基于路網承載力的小汽車發展調控研究

王世能， 羅 超

(1.重慶市交通規劃研究院，重慶 401120；2.重慶通拓交通規劃設計有限公司，重慶 401147)

一、引言

小汽車的快速增長是助推城市道路機動化進程的主要因素，同時隨著城市規模擴張、社會經濟快速發展、居民生活水平的提高，小汽車保有量井噴式增長，給城市交通帶來巨大壓力。緩解交通擁堵，科學管控小汽車保有量，已成為城市可持續發展的重要議題。

城市宏觀交通預測模型如基于四階段法的路網交通分配模型、支持向量機的函數估計模型等，已被越來越多的城市在交通規劃階段運用于模擬城市道路交通運行狀況，進而延伸運用到城市交通規劃的各分項，并取得一定的效果，但針對城市機動車或小汽車擁有量管控方面的研究成果較少。隨著城市交通擁堵問題凸顯，諸如北京、上海、杭州、廣州、深圳等城市雖然相繼出臺了《關于城市小客車總量調控管理辦法》，但大部分均側重于按周期釋放指標，通過搖號或競價提高擁車成本和掛牌難度的方式配置，沒有對城市階段性小汽車保有總量進行專門研究和管控，小汽車需求發展沒有得到本質性調控。鑒于此，本文以城市土地利用規劃和路網規劃為對象，在城市綜合交通規劃階段利用路網承載力約束模型，確定各小區周邊主要道路的剩余交通承載力，通過設計約束模型，計算出在各階段城市總體規劃條件下城市小汽車最大承載量，結合城市道路建設計劃，分階段確定小汽車增量指標，使城市道路交通供需達到相對平衡的狀態。

二、研究思路

以城市法定控規用地及道路網為基礎，以城市小汽車保有量及階段性增量指標為具體研究對象。一般情況下，城市道路交通按其出行的起訖點可分為內部交通(交通出行起訖點均位于城市研究區域內)、集散交通(交通出行起訖點之一位于研究區域內)、過境交通三大類[1]。為便于研究，以出行的起訖點是否在研究小區為依據，本次研究劃分為過境交通和城區交通兩大類，內部交通和集散交通合并統稱為城區交通。小區出行OD數據依據起訖點不同，可以拆分為城區OD和過境OD兩類，其關系示意如圖1。

圖1 交通出行分類示意

城市交通承載力(UTCC)是指一定時期內，特定土地利用及路網條件下，城市交通設施能實現人或物的最大移動量[2]。本文研究的交通承載力主要指小區周邊主要道路的承載力，其定義為基于特定道路資源和交通環境，在一定時期內利用交通管理技術，并滿足一定交通服務水平的條件下，城市路網所能支撐的最大標準車出行量(passenger car unit)[3]。計算方法主要由以下四部分構成：第一，定義目標小區為i，假設出行起訖點均不在小區i范圍內，則可認定小區i的城區OD為0，同時采用用戶最優平衡法對出行OD進行交通分配，得出小區i的過境交通量。第二，以規劃用地及路網布局結構為基礎，結合城市交通發展模式，在可接受的道路臨界服務水平下得出小區i周邊主要路段的最大交通承載量，減去小區i的過境交通量，可得出路段剩余承載力，再將各主要路段的剩余承載力累加，即可得出小區i的路網剩余交通承載力。第三，根據第二步算出的各小區路網剩余承載力進行累計，可得出研究區域臨界交通承載力。第四，根據臨界交通承載力，結合城市交通發展模式下的交通出行結構，測算小汽車臨界擁有量；依據研究區域年度或階段道路建設計劃，測算小汽車年度或階段增量指標。

圖2 研究框架

三、路網承載力評價模型

(一)路段交通承載力

本文定義路段交通承載力為道路在可接受服務水平下可承載的最大標準車數量，即

C=knμαφ，

(1)

式中：C為在可接受的交通服務水平下的路段最大交通承載力，pcu/h；k為單車道設計通行能力，pcu/h；n為目標路段的車道數，雙向；μ為路段可接受的交通服務水平；α為車道折減系數；φ為道路平面交叉口通行能力折減系數。

(二)過境交通量

在研究區域規劃年居民交通出行OD數據已知且城市土地利用和交通系統保持既有規劃不變的前提下，過境交通OD=小區i出行OD-小區i的城區OD。利用EMME的交通分配模塊，采用基于路徑的交通分配[4](path-based traffic assignment)，得出小區i周邊主要道路l的過境交通量xil。

(三)小區路網剩余交通承載力

小區i路網剩余交通承載力等于小區范圍內路段的剩余承載力之和，即

(2)

式中：Ci為小區i范圍內路網的總體剩余承載力，pcu/h；Cil為小區i中路段l的道路承載力，pcu/h；xil為小區i路段l的過境交通量，pcu/h；N表示小區i有N條路段。

四、小汽車保有量約束模型

(一)模型建立

小汽車保有量約束模型的建立與既定的城市交通發展模式、城市規劃路網體系及剩余交通承載力直接相關。

(3)

其中

(4)

代入參數轉換得

(5)

式中：Qb、Qc、Qm分別表示在既定城市交通發展模式下公交車當量標準車數量、小汽車實體數、摩托車當量標準車數量，pcu；Ci表示小區i的路網剩余承載力，pcu/h；n表示研究區域內共有n個小區；xb、xc、xm分別表示公交車、小汽車、摩托車車輛數；ρ表示高峰小時系數；rj表示既定發展模式下第j種交通方式的機動化出行分擔率；zb、zc、zm分別表示公交車、小汽車、摩托車載客數；λb、λc、λm分別表示公交車、小汽車、摩托車當量標準車系數，按一般測算系數λb=2.5、λc=1.0、λm=0.6。

(二)模型求解

求解過程應遵循以下步驟：第一，以規劃年城市居民出行OD數據為基礎，分別統計出小區i的過境OD矩陣和城區OD矩陣；第二，利用EMME的交通分配模塊，反推小區i周邊路網的剩余交通承載力；第三，建立以交通出行效益最優、路網剩余承載力為約束條件的小汽車保有量約束模型，將小區i內各路段的承載力轉換為小汽車保有量；第四，利用LINGO軟件求解線性方程，得出規劃期內小汽車臨界保有量及階段性小汽車增量指標。

(三) 模型適用條件

由于城市交通發展戰略對小汽車保有量產生較大影響，不同發展戰略宜采用不同的交通發展模式，如以公共交通為主導的交通模式、公交與小汽車并重發展模式、以小汽車為主導的交通模式、以慢行交通為主的交通模式、各種交通方式均衡發展的交通模式等，不同交通模式對應不同的小汽車保有量。同時，小汽車總量調控最佳時機在于城市機動化發展初、中期。本文基于路網承載力計算小汽車保有量指標，計算模型更適用于交通戰略明確，無城市軌道交通、有軌電車等大容量公交的中小城市。

五、案例分析

(一)案例背景

綦江區位于重慶市的城市發展新區，地處貴州、重慶兩地接壤處，是主城南部門戶次級樞紐型城市。中心城區規劃總面積為42平方公里[5]。根據綦江區空間布局結構、功能分區、交通需求特征、城市交通條件等因素，將規劃片區劃分成56個交通小區，如圖3所示。

(二)交通承載力計算

1.出行OD確定

以31號小區為例，根據綦江區綜合交通規劃模型得出規劃年(2030)居民出行OD，同時根據綦江區交通發展戰略，未來城區將發展為以公共交通為主導的交通模式。全方式出行結構中，小汽車出行分擔率控制在20%以下，通過EMME/2，采用基于用戶路徑最優進行交通分配，分配結果見圖4。

圖4 綦江城區規劃年交通分配結果

2.剩余路網承載力計算

由綦江中心城區規劃路網可知，31號小區主要對外道路為1條主干路、4條次干路及2條支路。根據綦江區綜合交通規劃研究結果，城區道路可接受最大飽和度為0.83，根據式(1)，計算出每條道路的最大交通承載力為主干路4 800pcu/h、次干路3 280pcu/h、支路1 460pcu/h，31號小區的路網最大交通承載力為2 0840 pcu/h。用31號小區的路網承載力減去其過境交通量，得出路網剩余承載力為7 294 pcu/h。同理，可得出其他小區路網剩余承載力，累加可得出城區路網剩余交通承載力為106 500pcu/h。

3.小汽車保有量計算

對比分析以公共交通為主導、公交與小汽車并重的兩種交通發展模式，預測2030年綦江區居民全方式出行結構，見表1。

表1 2030年不同發展模式下的出行結構 %

根據城區路網剩余交通承載力和城區規劃年出行分擔率及出行總人次，代入式(4)，計算小汽車保有量指標，其中高峰小時系數ρ=0.83，zb=45、zc=1.8、zm=1.2[6]。用LINGO軟件求解，通過迭代計算，得出上述兩種發展模式下，綦江中心城區規劃年小汽車極限保有量分別為87 625輛、100 523輛。

4.小汽車增量指標計算

在既定交通發展模式下，小汽車增量指標=小汽車最大保有量-現狀小汽車保有量+報廢小汽車數量[7]。按照綦江城區“十三五”道路建設計劃，“十三五”期間在上述兩種交通發展模式下，綦江中心城區的小汽車增量指標如表2所示。

從上述兩種發展模式測算結果分析，為保證城市交通可持續發展，綦江城市交通應采用以公交為主導的發展模式。

表2 “十三五”期間綦江中心城區的小汽車增量指標 輛

六、結語

本文基于城市既有控制性詳細規劃的用地規模、路網規模及社會經濟發展，嘗試在城市交通規劃階段構建道路交通承載力宏觀模型，利用路網剩余承載力，反推在既定城市交通發展模式下的小汽車保有量指標。通過實例加以驗證，結果表明該方法可為城市小汽車保有量指標及各階段增量指標的制定提供定量支撐。本次研究在結合城市產業及功能布局結構、全面考慮不同區域差異性的前提下，劃分交通小區、測算交通剩余承載力、反推小汽車保有量，對于路網的適應性較強，測算方法客觀，能更好地適應城市自身交通發展特性，為城市小汽車增量調控提供一個有效的依據。

參考文獻：

[1] 曲大義,莊勁松,蔡國良,等.基于“服務水平”概念的路網總體容量計算模型[J].青島理工大學學報,2008(5):23-26.

[2] 楊云,喬曉青,肖邱瑞.可持續發展與城市路網交通承載力關系探析[J].重慶交通大學學報(社會科學版),2013(5):27-30.

[3] 代漉川.基于“共享停車分析理論”的綜合開發地塊停車泊位規模研究[D].成都：西南交通大學,2010.

[4] 王利國.基于EMME_2平臺的公交均衡分配模型改進及算法研究[D].西安:長安大學,2009.

[5] 關丹,余猛.重慶市綦江區城鄉總體規劃:2013[A].重慶:中國城市規劃設計研究院西部分院,2013.

[6] 蔣新,王世能.重慶市綦江區綜合交通規劃[A].重慶：南京市城市與交通規劃設計研究院重慶分院,2016.

[7] 杭州市小客車總量調控管理規定[A].杭州:杭州市人民政府辦公廳,2015.