封閉社區(qū)對城市路網(wǎng)作用機(jī)制分析

呂婷婷，林 麗，李 偉

(南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，南京210037)

封閉社區(qū) (Gated Community)興起于二十世紀(jì)六七十年代的美國，在新自由主義和經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，城市空間的私有化成為人們從公共領(lǐng)域和公共責(zé)任中撤出的一條途徑［1］，一些城市傳統(tǒng)社區(qū)為加強(qiáng)居住安全和減少過境交通也不斷將社區(qū)街道封閉［2］。

Blakely和Snyder［3］首先提出了封閉社區(qū)的概念，即被圍墻或柵欄包圍，將空間私有化并限制他人進(jìn)入的居住區(qū)。20世紀(jì)90年代以來，各國的城市研究學(xué)者分別從社會學(xué)和地理學(xué)等視角研究封閉社區(qū)的出現(xiàn)對城市政治、經(jīng)濟(jì)、社會和文化多方面的影響，但鮮有研究封閉社區(qū)對城市交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所造成的影響，因此本文另辟蹊徑，以探討封閉社區(qū)對城市道路系統(tǒng)的影響機(jī)制為主線，分析了封閉社區(qū)的交通特征及其原因，并重點(diǎn)從路網(wǎng)密度、非直線系數(shù)和連通度3個要素定量分析了封閉社區(qū)城市道路網(wǎng)絡(luò)的影響，并據(jù)此把封閉社區(qū)對城市路網(wǎng)效益的影響表征出來。

1 封閉社區(qū)的交通特征

和傳統(tǒng)的居住小區(qū)相比，封閉社區(qū)由于四周邊界 (一般為綠化帶和鐵柵欄等)與周邊路網(wǎng)嚴(yán)格分離，并且社區(qū)內(nèi)部用地性質(zhì)和交通特性相似，因此可以把其視為一個相對獨(dú)立的交通小區(qū)來進(jìn)行研究［4］。封閉社區(qū)是一個獨(dú)立的客流發(fā)生源和吸引地，然而對于過境交通卻有非常明顯的屏蔽作用，因?yàn)榉忾]社區(qū)只允許本小區(qū)車輛進(jìn)入和穿越，而將其他社會車輛拒之門外。因此封閉社區(qū)的交通流線與傳統(tǒng)居住小區(qū)相比，具有顯著的排他性。

從交通量的時間分布上看，傳統(tǒng)居住區(qū)除了上下班的通勤交通外，還有大量發(fā)生在小區(qū)內(nèi)部鄰里間的交通，因此在這種居住區(qū)中，早晚高峰和平峰之間交通量的差異并非很大;而封閉社區(qū)大多使用地下車庫，致使社區(qū)內(nèi)部居民之間彼此的聯(lián)系非常少，所以其交通發(fā)生在時間上具有明顯的集中性特點(diǎn)，大量交通集中于早晚高峰時間［5］。

2 對城市路網(wǎng)指標(biāo)影響

2.1 路網(wǎng)密度

路網(wǎng)密度是指城市中所有的道路總長度與城市總面積之比，路網(wǎng)密度的高低直接影響了城市街道可達(dá)性的大?。?］。由于封閉社區(qū)內(nèi)部道路具有排他性，因此社區(qū)內(nèi)部道路不能算作城市公共道路的一部分。封閉社區(qū)對城市道路網(wǎng)減少的密度Δ為:

式中:Lij為城市建成區(qū)中第i個封閉社區(qū)中的第j條道路的長度，假設(shè)一座城市中共有n個封閉社區(qū)，第i個封閉社區(qū)中有m條與城市路網(wǎng)隔離的道路，S為城市建成區(qū)的面積。顯然Δ值越大，封閉社區(qū)對城市道路影響越大。

2.2 非直線系數(shù)

非直線系數(shù)為兩點(diǎn) (小區(qū))間的路上實(shí)際距離比兩點(diǎn)間空間直線距離，它是評定路網(wǎng)易達(dá)性的重要指標(biāo)。下面就最常見的矩形和三角形街坊討論封閉社區(qū)對道路非直線系數(shù)的影響，如圖1所示。

圖1 非直線系數(shù)影響示意圖Fig.1 Influence diagram of non-linear coefficient

為顯示出封閉社區(qū)對交通易達(dá)性的重要影響，這里的非直線系數(shù)特指兩點(diǎn)間由于封閉社區(qū)所導(dǎo)致的最大繞行距離與兩點(diǎn)之間直線距離之比。

在圖1(a)中，由于封閉社區(qū)的阻隔，因此非直線系數(shù)的表達(dá)式為:

在社區(qū)面積一定時，當(dāng)街坊形狀近似為正方形的時候，至多需比原來多繞行1倍的距離。

在圖1(b)中，由于封閉社區(qū)的阻隔，在這種情況下非直線系數(shù)的表達(dá)式為:

顯然，γ的角度越小，DAB的值越大，也就意味著繞行更多的距離。

2.3 連通度

路網(wǎng)的連通度指的是與路網(wǎng)總的節(jié)點(diǎn)數(shù)和總的變數(shù)有關(guān)的指標(biāo)，連通度指數(shù)越高表明路網(wǎng)中的斷頭路越少，成網(wǎng)率越高，反之則表明成網(wǎng)率越低［7］，其表達(dá)式為:

式中:J為路網(wǎng)連通度指數(shù);N為網(wǎng)絡(luò)中總節(jié)點(diǎn)數(shù);M為路網(wǎng)中邊數(shù)總和。假設(shè)某一封閉社區(qū)中有P條縱向道路、Q條橫向道路與城市路網(wǎng)相連，還有n條與城市道路相連的盡端路，如圖2中的虛線框里部分所示。在整個網(wǎng)絡(luò)中存在封閉社區(qū)以后，矩形社區(qū)減少的節(jié)點(diǎn)數(shù)為PQ個，減少的邊數(shù)為 ［P(Q+1)+Q(P+1)］條，對路網(wǎng)連通度的減少值δR為:

圖2 路網(wǎng)連通度系數(shù)影響示意圖Fig.2 Influence diagram of network connectivity

同理，在三角形街坊中，

從公式 (6)中可以推導(dǎo)出，在理想狀態(tài)下，矩形封閉社區(qū)的路網(wǎng)連通度比非封閉時下降了［(PQ+2P+2Q+4)/(2PQ+3P+3Q+4)］%。因?yàn)镻、Q為自然數(shù)，繪制出在不同P、Q取值組合下路網(wǎng)連通度下降百分比的散點(diǎn)圖。同理，在理想狀態(tài)下，三角形封閉社區(qū)的路網(wǎng)連通度比非封閉時下降了 ［Q/(5Q+9)］%(如圖3所示)。

從圖3中可知，在矩形社區(qū)中，當(dāng)P=1或Q=1，整個路網(wǎng)連通度最低，其下降幅度超過了85%;而在三角形社區(qū)中，隨連接外部路網(wǎng)的路的數(shù)量的增加，其連通度變化趨勢與矩形社區(qū)相反。因此矩形社區(qū)在規(guī)劃的時候，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)上述情況。

圖3 理想狀態(tài)下矩形社區(qū) (a)和三角形社區(qū) (b)連通度下降百分比散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter diagram of decline percentage of rectangular community(a)and triangle community(b)in ideal state

為了研究連通度變化速率，對δT和δR分別求二階導(dǎo)數(shù)，并對P、Q分別取整數(shù)值，得到理想狀態(tài)下社區(qū)連通度變化速率圖，如圖4所示。

圖4 理想狀態(tài)下社區(qū)連通度變化速率圖Fig.4 Changing rate of community connectivity in ideal state

由圖4可知原本被截斷的路的條數(shù)對路網(wǎng)連通度影響的閾值為6，即當(dāng)P和Q的值大于6時，對外連接路數(shù)量的增加對封閉社區(qū)和城市路網(wǎng)連通度的變化幾乎沒有影響;并且當(dāng)封閉社區(qū)連接外部路網(wǎng)數(shù)量在3條以下時，矩形社區(qū)的下降速率大于三角形社區(qū)，而在3條以上時，矩形和三角形社區(qū)路網(wǎng)連通度的變化速率趨于一致。

3 對城市路網(wǎng)效益的影響

為了量化封閉社區(qū)對鄰近路網(wǎng)效益的影響，本文用基于時間的交通影響分析 (T-TIA)法進(jìn)行延誤分析，現(xiàn)假定如下:原直行車輛 (沿圖5中虛線方向)因封閉社區(qū)受阻，通過封閉社區(qū)周邊道路 (如圖5箭頭方向所示)繞行;車輛的到達(dá)服從泊松分布;所有交叉口為信號控制交叉口，且交叉口所有左轉(zhuǎn)車輛都有專用車道。其總延誤表達(dá)式為:

圖5 封閉社區(qū)延誤影響分析(左圖為矩形社區(qū)，右圖為三角形社區(qū))Fig.5 Delay influence analysis of gated community of rectangular community(a)and triangle community(b)

公式 (12)為總繞行延誤公式，其中Tij和Sij分別為在繞行第i和第 (i+1)個交叉口時，封閉社區(qū)周邊道路所產(chǎn)生的交叉口延誤和路段延誤(單位s，下同)，D為總延誤。

公式 (13)中Tc為信號周期，s，λ為交叉口綠信比;x為飽和度，q0為進(jìn)口道的背景交通量，輛/h，Qμ為繞行車輛所致的交通量，輛/h;μ為上游繞行車交通量，輛/h;C為對應(yīng)交叉口進(jìn)口車道的交通量分配系數(shù);Tij為設(shè)計通行能力 (取2 100輛/h·m)。

公式 (14)V0為背景交通量，Qθ為由于繞行所附加的路段上的交通量，θ為對應(yīng)路段上的交通量分配系數(shù);t0為零流阻抗，s;α，β為阻滯系數(shù)，取α=0.15，β=4，v為路段設(shè)計車速，km/min;L為路段距離，m。

為了獲得封閉社區(qū)繞行車輛數(shù)增加 (0～500輛/h)而產(chǎn)生的延誤曲線，對南京某封閉社區(qū)周邊道路進(jìn)行實(shí)地觀測，數(shù)據(jù)見表1。

表1中，AVEr和AVEt分別為矩形社區(qū)和三角形社區(qū)的平均值，將其代入公式 (12)～(14)中得到如圖6所示的延誤曲線。

表1 延誤公式參數(shù)取值Tab.1 Parameter of delay formula

圖6 矩形和三角形封閉社區(qū)延誤曲線Fig.6 Delay curves of rectangular community(a)and triangle community(b)

從曲線中可以看出，當(dāng)由于封閉社區(qū)而繞行的交通量達(dá)到350輛左右的閾值時，延誤急劇上升并且保持上升的趨勢。

5 結(jié)論

(1)可以通過合理的路網(wǎng)規(guī)劃，適當(dāng)提高道路密度、增加封閉社區(qū)周邊道路的連通度和可達(dá)性，對于矩形封閉社區(qū)而言，應(yīng)當(dāng)最大限度減少主流交通方向上的繞行距離 (減少該方向上的 a值);對于三角形社區(qū)而言，應(yīng)控制好放射路之間的角度 (增加γ角度)。

(2)封閉社區(qū)通過對路網(wǎng)連通度的影響，降低了城市的路網(wǎng)效益，增加了延誤［8－9］，本文通過對延誤公式規(guī)律的分析，得到了三角形和矩形封閉社區(qū)的延誤增加的閾值，因此當(dāng)預(yù)測的繞行車輛數(shù)達(dá)到或超過此閾值時，應(yīng)采取相應(yīng)的管理和工程措施減小路網(wǎng)延誤。

(3)研究封閉社區(qū)對城市交通影響的發(fā)生和作用機(jī)制無論是對于城市規(guī)劃還是交通規(guī)劃，都具有直接的現(xiàn)實(shí)意義［10－11］。本文僅從道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)這個層面探討了封閉社區(qū)和城市交通之間的聯(lián)系，除此之外還有許多方面值得學(xué)者們進(jìn)一步研究，如封閉社區(qū)對城市路網(wǎng)影響評價機(jī)制的構(gòu)建，封閉社區(qū)與城市綜合交通規(guī)劃以及城市路網(wǎng)等級結(jié)構(gòu)等之間的互動機(jī)制等。

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