港口城市交通系統(tǒng)規(guī)劃設計技術研究綜述

曹凌峰，白子建，張 勇

(天津市市政工程設計研究院，天津市 300051)

0 引言

港城交通問題研究隨著港口與城市之間相互發(fā)展的密切關系而越顯重要。港城在發(fā)展中的矛盾沖突表現(xiàn)在多方面，其中以空間發(fā)展資源的爭奪尤為突出。港城港口與城市的規(guī)劃責任行政主體錯綜復雜，單方面制定發(fā)展戰(zhàn)略、基礎設施資源分配和土地利用規(guī)劃等空間發(fā)展規(guī)劃內(nèi)容，使得兩個發(fā)展核在逐漸外擴成長過程中資源浪費、規(guī)劃相左，影響一方穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。港城交通系統(tǒng)的研究將豐富港口城市空間發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃內(nèi)容，制定合理的港城空間體系下的交通發(fā)展模式，有效解決港口城市交通問題。

1 現(xiàn)狀港城交通問題闡述

(1)港城交通未形成完整體系。

港城交通體系歷來是城市發(fā)展規(guī)劃和港口發(fā)展規(guī)劃關注的重要研究課題。歷史發(fā)展經(jīng)驗證明，港口發(fā)展建設與城市發(fā)展具有密不可分的關系。港口發(fā)展可帶動城市其他產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展，成為城市經(jīng)濟建設的重要增長點；城市則成為協(xié)助港口發(fā)展的金融、商貿(mào)辦公、城市居住功能和工業(yè)生產(chǎn)等社會活動場所。因此，港口與城市在發(fā)展歷程中相互影響、相互促進，兩者之間的交通運輸隨著協(xié)調(diào)發(fā)展密切程度逐漸增長。

(2)港城交通規(guī)劃設計與管理缺乏體系化和科學化。

隨著港口發(fā)展與城市建設步伐加快，我國對港口交通和城市交通規(guī)劃設計與管理展開了多內(nèi)容、多角度的研究，并成立相應的獨立管理部門。但是，由于責任行政主體之間權責不清、權益沖突，部門之間溝通困難以及信息不對稱，從而導致各責任行政主體盲目制定各自相關規(guī)劃內(nèi)容。港口與城市在規(guī)劃層面的脫節(jié)造成兩者在實際發(fā)展中矛盾更加突出。

國內(nèi)外針對港口交通體系展開了全面研究，涵蓋港口集疏運系統(tǒng)規(guī)劃、港口道路交通需求預測、港口道路交通宏微觀仿真研究、港口道路網(wǎng)規(guī)劃設計等，針對城市交通體系的研究內(nèi)容則更為廣泛、系統(tǒng)，但是缺少集合港口與城市交通系統(tǒng)的一體化研究。顯然，隨著港口與城市相互發(fā)展關系越來越密切，港城交通矛盾沖突日益加劇，港城交通系統(tǒng)一體化研究成為必然。通過交通特性分析、交通問題根源解析，從宏觀、中觀和微觀3個層面，構建港城交通規(guī)劃設計研究體系，科學指導我國港口城市交通規(guī)劃設計工作。

另外，由于我國港城行政體制較復雜，存在多家行政主體分管港口與城市相關事宜，致使管理部門在制定港城空間發(fā)展、交通系統(tǒng)規(guī)劃等戰(zhàn)略決策時信息不對稱，港口與城市規(guī)劃不協(xié)調(diào)甚至發(fā)生沖突，難以對港城發(fā)展規(guī)劃進行體系化管理。港城交通問題的研究將在分析研究國內(nèi)外典型港口城市管理體制模式的基礎上，提出適合我國港城發(fā)展模式的科學管理體系。

(3)港區(qū)道路設計標準缺乏科學依據(jù)。

港區(qū)道路使用者(主要為集裝箱、貨車、油罐車等)的交通特性與城市一般車輛的交通特性存在很大差異，而現(xiàn)今港區(qū)道路設計標準主要參照城市道路設計參數(shù)，致使港區(qū)道路使用者在行駛中操作不順暢，道路通行能力低，易發(fā)生交通事故。港城道路交通沖突很大程度是由于不同交通特性的道路使用者在城市道路行駛時的駕駛行為差異造成。因此，港城交通問題的研究將在收集港區(qū)道路交通特性大量調(diào)查數(shù)據(jù)基礎上，結合港區(qū)道路使用者駕駛行為、車輛特性、交通環(huán)境等分項研究，提出港區(qū)道路設計依據(jù)，通過港區(qū)與城市的道路設計標準差異性研究，從工程設計層面緩解港城交通沖突。

2 國內(nèi)外研究回顧

港城交通系統(tǒng)研究主要包括：(1)港口城市空間發(fā)展與交通一體化研究；(2)港城交通系統(tǒng)規(guī)劃與管理協(xié)同研究；(3)港區(qū)道路交通仿真研究；(4)港區(qū)道路設計規(guī)范依據(jù)研究。鑒于此，將重點闡述這4個方面的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。

2.1 港口城市空間發(fā)展與交通一體化研究

港口城市土地利用與交通系統(tǒng)規(guī)劃一體化研究是當今國內(nèi)外港城關系研究的主要方向?，F(xiàn)狀對港口城市空間布局結構、產(chǎn)業(yè)空間分布等展開了較深入研究，但是土地利用與交通系統(tǒng)一體研究，探究港城空間體系下的港城交通發(fā)展模式，這方面的研究成果鮮見。

(1)港城空間布局結構研究。

ErichA.Kautz(1934)在著作《海港區(qū)位論》中提出海港區(qū)位理論，該理論重點強調(diào)了腹地因素對海港區(qū)位的主要決定作用，認為腹地范圍的大小、經(jīng)濟規(guī)模的大小、經(jīng)濟發(fā)展的活力是港口發(fā)展的動力和支撐，港口應加強與腹地聯(lián)系，提升港口的區(qū)位優(yōu)勢；陳航(1984)在《海港形成發(fā)展與布局的經(jīng)濟地理基礎》一文中，對港口發(fā)生發(fā)展的區(qū)域背景進行了規(guī)范與實證研究，論述了“港口地域群體”的客觀存在及其對港口發(fā)展與布局的影響，指出港口群體內(nèi)存在中心樞紐港，并首次提出了“港口地域組合”的概念；鄭弘毅(1991)在《港口城市探索》一書中，結合一般城市發(fā)展的共性和港口城市發(fā)展的個性，首次系統(tǒng)闡述了港口城市規(guī)劃問題，港口城市應該處理好城市與港口連接斷面處的交通問題，降低港口交通對城市生活交通的影響；萬旭東、麥賢敏(2009)在《港口在城市空間組織中的作用解析》中，指出港口的發(fā)展影響著城市的功能區(qū)分布、城市空間發(fā)展方向及規(guī)模、城市交通體系等方面，港口城市空間發(fā)展規(guī)劃應考慮港口發(fā)展所帶來的機遇與挑戰(zhàn)。

(2)港城交通系統(tǒng)研究。

國內(nèi)外學者專家一致認為，港口集疏運交通系統(tǒng)與城市交通系統(tǒng)應作為一個大系統(tǒng)來研究。港城交通問題一方面為城市道路網(wǎng)絡不完善，城市交通影響集疏港交通，降低集疏港通道通行能力，另一方面集疏港交通穿越城區(qū)時對居民生活、城市環(huán)境、城市道路等帶來消極影響，而這兩方面的問題不是從單方面研究能解決的，應一體化研究分析港口集疏運交通系統(tǒng)與城市交通系統(tǒng)。Pr.Domenico Amato(1999)提出實施港口城市的管理體制改革，優(yōu)化港城合作關系，共同制定港城交通系統(tǒng)等其他港城規(guī)劃內(nèi)容；何鳳鳴(2006)指出在用地布局優(yōu)化、運輸結構調(diào)整、港城交通網(wǎng)絡、管理與政策等多個方面的研究基礎上構建港城交通系統(tǒng)，提供港口交通與城市交通綜合交通效率，促進港城交通快速協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.2 港城交通系統(tǒng)規(guī)劃與管理協(xié)同研究

(1)港區(qū)道路交通需求預測研究。

港區(qū)道路交通需求預測方法主要采用城市道路交通需求預測技術，基于港口吞吐總量，分貨類預測港區(qū)道路交通。現(xiàn)狀港區(qū)道路交通量預測影響因素中忽視了船舶到達規(guī)律、港區(qū)攬貨風格、集港模式等內(nèi)容，而且預測角度主要為宏觀層面，無法實時疏導港區(qū)道路交通，動態(tài)分配港區(qū)有限道路資源，提高港區(qū)路網(wǎng)使用效率。

(2)港區(qū)道路交通疏導配流研究。

城市道路交通分配模型研究包括確定型均衡模型、最短路分配模型、概率均衡模型、多路徑概率分配模型?，F(xiàn)狀港區(qū)道路交通分配模型主要沿用了城市道路交通分配理論。宋科(2005)在《大窯灣集裝箱港區(qū)道路網(wǎng)交通規(guī)劃研究》中利用傳統(tǒng)“四階段”法將預測流量分配到港區(qū)道路網(wǎng)中；陳厚強(2006)利用遺傳算法尋找最佳路徑，完成港區(qū)道路網(wǎng)交通流分配。

2.3 港區(qū)道路交通仿真研究

(1)港區(qū)道路交通仿真技術現(xiàn)狀。

國外道路交通仿真研究始于20世紀60年代。隨著計算機技術的進步，逐步發(fā)展起了采用計算機數(shù)學模型來反映復雜道路交通現(xiàn)象的交通分析技術和方法。道路交通仿真軟件最早是TRANSYT，它由英國的D.L.羅伯遜于1968年提出宏觀仿真軟件，用以確定定時交通信號參數(shù)的最優(yōu)值，但是由于模型多采用宏觀模型，模型的靈活性和描述能力較為有限，仿真結果的表達也不夠理想，這也是由當時的計算機性能所決定的。隨著計算機的迅速發(fā)展以及對道路交通仿真模型精度要求的提高，仿真軟件不斷推出新品種。從20世紀80年代的NETSIMU模型，到如今較為成熟的交通仿真軟件，如CORSIM、TRANSIMS、THORAU、PARAMICS、SIGSIM、VISSIM等，從不同層面、不同角度、不同要求對道路交通問題進行了仿真研究。

國內(nèi)道路交通仿真研究起步相對較晚，20世紀90年代以后，國內(nèi)交通工程界逐漸注意到交通仿真研究的重要性。雖然同濟大學、東南大學、交通部公路科學研究所等一批科研單位展開這方面的實質(zhì)性研究并取得了一定的成果，但是國內(nèi)交通仿真研究對象和范圍較小，局限于對單一問題的研究。國內(nèi)很多研究單位對道路交通仿真的研究主要是借鑒國外優(yōu)秀交通仿真軟件工具，通過該地區(qū)交通調(diào)查研究對交通參數(shù)進行從新標定，從而使得國外交通仿真軟件建立的仿真模型更符合國內(nèi)道路交通狀況。20世紀80年代初國內(nèi)開始將計算機模擬技術應用于港口碼頭的規(guī)劃設計，但是對于港區(qū)道路交通微觀仿真的研究文獻很少。

(2)港區(qū)車輛駕駛行為研究。

港區(qū)車輛駕駛行為分析對于建立港區(qū)道路交通微觀仿真模型，驗證港區(qū)道路設計內(nèi)容對道路直接使用的影響具有重要意義。港區(qū)車輛(主要為大型貨車、集裝箱卡車、油罐車等)具有車身長、重載、加速度低、轉(zhuǎn)彎半徑大等特性，駕駛行為與小汽車、客車存在明顯差異，港區(qū)道路交通微觀仿真設置參數(shù)時應重點考慮大型貨車、集裝箱卡車、油罐車等駕駛行為特性。張杰等(2006年)通過對調(diào)查數(shù)據(jù)的研究分析大型貨車速度、疲勞駕駛、駕駛心理等內(nèi)容，并對交通標志、路面、線形等道路設計提出改善意見，以降低大型貨車對道路交通的影響以及交通事故率；高悅爾(2007年)從交通沖突技術研究了大貨車駕駛行為特性，提出貨車比例較高的城市交叉渠化方案，降低貨車對城市道路交通環(huán)境的影響。

2.4 港區(qū)道路設計規(guī)范研究

道路設計的內(nèi)容涵蓋了道路平縱橫設計、路基路面設計、交叉口渠化設計、交通工程設計以及其他設計，主要從道路寬度、路緣轉(zhuǎn)角半徑、道路縱坡、交叉口優(yōu)化設計等方面對港區(qū)道路展開研究。但是由于港區(qū)道路交通仿真尚處于起步階段，港區(qū)道路交通仿真與港區(qū)道路設計協(xié)同研究幾乎是空白。Leisch(1983年)最早提出基于運行速度的概念，并分別建立了小客車和大貨車的運行速度模型。該模型主要是根據(jù)平面及縱斷面路況估計不同車型的平均速度估計值，將其繪制成車速變化圖，用于判斷線性上的速度是否達到設計一致性，但是由于未建立計算機仿真模型，使得該模型無法廣泛、有效、靈活地得到應用。李水魚(2006年)基于流體力學模擬理論、交通波動理論和車輛跟馳理論等三大理論，以港區(qū)道路交通的實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，分別對港區(qū)道路交通流密度、車速以及流量進行了分析研究，并對港口道路交通參數(shù)進行標定，但未進一步將港區(qū)道路交通特征應用于工程實際中，缺少工程實際應用。

3 技術方法介紹

(1)港口城市用地時空擴展特征及形態(tài)演化研究。

港口城市的擴展不僅表現(xiàn)為對非城市用地的替代，而且還涉及城市空間形態(tài)的變化，不同港口城市自然環(huán)境、區(qū)位條件、交通條件、經(jīng)濟和社會結構的不同，其用地形態(tài)演化也有很大差異。港口城市用地擴展及其外部形態(tài)演變格局與過程日益成為現(xiàn)代港口城市土地利用過程的重要特征和研究內(nèi)容。分析港口城市空間形態(tài)，掌握城市用地時空演變規(guī)律，對于優(yōu)化港口城市空間，推動其經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義。

(2)港口城市空間規(guī)劃與交通一體化協(xié)調(diào)機制和方法研究。

傳統(tǒng)港口城市規(guī)劃是通過綜合研究來確定城市發(fā)展形態(tài)的，并以此統(tǒng)籌安排城市各項建設用地，配置城市各項基礎設施，交通系統(tǒng)的規(guī)劃只是作為基礎設施工程規(guī)劃的一個專項。然而，隨著港口城市的高速發(fā)展，特別是港城交通走廊對港口城市形態(tài)發(fā)展影響日益擴大，港口城市交通系統(tǒng)規(guī)劃已經(jīng)同環(huán)境等成為影響港口城市發(fā)展的最主要因素之一。因此，港口城市總體規(guī)劃也應將港城交通戰(zhàn)略與運輸規(guī)劃的研究納入發(fā)展策略中。能動處理港口城市交通發(fā)展與土地利用的矛盾，協(xié)調(diào)處理二者之間的互動關系，對港口城市空間規(guī)劃與交通一體化協(xié)調(diào)機制和方法進行研究，將開創(chuàng)港口城市規(guī)劃工作的新思路。內(nèi)容主要包括：

a.預約集港模式下港區(qū)交通系統(tǒng)規(guī)劃與管理核心技術研究。

現(xiàn)實表明，單純依靠修建道路、增加交通設施和采用傳統(tǒng)的管理方式來解決港區(qū)交通問題，其效果是十分有限的，難以有效地解決港口存在的交通問題。因此尋求新的港區(qū)交通系統(tǒng)規(guī)劃、管理、組織方法，借以指導、檢驗和再現(xiàn)港區(qū)道路交通規(guī)劃設計工作，使方案能夠做到土地利用集約、交通供給高效、規(guī)劃設計與管理結合密切等要求，成為當前港區(qū)交通管理亟待解決的重要工作之一。預約集港模式下，以后方堆場為出發(fā)點，前方堆場為目的地的交通流向較為穩(wěn)定，這為港區(qū)交通系統(tǒng)規(guī)劃與管理提供了條件。

b.港區(qū)微觀交通仿真方法與工程應用。

港區(qū)道路使用者(主要為集裝箱、貨車、油罐車等)的交通特性與城市一般車輛的交通特性存在很大差異，至今還沒有權威規(guī)范明確道路彎度、坡度、車輛特性對港區(qū)交通通行能力的影響程度，因此對港區(qū)微觀交通仿真方法進行研究有重要意義。

c.港口集疏運環(huán)節(jié)管理優(yōu)化方法及一體化協(xié)調(diào)機制研究。

集疏運體系的快速高效，能在相當大的程度上緩和由于船舶隨時到港、貨流不均衡而引起的壓船壓貨現(xiàn)象，也可以緩和貨物集散對碼頭倉庫容量過大的要求。集疏運體系能力的不斷增強也會在一定程度上彌補港口其它系統(tǒng)的不足乃至擴大港口腹地半徑，從而促進港口發(fā)揮最大的潛力，因此，對集疏運環(huán)節(jié)管理優(yōu)化方法及一體化協(xié)調(diào)機制進行研究是提高港口物流服務效率與效益的關鍵之一。

4 結語

我國有近百個大中型港口，隨著港口吞吐量的逐漸增大，對港、區(qū)、城交通的需求不斷提高，迫切需要一套完整的港口城市交通系統(tǒng)規(guī)劃設計與管理技術。港城交通問題的研究具有廣泛的應用前景和發(fā)展?jié)摿?，如果加以引導和支持，必將推動相關領域技術水平的發(fā)展和提高，為進一步促進港口城市的發(fā)展打下基礎。如果對港口城市單純采用或借鑒普通城市交通系統(tǒng)規(guī)劃設計和管理方案，不僅影響港口城市的成長和發(fā)展，更會直接影響到港口城市的交通規(guī)劃、管理和組織的有效性。港口城市的特點決定了必須要根據(jù)其實際情況來研究和開發(fā)切實可行的交通系統(tǒng)規(guī)劃設計與管理技術。

[1]孫鵬.港口城市交通壓力分析及對策研究[D].青島：青島大學,2008.

[2]丁仕堂.港城關系對城市空間結構的影響研究[D].上海：同濟大學,2008.

[3]萬旭東,麥賢敏.港口在城市空間組織中的作用解析[J].規(guī)劃廣角,2009,4(25):56～62.

[4]何鳳鳴.天津濱海港城交通發(fā)展關系研究[J].中國城市交通規(guī)劃.2006(22):42～48.

[5] 刑國江.港口規(guī)劃和港城關系[J].水運管理,2002(4):35～38.

[6]陳航.港城互動的理論與實證研究[D].大連：大連海事大學,2009.