基于城市用地約束的骨干路網規模計算方法研究

張偉略

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

0 引 言

城市骨干路網通常由外圍的高等級公路和城市內部的主干路和快速路等組成，其承擔了城市內主要的中長距離出行、過境交通，是城市交通系統中的骨架。在城市骨干路網的規劃與建設中，路網規模過小將無法滿足交通需求，造成交通擁堵，影響城市日常運行與經濟發展；路網規模過大則會增加養護資金并占用土地資源，不利于城市集約化發展[1]。因此，在城市骨干路網規劃與建設中如何合理確定其總體及各組成部分的建設規模，并充分考慮城市建設時的用地約束，使規劃方案具有可實施性，愈發受到關注。

1 骨干路網規模影響因素分析

城市經濟地理因素和交通需求是影響城市骨干路網規模的兩大主要因素[2]。城市經濟地理因素包括人口數量、市域面積、經濟水平（GDP 總量）和城市空間布局等。通常面積越大、人口越多、人口密度越高、中心數量越多，則長距離交通需求越多，城市對外集聚與福射的能力越強，對道路等級和長度的要求就越高；而機動車保有量、交通發展戰略、交通方式劃分等將直接影響城市的出行需求量。機動車保有量是影響機動化出行量的基礎性因素，而不同的交通發展戰略也將直接影響城市路網規模。例如公交設施及軌道交通網較為完善的城市，機動車的出行比例相對會較小，對骨干道路的交通需求也會相對減小；而以私人小汽車為主導的城市，相對而言，其對骨干路網規模的需求將更大。

此外，骨干路網規模也受骨干路網本身建設形式的影響，如以間斷流道路為主的骨干路網相比以連續流道路為主的骨干路網規模更大，快速路的匝道間距也會在一定程度上影響骨干路網規模。

路網規模與城市發展關系圖見圖1。

圖1 路網規模與城市發展關系圖

2 既有計算方法梳理

城市骨干路網規模計算常見的方法包括密度法、類比法、供需平衡法、節點重要度法[3]。

密度法主要根據城市骨干路網的線密度或是面密度的指標要求來推算城市骨干路網規模。在具體計算中，一般基于城市面積或依據規范中相關指標計算。

類比法根據既有運行良好的城市骨干路網密度情況，通過推理或論證來求得目標城市骨干路網密度。但在實際工作中，很難找到在各方面指標均相似的2 座城市，因此類比法通常僅作為參考。

供需平衡法的基本思路為從需求與交通容量平衡角度出發，依據“供給= 需求”的思想建立模型并求算骨干路網的合理規模，其中交通供給計算主要通過對道路長度、寬度、車道數、交叉口密度、匝道間距等因素的計算進而得出其交通供應量，需求則主要依據OD（出行起訖點）調查、交通需求預測等得出。

節點重要度法的核心思想為：首先將節點分成不同層次，具體可采用聚類分析法等，而后將不同層次節點依據重要度不同，采用不同等級道路相連接，最后重復上述步驟，連接各個節點，最終形成網絡。

密度法、類比法簡單易用，但針對性差、不嚴謹，通常僅作為參考。節點重要度法主要用于公路規劃，城市道路規劃中各節點重要度難于計算。供需平衡法是城市路網規模計算中最常用的方法，但目前計算方法中只可計算路網的等效面積或長度，對于骨干路網中快速路、主干路等各個組成部分的規模無法單獨計算，并且對城市用地的約束條件考慮不足，導致對具體工作的指導不足，有待針對城市用地約束和不同等級道路計算方面對該方法進行優化。

3 基于城市用地約束的供需平衡法

3.1 計算步驟

參考以往類似研究成果[1，3，4]，針對骨干路網有連續流快速路和間斷流主干路2 種類型道路組成的特點，同時受到城市用地約束的問題，對傳統供需平衡法的計算步驟進行優化，主要計算步驟如下：

（1）計算城市交通需求。對已有OD 數據調查的城市可以OD 數據為依據，未進行OD 數據調查的城市可采用增長率法或生成率法等方法，將交通需求分為短途到發交通、長距離及對外出行交通、過境交通3 大類，根據實際情況分析3 類車流對骨干路網的需求。

（2）依據時空消耗法計算道路供給量。首先假定骨干道路全部為間斷流主干路，由交通需求反算道路規模。

（3）判斷在骨干路網全部由主干路組成的前提下，骨干道路面積率（通常為6%～10%）是否滿足規劃需求。如滿足，則該城市骨干路網中不需建設快速路，僅需建設主干路等間斷流道路，如不滿足則需由快速路替換主干路。

（4）迭代計算，逐步增加快速路占骨干路網的比例，直至骨干路網容量滿足交通需求。此步驟中，為防止交通需求過大時，迭代計算后骨干路網全部由快速路組成的情況，參考工程實踐，當快速路與主干路比例超過1∶2 后，需增加規劃路網面積率。

（5）以車道通行能力法對計算結果進行校核，如校核結果在誤差范圍內則接受，如超出誤差范圍則需增加道路面積率，重新進行迭代計算。

（6）根據城市實際情況確定各不同等級道路平均車道規模，計算道路長度。

供需平衡法技術思路方框圖見圖2。

圖2 供需平衡法技術思路

3.2 計算方法

3.2.1 骨干路網交通需求計算

城市交通機動車流通常由過境、對外、市內到發3 部分組成，依據OD 數據調查或抽樣調查取得總量數據，骨干路網對上述3 類車流的吸引系數通常可取0.8～0.9、0.6～0.8、0.4～0.6，具體計算方法見式（1）：

式中：Sd為骨干路網日均出行機動車總量，萬pcu/d；D內為市內到發交通需求，pcu/h；D外為對外出行交通需求，pcu/h；D過為過境交通需求，pcu/h；P內為市內到發的吸引系數，參照國內實際運行情況，取0.4～0.6；P外為對外出行交通的吸引系數，參照國內實際運行情況，取0.6～0.8；P過為過境交通的吸引系數，參照國內實際運行情況，取值0.8～0.9。

高峰小時是城市道路供需矛盾之所在，高峰小時的交通需求量是決定道路網規模的決定性因素。骨干路網高峰小時出行機動車總量Sg（萬pcu/h）利用式（2）計算：

式中：λ 為高峰小時系數，需根據調查確定，通常為8%～12%。

3.2.2 機動車安全行駛空間需求計算

基于行車安全角度，利用式（3）計算在骨干道路上安全行駛的機動車每次出行時所需空間[1]。

式中：C車為交通個體（車輛）平均占用空間，m2·h；L0為交通個體（車輛）的平均長度，m；L1為骨干道路上行車的平均安全保障距離，m；V為機動車運行速度，km/h；t1為司機的反應時間，s；ZV2為機動車剎車過程中的運行距離，m；b為1 條車道的寬度，m；t為骨干路網上機動車平均運行時間，h，該參數與城市規模、布局、路網結構等因素有關，需要通過調查確定。

3.2.3 骨干路網設施面積需求計算

在高峰小時內，城市骨干路網實際運行中受交叉口、非機動車干擾、匝道分合流交織等因素影響，其有效運行時間會產生一定程度的折減。利用式（4）計算該折減系數T，最后利用式（5）計算骨干路網設施總面積需求M總。

式中：B1為快速路、交通性主干路（連續流道路）占比；B2為主干路（間斷流道路）占比；Bk為快速路、交通性主干路有效運行時間；Bz為主干路有效運行時間。

骨干路網設施總面積M總（m2）應為：

根據計算得出的骨干路網設施總面積和迭代計算中所取快速路與主干路所占面積比值，按照不同類型道路寬度，可推算其等效長度。

3.3 方法優缺點分析

基于城市用地約束的供需平衡法原理淺顯易懂，計算簡單，易于收斂，適用于各類規模城市。以城市道路面積率為核心控制指標，首先假定骨干道路全部由間斷流主干路組成，在不能滿足交通需求的情況下，逐步迭代增加連續流道路長度，符合國內工程建設中的實際情況。但計算所需主要參數依賴實地調查或工程人員經驗確定，更為適合已有實際運行經驗的建成區或城市快速路網系統構建等，在純新建城市或組團使用時存在不確定性。

4 案例實踐——上海市金山新城骨干路網規劃

金山新城規劃建設用地約41 km2，規劃人口40 萬，根據相關規劃[5]，計算出其高峰小時出行量為2.36 萬pcu/h；車輛平均長度取5.5 m、車輛行駛安全距離取5 m、司機反應時間取1.2 s、剎車過程中的運行距離根據40 km/h 時速取1.3 m，平均運行時間取0.4 h，道路寬度3.5 m。利用式（3）、式（5）計算得出金山新城高峰小時骨干道路有效供應面積需求M有效為142.36 萬m2。

金山新城骨干路網總體結構為4 橫3 縱，規劃道路紅線寬度30～45 m，道路等級全部為間斷流主干路，經計算其總面積為173.75 萬m2；考慮其交叉口折減后，高峰小時有效面積為102.72 萬m2，不能滿足高峰小時交通需求。利用前文所述方法，對金山新城骨干路網進行迭代計算，初始輸入結果為骨干道路全部由間斷流主干路組成，結果如表1 所示。

表1 金山新城骨干路網長度首次計算表

首次計算后發現，經過5 次迭代后快速路與主干路的比例已超過1∶2，但有效面積較需求有效面積仍有較大差距，說明金山新城在路網規劃中，骨干路網長度不足。經過對新城路網的整體分析，考慮在新城北部新增1 條主干路，并納入骨干路網系統中，再次進行迭代計算，結果見表2。

表2 金山新城骨干路網長度再次計算表

再次計算后發現，經3 次迭代后，所得出的計算結果即可滿足交通需求。計算結果為骨干路網總規模53.3 km，其中快速路一類連續流道路12.2857 km，主干路一類間斷流道路41.0144 km。

目前，位于金山新城北部的新滬杭公路已進入實質性推進階段（見圖3），依照一級公路標準建設，并在主要交叉口采用立交跨越，保證主線基本呈連續流運行，與計算結果相符。

圖3 路網規模與城市發展關系圖

5 結 語

針對目前交通規劃工作中對于骨干路網規模計算方法存在的問題，基于過往研究成果，并根據骨干路網的組成特點，提出了基于城市用地約束的供需平衡法。所提方法可分別計算骨干路網中快速路和主干路規模及骨干路網總規模。新方法計算簡單，易于收斂，適用于各類規模城市，但計算中所涉及的諸多指標需依賴工程經驗或大規模調查，更適合已有實際運行經驗的建成區。本文以上海市金山區金山新城骨干路網規劃采用供需平衡法作為實例，證明了該方法具有較高的實用性。