基于城市用地約束的骨干路網(wǎng)規(guī)模計(jì)算方法研究

張偉略

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

0 引 言

城市骨干路網(wǎng)通常由外圍的高等級(jí)公路和城市內(nèi)部的主干路和快速路等組成，其承擔(dān)了城市內(nèi)主要的中長距離出行、過境交通，是城市交通系統(tǒng)中的骨架。在城市骨干路網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)中，路網(wǎng)規(guī)模過小將無法滿足交通需求，造成交通擁堵，影響城市日常運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)發(fā)展；路網(wǎng)規(guī)模過大則會(huì)增加養(yǎng)護(hù)資金并占用土地資源，不利于城市集約化發(fā)展[1]。因此，在城市骨干路網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)中如何合理確定其總體及各組成部分的建設(shè)規(guī)模，并充分考慮城市建設(shè)時(shí)的用地約束，使規(guī)劃方案具有可實(shí)施性，愈發(fā)受到關(guān)注。

1 骨干路網(wǎng)規(guī)模影響因素分析

城市經(jīng)濟(jì)地理因素和交通需求是影響城市骨干路網(wǎng)規(guī)模的兩大主要因素[2]。城市經(jīng)濟(jì)地理因素包括人口數(shù)量、市域面積、經(jīng)濟(jì)水平（GDP 總量）和城市空間布局等。通常面積越大、人口越多、人口密度越高、中心數(shù)量越多，則長距離交通需求越多，城市對(duì)外集聚與福射的能力越強(qiáng)，對(duì)道路等級(jí)和長度的要求就越高；而機(jī)動(dòng)車保有量、交通發(fā)展戰(zhàn)略、交通方式劃分等將直接影響城市的出行需求量。機(jī)動(dòng)車保有量是影響機(jī)動(dòng)化出行量的基礎(chǔ)性因素，而不同的交通發(fā)展戰(zhàn)略也將直接影響城市路網(wǎng)規(guī)模。例如公交設(shè)施及軌道交通網(wǎng)較為完善的城市，機(jī)動(dòng)車的出行比例相對(duì)會(huì)較小，對(duì)骨干道路的交通需求也會(huì)相對(duì)減??；而以私人小汽車為主導(dǎo)的城市，相對(duì)而言，其對(duì)骨干路網(wǎng)規(guī)模的需求將更大。

此外，骨干路網(wǎng)規(guī)模也受骨干路網(wǎng)本身建設(shè)形式的影響，如以間斷流道路為主的骨干路網(wǎng)相比以連續(xù)流道路為主的骨干路網(wǎng)規(guī)模更大，快速路的匝道間距也會(huì)在一定程度上影響骨干路網(wǎng)規(guī)模。

路網(wǎng)規(guī)模與城市發(fā)展關(guān)系圖見圖1。

圖1 路網(wǎng)規(guī)模與城市發(fā)展關(guān)系圖

2 既有計(jì)算方法梳理

城市骨干路網(wǎng)規(guī)模計(jì)算常見的方法包括密度法、類比法、供需平衡法、節(jié)點(diǎn)重要度法[3]。

密度法主要根據(jù)城市骨干路網(wǎng)的線密度或是面密度的指標(biāo)要求來推算城市骨干路網(wǎng)規(guī)模。在具體計(jì)算中，一般基于城市面積或依據(jù)規(guī)范中相關(guān)指標(biāo)計(jì)算。

類比法根據(jù)既有運(yùn)行良好的城市骨干路網(wǎng)密度情況，通過推理或論證來求得目標(biāo)城市骨干路網(wǎng)密度。但在實(shí)際工作中，很難找到在各方面指標(biāo)均相似的2 座城市，因此類比法通常僅作為參考。

供需平衡法的基本思路為從需求與交通容量平衡角度出發(fā)，依據(jù)“供給= 需求”的思想建立模型并求算骨干路網(wǎng)的合理規(guī)模，其中交通供給計(jì)算主要通過對(duì)道路長度、寬度、車道數(shù)、交叉口密度、匝道間距等因素的計(jì)算進(jìn)而得出其交通供應(yīng)量，需求則主要依據(jù)OD（出行起訖點(diǎn)）調(diào)查、交通需求預(yù)測等得出。

節(jié)點(diǎn)重要度法的核心思想為：首先將節(jié)點(diǎn)分成不同層次，具體可采用聚類分析法等，而后將不同層次節(jié)點(diǎn)依據(jù)重要度不同，采用不同等級(jí)道路相連接，最后重復(fù)上述步驟，連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)，最終形成網(wǎng)絡(luò)。

密度法、類比法簡單易用，但針對(duì)性差、不嚴(yán)謹(jǐn)，通常僅作為參考。節(jié)點(diǎn)重要度法主要用于公路規(guī)劃，城市道路規(guī)劃中各節(jié)點(diǎn)重要度難于計(jì)算。供需平衡法是城市路網(wǎng)規(guī)模計(jì)算中最常用的方法，但目前計(jì)算方法中只可計(jì)算路網(wǎng)的等效面積或長度，對(duì)于骨干路網(wǎng)中快速路、主干路等各個(gè)組成部分的規(guī)模無法單獨(dú)計(jì)算，并且對(duì)城市用地的約束條件考慮不足，導(dǎo)致對(duì)具體工作的指導(dǎo)不足，有待針對(duì)城市用地約束和不同等級(jí)道路計(jì)算方面對(duì)該方法進(jìn)行優(yōu)化。

3 基于城市用地約束的供需平衡法

3.1 計(jì)算步驟

參考以往類似研究成果[1，3，4]，針對(duì)骨干路網(wǎng)有連續(xù)流快速路和間斷流主干路2 種類型道路組成的特點(diǎn)，同時(shí)受到城市用地約束的問題，對(duì)傳統(tǒng)供需平衡法的計(jì)算步驟進(jìn)行優(yōu)化，主要計(jì)算步驟如下：

（1）計(jì)算城市交通需求。對(duì)已有OD 數(shù)據(jù)調(diào)查的城市可以O(shè)D 數(shù)據(jù)為依據(jù)，未進(jìn)行OD 數(shù)據(jù)調(diào)查的城市可采用增長率法或生成率法等方法，將交通需求分為短途到發(fā)交通、長距離及對(duì)外出行交通、過境交通3 大類，根據(jù)實(shí)際情況分析3 類車流對(duì)骨干路網(wǎng)的需求。

（2）依據(jù)時(shí)空消耗法計(jì)算道路供給量。首先假定骨干道路全部為間斷流主干路，由交通需求反算道路規(guī)模。

（3）判斷在骨干路網(wǎng)全部由主干路組成的前提下，骨干道路面積率（通常為6%～10%）是否滿足規(guī)劃需求。如滿足，則該城市骨干路網(wǎng)中不需建設(shè)快速路，僅需建設(shè)主干路等間斷流道路，如不滿足則需由快速路替換主干路。

（4）迭代計(jì)算，逐步增加快速路占骨干路網(wǎng)的比例，直至骨干路網(wǎng)容量滿足交通需求。此步驟中，為防止交通需求過大時(shí)，迭代計(jì)算后骨干路網(wǎng)全部由快速路組成的情況，參考工程實(shí)踐，當(dāng)快速路與主干路比例超過1∶2 后，需增加規(guī)劃路網(wǎng)面積率。

（5）以車道通行能力法對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核，如校核結(jié)果在誤差范圍內(nèi)則接受，如超出誤差范圍則需增加道路面積率，重新進(jìn)行迭代計(jì)算。

（6）根據(jù)城市實(shí)際情況確定各不同等級(jí)道路平均車道規(guī)模，計(jì)算道路長度。

供需平衡法技術(shù)思路方框圖見圖2。

圖2 供需平衡法技術(shù)思路

3.2 計(jì)算方法

3.2.1 骨干路網(wǎng)交通需求計(jì)算

城市交通機(jī)動(dòng)車流通常由過境、對(duì)外、市內(nèi)到發(fā)3 部分組成，依據(jù)OD 數(shù)據(jù)調(diào)查或抽樣調(diào)查取得總量數(shù)據(jù)，骨干路網(wǎng)對(duì)上述3 類車流的吸引系數(shù)通?？扇?.8～0.9、0.6～0.8、0.4～0.6，具體計(jì)算方法見式（1）：

式中：Sd為骨干路網(wǎng)日均出行機(jī)動(dòng)車總量，萬pcu/d；D內(nèi)為市內(nèi)到發(fā)交通需求，pcu/h；D外為對(duì)外出行交通需求，pcu/h；D過為過境交通需求，pcu/h；P內(nèi)為市內(nèi)到發(fā)的吸引系數(shù)，參照國內(nèi)實(shí)際運(yùn)行情況，取0.4～0.6；P外為對(duì)外出行交通的吸引系數(shù)，參照國內(nèi)實(shí)際運(yùn)行情況，取0.6～0.8；P過為過境交通的吸引系數(shù)，參照國內(nèi)實(shí)際運(yùn)行情況，取值0.8～0.9。

高峰小時(shí)是城市道路供需矛盾之所在，高峰小時(shí)的交通需求量是決定道路網(wǎng)規(guī)模的決定性因素。骨干路網(wǎng)高峰小時(shí)出行機(jī)動(dòng)車總量Sg（萬pcu/h）利用式（2）計(jì)算：

式中：λ 為高峰小時(shí)系數(shù)，需根據(jù)調(diào)查確定，通常為8%～12%。

3.2.2 機(jī)動(dòng)車安全行駛空間需求計(jì)算

基于行車安全角度，利用式（3）計(jì)算在骨干道路上安全行駛的機(jī)動(dòng)車每次出行時(shí)所需空間[1]。

式中：C車為交通個(gè)體（車輛）平均占用空間，m2·h；L0為交通個(gè)體（車輛）的平均長度，m；L1為骨干道路上行車的平均安全保障距離，m；V為機(jī)動(dòng)車運(yùn)行速度，km/h；t1為司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間，s；ZV2為機(jī)動(dòng)車剎車過程中的運(yùn)行距離，m；b為1 條車道的寬度，m；t為骨干路網(wǎng)上機(jī)動(dòng)車平均運(yùn)行時(shí)間，h，該參數(shù)與城市規(guī)模、布局、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，需要通過調(diào)查確定。

3.2.3 骨干路網(wǎng)設(shè)施面積需求計(jì)算

在高峰小時(shí)內(nèi)，城市骨干路網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中受交叉口、非機(jī)動(dòng)車干擾、匝道分合流交織等因素影響，其有效運(yùn)行時(shí)間會(huì)產(chǎn)生一定程度的折減。利用式（4）計(jì)算該折減系數(shù)T，最后利用式（5）計(jì)算骨干路網(wǎng)設(shè)施總面積需求M總。

式中：B1為快速路、交通性主干路（連續(xù)流道路）占比；B2為主干路（間斷流道路）占比；Bk為快速路、交通性主干路有效運(yùn)行時(shí)間；Bz為主干路有效運(yùn)行時(shí)間。

骨干路網(wǎng)設(shè)施總面積M總（m2）應(yīng)為：

根據(jù)計(jì)算得出的骨干路網(wǎng)設(shè)施總面積和迭代計(jì)算中所取快速路與主干路所占面積比值，按照不同類型道路寬度，可推算其等效長度。

3.3 方法優(yōu)缺點(diǎn)分析

基于城市用地約束的供需平衡法原理淺顯易懂，計(jì)算簡單，易于收斂，適用于各類規(guī)模城市。以城市道路面積率為核心控制指標(biāo)，首先假定骨干道路全部由間斷流主干路組成，在不能滿足交通需求的情況下，逐步迭代增加連續(xù)流道路長度，符合國內(nèi)工程建設(shè)中的實(shí)際情況。但計(jì)算所需主要參數(shù)依賴實(shí)地調(diào)查或工程人員經(jīng)驗(yàn)確定，更為適合已有實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的建成區(qū)或城市快速路網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建等，在純新建城市或組團(tuán)使用時(shí)存在不確定性。

4 案例實(shí)踐——上海市金山新城骨干路網(wǎng)規(guī)劃

金山新城規(guī)劃建設(shè)用地約41 km2，規(guī)劃人口40 萬，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃[5]，計(jì)算出其高峰小時(shí)出行量為2.36 萬pcu/h；車輛平均長度取5.5 m、車輛行駛安全距離取5 m、司機(jī)反應(yīng)時(shí)間取1.2 s、剎車過程中的運(yùn)行距離根據(jù)40 km/h 時(shí)速取1.3 m，平均運(yùn)行時(shí)間取0.4 h，道路寬度3.5 m。利用式（3）、式（5）計(jì)算得出金山新城高峰小時(shí)骨干道路有效供應(yīng)面積需求M有效為142.36 萬m2。

金山新城骨干路網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)為4 橫3 縱，規(guī)劃道路紅線寬度30～45 m，道路等級(jí)全部為間斷流主干路，經(jīng)計(jì)算其總面積為173.75 萬m2；考慮其交叉口折減后，高峰小時(shí)有效面積為102.72 萬m2，不能滿足高峰小時(shí)交通需求。利用前文所述方法，對(duì)金山新城骨干路網(wǎng)進(jìn)行迭代計(jì)算，初始輸入結(jié)果為骨干道路全部由間斷流主干路組成，結(jié)果如表1 所示。

表1 金山新城骨干路網(wǎng)長度首次計(jì)算表

首次計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過5 次迭代后快速路與主干路的比例已超過1∶2，但有效面積較需求有效面積仍有較大差距，說明金山新城在路網(wǎng)規(guī)劃中，骨干路網(wǎng)長度不足。經(jīng)過對(duì)新城路網(wǎng)的整體分析，考慮在新城北部新增1 條主干路，并納入骨干路網(wǎng)系統(tǒng)中，再次進(jìn)行迭代計(jì)算，結(jié)果見表2。

表2 金山新城骨干路網(wǎng)長度再次計(jì)算表

再次計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)3 次迭代后，所得出的計(jì)算結(jié)果即可滿足交通需求。計(jì)算結(jié)果為骨干路網(wǎng)總規(guī)模53.3 km，其中快速路一類連續(xù)流道路12.2857 km，主干路一類間斷流道路41.0144 km。

目前，位于金山新城北部的新滬杭公路已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性推進(jìn)階段（見圖3），依照一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，并在主要交叉口采用立交跨越，保證主線基本呈連續(xù)流運(yùn)行，與計(jì)算結(jié)果相符。

圖3 路網(wǎng)規(guī)模與城市發(fā)展關(guān)系圖

5 結(jié) 語

針對(duì)目前交通規(guī)劃工作中對(duì)于骨干路網(wǎng)規(guī)模計(jì)算方法存在的問題，基于過往研究成果，并根據(jù)骨干路網(wǎng)的組成特點(diǎn)，提出了基于城市用地約束的供需平衡法。所提方法可分別計(jì)算骨干路網(wǎng)中快速路和主干路規(guī)模及骨干路網(wǎng)總規(guī)模。新方法計(jì)算簡單，易于收斂，適用于各類規(guī)模城市，但計(jì)算中所涉及的諸多指標(biāo)需依賴工程經(jīng)驗(yàn)或大規(guī)模調(diào)查，更適合已有實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的建成區(qū)。本文以上海市金山區(qū)金山新城骨干路網(wǎng)規(guī)劃采用供需平衡法作為實(shí)例，證明了該方法具有較高的實(shí)用性。