劃還是交通規劃，都具有直接的現實意義［10－11］。本文僅從道路網絡系統這個層面探討了封閉社區和城市交通之間的聯系，除此之外還有許多方面值得學者們進一步研究，如封閉社區對城市路網影響評價機制的構建，封閉社區與城市綜合交通規劃以及城市路網等級結構等之間的互動機制等。

［1］Davis M.Ecology of Fear［M］.London:picador，1998.

［2］Newman O.Defensible space:a new physical planning tool for urban revitalization ［J］.Journal of the American Planning Association，1995，61(2):149 －155.

［3］Blakely E J，Snyder M G.Fortress America:Gated Communities in the United States［M］.Washington D C:Brookings Institution Press，1997.

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