基于協(xié)調(diào)-競爭關(guān)系的歷史城區(qū)交通系統(tǒng)容量測算方法研究

于世軍，楊孝清，鄧社軍，張思遠(yuǎn)，周 鵬，黃佳宇

（揚(yáng)州大學(xué)，建筑科學(xué)與工程學(xué)院，揚(yáng)州225127）

0 引 言

歷史城市通常擁有深厚的底蘊(yùn)，在國家對文化歷史的重視下，歷史城區(qū)的改造是極其困難的，這樣就出現(xiàn)了快速增長的交通需求與落后的交通容量的矛盾。如何在既有交通資源的條件下,通過合理配置不同交通方式來提高歷史城區(qū)交通系統(tǒng)容量是一個值得研究的問題[1]。本文中的歷史城區(qū)交通系統(tǒng)容量[2]是考慮了道路、停車和公交的綜合系統(tǒng)容量，在各種交通系統(tǒng)容量相互配合的情況下，單位時間內(nèi)所能接納出行的總?cè)萘縖3]。以前擴(kuò)大城市交通系統(tǒng)容量常采用的是增大某一類的交通系統(tǒng)規(guī)模[4]，使整個城市局部的交通系統(tǒng)容量得到一定的增長，但城市片區(qū)的總體交通容量提升并不明顯，最終會造成資源的浪費。如果要在道路資源和停車空間有限的情況下使交通系統(tǒng)容量達(dá)到最大，需要考慮不同交通系統(tǒng)的協(xié)調(diào)競爭關(guān)系[5]。

在歷史城區(qū)中，個體交通和公共交通在居民出行的作用上是相輔相成的，都會占用一定的時空資源[6]，在容量限制的情況下，個體交通和公共交通會存在協(xié)調(diào)競爭的關(guān)系。本文中個體交通主要考慮個體機(jī)動化交通，即小汽車交通；公共交通則以傳統(tǒng)公共汽車為代表。

現(xiàn)有的交通系統(tǒng)容量研究主要針對城市整體，而對歷史城區(qū)這一特殊位置的探討較少，且在測算過程中通常只考慮一種交通方式而忽略了交通系統(tǒng)中多種交通方式之間的協(xié)調(diào)競爭關(guān)系[7]。本文以歷史城區(qū)為主要研究對象，在考慮各類交通系統(tǒng)協(xié)調(diào)競爭關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了針對歷史城區(qū)交通容量測算的具體方法。該方法的提出對于在交通資源供給一定的情況下，通過調(diào)節(jié)交通方式之間的分擔(dān)比例以提高歷史城區(qū)交通系統(tǒng)容量具有指導(dǎo)意義。

1 基于協(xié)調(diào)競爭關(guān)系的歷史城區(qū)交通系統(tǒng)容量測算方法

本文提出的考慮個體機(jī)動交通與公共交通相互之間的協(xié)調(diào)競爭關(guān)系方法主要由三個部分組成，分別是個體機(jī)動化交通容量測算、公共交通系統(tǒng)容量測算和協(xié)調(diào)競爭影響下交通系統(tǒng)容量測算[8]。在計算個體交通系統(tǒng)容量時，分別測算基于路網(wǎng)、停車設(shè)施和容量約束條件下的交通系統(tǒng)容量。在測算歷史城區(qū)的總交通容量時，只考慮最不利時間下的交通容量，即高峰小時下的交通系統(tǒng)容量。

1.1 個體機(jī)動化交通容量測算方法

1.1.1 基于路網(wǎng)個體機(jī)動化交通容量測算

在歷史城區(qū)的道路網(wǎng)系統(tǒng)上測算個體機(jī)動化交通容量主要是使用進(jìn)出口通行能力法。通過調(diào)查，得到歷史城區(qū)內(nèi)的各主要出入通道，再依據(jù)道路等級得到每個車道的通行能力、進(jìn)出口的車道數(shù)量，并考慮道路的瓶頸效應(yīng)得到歷史城區(qū)內(nèi)的道路網(wǎng)個體機(jī)動化交通容量。其測算方法如下：

式中，Hc表示基于進(jìn)出口通行能力法測算的個體機(jī)動化交通容量，pcu/h；i 表示歷史城區(qū)內(nèi)的進(jìn)出口通道序號；iq 表示歷史城區(qū)內(nèi)序號為i 的進(jìn)出口通道的單車道通行能力；in 表示序號為i的單向車道數(shù)量； li表示序號為i 的車道利用率；ib 表示序號為i 的車道過境折減率，依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)或者歷史數(shù)據(jù)確定。

1.1.2 歷史城區(qū)停車設(shè)施內(nèi)個體機(jī)動化交通容量測算

個體機(jī)動化容量不僅包括在歷史城區(qū)的道路網(wǎng)上，也包括在停車設(shè)施上。對停車設(shè)施內(nèi)的個體機(jī)動化容量測算主要看這些停車場所提供的停車泊位，同時考慮不同形式的停車場所在不同使用情況下的周轉(zhuǎn)率和效率。s 類型的停車設(shè)施所能提供的個體機(jī)動化交通容量的表達(dá)式如下：

式中，Hs表示基于s 類型停車設(shè)施的個體機(jī)動車交通容量，pcu/h；sP 表示基于s 類型停車設(shè)施的個體機(jī)動車泊位數(shù)；sθ 表示基于s 類型停車設(shè)施高峰小時周轉(zhuǎn)率；S 表示基于s 類型停車設(shè)施的集合。

1.1.3 個體機(jī)動化交通容量測算

歷史城區(qū)內(nèi)道路網(wǎng)上的個體機(jī)動化交通和停車設(shè)施內(nèi)的個體機(jī)動化交通即為動態(tài)交通和靜態(tài)交通。由于之間存在相互制約的關(guān)系，且整個歷史城區(qū)內(nèi)個體機(jī)動化交通容量是有限的，當(dāng)靜態(tài)交通或者動態(tài)交通一方達(dá)到飽和，即整個歷史城區(qū)的個體機(jī)動化交通就會達(dá)到上限。所以在容量約束的個體化交通容量限制下，取兩者的較小值作為個體機(jī)動化交通的容量：

式中， HM表示個體機(jī)動車交通容量，pcu/h； HA表示個體機(jī)動化交通容量，人次/h；a 表示個體機(jī)動車高峰小時載客數(shù)，人次/pcu。

1.2 公共交通容量測算方法

測算某一部分城區(qū)的公共交通系統(tǒng)容量一般根據(jù)局部城區(qū)內(nèi)的公交服務(wù)能力來進(jìn)行。歷史城區(qū)公共交通剩余交通容量Hg的計算如下式所示：

式中：Hg表示歷史城區(qū)內(nèi)公共交通剩余交通容量；iB 表示城市內(nèi)線路i 平均載客率，一般取90%；iO 表示歷史城區(qū)內(nèi)線路i 附近站點的高峰小時載客率； ti表示線路i 高峰小時發(fā)車間隔，min；ic 表示線路i 的公共交通載具的額定載客數(shù)，人次。

1.3 協(xié)調(diào)競爭下的交通系統(tǒng)容量測算方法

歷史城區(qū)的實際交通系統(tǒng)容量中不同子系統(tǒng)之間相互協(xié)調(diào)制約，個體機(jī)動化交通系統(tǒng)和公共交通系統(tǒng)的出行比例不同，以不同交通系統(tǒng)的分擔(dān)比例計算歷史城區(qū)的總交通容量。

本文為了簡化計算，以小汽車容量代替?zhèn)€體機(jī)動化容量，以公交車容量代替公共交通容量，在不同交通系統(tǒng)分擔(dān)結(jié)構(gòu)分析時，考慮兩者的比值大小對歷史城區(qū)的交通系統(tǒng)容量影響，具體公式如下：

式中，V 表示公共交通分擔(dān)率與機(jī)動化交通分擔(dān)率的比值；BP 表示公共交通分擔(dān)率；CP 表示機(jī)動化交通分擔(dān)率。

歷史城區(qū)高峰小時容量與公共交通剩余載客容量、個體機(jī)動化交通容量和各自的交通系統(tǒng)分擔(dān)比例有關(guān)，存在某一交通系統(tǒng)達(dá)到容量上限，而另一交通系統(tǒng)并未飽和這一短板效應(yīng)。當(dāng)一個系統(tǒng)的交通容量達(dá)到上限，則整個城區(qū)的交通系統(tǒng)會達(dá)到最大值，且這里交通系統(tǒng)容量為高峰小時情況下交通系統(tǒng)容量。具體公式如下所示：

式中，RW 表示歷史城區(qū)高峰小時交通總體容量值，人次/h；BP 表示公共交通分擔(dān)率；CP 表示小汽車交通分擔(dān)率；Hg表示歷史城區(qū)內(nèi)公共交通剩余交通容量；HA表示歷史城區(qū)內(nèi)個體機(jī)動化交通容量，人次/h。

2 揚(yáng)州市歷史城區(qū)交通系統(tǒng)容量測算實證研究

2.1 個體機(jī)動化交通容量的測算

2.1.1 歷史城區(qū)內(nèi)路網(wǎng)上個體機(jī)動化交通系統(tǒng)容量測算

在以揚(yáng)州歷史城區(qū)為例中，城區(qū)內(nèi)的進(jìn)口道有效車道數(shù)主要通過綜合城區(qū)用地性質(zhì)、用地開發(fā)、公交運(yùn)行情況、道路斷面形式以及高峰時段（潮汐交通）影響確定[9]，根據(jù)《城市道路設(shè)計規(guī)范》（CJJ 37—1990）取得單車道理想通行能力，再對理想通行能力進(jìn)行修正得到單車道通行能力；根據(jù)進(jìn)口道形式和交叉口控制方式確定車道利用系數(shù)；根據(jù)研究區(qū)域交通分配中各條道路過境交通量所占比例來確定過境量折減系數(shù)，可得到揚(yáng)州市歷史城區(qū)各進(jìn)口通行能力，如表1 所示。

表1 進(jìn)口通行能力表

通過統(tǒng)計各條道路的情況，得到基于道路網(wǎng)的個體機(jī)動化交通系統(tǒng)容量為13 385 pcu/h。

2.1.2 歷史城區(qū)停車設(shè)施內(nèi)個體機(jī)動化交通

容量測算

根據(jù)收集到的揚(yáng)州歷史城區(qū)資料和現(xiàn)場調(diào)查，調(diào)查范圍內(nèi)各種類型的小汽車停車設(shè)施如表2 所示。

表2 歷史城區(qū)停車設(shè)施內(nèi)的機(jī)動車容量

通過表2可知揚(yáng)州歷史城區(qū)內(nèi)各種類型停車設(shè)施的個體機(jī)動化交通系統(tǒng)容量為8 380 pcu/h。

2.1.3 基于容量約束下的個體機(jī)動化交通容量測算

在個體機(jī)動化交通系統(tǒng)容量約束下，比較歷史城區(qū)內(nèi)路網(wǎng)上交通系統(tǒng)容量和停車設(shè)施內(nèi)的交通系統(tǒng)容量，并選取其中最小值作為個體機(jī)動化交通系統(tǒng)容量，即為8 380 pcu/h。

根據(jù)調(diào)查得到，一輛小汽車的平均載客量為1.7 人次，通過公式（4）得到高峰小時下的乘坐小汽車出行人次，本例中的揚(yáng)州歷史城區(qū)高峰小時下的個體交通容量為14 246 人次/h。

2.2 公共交通系統(tǒng)容量測算

測算揚(yáng)州市歷史城區(qū)的公共交通系統(tǒng)容量，調(diào)查歷史城區(qū)范圍內(nèi)的公交系統(tǒng)類型只有常規(guī)公交系統(tǒng)，因此只將考慮常規(guī)公交系統(tǒng)。研究范圍內(nèi)的公交站點為66 個，其服務(wù)范圍為每個公交站點300 m輻射范圍[10]累合占整個歷史城區(qū)的比重，實際情況如圖1 所示。

圖1 歷史城區(qū)公交站臺300m 服務(wù)范圍

揚(yáng)州市的公交線路運(yùn)能為0.35～0.45 萬人次/h，在歷史城區(qū)內(nèi)的斷面運(yùn)能比例大約為20%～25%，并取每個公交站的平均剩余載客數(shù)量為400～700 人次/h 之間。歷史城區(qū)內(nèi)的常規(guī)公交站點服務(wù)系數(shù)以公交站點的服務(wù)面積占整個歷史城區(qū)面積的比重計算，最終得到站點的服務(wù)系數(shù)為0.75。在表3 中公交系統(tǒng)容量計算時數(shù)據(jù)取中間值計算，得到如下結(jié)果：揚(yáng)州市歷史城區(qū)內(nèi)的公交系統(tǒng)容量為2.73 萬人次/h。

表3 歷史城區(qū)內(nèi)公共交通系統(tǒng)容量

2.3 協(xié)調(diào)競爭關(guān)系下實際交通系統(tǒng)容量測算

在揚(yáng)州市歷史城區(qū)的實證研究中，得到高峰小時個體交通系統(tǒng)容量為1.42 萬人次/h，公共交通系統(tǒng)容量為2.73 萬人次/h。

根據(jù)揚(yáng)州的交通規(guī)劃資料得到居民公交出行的分擔(dān)率為13%～16%，小汽車的分擔(dān)率則為18%～20%。而在揚(yáng)州歷史城區(qū)機(jī)動車數(shù)量相對其他地區(qū)偏多，分別取分擔(dān)率范圍中的最大值16%和20%，將其帶入公式（6）中，算出V 為0.8。

再將個體交通系統(tǒng)容量、公共交通系統(tǒng)容量以及對應(yīng)的出行方式的分擔(dān)率帶入公式（7）中，得到公交約束下的交通系統(tǒng)容量為17.06 萬人次/h，小汽車約束下交通容量為7.09 萬人次/h，取兩者最小值7.09 萬人次/h 作為揚(yáng)州市歷史城區(qū)的交通總體容量。

2.4 協(xié)調(diào)競爭關(guān)系下交通系統(tǒng)容量分析

根據(jù)測算揚(yáng)州歷史城區(qū)的結(jié)果得到在小汽車約束下的歷史城區(qū)交通系統(tǒng)達(dá)到最大值時，公交系統(tǒng)容量并未達(dá)到最大值，還存有一定的容量；在公交約束下交通系統(tǒng)達(dá)到最大值時，小汽車系統(tǒng)容量也存在多余容量。在兩個交通系統(tǒng)容量限制的前提下，從交通分擔(dān)比例調(diào)整歷史城區(qū)的總體交通容量還需進(jìn)一步分析，即小汽車系統(tǒng)容量和公共交通系統(tǒng)容量與交通設(shè)施容量相匹配時，交通系統(tǒng)容量達(dá)到最大值，公交與小汽車的最佳分擔(dān)率比值為MV 。

基于揚(yáng)州現(xiàn)有的公交系統(tǒng)容量和小汽車系統(tǒng)容量，根據(jù)公式（7）可以得出，揚(yáng)州的交通系統(tǒng)容量當(dāng)小汽車分擔(dān)率為17.04%、公交車分擔(dān)比例占32.77%時，公交/小汽車分擔(dān)率比值 VM為1.923，達(dá)到交通總體容量最大值17.04 萬人次/h（見圖2）。

當(dāng)公交/小汽車的分擔(dān)率V ＜ VM時，歷史城區(qū)的交通系統(tǒng)容量受個體機(jī)動化交通容量限制，而公共交通系統(tǒng)容量有所剩余。在保證分擔(dān)率不變的前提下，只有增大個體機(jī)動化交通容量才能增大城區(qū)內(nèi)總的交通容量，但由于歷史城區(qū)的特殊性，增加交通基礎(chǔ)設(shè)施比較困難，所以還得鼓勵居民在歷史城區(qū)內(nèi)采用公共出行。

圖2 不同狀態(tài)下交通總體容量與公交/小汽車分擔(dān)率比值關(guān)系圖

當(dāng)公交/小汽車分擔(dān)率V ＞VM時，歷史城區(qū)的交通系統(tǒng)容量受公共交通系統(tǒng)容量限制，而個體機(jī)動化交通系統(tǒng)容量有所剩余。在保證分擔(dān)率不變的前提下，可以增加一些公交站點和公交線路來增大公交基礎(chǔ)設(shè)施供給，也可以適當(dāng)鼓勵居民出行采用小汽車，但在鼓勵公共出行的今天可行性較小。

當(dāng)公交/小汽車分擔(dān)率V =VM時，歷史城區(qū)的交通系統(tǒng)容量達(dá)到最大值。在這樣的分擔(dān)比例下，可以充分利用城市內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施條件，使城市交通更順暢，而不是不考慮各種交通系統(tǒng)協(xié)調(diào)競爭關(guān)系，在某類交通系統(tǒng)容量不足時盲目增加其供給。

3 結(jié) 論

通過分析不同交通系統(tǒng)間協(xié)調(diào)-競爭關(guān)系，求得最佳的公交/小汽車分擔(dān)率，測算出歷史城區(qū)最大交通系統(tǒng)容量。但實際測算交通系統(tǒng)容量本文仍存在不足，對大巴車系統(tǒng)容量以及軌道交通系統(tǒng)容量并未研究，所以本文的歷史城區(qū)交通系統(tǒng)容量測算只適用交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的城市。