城市中心區多核結構的交通輸配體系定量研究

楊俊宴 史北祥 任煥蕊

(1東南大學建筑學院,南京 210096)

(2南京市規劃設計研究院有限責任公司,南京 210005)

(3東南大學城市與建筑遺產保護教育部重點實驗室，南京 210096)

城市中心區是位于城市功能結構的核心地帶,以高度集聚的公共設施及街道交通為空間載體[1],以特色鮮明的公共建筑和開放空間為景觀形象,以種類齊全完善的服務產業和公共活動為經營內容,凝聚著市民心理認同的物質空間形態.由于城市中心區擁有城市最集中的商貿金融等高端服務產業,只能在交通輸配條件最優的地區培育產生[2];同時特大城市中心區內人群的擁擠程度和人流、車流量交叉穿行也屬最高[3],導致中心區內道路的通達性較低,進而限制車輛高效到達或穿越中心區,交通問題最終又制約了中心區規模拓展與質量提升.因此,城市中心區與輸配交通的演變相互影響,是不可分離的有機整體,如何提升輸配交通效率是優化中心區交通結構的關鍵所在.

隨著我國城市化進程的深化,大量城市尤其是特大城市中心區逐漸發展成為多核心空間結構[4],這是城市空間發展的客觀規律.而從中心區多核結構來看,其主核、亞核的分布也與輸配體系的不同結構有著密切的空間關聯和規律性特征.本文從特大城市中心區多核結構的輸配體系方面入手,對其空間形態的輸配效率進行分析,計算道路級配與硬核等其他構成之間的關系,剖析其內部結構性規律.

1 中心區輸配體系概念界定和形態類型分析

1.1 中心區輸配體系的概念與組成

輸配體系由城市中心區內的各級道路(道-街-巷)混合構成(見表1),聯通中心區內各種職能,承擔著人流、車流、物流的輸出與配送[5],串聯起中心區內主核、亞核、陰影區及邊緣區等不同構成,形成整個中心區多核結構的交通框架,帶動復雜中心區的發展與提升.根據其形態的差異,將中心區多核結構的輸配體系骨架劃分為輸配軸和輸配環2種結構.

1) 輸配軸.道路從中心區較為核心的地區往外延伸,大多成放射狀或正交棋盤狀的軸線形態[6].輸配軸兩側密布公共服務職能建筑,為中心區迅速配給并疏散交通.根據多核結構的不同形態差異，可分為十字軸、海星軸和復雜網絡軸,如南京新街口中心區為中山路和漢中路組成的十字輸配軸,而鄭州二七中心區為主干道向心匯聚的海星狀放射軸.

2) 輸配環.道路多為環繞主核的圈層狀,主要起到中心區內各個硬核間的聯通功能[7],均質處理中心區內的車流,促使多核結構漸臻完整.成熟的多核結構中心區輸配體系有內輸配環、中輸配環以及外輸配環3層.內輸配環即硬核周邊道路所圍成的環路,主要解決硬核圈層內各地塊的交通問題,同時,大量停車、貨運入口均依托內輸配環解決;中輸配環溝通了亞核圈層,在解決各亞核到達交通的基礎上,也承擔了快速分解中心區內部交通壓力的功能;外輸配環位于中心區邊緣,其主要功能是疏解穿越交通,進一步分散到城市交通系統中.3層輸配環有著各自的不同特點及功能,并通過相互配合形成了中心區完善的道路交通體系,分層解決中心區各個圈層間的疏散與到達問題,并與輸配軸相結合,形成了完整的中心區輸配系統,同時也成為中心區空間的形態構架和中心區發展的重要支撐.

表1 城市多核結構中心區的輸配體系

1.2 中心區輸配體系的形態類型

根據各個城市中心區多核結構出現的各種不同空間形態,大致將其分成環形、扇形和線形3種典型模式,不同模式的中心區,其輸配體系呈現出不同的發展狀態.

1) 環形多核結構.成熟的多核結構中心區模式,輸配體系發展最為成熟,由輸配軸與輸配環混合構成,成為強軸強環式發展模式.如南京新街口中心區十字輸配軸疊加3層輸配環的輸配體系結構.

2) 扇形多核結構.受湖、河、江等地形限制,發展偏于一方,由輸配軸與半輸配環所構成,往往在此類中心區內發展的重點在輸配軸上,線性發展趨勢較強,沿半環形輸配環向外延伸,形成較為獨特強軸弱環式輸配體系,如杭州延安路中心區.

3) 線性多核結構.此模式中心區多沿路呈帶狀發展,基本屬于多核結構的雛形階段.輸配體系發展不完善,主要由輸配軸構成,基本為強軸無環式發展模式,串聯各個主、亞核,構成整體,如武漢江漢路中心區的“之”字形輸配軸等.

2 中心區輸配體系效率分析

多核結構中心區內的交通輸配是一個體系化的發展模式,輸配軸和輸配環相互結合,在不同層面上起著不同的作用.在對中心區進行調研的過程中發現,輸配體系的綜合效率問題是其關鍵所在,而這一問題與單核中心區又有著本質區別.單核中心區中,交通的重心以中心區硬核為主,交通出行的目的較為明確,交通關系相對簡單[8].而在多核結構中心區中,由于諸多硬核的分工與協作,導致中心區內交通關系復雜、多變,交通出行目的難以明確.與單核中心區不同,多核中心區還存在各個硬核之間的交通流動,這種交通流動更加頻繁,也更加復雜.多核結構中心區中,中心區總體層面輸配體系與各硬核輸配體系的層級分工與協作,以及各硬核之間輸配體系的沖突與協作變得更加難以判斷與評價.因此,本文從多核中心區的整體交通關系入手,采用能夠客觀反映中心區交通輸配效率的多項指標構筑評價體系,即路網的連結效率、通達效率、經濟效率和荷載效率等方面進行評價剖析,對多核結構中心區交通輸配效率進行分析與評價.

2.1 輸配體系的連結效率分析

輸配體系的連結效率分析主要分為路網連結度分析和數據分析2個方面.

1) 路網連結度分析.路網連結度是分析中心區內路網的連結效率指標,其值為中心區內道路路段數和道路交叉節點數之比,反映了路網的順暢度和成熟性[5]，即

式中,L為中心區內路網連結度指數;S為中心區內道路交叉節點數;Mi為第i節點的路段數;M為中心區內的網絡總路段數.在中心區內,若某一道路交叉點的道路交接模式為丁字路口,則該節點有3條邊(路段),其連結度為3,穿越此節點的交通流通過這3條路段輸配出去;如果該節點路網為正交聯通方式,則此節點的連結度為4,則由4條路段向外發散交通流;依此類推,道路交叉節點的路段數越高,則交通越便捷,向中心區外部輸配人、車流將會更加高效.中心區范圍內,道路交叉口多由丁字路口和十字路口等構成,如丁字路口所占比例過大,將嚴重影響中心區的路網暢通度,反之則能獲得通暢、高效的路網結構.中心區輸配體系的路網連結度與中心區路網的節點數和路段數直接相關,受中心區用地面積、路網密度等因素影響,變化浮動較小,一般在3～4之間.

2) 數據分析.如圖1所示,合肥長江中路中心區連結度以3.604居首位,武漢江漢路中心區以3.548居第2位,兩者連結度均大于3.5,屬第一梯度值;徐州淮海路中心區、廣州天河珠江新城中心區路網連結度屬第二梯度,在3.3～3.5之間;南京新街口與無錫崇安寺中心區則屬第三梯度,且無錫崇安寺中心區則以3.272居末位,中心區的路網連結效率最差.圖1表明,中心區的整體連結度大部分小于3.5,只有合肥長江中路中心區與武漢江漢路中心區的連結度標注值大于3.5,其他中心區依次降低,交通連結效率較差.

連結度標準數值越大表明道路的整體連結度越好,分值越低則表明中心區的整體路網連結度呈現出低效狀態.根據對連結效率的分析可知,中心區路網布局呈現2種基本的模式.

1) 十字路口主導式(正交棋盤格路網).此種形態的中心區交通通暢,阻塞較少，如合肥長江中路、武漢江漢路中心區.合肥長江中路中心區內丁字路口有38個,占整體路口的40%;十字路口有58個,占整體路口的60%,十字路口比例為丁字路口的1.5倍;武漢長江中路中心區內丁字路口有47個,占整體路口的45%;十字路口有57個,僅占整體路口的55%.綜合2個中心區輸配體系的空間分析可知:此類中心區用地面積較小,屬小街區-密路網發展模式,結合正交棋盤格路網,使中心區的整體連結效率較好,車流暢通.

2) 丁字路口主導式(異形路網).該種形態的中心區內車流不暢通,容易阻塞.典型案例中南京新街口和廣州天河珠江新城等中心區的交通連結度較低,且無錫崇安寺中心區為最低.無錫崇安寺中心區內丁字路口有118個,占整體路口的73%;十字路口有44個,僅占整體路口的27%,丁字路口所占比例幾乎是十字路口的3倍.丁字路口式斷頭路使車流不能直接穿越,帶來了交通堵塞的隱患,當丁字路口所占比例過半時,必將使整個中心區的路網處于亞健康狀態,車流不暢,交通阻塞是直接后果,必將導致中心區路網的持續惡化,直至僵化.

2.2 輸配體系的通達效率分析

輸配體系的通達效率分析主要分為路網通達度分析和數據分析2個方面.

1) 路網通達度分析.路網通達度是指中心區道路交通要素的具體制約因素，包含了道路面積和直行路段數量2方面含義[9],即

式中,K為中心區內路網通達度指數;m為中心區內直行路段數；A為中心區內道路面積.直行路段數量具體反映了交通流在平面運行上的通暢效率,在相同面積的用地范圍下,直行路段數量越多則導致機動車交通的順暢程度越高.道路面積體現了整體路網在中心區范圍內利用的合理程度,相同情況下道路面積越大,則代表了整體路網在整個中心區土地利用所占比重越大,兩者的比值反映了高效率路網面積的比重,直行路段數量越多，整體路網的結構越高效.路網通達度指數K反映了一個中心區內道路網絡的成熟程度,K值越高,表明路網的成熟率越高,成環成網率越高,反之則表明路網成網率越低.

2) 數據分析.如圖2所示的典型案例中,無錫崇安寺中心區的通達度居首位,為1 183,南京新街口以低于其184居第2位,鄭州二七廣場中心以低于南京新街口中心區128居第3位,廣州北京路中心區至杭州延安路中心區之間的通達度差異相對較小,廣州天河珠江新城則居末位,為423.圖2表明,典型多核結構中心區內的道路網絡均不太成熟,以廣州天河珠江新城最為典型,無錫崇安寺相比最好.無錫崇安寺中心區為帶狀多核結構,輸配體系為強軸無環式模式,中心區主要以商業為主導產業而發展起來的,容積率較低,由于用地面積較小(2.72 km2),街區尺度較小(平均街區為2.27 hm2)，道路直行路段較多,機動車在其中行駛速度較慢,道路發生擁堵的狀況極少發生,道路網密度較高,因此中心區輸配體系的聯通效率較好,人流與車流能迅速地積聚與疏散.南京新街口為成熟的環形多核結構,輸配體系為強軸強環式發展模式,容積率較高,街區尺度較小(平均街區為2.34 hm2),道路成環成網率高,且尺度適宜,用地集約利用度較好;雖然用地面積較大(5.66 km2),但承載著更多的人流與車流,輸配體系需要輻射更廣的面積,但其聯通效率居第2位,說明新街口的輸配體系整體效率較好.鄭州二七廣場中心區為扇形多核結構,輸配體系為強軸弱環式模式,街區大小稍大(平均街區為4.03 hm2),路網密度居中,相比以上2個中心區,其道路的聯通效率一般.廣州北京路中心區～杭州延安路中心區輸配體系的聯通效率受自身用地規模、容積率、路網密度及街區大小等因素的綜合影響,等級差異較小,浮動不大.反觀廣州天河珠江新城中心區為政府主導而建的中心區,由于道路等級差異顯著,道路空間尺度車速高,道路密度過小,丁字路口較多,穿越功能的“道”、“街”的長度比例過大,而毛細血管式的“巷”的長度比例則過小,無法對城市中心區的交通產生緩沖作用,因此整個中心區交通擁堵,質量低下,聯通效率急速下滑.

圖2 輸配體系通達度指標分析

由上述分析可知,聯通效率的高低受中心區的用地規模、道路等級結構劃分、街區大小及路網密度等因素的綜合影響.

2.3 輸配體系的荷載效率分析

輸配體系的荷載效率分析主要分為道路荷載分析和數據分析2個方面.

1) 道路荷載分析.道路荷載是指中心區道路的負荷量,反映了中心區的容積率和覆蓋率,即

式中,H為中心區內道路的荷載效率指數;N為中心區內總建筑面積.路網的荷載效率H反映了一個中心區內道路網絡的負荷等級,H值越高,表明路網內道路的負荷量越大,建筑的積聚程度越高,中心職能的建筑形態越健全,體現了城市中心區道路交通的運行效率越好,貢獻效率越高.

2) 數據分析.在圖3所示的典型案例中,廣州北京路的道路荷載以18.61居首位,與其相差5.38的鄭州二七廣場中心區居于第2位,相差43%.南京新街口中心區～徐州淮海路中心區相差較少,依次降低,浮動不大.相比之下,杭州延安路則以6.05居于末位,與徐州淮海路中心區相差23%.圖3表明,廣州北京路中心區的道路荷載相對最高,說明其交通的運行效率較好,此中心區是依托北京路商業步行街逐漸發展起來的,內部交通壓力較小.廣州北京路中心區整體容積率較高,說明其道路的利用效率最大,對中心區的貢獻率最高,具有較好的發展優勢,其承載的作用相對于其他多核結構中心區更明顯.鄭州二七廣場中心區～徐州淮海路中心區構成了第二集團,相比廣州北京路中心區急劇下降,說明其整體的道路交通貢獻率較低.鄭州二七廣場中心區依托十字輸配軸發展,街區尺度相對較大,中心職能建筑規模較小,體系感較差,且多為一層皮式沿路帶狀發展,因此整個中心區的路網運行效率受其影響,呈現出較為低等的發展態勢.南京新街口與廣州天河珠江新城中心區均為成熟的環形多核結構模式,輸配體系完整,容積率相當,然而由于廣州天河珠江新城的道路尺度過大,聯通效率較差,導致道路可利用度下降,致使其荷載效率標準化低于整體的50%.無錫崇安寺中心區～杭州延安路中心區的中心區等級相對較低,為線性多核結構,主導產業以傳統商業為主,道路密度較高,建筑高度發展受產業結構影響,容積率較低,體現了中心區較低的交通效率.杭州延安路中心區西鄰西湖風景區,為扇形多核結構,基于城市整體效益考慮,對建筑的形態和高度均進行了控制,致使輸配體系的整體貢獻率受到影響,因此其整體荷載效率處于低水平發展.

圖3 輸配體系道路荷載指標分析

由此可知,城市的地理形態、中心區的產業結構、道路尺度等因素對輸配體系的荷載效率產生了較大的影響,致使其貢獻效率參差不齊.

2.4 輸配體系的經濟效率分析

輸配體系的經濟效率分析主要分為臨街面積比重分析和數據分析2個方面.

1) 臨街面積比重分析.臨街面積比重是發揮城市中心區經濟效益的重要指標,反映了一個中心區內道路網絡的經濟效率[10],即

式中,P為中心區內臨街面長度指數;R為中心區內道路等級中“道”的長度;S′為中心區內道路等級中“街”的長度.中心區經濟效率P值越高,表明道路系統中臨街面越長,界面效益越好,則發生商業活動的幾率越大,道路兩側的經營效果越好.在城市中心區內,越多沿交通路網展開街區界面意味著越多的服務經營機會.在相同道路長度下，道路面積越小，道路經濟效率越高，這也表明小街巷模式更有利于發揮中心區的效益.

2) 數據分析.如圖4所示,廣州北京路的臨街面比重為158.3 km/km2,居首位,徐州淮海路與其相差44%而居于第2位,武漢江漢路～南京新街口中心區變化曲線平緩,無突然變化,合肥長江中路最終以59.6 km/km2居末位.圖4表明,廣州北京路中心區是以北京路商業步行街為依托而發展起來的,硬核分布均勻,輸配體系較為成熟,為強軸強環式模式,中心區內骨架路網所占比重最大,為96%,“道”、“街”尺度適宜,街區界面易于商業活動的發生,受往來車流影響較小,平均街區面積偏大,為403 m2,因而道路的通達度較好,道路荷載較優,綜合分析可知其經濟效益最好.徐州淮海路中心區相比廣州北京路下降了44%,與武漢江漢路、南京新街口中心區等構成第二集團,經濟效率依次降低.徐州淮海路中心區硬核沿道路分布,中心區內“道”、“街”、“巷”等級分布較好,路網覆蓋率較高(83%),但道路的聯通效率較差,丁字路口較多,致使中心區整體效益處中游水平,可提升的空間較大.武漢江漢路中心區以傳統租借區為基礎而建設發展起來的,商務硬核區沿路展開.從中心區的分布形態來看,武漢江漢路中心區為“之”字形發展模式,輻射半徑較大,積聚度較低,過多的轉折節點分散了城市的整體經濟效益,這種模式并不利于中心區的效益集聚.合肥長江中路中心區居末位,經濟效率相比最差,從中心區的發展形態分析可知,其為典型的線性多核結構,道路的成環成網較低,且“道”(74%)、“街”(8%)、“巷”(18%)分布結構畸形,“街”所占比例過低,造成中心區活力過低,商業活動聚集度較少,因此造成了中心區經濟效益過差.

圖4 輸配體系臨街面長度指標分析

綜合分析可知,中心區內道路的等級結構分布、中心區的形態及產業結構等都與城市中心區的經濟效率有較為緊密的關系.

3 多核結構中心區的輸配體系效率綜合評價

輸配體系的4項效率指標分別體現了中心區路網模式的不同發展程度,將4項指標標準化后進行權重疊加可對輸配體系的總體效率進行比較分析.總效率評價值定義為

O=LStl+KStk+HSth+PStp

式中,O為中心區輸配體系總效率評價值;LS為中心區輸配體系連結效率標準化數值;KS為中心區輸配體系通達效率標準化數值;HS為中心區輸配體系荷載效率標準化數值;PS為中心區輸配體系經濟效率標準化數值;tl為中心區輸配體系連結效率權重;tk為中心區輸配體系通達效率權重;th為中心區輸配體系荷載效率權重;tp為中心區輸配體系經濟效率權重;tl+tk+th+tp=1.

對于各評價指標權重可通過2個步驟予以確認：① 通過層次分析法構筑矩陣評價模型,即對每一層次中各指標進行兩兩相比的相對重要性判斷,通過引入合適的標度,用數值加以量化,從而構成各層次的判斷矩陣.② 在以上基礎上,為了使結果更為準確和科學,通過咨詢專家意見來確定標度值,并選擇相關專業的專家來編制權重判斷矩陣表,對判斷矩陣的量化采用特爾菲法測定.綜合多位專家判斷矩陣表形成的最終權重意見.

經過以上2個步驟的分析評價,得到各指標的權重比分別為tl∶tk∶th∶tp=0.31∶0.19∶0.33∶0.17,計算得到的各中心區總體效率評價見表2.

通過對特大城市中心區典型多核結構案例4個指標的綜合疊加評價,將其分為高效發展模式、中效發展模式和低效發展模式.

1) 高效發展模式.總效率評價值大于50%,輸配體系的整體效率較高,處于高效運行狀態.道路路網多為正交棋盤格道路,十字交叉,路網連結效率較好;輸配體系通達性較好,能方便快捷地到達中心區內部,并將交通壓力等疏散出去,以提升中心區輸配體系通達效率;高效發展模式的中心區,其單位道路面積所承擔的建筑面積較高,因此能夠更集約地利用土地;此類中心區道路級配結構中“道”、“街”所占比例較高,帶來了較多商業集聚,因此其經濟效益較好,中心區的規模不斷拓展、壯大.

表2 多核結構中心區輸配指標效率數據表 %

2) 中效發展模式.總效率評價值處于30%～50%之間,此類中心區輸配體系的效率發展較為參差不齊,空間形態布局各有優勢與不足.綜合分析,可分為2種不同的模式：① 第1種模式.一項評價效率發展較好,另一項效率發展較差,其余2項效率發展較低,如合肥長江中路中心區和無錫崇安寺中心區.合肥長江中路中心區路網模式以正交十字路口為主導,因此其輸配體系的連結效率最優,相對而言由于道路等級級配失衡,“巷”所占比例過高,道路的臨街面長度較短,導致其經濟效率處于底端;無錫崇安寺中心區,異形路網模式,丁字路口為主導,導致路網連結效率最低,反之由于其路網密度較高,道路拼接合理,道路較為通暢,車流能較好地在此疏散和集聚,其道路的通達效率較好.② 第2種模式.各項效率指標發展均屬中流,無較大差別.中心區道路路網發展異性,丁字路口較多,路網密度較差,通達性不高,中心區容積率較低,整體形態較為低矮,道路荷載處于低端,臨街面比重不高,經濟聚集效應處于中游.

3) 低效發展模式.總效率評價值小于30%,此類中心區輸配體系發展存在問題,整體效率處于較低發展階段,各分項效率發展也處于平均水平之下.路網發展異形,正交十字路口較少,交通擁堵嚴重,致使通達性較低,單位面積所能承載的建筑面積有限,且由于其交通擁塞,難以向高荷載程度發展,道路臨街面比重不高,沿街用地界面蕭條,發展活力不高,致使其整體經濟效益較低端,中心區的整體輸配能力較差,呈現出一種病態的發展傾向.

4 結語

本文從典型城市中心區入手,對中心區多核結構模式交通輸配體系進行了定量評價和分析研究,明確其空間形態規律.從而可以從空間形態角度解析特大城市中心區由單核走向多核過程中出現的大量結構性交通問題.對城市中心區的研究而言,多核結構理論的完善以及更高級的多核連綿結構中心區空間解析,尚需要學術界做進一步深化研究.

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