城市道路網連通性評價指標探析

周 濤，但 媛，朱軍功

(重慶市交通規劃研究院，重慶400020)

0 引言

道路網絡是車輛運行的基礎，保障路網結構的合理性，提高路網連通性，有利于車流的合理組織與分配，是緩解城市交通擁堵的重要措施之一。北京、重慶等城市已逐步認識到提高路網連通性的重要性，并付諸實踐。北京“十二五”規劃綱要中提出“大力推進中心城微循環道路建設，逐步消滅斷頭路，提高路網連通性和通達性”。

目前，路網連通性評價在公路網中運用較為普遍[1-2]，但針對城市道路網的相關研究較少，一般通過連接度指數來反映[3]。連接度指數在一定程度上可以反映城市道路網的連通性，但不能全面反映路網連通性的現存問題。這是由于城市道路網中，交叉口組織管理模式的差異會造成路網連通性實質上的不同。如北京、成都、昆明等城市均在快速路及干路沿線采用了禁左、右進右出的交通管理模式，香港、上海等城市在部分區域進行了單向交通組織。這些組織管理模式在一定程度上降低了路網連通性，但現有指標不能對其進行反映。

重慶受山水條件的影響，道路網“錯位交叉口多、右進右出交叉口多”等連通性差的現象更為顯著，由此導致的“少數干路車流集中、其他道路利用不足”等交通問題已相當突出[4]，加劇了主城區主要干路和節點的交通擁堵，亟須開展相關研究并盡快實施改善。為更好描述“非完全互通立交、轉向限制、單向交通”等實際交通設計和管理條件下的路網連通性，本文擬對現有連通性評價指標進行改進。

1 現有評價指標及其問題

連接度指數是城市道路網規劃評價指標體系中的常用指標，在一定程度上可以反映城市道路網的連通性。本文在了解連接度指數基本定義的基礎上，進行微觀解讀，以進一步明確其物理意義。

1.1 連接度指數的一般理解

連接度指數是與路網總節點數和總邊數有關的指標，其計算公式[3]為

式中：J為路網連接度指數；N為道路網節點數量；mi為第i節點所鄰接的邊數；M為道路網總邊數(路段數)。

連接度指數是評價路網結構合理性的指標之一，是反映道路網成網性和可靠性的重要指標，通常被用來衡量路網的成熟程度。一般認為，連接度指數越高，路網斷頭路越少，成網率越高；反之，則表明成網率越低。文獻[3]考慮方格網在中國城市路網中最為常見，通過計算路網節點數與連接度數的關系指出，國內中小城市的路網連接度值應為3.2～3.5，而大城市則應為3.6～3.9。

1.2 連接度指數的微觀意義

現有研究主要從節點與邊的關系對連接度指數進行宏觀解讀，而缺乏對其微觀意義的理解。結合復雜網絡、圖論等相關概念[5]，本文對連接度指數的微觀意義進行深入解讀。

在式(1)中，mi為第i節點所鄰接的邊數，即圖論中節點的度數，其與交叉口的類型有關，五路交叉口為5、十字形交叉口為4、T字形交叉口為3、斷頭路為1。因此，連接度指數計算公式可簡化為

式中：n斷為斷頭路數量；nT為T字形交叉口數量；n十為十字形交叉口數量；n五為五路交叉口數量。

從而，連接度指數可通過統計路網中交叉口的類型而簡化計算，便于該指標的應用。而對連接度指數的物理意義也更為明確，即為路網中交叉口平均連接的道路條數(道路網絡的平均度)，反映出路網中各類型交叉口(十字形、T字形、斷頭路等)的比例關系，是反映城市路網這一復雜網絡連通性特征的一種統計指標。

1.3 現有指標的問題

在一定路網密度下，連接度指數能反映路網拓撲結構的連通性。而實際路網中，受交叉口規劃設計及交通組織管理等影響，可能會使交叉口轉向不全，導致交叉口自身不能完全連通，從而影響路網的連通性。現有指標存在的問題有以下三點。

1.3.1 不能反映干路沿線右進右出現象的影響

為保證快速路及交通性主干路的運行效率，在其兩側采用“右進右出”交通組織較為普遍，如北京、成都、昆明等城市的干線兩側銜接的次、支道路多采用這一模式。

重慶市主城區交通性干路兩側的沿線交叉口也大多采用右進右出交通組織方式，導致干路兩側的次、支道路看起來連通實際上不連通，必須通過重要交通節點才能進行轉向，進而導致干路上車流匯聚與集中，加大重要節點轉向壓力。

干路沿線交叉口的右進右出是導致重慶市主城區路網連通性差的重要因素之一，而現有連接度指數不能反映這種“右進右出”現象對路網連通性的影響。

1.3.2 不能反映部分立交功能不全的影響

由于受到建設條件限制、建設思路影響，重慶市主城區部分立交功能不全。如圖1所示三種立交，均為四路相交，但連通性存在很大差異：紅旗河溝立交，為環形加兩個直行上跨，各轉向功能完全；金龍橋立交，為主要方向右進右出，次要方向上跨，各向均不能左轉；星光立交為分離式立交，各向只能直行。這些立交功能的差異對路網連通性的影響不能通過連接度指數來反映。

圖1 三種立交功能差異示意Fig.1 Three typical interchanges with different functionalities

1.3.3 不能反映禁左等交通組織管理的影響

除交叉口自身功能不全對路網連通性的影響外，禁左、禁止掉頭等交叉口管理以及路段單向交通組織等也對路網連通性造成一定影響，這種影響同樣不能通過連接度指數進行反映。

2 路網連通度指數的提出

為進一步反映立交功能不全、交叉口右進右出、禁左管理等造成交叉口轉向不全，進而導致路網連通性變差的現象，本文提出反映路網連通性的新評價指標——路網連通度指數。

2.1 路網連通度指數的定義

路網連通度指數類比于連接度指數，定義為路網中所有交叉口的節點連通度的統計平均值。節點連通度類比于節點的度數，定義為交叉口實際轉向數與交叉口進口方向數的比值，可反映交叉口各進口實際可轉向數的平均值。路網連通度指數的計算公式為

式中：Js為道路網的路網連通度指數；si為交叉口i的節點連通度；N為道路網節點數量；ri為交叉口i的實際可轉向數，通過具體情況進行統計，需考慮交叉口的掉頭；為交叉口i的進口方向數。例如，兩條道路均為雙向通行的十字形交叉口，為4；兩條道路為一條單向通行，另一條雙向通行的十字形交叉口，為3；兩條道路均為單向通行的十字形交叉口，dini為2。

2.2 路網連通度指數的價值分析

2.2.1 節點連通度的作用

節點連通度是針對具體交叉口的微觀指標，類似于節點的度數，且與節點的度數密切相關；當交叉口轉向完全時，節點連通度等于節點的度數，即轉向完全的十字形交叉口節點的度數為4，轉向完全的T字形交叉口節點的度數為3。而由于立交功能不全、交叉口右進右出管理及單向交通組織等導致交叉口轉向不全時，節點連通度將低于節點的度數。節點連通度的具體作用可歸納為以下三點。

1）反映干路沿線右進右出對節點連通性的影響。

節點連通度能反映右進右出等連通方向不全對路網連通性造成的影響。如表1所示，對于十字形交叉口，當節點轉向完全時，節點連通度為4；當采用右進右出管理時，節點連通度降為2。對于T字形交叉口，當節點轉向完全時，節點連通度為3；當采用右進右出管理時，節點連通度降為5/3。

2）反映立交功能不全對節點連通性的影響。

節點連通度可反映由于缺少部分方向導致立交不完全互通的現象。表2所示為重慶市典型交叉口案例。紅旗河溝立交為兩主方向上跨，其余轉向為平面組織，雖通行能力受平面交叉口限制，但功能完全，節點連通度為4；鴛鴦立交雖為完全互通蝶形立交，但僅有一個方向有掉頭功能，節點連通度為3.25，因此，對于沒有考慮掉頭功能的完全互通立交，雖通行能力大，但其節點連通度可能比一般平面交叉口低；金龍橋立交為典型右進右出加上跨模式，節點連通度為2.5；星光立交這種分離式立交，節點連通度僅為1。

3）反映路段交通組織管理對節點連通性的影響。

表1 右進右出管理下節點連通度計算示例Tab.1 Node connectivity with turning restrictions

表2 典型立交節點連通度計算示例Tab.2 Connectivity index for typical interchanges

節點連通度能反映單向交通組織對路網連通性的影響。如表3所示，單向交通組織的路段數量不同，對節點連通度的影響不一致。單向交通組織的路段越多，節點連通度越低。對片區路網進行單向交通組織時，若相交四個路段均為單向，則對路網連通性會造成較大影響。這也說明，在片區進行單向交通組織，應有較為嚴格的要求，需要很高的路網密度作為保障。

表3 單向交通組織下節點連通度計算示例Tab.3 Node connectivity under one-way traffic organization

2.2.2 路網連通度指數的作用

路網連通度指數是針對路網的宏觀指標，與連接度指數密切相關。當路網中所有交叉口的轉向均完全時，路網連通度指數等于連接度指數；當交叉口轉向不完全時，路網連通度指數低于連接度指數，且路網連通度指數相比連接度指數下降的幅度表明路網中路網連通性受右進右出、單向交通組織等的影響程度。

綜上所述，路網連通度指數在連接度指數的基礎上，進一步反映了右進右出、立交轉向不全、單向交通組織等對路網連通性造成的影響。

3 評價指標的應用

本文選取重慶市主城區的三個典型片區進行現狀路網的連通性評價。三個典型片區分別為解放碑、觀音橋及冉家壩：解放碑片區為城市老中心區，路網密度相對較高；觀音橋片區為城市新發展中心區，受干路分隔嚴重；冉家壩片區為2000年后逐步發展的居住辦公區，路網較為方正。三個片區1.2 km2內的現狀路網如圖2所示。

對三個典型片區進行連通性評價，結果如表4所示。評價結果表明：觀音橋片區無論從路網連接度指數還是連通度指數來說，其連通性均是三個片區最差的，尤其路網連通度指數遠低于其他片區，這與人們對該片區的實際感受相符；與解放碑片區相比，冉家壩片區的路網較為方正，連接度指數較高，但由于受到快速路的影響，路網連通度指數下降，與解放碑的路網連通度指數相當。

圖2 三個典型片區路網示意Fig.2 Roadway networks in three typical areas in Chongqing

表4 主城區三個典型片區路網連通性評價結果Tab.4 Roadway connectivity of three typical areas in the main urban area

4 結語

本文在深入解讀既有路網連通性評價指標——連接度指數的基礎上，針對城市路網存在的“立交功能不全、交叉口轉向限制(如右進右出、禁左)、單向交通組織”等導致路網連通性差的典型現象，提出節點連通度和路網連通度指數來進一步反映路網連通性的差異。由于城市交通網絡的復雜性，路網連通性只是路網的一種特性，并非路網的連通性越好，路網的整體運行效率越高。因此，針對不同等級的道路，如何設定其路網連通性使路網整體運行效率更高，值得進一步研究。

[1]施耀忠，陳學武，劉小明.公路網規劃的技術評價指標與評價標準研究[J].中國公路學報，1995，8(1)：120-124.Shi Yaozhong,Chen Xuewu,Liu Xiaoming.Technical Evaluation Indicator and Standard in Highway Network Planning[J].China Journal of Highway and Transport,1995,8(1):120-124.

[2]徐軍，羅嵩齡.公路網連通性研究[J].中國公路學報，2000，13(1)：95-97.Xu Jun, Luo Songling.A Study of Connectness for the Highway Network[J].China Journal of Highway and Transport,2000,13(1):95-97.

[3]陸建，王煒.城市道路網規劃指標體系[J].交通運輸工程學報，2004，4(4)：62-67.Lu Jian,Wang Wei.Planning Indices System of Urban Road Network[J].Journal of Traffic and Transportation Engineering,2004,4(4):62-67.

[4]但媛，周濤，朱軍功.山地城市道路網連通性改善策略-以重慶市主城區為例[C]//中國城市規劃學會.多元與包容——2012中國城市規劃年會論文集.北京：中國城市規劃學會，2012.

[5]吳建軍，高自友，孫會君，趙暉.城市交通系統復雜性——復雜網絡方法及其應用[M].北京：科學出版社，2010.