城市CBD路網(wǎng)容量分析——以寧波市為例

■陳文鑫，施翔勻，韓紅艷，董 升 ■寧波工程學(xué)院，浙江 寧波 315211

1 引言

城市CBD是指建成區(qū)內(nèi)社會與經(jīng)濟活動最集中的地區(qū)，具有一定的社會經(jīng)濟集聚效應(yīng)，人口密度高、交通擁堵、高度密集型等特點是它與城市中其他地區(qū)對比最明顯的差別。作為城市交通樞紐集中的區(qū)域，服務(wù)范圍輻射城市全部人口，因而CBD路網(wǎng)容量是否滿足城市居民出行需求在一定程度上折射了這個城市整體的交通運行水平，所以，研究城市CBD交通容量，對于城市規(guī)劃和交通規(guī)劃都有著極為重要的理論和現(xiàn)實意義。

本項研究旨在通過對寧波城市CBD大量交叉口和路段的交通運行數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，深入掌握寧波市城市交通運行的基本情況，根據(jù)路網(wǎng)容量和車輛保有量計算模型，預(yù)測核心區(qū)現(xiàn)狀及規(guī)劃路網(wǎng)容量，分析車輛保有量和路網(wǎng)容量的匹配程度，并對交通管理效率和路網(wǎng)容量的互動關(guān)系進(jìn)行研究，提出通過改善交通管理效率來提高CBD動態(tài)路網(wǎng)容量的措施，進(jìn)而為更好地運用科學(xué)手段實現(xiàn)城市交通網(wǎng)絡(luò)的精細(xì)化管理提供科學(xué)依據(jù)和現(xiàn)實參考。

2 路網(wǎng)容量

2．1 路網(wǎng)容量定義

路網(wǎng)容量在某種程度上講是衡量一定交通狀態(tài)下城市道路交通供給能力的一個特征指標(biāo)，路網(wǎng)容量反映一定的服務(wù)水平下(暢通態(tài)、過渡態(tài)、擁擠態(tài))一定區(qū)域內(nèi)城市道路能夠同時容納的車輛數(shù)，指的是道路空間容量，稱為靜態(tài)路網(wǎng)容量。路網(wǎng)容量跟區(qū)域內(nèi)道路長度、道路寬度、車輛行駛速度、交通管理水平等有關(guān)，一般而言，道路越長，道路越寬，車速越慢，交通管理水平越高，路網(wǎng)能夠同時容納的車輛就越多。

2．2 路網(wǎng)容量計算模型

關(guān)于如何通過科學(xué)合理的數(shù)據(jù)模型來量化城市路網(wǎng)容量這一概念，美國，日本，法國在這一領(lǐng)域有大量的研究［］。目前最受大家認(rèn)可的方式，20世紀(jì)6 0年代法國工程師路易斯．馬尚提出“城市空間和時間消耗”的概念，他將城市路網(wǎng)想象成具有時空屬性的一個容器，根據(jù)這個容器總的時空量與每個出行者出行一次所消耗的時空量，確定出整個路網(wǎng)的容量。這種建立在時空資源消耗概念下的路網(wǎng)容量計算方法具有科學(xué)直觀、實用有效等特點，因而被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的城市交通規(guī)劃中。該方法是以道路有效運營長度與有效運營時間的乘積作為路網(wǎng)的時空總資源，其目標(biāo)是計算交通設(shè)施在時空總資源的約束下，單位時間空間內(nèi)所能服務(wù)的最大交通個體數(shù)。

其中，N為高峰小時路網(wǎng)容量，為第等級道路容量，可以表示如下：

Lij=第i等級道路第j條道路長度，單位為米;

Kij=第i等級道路第j條道路車道數(shù)，無量綱;

T=各等級道路在高峰時段的有效運營時間，高峰小時取為60分鐘;

Ri=第i等級道路時空資源綜合利用系數(shù)，無量綱;

ci=第i等級道路上個體車輛時空資源消耗，單位為米/秒;

li=第i等級道路上機動車平均車頭間距，單位為米;

t=機動車出行在區(qū)域路網(wǎng)上平均耗時，單位為分鐘。

由此可得路網(wǎng)容量為：

2．3 路網(wǎng)容量影響因素

(1)客、貨源集散點與路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的匹配程度。城市居民出行需求和路網(wǎng)容量是密切相關(guān)的，因為前者是后者的服務(wù)對象，城市核心區(qū)道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與居民出行交通需求(乘客、貨源集散中心)在空間結(jié)構(gòu)的一致程度將對實際的路網(wǎng)容量產(chǎn)生一定的影響。在計算城市路網(wǎng)容量時，需要具體考慮城市路網(wǎng)布局與等級結(jié)構(gòu)特性，對理想路網(wǎng)容量進(jìn)行合理修正。

(2)交通個體的路徑選擇行為。出行習(xí)慣不同以及對同一路徑的行程時間認(rèn)識不同，導(dǎo)致交通個體的路徑選擇行為是一種隨機選擇的個體行為，由此行為產(chǎn)生的交通分配也必然是一種隨機分配。對同一個路網(wǎng)，如果這種分配與路網(wǎng)結(jié)構(gòu)匹配得好，那么路網(wǎng)的實際容量就會大大接近路網(wǎng)的理想容量。

(3)路網(wǎng)的道路與交通條件。路段和交叉口尤其是信號控制交叉口對整個路網(wǎng)容量具有很大的影響。交叉口使車輛產(chǎn)生延誤，影響行車速度，另外交叉口造成了車輛的間斷運行，增加了個體車輛在城市道路網(wǎng)絡(luò)中的時間資源消耗，從而導(dǎo)致道路容量的減少。

(4)路網(wǎng)的運行水平。路網(wǎng)的運行狀態(tài)是路網(wǎng)最大服務(wù)容量的概念，即在特定的速度和行駛時間、駕駛自由度、舒適和方便程度的條件下，城市道路網(wǎng)所能提供的最大服務(wù)容量。比如將路網(wǎng)交通流大致分為3種運行狀態(tài)：暢行、中間過渡以及擁堵狀態(tài)。不同的狀態(tài)，帶給出行者的使用感受是不一樣的，相應(yīng)的路網(wǎng)最大服務(wù)容量也不同。

3 CBD 路網(wǎng)容量分析

3．1 影響范圍確定

為了更加準(zhǔn)確、詳細(xì)、具體的對寧波市核心區(qū)CBD路網(wǎng)容量進(jìn)行調(diào)查研究分析。目前來看寧波的CBD主要為三江口，主要集中在天一商圈，具體范圍為永豐路—和義路—靈橋路—長春路—望京路圍合的區(qū)域。

圖1 核心區(qū)路網(wǎng)容量研究范圍

3．2 關(guān)鍵參數(shù)確定

(1)道路長度和車道數(shù)。道路長度和車道數(shù)，可以針對不同道路等級的每一條路段進(jìn)行統(tǒng)計。研究區(qū)域內(nèi)主要道路的交通運行狀況見表1。

表1 高峰小時行程時間及停車延誤數(shù)據(jù)匯總表

排序 調(diào)查路段 里程(km)(km/h) 車道數(shù) 路口延誤占車速總延誤比例2 解放路 2.3 12.1 6 92.1%3 望京路—長春路 3.4 13.9 3 88.3%4 永豐路—和義路 2.2 / 3/5 中山路 2.0 19.5 6 96.6%6 柳汀街—藥行街 1.9 16.4 6 98.1%7 大沙泥街 0.8 / 4/

(2)車頭間距。車頭間距由行駛的車輛車速決定，根據(jù)2秒車頭時間距，當(dāng)小汽車以40公里/小時行駛時，必須保持22米的車頭間距，以保證行駛安全;道路服務(wù)水平主要根據(jù)車速來劃分，結(jié)合國內(nèi)外研究成果定義了三個層次的服務(wù)水平：暢通態(tài)、過渡態(tài)和擁擠態(tài);各等級道路在不同的服務(wù)水平下，按照2秒的平均車頭時間距，并考慮最小車輛間隙8米的標(biāo)準(zhǔn)，得出平均車頭間距如表2所示：

表2 各等級道路上平均車頭間距(m)

(3)路網(wǎng)資源利用系數(shù)。道路網(wǎng)絡(luò)的布局與等級結(jié)構(gòu)就成為影響城市交通系統(tǒng)容量的主導(dǎo)因素。在進(jìn)行路網(wǎng)容量時，需要具體考慮城市路網(wǎng)布局與等級結(jié)構(gòu)特性，對理想路網(wǎng)容量進(jìn)行修正?？紤]到寧波路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和等級級配結(jié)構(gòu)，快速路、主干路、次干路和支路各等級路網(wǎng)的可利用系數(shù)分別取為：1.0，0.9，0.8和0.7。

(4)信號控制管理效率修正系數(shù)。交叉口對整個路網(wǎng)容量具有很大的影響。交叉口信號組織車輛有序通行，但是信號和通行車輛不能完全匹配的話，會導(dǎo)致部分綠燈時間浪費，從而導(dǎo)致了道路容量的減少?？紤]寧波市寧波CBD區(qū)域交叉口的管理水平，綠燈時間的損失在10%左右，信號控制導(dǎo)致與交叉口連接的主干路、次干路和支路路網(wǎng)容量折減的系數(shù)取為0.9，對快速路沒有影響。

(5)車流干擾修正系數(shù)。城市道路機動車道寬度設(shè)置的水平高低對車流的通行能力也有一定的影響，通常城市道路車道寬度為3.5米到3.75米。寧波CBD區(qū)域主干道及以下城市道路機動車車道的寬度平均為3.25米左右，據(jù)此車流干擾系數(shù)取為0.975;快速路等級較高，車流干擾修正系數(shù)取為1.0。

(6)方向不均衡修正系數(shù)。合寧波市的實際情況，調(diào)查數(shù)據(jù)顯示路段方向不均勻系數(shù)平均為0.55，據(jù)此得出的方向不均衡修正系數(shù)為0.91。

3．3 路網(wǎng)容量分析

(1)路網(wǎng)容量計算。路網(wǎng)容量計算變量如表3所示。

表3 路網(wǎng)容量變量

結(jié)合寧波市“十二五”發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計“十二五”之后寧波市區(qū)路網(wǎng)里程車道數(shù)年均增長率預(yù)計在1%～6.5%之間，CBD區(qū)域道路建設(shè)已接近成熟，可取下限1.0%。據(jù)此得到現(xiàn)狀2015年，在暢通態(tài)、過渡態(tài)以及擁擠態(tài)條件下，寧波市CBD路網(wǎng)分別可以同時容納0.86萬輛、1.26萬輛、1.73萬輛小汽車行駛。

(2)CBD車輛保有容量計算。機動車保有量計算模型如下：

P=市區(qū)機動車保有量上限，單位為輛;

N=核心區(qū)高峰小時路網(wǎng)容量，單位為輛(次);

Kt=高峰小時出行占全天出行比例，無量綱;

Ks=市區(qū)機動車出行進(jìn)入核心區(qū)比例，無量綱;

Td=機動車每天平均出行次數(shù)，單位為次/輛。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)獲得相關(guān)計算參數(shù)，見表4。計算出CBD早高峰小時交通出行總量約為17145pcu/h。

表4 機動車保有量計算參數(shù)

(3)車輛保有量與路網(wǎng)容量飽和度分析。路網(wǎng)容量飽和水平是衡量城市中機動車發(fā)展規(guī)模與路網(wǎng)容量是否相適應(yīng)的定量指標(biāo)。將高峰小時機動車交通出行服務(wù)量與路網(wǎng)容量進(jìn)行比較，則可求得交通出行與路網(wǎng)的飽和水平，或者說現(xiàn)狀機動車的保有量和路網(wǎng)可承載機動車容量的飽和水平，計算模型為：

k為飽和水平，無量綱;VOD為高峰小時交通出行總量。

當(dāng)飽和水平k＞1時，說明在一定的服務(wù)水平下路網(wǎng)容量小于機動車出行總量，路網(wǎng)容量無法滿足機動車出行需求，道路交通進(jìn)入擁堵狀態(tài)，需要對機動車出行量進(jìn)行引導(dǎo)和控制，否則道路服務(wù)水平將下降;當(dāng)飽和水平k＜=1，說明機動車總量小于路網(wǎng)容量，路網(wǎng)容量可以滿足機動車出行需求。計算得到寧波CBD的飽和水平為0.99，說明該區(qū)域高峰時段處于擁堵狀態(tài)。

4 結(jié)論

(1)寧波市CBD在暢通態(tài)、過渡態(tài)以及擁擠態(tài)條件下，路網(wǎng)容量分別為0.86萬輛、1.26萬輛、1.73萬輛。

(2)早高峰時段，寧波CBD車輛保有量與路網(wǎng)容量飽和度約為0.99，區(qū)域路網(wǎng)處于擁堵狀態(tài)。按照現(xiàn)狀小汽車自由發(fā)展態(tài)勢，寧波CBD高峰時段已經(jīng)不可避免地達(dá)到飽和狀態(tài)。

(3)要保障路網(wǎng)運行服務(wù)水平，使其在低于飽和水平狀態(tài)下運行，必須重視“建、管、調(diào)”原則，多管齊下。新建、改建、擴建道路，適度增加路網(wǎng)容量;通過增加停車收費、出行擁堵收費等政策增加小汽車使用成本，減少小汽車出行強度;落實公交優(yōu)先政策，疏堵并用，鼓勵居民通過公交方式出行，減少小汽車出行方式比例。