路網密度對城市公共汽車交通發展的影響

蔡 軍，路曉東

(大連理工大學建筑與藝術學院，遼寧大連116024)

路網密度對城市公共汽車交通發展的影響

蔡 軍，路曉東

(大連理工大學建筑與藝術學院，遼寧大連116024)

結合統計數據的量化分析對判斷路網密度及作用具有重要意義。從路網模式、車流特性及信號控制、交通擁堵三個層面闡述路網密度提升對促進公共汽車交通發展的作用機理。基于2007—2010年《中國統計年鑒》相關數據，量化分析路網密度與公交客運密度的關系以及路網密度對交通結構的影響，從宏觀層面驗證路網加密對公共汽車交通發展的促進作用。最后，結合舊金山、香港、首爾等城市路網案例，進一步指出借助路網加密促進公共汽車交通發展，不僅需要城市干路體系的支持，更需要城市支路體系的支持。

路網密度；路網模式；公共汽車；交通結構；支路

1 研究現狀

20世紀上半葉，以步行服務為主導的傳統高密度、方格網道路在機動化交通發展后遭到質疑。美英等國家提出路網分級和鄰里單元理念[1]，推崇逐級銜接原則和枝狀路網結構[2]。這導致美國城市典型路網模式的改變，主要表現為路網間距加大、斷頭路增多和支路網密度降低(見表1)。既往研究認為高密度、方格網型路網可使居民更為自由地選擇出行方式和路線，為步行、自行車等交通方式提供便利的發展空間，與城市公共交通發展相適應[5-6]。新城市主義主張采用高密度路網(見圖1)滿足機動車、公共汽車、自行車和步行的交通需求[7-8]。文獻[9]對舊金山灣區1.44萬個居民的出行調查數據進行分析，發現交叉口密度增加(交叉口密度與路網密度成正比)會促進選擇步行和公共汽車出行概率的增加。文獻[10]發現交叉口密度最高的地區比密度最低的地區每車的車公里數少26%。

在國內研究方面，文獻[11-14]認為路網密度不足會導致居民出行不便，降低步行、自行車、公共汽車的競爭力，使人們更加依賴私人小汽車。文獻[15]通過Trans CAD軟件計算，認為較低的路網密度和較嚴格的道路交通管制均會降低城市路網的可達性，導致機動車出行分擔率提高以及步行和自行車出行分擔率降低。與上述觀點相反，文獻[16]認為在中國高密度城市形態下，由于城區擴張和收入水平提高，形成了以小汽車為主導的混合通勤結構，而小尺度街區、密集路網等土地利用變量則是助長小汽車通勤的誘因，并進一步指出公共汽車線網密度在步行與小汽車、電動自行車與小汽車的比較中均表現為有助于提高小汽車通勤的選擇概率。

圖1 斷頭路大街坊與方格網小街坊Fig.1 The large-scale block with cul-de-sac vs.the small-scale block with grids

2 路網密度與公共汽車交通發展的內在機理

2.1 路網模式

公共汽車線路布設需要滿足一定的橫斷面寬度(車道數)和道路線形條件，并保障一定的交通秩序和速度。公共汽車行駛速度比社會車輛低，且進出站需要利用邊側車道，因此邊側車道對公共汽車運行具有重要影響。設可布設公共汽車線路的路網密度為D公交，公共汽車可應用的邊側車道密度為D公交車道；對于雙向路網， D公交車道=2D公交。公共汽車選線時，曲折的線路不利于保障車速，并造成迂回；丁字路、斷頭路不適于公共汽車運行。因此，方格網或類格網型道路適于公共汽車運行，特別是其中高密度、連續性、體系性較好的路網。對于可供公共汽車運行的道路體系，道路橫斷面車道數量越多，便于公共汽車利用的邊側車道在總車道資源中所占的比例越低。對于高密度路網，可通過單向交通等組織方式保障其良好運行，該類案例亦較多見。不可否認，某些過密的路網會由于路幅偏窄、交叉口偏密而降低公共汽車運行效率，但鑒于路網規劃的相關技術要求和高密度路網的應對策略，出現路網密度過高而造成公共汽車運行效率下降的可能性極小。因此，通常較密的路網更有利于公共汽車適用車道密度的提高，也更有利于公共汽車發展。

表1 美國城市路網演變Tab.1 Evolution of US urban road network

2.2 車流特性及信號控制

設同一道路上公共汽車-社會車輛速度差與道路平均車速之比為λ速度差比。對于連續行駛、無信號控制的道路(如快速路)，λ速度差比與公共汽車的停站時間正相關。對于有信號控制的道路，城市干路可按社會車輛的運行需求設置信號配時以實現綠波交通。然而由于停站需求，公共汽車很難跟上綠波，因此實施綠波控制的城市干路對社會車輛車速的促進作用大于對公共汽車的促進作用。而支路借助干路交通控制的剩余可穿越空擋進行交通組織，很難實現綠波交通控制。公共汽車在支路上運行時，支路小于干路因此，高等級道路在微觀層面更利于社會車輛運行效率的相對提高，會影響居民出行方式選擇向個體機動化交通轉移。此外，與支路相比，干路上運行的公共汽車具有相對于自行車更高的速度，這有利于提高相對于非機動車的競爭力。但也應注意，干支路網密度增大有助于公共汽車線網加密，乘客到站、離站距離較小，也有利于公共汽車競爭力的增強。

2.3 交通擁堵

當交通壓力較大時，往往采用延長信號周期的辦法。對于相鄰0.5～0.6km的干路交叉口，適宜的相位差為40～60 s，對應的綠波帶速為30～54km·h-1，信號周期為80～120 s。由于交通壓力大，假設將信號周期延長至160s時，對應的綠波帶速降為22.5～27km·h-1。然而車輛從上游交叉口行駛至下游交叉口排隊的過程中，速度大于綠波帶速，假定平均速度為36km·h-1，則所需時間為50 s，相對于相位差可余30 s。該時間可用于停站與乘客上下車，這種情況下公共汽車運行有可能與綠波協同。在未出現擁堵、一個信號周期內可以通過交叉口時，公共汽車相對于社會車輛的競爭力有所提高。如果兩個信號周期才能通過，公共汽車的停站上下客時間也與信號等候時間重合，雖然未能實現按照綠波帶速通行，但公共汽車與社會車輛的速度差異變小。

此外，在擁堵情況下，干路的實際車速與不考慮綠波控制的支路車速更為接近，路網等級差異帶來的交通效用差別減小。但由于公共汽車運力受到影響，會產生車內擁擠，而社會車輛為專用車輛，不存在車內擁擠。因此，擁堵導致的速度差異減小所帶來的公共汽車競爭力相對提升，因公共汽車內擁擠而部分抵銷。該情況下，公交專用車道設置、交叉口公交優先有利于公共汽車速度提升和吸引力提高。多車道道路便于公共汽車線路的集中和專用車道的設置。而高密度路網具備更多的車道資源，有條件提供公交專用車道，并可能提供公交專用路。

3 量化與普適分析方法探索

3.1 量化與普適分析的必要性

鑒于交通組織的一般要求，過高或過低的路網密度較為少見。因此，問題的關鍵在于路網加密對常規密度路網改善交通組織的實際作用如何。關于路網密度與公共汽車發展的機理分析表明：提高路網密度對公共汽車發展具有促進與抑制雙重作用，但促進作用相對較大。國內相關研究以機理性邏輯推斷、模型測算為主，類似文獻[9-10]的統計分析較少，且文獻[16]通過杭州的量化分析提出對立觀點。

模型測算研究存在簡化交通方式競爭和道路運行狀態的問題。僅憑國外數據、機理分析得到的路網密度提高對公共汽車發展具有促進作用的結論，可以用不合國情、理論可行而實踐未知等理由予以反駁。即便可以用中國部分城市的統計數據予以證明，還可用不符合市情而予以回絕。更為重要的是，在機動化快速發展的今日，不少城市的公共交通出行分擔率下降，借助公共汽車發展數據驗證路網加密的實際作用幾無可能。路網加密、路網等級結構改善對公共汽車發展的促進作用極可能隱含在對私人小汽車使用率提高的減緩作用中。因此，采用量化、普適方法深入分析路網密度對公共汽車發展的實際影響具有重要的理論與實踐意義。

3.2 量化分析的可能性

中國可獲取的居民出行調查數據較少且陳舊，很少有某一城市的連續性數據和全套數據。更為關鍵的是，該類數據往往缺乏對應年份的路網密度統計。因此，很難通過居民出行調查成果得到大量可用于路網密度與公共汽車出行影響關系分析的有效數據。而采用歷年《中國統計年鑒》中具有年度連續性的相關數據則可在一定程度上解決上述問題。

表2展示了2010年中國各省市的城市、就業、道路、機動化規模及公共汽車使用情況。其中，就業人口密度為城鎮就業人口與城區面積(即城市轄區面積)的比值，由于各地區人口的年齡結構及就業人口占總人口的比例差異較小，故可用以代表人口密度，以消除戶籍人口與城市人口差異的影響；個體機動車密度為各省(市)個體小型客車擁有量與城區面積之比，可用以代表私人小汽車擁有率；路網密度為道路長度與建成區面積之比；公交客運密度為公共汽車交通年客運量與建成區面積之比。年末道路長度指年末道路長度以及與道路相通的橋梁、隧道的長度，按車行道中心線計算；路網密度的統計標準為只統計路面寬度在3.5 m及以上的各種鋪裝道路，包括開放型工業區和住宅區道路，不含封閉小區、工廠、大學等的內部道路。這與城市規劃中所界定的城市道路雖存在統計口徑差異，但城市建成區新增且列為市政道路的道路寬度一般大于7 m，因此3.5 m以上寬度的市政道路與城市規劃中的城市道路長度統計較為接近，依然可用該值替代城市路網密度。由此，統計年鑒的相關數據提供了量化分析的可能，并可利用多年連續數據展開分析。

表2 2010年中國各省(市)相關統計數據Tab.2 Statistic data of Chinese provinces(cities)in 2010

3.3 相關數據的適用性

年鑒數據為各省(市)上報的數據，含各省(市)隸屬城市。但年鑒數據的準確性常常存在質疑，故本文通過統計數據與平均數據的偏離度、統計數據對社會經濟情況的反映程度判斷所選數據的可靠性。

2010年全國平均城區就業人口密度730.39人·km-2，個體機動車擁有量257.06輛·萬人-1，路網密度7.11km·km-2，公交客運密度35.32萬人次·km-2。可將全國平均值作為標準值1，對全國各省(市)的就業人口密度、個體機動車擁有量、路網密度、道路平均寬度、公交客運密度的相對值展開分析。由圖2可見，多數省(市)的城區就業人口密度、個體機動車擁有量、公交客運強度、城區路網密度、道路平均寬度為平均值的0.5～1.5倍，偏離較小，說明統計口徑較一致。

城鎮就業人口與戶籍人口比越高，表明該地就業率越高、人口吸引力越大。全國城鎮就業人口與戶籍人口比平均值為0.097。由圖3可見，北京、天津、山西、遼寧、黑龍江、上海、浙江、福建、廣東、新疆高于全國平均值；廣東高出較少，與常識認知存在偏差。總體來看，就業崗位與戶籍人口比與近5年人口增長率較吻合。

雖然部分省(市)的數據偏離常態，但年鑒中的多數數據依然反映了客觀現實，可信度較高。特別指出，該類數據涵蓋了全國多數城市；不同省(市)的隸屬城市在布局、規模等方面具有差異性，省(市)的合計值消除了具體城市比較時個性差異的影響。因此，該類數據比居民出行調查數據更具普適性。

圖2 2010年中國各省(市)城區統計指標分析Fig.2 Statistical indicators analysis of Chinese provinces(cities)in 2010

圖3 2010年中國各省(市)城鎮就業人口與戶籍人口比及人口增長率Fig.3 Ratio of urban employment population and household population,population growth rate of Chinese provinces(cities)in 2010

圖4 2007—2010年中國部分省(市)公交客運密度統計值與模擬值Fig.4 Statistic and regressed values of bus ridership density of Chinese provinces(cities)in 2007—2010

4 路網密度與公共汽車交通發展的量化分析

4.1 路網密度與公交客運密度的關系

單位用地上的公交客運密度與居住人口密度正相關，居住人口密度與就業人口密度成正比，因此公交客運密度與就業人口密度正相關。如圖2所示就業人口密度與公交客運密度相對值的相隨關系證明了這一點。根據常理，個體機動車密度越高，私人小汽車擁有率越高，公共交通出行分擔率越低，因此公交客運密度與個體機動車密度負相關。設公交客運密度為y，就業人口密度為x1，個體機動車密度為 x2，路網密度為x3，對應的參數分別為a1，a2，a3，常數為c。可初步判定，a1應為正值，a2應為負值。若回歸分析得到的a3為正值，則路網密度提高有利于公共汽車發展。

如圖4所示，2007—2010年中國部分省(市)年公交客運密度統計值與模擬值擬合效果良好。表3中回歸分析的決定系數(Coefficient of Determination)較大，回歸分析可信；參數a1為正，a2為負，驗證了前文推斷。a3為正，表明路網加密有利于公共汽車交通發展。

4.2 路網密度對交通結構的影響

個體機動車密度與私人小汽車擁有率成正比關系。若高路網密度有利于公交客運密度與個體機動車密度比值的提高，也就意味著高密度路網更有利于交通結構改善。如表4所示為2007—2010年各省(市)公交客運密度與個體機動車密度比值的回歸參數；圖5為統計值與模擬值比較。鑒于建成區面積、就業人口、路網長度統計口徑的差異，故在進行分析時去除就業人口密度、路網密度、公交客運密度的異常數據。

交通結構的影響因素還包括當地的地形、氣候、交通政策、城市布局、人均收入等。該回歸分析基于104個樣本數據，雖然決定系數R2僅為0.528 5，但仍證明路網密度提高對交通結構優化和公共汽車交通發展具有促進作用。基于2010年平均城區路網密度值(7.11km·km-2)，城區路網密度提高1%對選擇公共汽車的促進作用與個體機動車密度提高7%對選擇公共汽車的抑制作用相當。

5 支路的作用

舊金山是美國人口密度最高和公共交通最發達的城市之一。舊金山市區的主干路為方格網型，其路網的主要差別為支路的模式與密度(見圖6)。如圖6a所示路網密度為15.7km·km-2，比圖6b高30%以上；圖6a中公共汽車站密度為14.75個·km-2，比圖6b 7.75個·km-2高1倍；圖6a中交叉口密度比圖6b高近4倍。文獻[9]調查發現交叉口密度增加25%，選擇步行的概率增加45%，選擇公共汽車的概率增加62%；路網密度提高1%，選擇公共汽車的概率增加2.5%。

表3 公交客運密度回歸參數Tab.3 Regression parameters of bus ridership density

香港擁有高密度支路網，發達的支路和公共汽車線路成為香港公共交通的有力支撐，例如荃灣、紅磡、中環等地區。韓國經歷了從蠶院洞(Jamwon-Dong)、新川洞(Sincheon-Dong)等大間距路網居住區到注葉洞(Juyeop-Dong)、木瀆洞(Mudu-Dong)等高密度路網居住區的演變過程；富川、首爾的新規劃片區(高層住宅)往往采用9～10km·km-2的路網密度。《城市道路交通規劃設計規范》(GB 50220—95)特別指出“城市支路應滿足公共汽車運行要求”。文獻[17]認為，發達的支路系統有利于布設公共汽車線路并提供便捷的步行、自行車體系接駁公共汽車；建議城市居住區和中心城區的支路網密度分別為8～10km·km-2，12～16km·km-2。文獻[18]認為以軌道交通、公共汽車和私人小汽車為主導的居住區路網密度可提高至8～12km·km-2。

現代交通應從“只有增加機動車道寬度才能適應交通發展”的思路轉變為“合理布設道路網絡，辟通主干路兩側次干路、支路，分流交通流，使城市交通既暢通又可達”的觀念[19]。發達的支路不但可以布設公共汽車線路，還有利于縮短步行到站(含干路、支路車站)距離，因此支路密度提高具有增加步行和公共汽車選擇概率的雙重作用。路網密度，尤其是通行公共汽車的城市道路網密度，需要干路的支持，更需要支路的支持。

6 結語

本文采用中國省級行政區的數據，從宏觀層面通過量化分析驗證了路網加密、路網結構改善對公共汽車交通發展的促進作用。加密公共汽車通行道路以及在其基礎上增設公交專用車道(路)，是從路網角度保障公共汽車交通發展的有利條件。在寬疏、窄密之間，不只是道路通行能力的提升，更是實現理想交通結構的有效保障。

表4 2007—2010年公交客運密度與個體機動車密度比值的回歸參數Tab.4 Multiple regression parameters between bus ridership density and private vehicle density in 2007—2010

圖5 公交客運密度與個體機動車密度比值的統計值與模擬值比較Fig.5 Comparison on statistical data with simulated value of the ratio between bus ridership density and private vehicle density

圖6 舊金山灣區住區路網比較Fig.6 Comparison on road network patterns within residential areas in San Francisco BayArea,US

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Impact of Road Network Density on Promoting Bus Traffic Development

Cai Jun,Lu Xiaodong
(School of Architecture&FineArt,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China)

Quantitative analysis with statistical data is important to estimate road network density and evaluate its functions.Elaborates the impacts of road network density to bus traffic development in the aspects of traffic network features,flow patterns and traffic signal control as well as traffic congestion.Using data from Chinese statistical Yearbook(2007—2010),the paper analyzes the relationship between road network density and bus ridership density,and the impact of road network density on transport patterns.It also verifies a positive impact of increasing road network density to promote bus traffic development at macro scope.Finally,by discovering cases of San Francisco,Hong Kong,and Seoul,the paper further highlights a critical role of enhancing collector and local road network density in boosting bus traffic development.

road network density;road network modes;bus;traffic structure;collector and local road

1672-5328（2016）02-0001-09

U491

A

10.13813/j.cn11-5141/u.2016.0201

2014-01-01

國家自然科學基金項目“面向交通結構優化的支路網規劃理論與方法研究”(51278075)；國家自然科學基金項目“面向城市規劃的道路交通噪聲預估與住區聲環境保障技術研究”(51208074)

蔡軍(1970—)，男，山東平原人，博士，教授，主要研究方向：城市路網規劃、城市交通規劃。E-mail:caimans@126.com