城市CBD路網(wǎng)容量分析——以寧波市為例

■陳文鑫，施翔勻，韓紅艷，董 升 ■寧波工程學(xué)院，浙江 寧波 315211

1 引言

城市CBD是指建成區(qū)內(nèi)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最集中的地區(qū)，具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)集聚效應(yīng)，人口密度高、交通擁堵、高度密集型等特點(diǎn)是它與城市中其他地區(qū)對(duì)比最明顯的差別。作為城市交通樞紐集中的區(qū)域，服務(wù)范圍輻射城市全部人口，因而CBD路網(wǎng)容量是否滿足城市居民出行需求在一定程度上折射了這個(gè)城市整體的交通運(yùn)行水平，所以，研究城市CBD交通容量，對(duì)于城市規(guī)劃和交通規(guī)劃都有著極為重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

本項(xiàng)研究旨在通過對(duì)寧波城市CBD大量交叉口和路段的交通運(yùn)行數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，深入掌握寧波市城市交通運(yùn)行的基本情況，根據(jù)路網(wǎng)容量和車輛保有量計(jì)算模型，預(yù)測(cè)核心區(qū)現(xiàn)狀及規(guī)劃路網(wǎng)容量，分析車輛保有量和路網(wǎng)容量的匹配程度，并對(duì)交通管理效率和路網(wǎng)容量的互動(dòng)關(guān)系進(jìn)行研究，提出通過改善交通管理效率來提高CBD動(dòng)態(tài)路網(wǎng)容量的措施，進(jìn)而為更好地運(yùn)用科學(xué)手段實(shí)現(xiàn)城市交通網(wǎng)絡(luò)的精細(xì)化管理提供科學(xué)依據(jù)和現(xiàn)實(shí)參考。

2 路網(wǎng)容量

2．1 路網(wǎng)容量定義

路網(wǎng)容量在某種程度上講是衡量一定交通狀態(tài)下城市道路交通供給能力的一個(gè)特征指標(biāo)，路網(wǎng)容量反映一定的服務(wù)水平下(暢通態(tài)、過渡態(tài)、擁擠態(tài))一定區(qū)域內(nèi)城市道路能夠同時(shí)容納的車輛數(shù)，指的是道路空間容量，稱為靜態(tài)路網(wǎng)容量。路網(wǎng)容量跟區(qū)域內(nèi)道路長(zhǎng)度、道路寬度、車輛行駛速度、交通管理水平等有關(guān)，一般而言，道路越長(zhǎng)，道路越寬，車速越慢，交通管理水平越高，路網(wǎng)能夠同時(shí)容納的車輛就越多。

2．2 路網(wǎng)容量計(jì)算模型

關(guān)于如何通過科學(xué)合理的數(shù)據(jù)模型來量化城市路網(wǎng)容量這一概念，美國(guó)，日本，法國(guó)在這一領(lǐng)域有大量的研究［］。目前最受大家認(rèn)可的方式，20世紀(jì)6 0年代法國(guó)工程師路易斯．馬尚提出“城市空間和時(shí)間消耗”的概念，他將城市路網(wǎng)想象成具有時(shí)空屬性的一個(gè)容器，根據(jù)這個(gè)容器總的時(shí)空量與每個(gè)出行者出行一次所消耗的時(shí)空量，確定出整個(gè)路網(wǎng)的容量。這種建立在時(shí)空資源消耗概念下的路網(wǎng)容量計(jì)算方法具有科學(xué)直觀、實(shí)用有效等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的城市交通規(guī)劃中。該方法是以道路有效運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度與有效運(yùn)營(yíng)時(shí)間的乘積作為路網(wǎng)的時(shí)空總資源，其目標(biāo)是計(jì)算交通設(shè)施在時(shí)空總資源的約束下，單位時(shí)間空間內(nèi)所能服務(wù)的最大交通個(gè)體數(shù)。

其中，N為高峰小時(shí)路網(wǎng)容量，為第等級(jí)道路容量，可以表示如下：

Lij=第i等級(jí)道路第j條道路長(zhǎng)度，單位為米;

Kij=第i等級(jí)道路第j條道路車道數(shù)，無量綱;

T=各等級(jí)道路在高峰時(shí)段的有效運(yùn)營(yíng)時(shí)間，高峰小時(shí)取為60分鐘;

Ri=第i等級(jí)道路時(shí)空資源綜合利用系數(shù)，無量綱;

ci=第i等級(jí)道路上個(gè)體車輛時(shí)空資源消耗，單位為米/秒;

li=第i等級(jí)道路上機(jī)動(dòng)車平均車頭間距，單位為米;

t=機(jī)動(dòng)車出行在區(qū)域路網(wǎng)上平均耗時(shí)，單位為分鐘。

由此可得路網(wǎng)容量為：

2．3 路網(wǎng)容量影響因素

(1)客、貨源集散點(diǎn)與路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的匹配程度。城市居民出行需求和路網(wǎng)容量是密切相關(guān)的，因?yàn)榍罢呤呛笳叩姆?wù)對(duì)象，城市核心區(qū)道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與居民出行交通需求(乘客、貨源集散中心)在空間結(jié)構(gòu)的一致程度將對(duì)實(shí)際的路網(wǎng)容量產(chǎn)生一定的影響。在計(jì)算城市路網(wǎng)容量時(shí)，需要具體考慮城市路網(wǎng)布局與等級(jí)結(jié)構(gòu)特性，對(duì)理想路網(wǎng)容量進(jìn)行合理修正。

(2)交通個(gè)體的路徑選擇行為。出行習(xí)慣不同以及對(duì)同一路徑的行程時(shí)間認(rèn)識(shí)不同，導(dǎo)致交通個(gè)體的路徑選擇行為是一種隨機(jī)選擇的個(gè)體行為，由此行為產(chǎn)生的交通分配也必然是一種隨機(jī)分配。對(duì)同一個(gè)路網(wǎng)，如果這種分配與路網(wǎng)結(jié)構(gòu)匹配得好，那么路網(wǎng)的實(shí)際容量就會(huì)大大接近路網(wǎng)的理想容量。

(3)路網(wǎng)的道路與交通條件。路段和交叉口尤其是信號(hào)控制交叉口對(duì)整個(gè)路網(wǎng)容量具有很大的影響。交叉口使車輛產(chǎn)生延誤，影響行車速度，另外交叉口造成了車輛的間斷運(yùn)行，增加了個(gè)體車輛在城市道路網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間資源消耗，從而導(dǎo)致道路容量的減少。

(4)路網(wǎng)的運(yùn)行水平。路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)是路網(wǎng)最大服務(wù)容量的概念，即在特定的速度和行駛時(shí)間、駕駛自由度、舒適和方便程度的條件下，城市道路網(wǎng)所能提供的最大服務(wù)容量。比如將路網(wǎng)交通流大致分為3種運(yùn)行狀態(tài)：暢行、中間過渡以及擁堵狀態(tài)。不同的狀態(tài)，帶給出行者的使用感受是不一樣的，相應(yīng)的路網(wǎng)最大服務(wù)容量也不同。

3 CBD 路網(wǎng)容量分析

3．1 影響范圍確定

為了更加準(zhǔn)確、詳細(xì)、具體的對(duì)寧波市核心區(qū)CBD路網(wǎng)容量進(jìn)行調(diào)查研究分析。目前來看寧波的CBD主要為三江口，主要集中在天一商圈，具體范圍為永豐路—和義路—靈橋路—長(zhǎng)春路—望京路圍合的區(qū)域。

圖1 核心區(qū)路網(wǎng)容量研究范圍

3．2 關(guān)鍵參數(shù)確定

(1)道路長(zhǎng)度和車道數(shù)。道路長(zhǎng)度和車道數(shù)，可以針對(duì)不同道路等級(jí)的每一條路段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。研究區(qū)域內(nèi)主要道路的交通運(yùn)行狀況見表1。

表1 高峰小時(shí)行程時(shí)間及停車延誤數(shù)據(jù)匯總表

排序 調(diào)查路段 里程(km)(km/h) 車道數(shù) 路口延誤占車速總延誤比例2 解放路 2.3 12.1 6 92.1%3 望京路—長(zhǎng)春路 3.4 13.9 3 88.3%4 永豐路—和義路 2.2 / 3/5 中山路 2.0 19.5 6 96.6%6 柳汀街—藥行街 1.9 16.4 6 98.1%7 大沙泥街 0.8 / 4/

(2)車頭間距。車頭間距由行駛的車輛車速?zèng)Q定，根據(jù)2秒車頭時(shí)間距，當(dāng)小汽車以40公里/小時(shí)行駛時(shí)，必須保持22米的車頭間距，以保證行駛安全;道路服務(wù)水平主要根據(jù)車速來劃分，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究成果定義了三個(gè)層次的服務(wù)水平：暢通態(tài)、過渡態(tài)和擁擠態(tài);各等級(jí)道路在不同的服務(wù)水平下，按照2秒的平均車頭時(shí)間距，并考慮最小車輛間隙8米的標(biāo)準(zhǔn)，得出平均車頭間距如表2所示：

表2 各等級(jí)道路上平均車頭間距(m)

(3)路網(wǎng)資源利用系數(shù)。道路網(wǎng)絡(luò)的布局與等級(jí)結(jié)構(gòu)就成為影響城市交通系統(tǒng)容量的主導(dǎo)因素。在進(jìn)行路網(wǎng)容量時(shí)，需要具體考慮城市路網(wǎng)布局與等級(jí)結(jié)構(gòu)特性，對(duì)理想路網(wǎng)容量進(jìn)行修正。考慮到寧波路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和等級(jí)級(jí)配結(jié)構(gòu)，快速路、主干路、次干路和支路各等級(jí)路網(wǎng)的可利用系數(shù)分別取為：1.0，0.9，0.8和0.7。

(4)信號(hào)控制管理效率修正系數(shù)。交叉口對(duì)整個(gè)路網(wǎng)容量具有很大的影響。交叉口信號(hào)組織車輛有序通行，但是信號(hào)和通行車輛不能完全匹配的話，會(huì)導(dǎo)致部分綠燈時(shí)間浪費(fèi)，從而導(dǎo)致了道路容量的減少。考慮寧波市寧波CBD區(qū)域交叉口的管理水平，綠燈時(shí)間的損失在10%左右，信號(hào)控制導(dǎo)致與交叉口連接的主干路、次干路和支路路網(wǎng)容量折減的系數(shù)取為0.9，對(duì)快速路沒有影響。

(5)車流干擾修正系數(shù)。城市道路機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)置的水平高低對(duì)車流的通行能力也有一定的影響，通常城市道路車道寬度為3.5米到3.75米。寧波CBD區(qū)域主干道及以下城市道路機(jī)動(dòng)車車道的寬度平均為3.25米左右，據(jù)此車流干擾系數(shù)取為0.975;快速路等級(jí)較高，車流干擾修正系數(shù)取為1.0。

(6)方向不均衡修正系數(shù)。合寧波市的實(shí)際情況，調(diào)查數(shù)據(jù)顯示路段方向不均勻系數(shù)平均為0.55，據(jù)此得出的方向不均衡修正系數(shù)為0.91。

3．3 路網(wǎng)容量分析

(1)路網(wǎng)容量計(jì)算。路網(wǎng)容量計(jì)算變量如表3所示。

表3 路網(wǎng)容量變量

結(jié)合寧波市“十二五”發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)“十二五”之后寧波市區(qū)路網(wǎng)里程車道數(shù)年均增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)在1%～6.5%之間，CBD區(qū)域道路建設(shè)已接近成熟，可取下限1.0%。據(jù)此得到現(xiàn)狀2015年，在暢通態(tài)、過渡態(tài)以及擁擠態(tài)條件下，寧波市CBD路網(wǎng)分別可以同時(shí)容納0.86萬輛、1.26萬輛、1.73萬輛小汽車行駛。

(2)CBD車輛保有容量計(jì)算。機(jī)動(dòng)車保有量計(jì)算模型如下：

P=市區(qū)機(jī)動(dòng)車保有量上限，單位為輛;

N=核心區(qū)高峰小時(shí)路網(wǎng)容量，單位為輛(次);

Kt=高峰小時(shí)出行占全天出行比例，無量綱;

Ks=市區(qū)機(jī)動(dòng)車出行進(jìn)入核心區(qū)比例，無量綱;

Td=機(jī)動(dòng)車每天平均出行次數(shù)，單位為次/輛。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)獲得相關(guān)計(jì)算參數(shù)，見表4。計(jì)算出CBD早高峰小時(shí)交通出行總量約為17145pcu/h。

表4 機(jī)動(dòng)車保有量計(jì)算參數(shù)

(3)車輛保有量與路網(wǎng)容量飽和度分析。路網(wǎng)容量飽和水平是衡量城市中機(jī)動(dòng)車發(fā)展規(guī)模與路網(wǎng)容量是否相適應(yīng)的定量指標(biāo)。將高峰小時(shí)機(jī)動(dòng)車交通出行服務(wù)量與路網(wǎng)容量進(jìn)行比較，則可求得交通出行與路網(wǎng)的飽和水平，或者說現(xiàn)狀機(jī)動(dòng)車的保有量和路網(wǎng)可承載機(jī)動(dòng)車容量的飽和水平，計(jì)算模型為：

k為飽和水平，無量綱;VOD為高峰小時(shí)交通出行總量。

當(dāng)飽和水平k＞1時(shí)，說明在一定的服務(wù)水平下路網(wǎng)容量小于機(jī)動(dòng)車出行總量，路網(wǎng)容量無法滿足機(jī)動(dòng)車出行需求，道路交通進(jìn)入擁堵狀態(tài)，需要對(duì)機(jī)動(dòng)車出行量進(jìn)行引導(dǎo)和控制，否則道路服務(wù)水平將下降;當(dāng)飽和水平k＜=1，說明機(jī)動(dòng)車總量小于路網(wǎng)容量，路網(wǎng)容量可以滿足機(jī)動(dòng)車出行需求。計(jì)算得到寧波CBD的飽和水平為0.99，說明該區(qū)域高峰時(shí)段處于擁堵狀態(tài)。

4 結(jié)論

(1)寧波市CBD在暢通態(tài)、過渡態(tài)以及擁擠態(tài)條件下，路網(wǎng)容量分別為0.86萬輛、1.26萬輛、1.73萬輛。

(2)早高峰時(shí)段，寧波CBD車輛保有量與路網(wǎng)容量飽和度約為0.99，區(qū)域路網(wǎng)處于擁堵狀態(tài)。按照現(xiàn)狀小汽車自由發(fā)展態(tài)勢(shì)，寧波CBD高峰時(shí)段已經(jīng)不可避免地達(dá)到飽和狀態(tài)。

(3)要保障路網(wǎng)運(yùn)行服務(wù)水平，使其在低于飽和水平狀態(tài)下運(yùn)行，必須重視“建、管、調(diào)”原則，多管齊下。新建、改建、擴(kuò)建道路，適度增加路網(wǎng)容量;通過增加停車收費(fèi)、出行擁堵收費(fèi)等政策增加小汽車使用成本，減少小汽車出行強(qiáng)度;落實(shí)公交優(yōu)先政策，疏堵并用，鼓勵(lì)居民通過公交方式出行，減少小汽車出行方式比例。