基于道路容量、建筑量、汽車(chē)保有量的擁堵指數(shù)敏感性分析

楊　文，高洪振，張鐵巖，胡　倩（青島市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 青島 266022）

基于道路容量、建筑量、汽車(chē)保有量的擁堵指數(shù)敏感性分析

楊文，高洪振，張鐵巖，胡倩
（青島市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 青島 266022）

為研究道路容量、建筑量及汽車(chē)保有量對(duì)交通擁堵的敏感程度，提出以擁堵指數(shù)作為評(píng)價(jià)敏感程度的指標(biāo)。以青島市東岸城區(qū)為例，根據(jù)行政區(qū)劃及功能布局將東岸城區(qū)劃分為12個(gè)中區(qū)，依托EMME4軟件平臺(tái)，以土地利用資料和道路網(wǎng)為基礎(chǔ)，對(duì)每個(gè)中區(qū)的道路容量、建筑量和汽車(chē)保有量的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出這3個(gè)因素同擁堵指數(shù)的內(nèi)在關(guān)系。分別進(jìn)行單一因素及不同組合因素下不同程度的增量變化，得到不同條件下的擁堵指數(shù)變化率。結(jié)果表明，三者對(duì)道路擁堵的敏感性強(qiáng)弱順序依次為：汽車(chē)增量、道路容量增量、建筑增量。采取單一措施，路網(wǎng)擁堵情況改善不明顯，采取組合措施后的路網(wǎng)擁堵改善效果優(yōu)于采取單一措施。因此，通過(guò)合理控制汽車(chē)和建筑規(guī)模增長(zhǎng)，同時(shí)改善道路交通設(shè)施，增加道路容量，可以有效改善道路擁堵?tīng)顩r。

擁堵指數(shù)；道路容量；汽車(chē)保有量；建筑量；敏感性分析

0　引言

近年來(lái)，隨著青島市城市經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城市吸引的外來(lái)人口持續(xù)增加，旅游休閑人數(shù)不斷擴(kuò)大，城市發(fā)展框架不斷完善。在此背景下，建筑開(kāi)發(fā)量及機(jī)動(dòng)車(chē)保有量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，盡管城市道路也在加快建設(shè)，但有限的“供”與高漲的“需”之間矛盾逐漸加劇。青島中心城區(qū)，尤其是市南、市北、李滄核心區(qū)、嶗山核心區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域交通擁堵現(xiàn)象愈發(fā)突出，政府與市民都在關(guān)注交通發(fā)展態(tài)勢(shì)，也在尋求解決問(wèn)題的辦法。

國(guó)內(nèi)外許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)交通擁堵成因及對(duì)策進(jìn)行了深入研究[1]。北京工業(yè)大學(xué)陳春妹等以隨機(jī)效用理論為基礎(chǔ)，建立整個(gè)路網(wǎng)中車(chē)輛在道路容量極限狀態(tài)下的平均行駛時(shí)間模型，為了便于應(yīng)用，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)知識(shí)給出了平均行駛時(shí)間的計(jì)算步驟和計(jì)算流程圖，該方法不用通過(guò)傳統(tǒng)的交通調(diào)查也可以獲得行駛時(shí)間，為準(zhǔn)確計(jì)算道路容量奠定了一定的基礎(chǔ)[2]；重慶交通大學(xué)的李淑慶認(rèn)為與一個(gè)城市道路網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)模相適應(yīng)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛擁有規(guī)模對(duì)解決日益嚴(yán)重的城市交通擁堵問(wèn)題具有重要意義，給出了城市道路容量和路網(wǎng)服務(wù)水平的概念，建立了道路容量計(jì)算模型，得到城市道路容量約束下的城市機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)展規(guī)模的確定方法，為城市機(jī)動(dòng)車(chē)需求管理提供了理論支撐[3]；北京交通大學(xué)的林峰，在從經(jīng)濟(jì)角度深入分析我國(guó)機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量與城市主干道的相關(guān)性進(jìn)行了分析，進(jìn)而以協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了Matlab環(huán)境下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近期機(jī)動(dòng)車(chē)保有量預(yù)測(cè)模型和基于道路容量的長(zhǎng)期路網(wǎng)規(guī)劃模型，并以北京市為例進(jìn)行了相關(guān)的定量研究[4]。

以上研究主要從機(jī)動(dòng)車(chē)保有量和道路容量角度研究?jī)烧咄煌〒矶碌年P(guān)系，但是鮮有研究涉及道路容量、建筑量、汽車(chē)保有量三者對(duì)交通擁堵的敏感性分析。本文結(jié)合青島實(shí)際情況，依托EMME4軟件平臺(tái)以及土地利用資料和規(guī)劃路網(wǎng)，在對(duì)交通擁堵指數(shù)影響因素分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)青島市道路容量、建筑量、汽車(chē)保有量現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)擁堵指數(shù)的敏感性進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)建議。

1　擁堵指數(shù)影響因素分析

路網(wǎng)擁堵指數(shù)為區(qū)域內(nèi)不同等級(jí)道路的容量和需求量對(duì)應(yīng)的飽和度，按照有效道路容量加權(quán)平均再乘以10的數(shù)值，其計(jì)算公式為：

式中：RL為路網(wǎng)擁堵指數(shù)；ri為不同等級(jí)道路飽和度；ki為不同等級(jí)道路權(quán)重。

路網(wǎng)擁堵指數(shù)共分為5級(jí)，0~2.0為暢通，2.0~ 4.0為基本暢通，4.0~6.0為輕度擁堵，6.0~8.0為中度擁堵，8.0~10.0為嚴(yán)重?fù)矶隆?/p>

擁堵指數(shù)是反映交通運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)，直接受到交通供給和交通需求能力的影響。其中交通供給能力方面主要是道路容量[5-6]，交通需求主要誘導(dǎo)因素是建筑量，另外汽車(chē)保有量會(huì)影響交通出行量及出行方式結(jié)構(gòu)[7-8]，以下將對(duì)這3個(gè)影響因素做進(jìn)一步分析。

1.1道路容量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

道路容量包括宏觀和微觀兩個(gè)層次，這里所說(shuō)的道路容量主要是指宏觀層面，即城市總體或一定范圍內(nèi)城市交通系統(tǒng)對(duì)交通個(gè)體的容納能力，用于反映城市交通供需狀況和交通系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀況[9]。而道路容量是一個(gè)理論值，會(huì)受到占路停車(chē)、交通事故、交通管理及智能化水平等因素的影響，實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)其做相應(yīng)折減[10-11]。道路容量的計(jì)算公式為：

式中：C路為研究范圍內(nèi)道路容量；dj為道路長(zhǎng)度；Cj為不同等級(jí)道路通行能力；nj為車(chē)道數(shù)。

中心城區(qū)城市道路總?cè)萘考s780萬(wàn)pcu·km/h（考慮到地鐵施工、占路停車(chē)等因素影響，道路容量相應(yīng)進(jìn)行折減），其中：東岸城區(qū)約為290萬(wàn)pcu·km/h，北岸城區(qū)約為252萬(wàn)pcu·km/h，西岸城區(qū)約為240萬(wàn)pcu·km/h。東岸城區(qū)的李滄西、嶗山中、嶗山北等中區(qū)道路容量相對(duì)較大，其中李滄西最大，約為41萬(wàn)pcu·km/h。

規(guī)劃道路容量較現(xiàn)狀均有所增加，但市南區(qū)及嶗山中心區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)已基本按規(guī)劃實(shí)施，增長(zhǎng)空間不大。其他4區(qū)按規(guī)劃實(shí)施后，道路容量增長(zhǎng)較大，尤其城陽(yáng)區(qū)增幅達(dá)到140%以上。

從東岸城區(qū)各中區(qū)來(lái)看，李滄西中區(qū)規(guī)劃容量最大，達(dá)到77萬(wàn)pcu·km/h；四方西道路容量增幅最大，達(dá)到200%以上；李滄區(qū)的2個(gè)中區(qū)道路容量增幅均在80%以上，其他幾個(gè)中區(qū)增幅不明顯（見(jiàn)圖1）。

圖1　東岸城區(qū)各中區(qū)道路容量變化分析圖（單位：萬(wàn)pcu·km/h）

就道路容量密度而言，市北東和市南西規(guī)劃道路容量密度最高，達(dá)到2.6萬(wàn)pcu·km/（h·km2），四方西、李滄西道路容量密度有較大增長(zhǎng)，分別由現(xiàn)狀的0.8萬(wàn)pcu·km/（h·km2）和1.1萬(wàn)pcu·km/（h· km2）增加到2.5萬(wàn)pcu·km/（h·km2）和2.1萬(wàn)pcu· km/（h·km2）（見(jiàn)圖2）。

圖2　東岸城區(qū)各中區(qū)道路容量密度變化分析圖（單位：萬(wàn)pcu·km·h-1·km-2）

1.2建筑量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)狀東岸城區(qū)中區(qū)建筑量較為突出的有市南東、市北西、四方東、李滄西，均超過(guò)1 500hm2。其中市南東商業(yè)服務(wù)和公共服務(wù)設(shè)施建筑量最高，總量達(dá)到521hm2，所占比例遠(yuǎn)高于其他中區(qū)；市北區(qū)中區(qū)居住建筑量所占比例較為突出，而其公共服務(wù)設(shè)施建筑量相對(duì)較低（見(jiàn)圖3）。

圖3　現(xiàn)狀東岸城區(qū)各中區(qū)建筑量分布圖

到2020年，東岸城區(qū)各中區(qū)居住用地、公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地及商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地的建筑量均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。老城區(qū)建筑增量較小，建筑增量主要集中在嶗山中、四方西、嶗山北、李滄西、李滄東等中區(qū)，這5個(gè)中區(qū)增量在1 000hm2以上，且以居住和商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施為主。市南東、市北西等傳統(tǒng)商業(yè)金融核心區(qū)的商業(yè)設(shè)施建筑量仍將增加，但低于李滄西、李滄東、四方西、嶗山中等新建及待改造區(qū)域的商業(yè)設(shè)施建筑增幅（見(jiàn)圖4）。

1.3汽車(chē)保有量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2013年青島中心城區(qū)（不含原膠南市）汽車(chē)保有量為79.6萬(wàn)輛，比上年增長(zhǎng)12.7%（見(jiàn)圖5）。其中，東岸城區(qū)54.9萬(wàn)輛、西岸城區(qū)10.2萬(wàn)輛、北岸城區(qū)14.6萬(wàn)輛，東岸城區(qū)的汽車(chē)保有量分別為西岸城區(qū)及北岸城區(qū)的5.4倍及3.8倍。

東岸城區(qū)汽車(chē)數(shù)擁有量最多區(qū)域?yàn)槭心蠀^(qū)和市北區(qū)，分別達(dá)到14.8萬(wàn)輛和22.3萬(wàn)輛，年均增長(zhǎng)率分別為8.8%和12%，千人擁有率分別為272輛/千人和218輛/千人，車(chē)輛密度分別為0.49萬(wàn)輛/km2和0.35萬(wàn)輛/km2，與其他城市相比處于較高水平，已經(jīng)明顯高于寧波、大連等城市以及新加坡的汽車(chē)擁有水平。李滄區(qū)和嶗山區(qū)汽車(chē)保有量也已經(jīng)分別達(dá)到10萬(wàn)輛和7.6萬(wàn)輛，千人擁有率分別為195輛/千人和201輛/千人，但車(chē)輛密度相對(duì)較低。

圖4　2020年?yáng)|岸城區(qū)各中區(qū)建筑量變化圖

圖5　青島中心城區(qū)歷年汽車(chē)增長(zhǎng)情況

采用自然增長(zhǎng)法、“一戶(hù)一輛”法、道路容量法等三種方法對(duì)東岸城區(qū)汽車(chē)保有量發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)2020年?yáng)|岸城區(qū)汽車(chē)保有量在95萬(wàn)~ 120萬(wàn)之間，2020年之前保持較高的增長(zhǎng)速度，2020年以后增速逐漸放緩（見(jiàn)圖6）。

圖6　東岸城區(qū)汽車(chē)保有量發(fā)展變化圖

2　擁堵指數(shù)影響因素敏感性分析

敏感性分析是指從各類(lèi)影響項(xiàng)目指標(biāo)的因素中提取出敏感性因素，確定敏感性因素對(duì)項(xiàng)目指標(biāo)的影響程度，為項(xiàng)目制定提供有效可行的決策依據(jù)[12]。

根據(jù)敏感性因素變動(dòng)個(gè)數(shù)的不同，敏感性分析法可分為單因素敏感性分析法和多因素敏感性分析法。通常是分析單個(gè)因素變化，必要時(shí)也可分析項(xiàng)目指標(biāo)受兩個(gè)或多個(gè)敏感性因素的影響程度大小。項(xiàng)目指標(biāo)對(duì)敏感性因素的敏感程度，表示為該因素按一定比例變化時(shí)引起評(píng)估指標(biāo)的變動(dòng)幅度。通過(guò)控制不利因素，改善有利因素，可增強(qiáng)項(xiàng)目效果，從而提高抗風(fēng)險(xiǎn)能力[13]。

青島市東岸城區(qū)受地形影響，車(chē)種構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單。居民出行主要乘坐的交通工具為小汽車(chē)或公交車(chē)，其中東岸城區(qū)摩托車(chē)和自行車(chē)出行比例不到3%。因此，假設(shè)公交出行比例一定且忽略自行車(chē)和摩托車(chē)的影響，主要從汽車(chē)保有量、道路容量、建筑量這3個(gè)方面對(duì)擁堵指數(shù)的敏感性進(jìn)行分析。

為分析各因素對(duì)擁堵指數(shù)的敏感性，根據(jù)行政區(qū)劃及功能布局將青島市東岸城區(qū)劃分為12個(gè)中區(qū)，分別為市南西、市南中、市南東、市北西、市北東、四方西、四方東、李滄西、李滄東、嶗山南、嶗山中、嶗山北。依據(jù)EMME路網(wǎng)數(shù)據(jù)、土地利用及汽車(chē)保有量數(shù)據(jù)資料，對(duì)路網(wǎng)擁堵指數(shù)與道路容量、建筑面積、汽車(chē)保有量相互關(guān)系進(jìn)行擬合分析，R2=0.92，擬合效果較好，擬合公式如下：

式中：RL為路網(wǎng)擁堵指數(shù)；C路為道路容量（萬(wàn)pcu·km/h）；C建為建筑面積（hm2）；C汽為汽車(chē)保有量（萬(wàn)輛）。

受城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)投資和管理政策等方面影響，近期在不同增長(zhǎng)變化的道路容量、建筑量、汽車(chē)保有量條件下，道路負(fù)荷將呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。根據(jù)以上公式得到不同條件下的擁堵指數(shù)變化情況，如表1所示。若不采取任何措施，道路容量、建筑量、汽車(chē)保有量自然增長(zhǎng)，2年后路網(wǎng)擁堵指數(shù)為4.94，接近擁堵?tīng)顟B(tài)；若僅汽車(chē)保有量發(fā)生變化，汽車(chē)保有量增加10%和20%的路網(wǎng)擁堵指數(shù)分別為4.52和4.71，擁堵指數(shù)變大，變化比例為4.20%；若僅道路容量發(fā)生變化，道路容量增加10%和20%的路網(wǎng)擁堵指數(shù)分別為4.26和4.19，擁堵指數(shù)變小，變化比例為1.64%；若僅建筑量發(fā)生變化，建筑量增加10%和20%的路網(wǎng)擁堵指數(shù)分別為4.35和4.37，擁堵指數(shù)變大，變化比例為0.46%。由此可以看出，單一因素變化的道路擁堵敏感性強(qiáng)弱順序?yàn)椋浩?chē)增量＞道路容量增量＞建筑增量。

若道路容量由增加10%變?yōu)?0%，建筑量由增加20%變?yōu)?0%，汽車(chē)保有量由增加20%變?yōu)?0%，則道路擁堵指數(shù)由4.68降為4.40，擁堵指數(shù)變化比例為5.98%。由此可以看出，采用道路容量、建筑量、汽車(chē)保有量的多因素綜合變化，對(duì)減小路網(wǎng)擁堵指數(shù)的效果明顯優(yōu)于單一因素變化。

表1　近期東岸城區(qū)總體不同條件下?lián)矶轮笖?shù)變化

由于道路容量、汽車(chē)擁有與使用、建筑開(kāi)發(fā)強(qiáng)度等方面的明顯差異，各中區(qū)道路負(fù)荷也將呈現(xiàn)出不同的擁堵?tīng)顩r，如表2所示。市南西和市南中兩個(gè)中區(qū)擁堵指數(shù)在4~6之間，處于輕度擁堵?tīng)顟B(tài)；市南東、市北西兩個(gè)中區(qū)擁堵指數(shù)較高，均在7以上，處于擁堵?tīng)顟B(tài)；市北東、四方東及李滄西中區(qū)擁堵指數(shù)在4~6之間，處于輕度擁堵?tīng)顟B(tài)；四方西、李滄東、嶗山北和嶗山中四個(gè)中區(qū)擁堵指數(shù)在2~4之間，處于基本暢通狀態(tài)。

表2　近期東岸城區(qū)各中區(qū)不同條件下?lián)矶轮笖?shù)變化情況表

表2（續(xù)）

3　結(jié)語(yǔ)

依托EMME4軟件平臺(tái)和GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)，在對(duì)青島市道路容量、建筑量、汽車(chē)保有量現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)擁堵指數(shù)與三者敏感性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：若不采取任何措施，2年后東岸城區(qū)路網(wǎng)將會(huì)接近擁堵?tīng)顟B(tài)；單一因素變化對(duì)道路擁堵的敏感性強(qiáng)弱順序依次為：汽車(chē)增量、道路容量增量、建筑增量；采用多因素綜合變化，對(duì)減小路網(wǎng)擁堵指數(shù)的效果明顯優(yōu)于單一因素變化。因此，通過(guò)合理調(diào)控汽車(chē)規(guī)模、控制建筑增量、提升道路容量、控制占路停車(chē)，東岸城區(qū)各中區(qū)的道路擁堵情況可以得到適度控制。

研究成果對(duì)合理調(diào)控道路容量、建筑增量和汽車(chē)保有量具有一定指導(dǎo)意義。為便于統(tǒng)計(jì)分析，本文把東岸城區(qū)分為12個(gè)中區(qū)，未來(lái)可以根據(jù)功能組團(tuán)、用地性質(zhì)、區(qū)域位置等增加中區(qū)的劃分個(gè)數(shù)，以利于在更小的范圍內(nèi)進(jìn)一步分析道路容量、建筑量和汽車(chē)保有量對(duì)于擁堵指數(shù)的敏感性。

[1]劉丙章.國(guó)外城市解決交通擁擠的對(duì)策分析[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，8（8）：247-250．

[2]陳春妹，任福田，榮建，等.理想條件下路網(wǎng)臨界車(chē)頭間距的研究[J].公路交通科技，2003（20）：118-121．

[3]李淑慶.城市路網(wǎng)容量約束下的機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)展規(guī)模研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008（27）：100-104．

[4]林峰.機(jī)動(dòng)車(chē)保有量與城市主干道路網(wǎng)絡(luò)容量的相關(guān)性分析[J].科技與經(jīng)濟(jì)，2006（2）：120-122．

[5]J H Rich,O A Nielsen.A Microeconomic Model for Car Own?ership,Resident and Work Location[C]//Proceedings of Eu?ropean Transport Conference(PTRC):Seminar on Method?ological Innovations,Session on Car Ownership Modelling. Cambridge:European Transport Conference,2001．

[6]彭福海.考慮城市路網(wǎng)承載力水平的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量控制規(guī)模研究[D].西安：西安交通大學(xué)，2011．

[7]蒲燦，喬敏.城市道路交通擁堵動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法研究[J].科技視界，2015（2）：154-155．

[8]楊艷妮，陸化普.基于支持向量機(jī)的城市私人汽車(chē)保有量滾動(dòng)預(yù)測(cè)[J].公路工程，2010，35（5）：39-43．

[9]宋安，劉琦.出租車(chē)保有量評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2010，12（3）：34-36．

[10]Thomas Bue Bj?rner,S?ren Leth-Petersen.Dynamic Models of Car Ownership at the Household Level[J].International Journal of Transport Economics,2005,32(1):57-75．

[11]臧曉冬，周偉.基于車(chē)頭間距變量的通行能力理論模型[J].公路交通科技，2010，27（2）：103-107．

[12]倪加勛，賈俊平.數(shù)量方法[M].北京：高等教育出版社，1999．

[13]張道媛.城市軌道交通客流的敏感性分析[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012．

Congestion Index Sensitivity Analysis Based on Road Network
Capacity,Building Volume and Car Ownership

YANG Wen,GAO Hong-zhen,ZHANG Tie-yan,HU Qian
(Qingdao Urban Planning and Design Research Institute,Qingdao 266022,China)

In order to study the sensitivity of road network capacity,building volume and car ownership to traffic congestion,the congestion index was put forward as the evaluation index of sensitivity.The east?ern district in Qingdao was divided into twelve medium-sized traffic zones according to the administra?tive division and the layout of urban functions.Relied on EMME4 software platform,based on the data of land use and road network,the present situation and development trend of road network capacity,build?ing volume and car ownership in each medium-sized traffic zone were subjected to statistical analysis and their inherent relations with congestion index were concluded.The corresponding change rate of con?gestion index under different conditions became clear after the incremental changes of single factor as well as different combination of factors were analyzed respectively.The study indicates that the sensitivi?ty to congestion increase gradually in the sequence of building volume increment,road network capacity increment,car ownership increment.Furthermore,the improvement effect of network congestion under combination of measures is better than single measure.The road traffic conditions will be effectively im?proved by controlling car and building volume increment,improving transport infrastructure and increas?ing road capacity.

congestion index;road network capacity;car ownership;building volume;sensitivity analysis

U491.13

A

2095-9931（2015）02-0025-06

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.02.005

2014-12-23

楊文（1973—），男，山東泰安人，博士，工程師，從事交通模型研究相關(guān)工作。E-mail:yw501@126.com。