基于道路通行效率模型與計(jì)算機(jī)仿真模擬的小區(qū)開(kāi)放問(wèn)題研究

費(fèi)熹

摘 要 2016年發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見(jiàn)》中提到了未來(lái)幾年要推廣街區(qū)制的想法，這一想法引起了全國(guó)人民的廣泛關(guān)注和熱烈討論。本文運(yùn)用道路通行能力和通行效率等概念，建立了道路通行效率的量化模型，然后對(duì)通行效率模型進(jìn)行模型建立的方法分析、前提條件設(shè)定、效率模型分析和量化分析，得到開(kāi)放小區(qū)道路的最大通行效率，以此來(lái)研究小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行的影響。接著，對(duì)小區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義和分類(lèi)，然后通過(guò)Pathfinder和MATLAB進(jìn)行仿真模擬和數(shù)據(jù)分析，設(shè)定4種路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、車(chē)流量、總通過(guò)時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行分析，得出開(kāi)放小區(qū)可以增加道路流量、減少車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間的結(jié)論，并且通過(guò)對(duì)比研究得到的圖像與數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間不會(huì)一直隨著小區(qū)開(kāi)放程度的增大而不斷增大的規(guī)律。

關(guān)鍵詞 道路通行效率；小區(qū)開(kāi)放化；Pathfinder仿真模擬

中圖分類(lèi)號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）202-0078-02

1 問(wèn)題研究背景

所謂開(kāi)放式小區(qū)，就是拆掉重重疊疊的高墻，將居民樓從“籠子”中解放出來(lái)，與之前封閉式小區(qū)相比，它的本質(zhì)沒(méi)有改變，只是管理服務(wù)的方式有所變化。如果把國(guó)家形容成一個(gè)完整的人，那么每一個(gè)城市便都是構(gòu)成人類(lèi)的一部分，這樣城市的主干道便成了有重大意義的主血管，城市中的小通路就成了毛細(xì)血管。眾所周知，毛細(xì)血管雖小而多，但卻不可缺少，所以有的人認(rèn)為，將路堵起來(lái)的封閉式小區(qū)破壞了城市的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，堵塞了城市“毛細(xì)血管”，很容易就會(huì)造成交通阻塞，如果將小區(qū)開(kāi)放，那么城市的路網(wǎng)密度就會(huì)提高，這樣就可以使城市交通更暢通。然而另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，小區(qū)開(kāi)放后雖然增多了可通行道，但是小區(qū)周邊主路上進(jìn)出小區(qū)的交叉路口的車(chē)輛也會(huì)增多，這種現(xiàn)象也可能會(huì)影響主路的通行速度。

為了幫助城市規(guī)劃和交通管理部門(mén)更好的建設(shè)城市，本文將建立數(shù)學(xué)模型，用科學(xué)的方法研究小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行的影響，為基層建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

2 道路通行效率的量化模型

鑒于小區(qū)的開(kāi)放化城市交通的影響不能由某個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)來(lái)反映，所以本文在此引用《居住小區(qū)開(kāi)發(fā)交通影響分析研究》中提出的“交通影響度”的概念來(lái)衡量小區(qū)開(kāi)放化對(duì)其周?chē)缆方煌ㄔO(shè)施可能產(chǎn)生的影響的程度，進(jìn)而運(yùn)用由其生成的“居住小區(qū)交通影響度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系”來(lái)全面反映小區(qū)開(kāi)放后對(duì)局部路網(wǎng)運(yùn)行狀況的影響。

為了研究小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊路段通行的影響，本文在道路通行能力和通行效率的概念的基礎(chǔ)之上運(yùn)用了道路通行效率的量化模型來(lái)研究小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行的影響。在對(duì)開(kāi)放小區(qū)路段通行效率進(jìn)行分析時(shí)，建立車(chē)頭間距與車(chē)速之間的模型，用以反映車(chē)流量，通過(guò)測(cè)算車(chē)頭間距來(lái)推算出汽車(chē)車(chē)輛在單車(chē)道的通行能力，接著，分析對(duì)通行能力產(chǎn)生影響的各種因素，從而得出機(jī)動(dòng)車(chē)道路的實(shí)際通行能力。最后，通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析來(lái)說(shuō)明小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行的影響。

2.1 模型建立的前提條件

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加快，城市人口和車(chē)輛不斷增加，我國(guó)城市交通面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的考驗(yàn)。城市交通系統(tǒng)是現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的一個(gè)重要組成部分，在這個(gè)形勢(shì)下，“小區(qū)開(kāi)放化”成為了城市發(fā)展的必然選擇。

本文對(duì)通行效率理論模型的建立基于以下假設(shè)條件：

1）假設(shè)機(jī)動(dòng)車(chē)是處于一輛緊接一輛的連續(xù)跟車(chē)行駛狀態(tài)中；

2）假設(shè)行車(chē)速度不受天氣因素干擾；

3）假設(shè)需要被開(kāi)放的小區(qū)都可以被順利開(kāi)放；

4）假設(shè)車(chē)輛均為勻速行駛；

5）假設(shè)道路為單向車(chē)道；

6）假設(shè)道路有良好的平面線(xiàn)形以及路面狀況。

為方便得到路段的可能最大通行效率，假設(shè)該道路行駛車(chē)流均由小型汽車(chē)構(gòu)成，此時(shí)用小客車(chē)的最大載客量來(lái)表示nP，這樣，開(kāi)放小區(qū)道路路段每米寬度上的車(chē)輛通行效率maxpN可以通過(guò)以下公式求得：

3 小區(qū)開(kāi)放問(wèn)題研究

為了研究小區(qū)開(kāi)放產(chǎn)生的效果，本文首先研究小區(qū)結(jié)構(gòu)的定義和分類(lèi)，然后通過(guò)Pathfinder和MATLAB進(jìn)行仿真模擬和數(shù)據(jù)分析，設(shè)定4種路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中封閉小區(qū)結(jié)構(gòu)1種，開(kāi)放式小區(qū)結(jié)構(gòu)3種，通過(guò)對(duì)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、車(chē)流量、總通過(guò)時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行分析，最終得到結(jié)論。

3.1 小區(qū)結(jié)構(gòu)

通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于小區(qū)結(jié)構(gòu)尚未有明確的定義和分類(lèi)，對(duì)此，本文借鑒百度百科相關(guān)詞條，將小區(qū)結(jié)構(gòu)分為3類(lèi)：

封閉式小區(qū)：有明確的邊界，即圍墻和大門(mén)的小區(qū)，小區(qū)內(nèi)主路和輔路均不對(duì)外開(kāi)放，車(chē)輛只能從周邊道路通過(guò)；

半封閉式小區(qū)：有部分邊界的小區(qū)，小區(qū)內(nèi)主路對(duì)外開(kāi)放，但輔路不對(duì)外開(kāi)放，車(chē)輛可以從周邊道路和小區(qū)內(nèi)主路通過(guò)；

開(kāi)放式小區(qū)沒(méi)有邊界或邊界不清晰的小區(qū)，小區(qū)內(nèi)主路和輔路均對(duì)外開(kāi)放，車(chē)輛可以從周邊道路和小區(qū)內(nèi)道路通過(guò)。

3.2 Pathfinder仿真模擬及結(jié)果分析

根據(jù)之前建立的模型，本文利用Pathfinder軟件進(jìn)行仿真模擬，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

設(shè)定封閉式小區(qū)周邊為橫豎各1km的矩形公路，當(dāng)小區(qū)開(kāi)放時(shí)，本文設(shè)定三種小區(qū)的樣式分別為：半封閉式小區(qū)、單通路開(kāi)放式小區(qū)和多通路開(kāi)放式小區(qū)。設(shè)定車(chē)輛起點(diǎn)為小區(qū)左下角路段，終點(diǎn)為右上角路段，且車(chē)輛均為普通小轎車(chē)，總數(shù)分別為100輛、200輛和300輛，車(chē)速20km/ h～30km/h，并進(jìn)行仿真模擬。

將得到的仿真模擬數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB軟件進(jìn)行分析，通過(guò)分析可知，在一定范圍內(nèi)，車(chē)輛總數(shù)與總通過(guò)時(shí)間成正比。在車(chē)輛總數(shù)一定的情況下，單通路開(kāi)放式小區(qū)和多通路開(kāi)放式小區(qū)平均總通過(guò)時(shí)間最短且相近，但多通路開(kāi)放式小區(qū)開(kāi)放程度比單通路開(kāi)放式小區(qū)更大，因此可以得到以下結(jié)論：

開(kāi)放小區(qū)可以增加道路流量，減少車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間，但是車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間不會(huì)一直隨著小區(qū)開(kāi)放程度的增大而減少，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間在減少到特定值之后會(huì)趨于平穩(wěn)。綜上所述，對(duì)開(kāi)放后可以加強(qiáng)城市路網(wǎng)的封閉式小區(qū)施行一定程度的開(kāi)放，可以達(dá)到疏通城市交通的目的，并且對(duì)于各類(lèi)開(kāi)放程度不同的小區(qū)，其開(kāi)放程度在特定值之下時(shí)，與之前未開(kāi)放時(shí)對(duì)比，可以有效地舒緩交通；而對(duì)于開(kāi)放程度在特定值之上的小區(qū)，其舒緩交通的作用雖然比未開(kāi)放時(shí)要好，但卻不會(huì)再隨著小區(qū)開(kāi)放程度的增大而有過(guò)大的變化。

4 結(jié)論

漢代的趙曄曾提出“因地制宜”的想法，在進(jìn)行小區(qū)開(kāi)放的問(wèn)題上，本文認(rèn)為也應(yīng)該采用這種思想。開(kāi)放小區(qū)并不是要開(kāi)放全部的封閉小區(qū)，而是根據(jù)各街道的道路組成的不同，有選擇性地進(jìn)行開(kāi)放。如果某小區(qū)的開(kāi)放導(dǎo)致城市斷頭路增多，反而加大了交通運(yùn)輸?shù)碾y度，則該小區(qū)便不符合小區(qū)開(kāi)放的原則，將其從計(jì)劃中篩除。當(dāng)然，不論是封閉式小區(qū)還是開(kāi)放式小區(qū)，都是市民居住的地方，所以都要保證住戶(hù)最基本的安全。開(kāi)放式小區(qū)原則上只開(kāi)放小區(qū)主干道作為交通樞紐，小區(qū)之中錯(cuò)綜復(fù)雜的小路不作為開(kāi)放成通車(chē)道路的首選，盡量避免居民一出樓道門(mén)既是馬路的狀況，防止居民在毫無(wú)準(zhǔn)備的情況下進(jìn)入川流不息的車(chē)群，從而發(fā)生交通事故。

開(kāi)放式小區(qū)的通路原則上只用于加速城市交通流動(dòng)，不承擔(dān)城市交通主要樞紐的任務(wù)。小區(qū)通路并不像大馬路，有寬闊的四至六車(chē)道供車(chē)輛通行，它在一定程度上很可能只是一條單向通行的道路，只為了完善城市的交通聯(lián)通，不適合承擔(dān)大量車(chē)輛停車(chē)與掉頭的任務(wù)。

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