韌性理念在道路交通規(guī)劃中的應(yīng)用研究

陳東光

（中咨城建設(shè)計(jì)有限公司浙江分公司,浙江 金華 321300）

0 引言

城市交通網(wǎng)絡(luò)是城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)核心影響因素之一，其受諸多外在因素影響，經(jīng)常會(huì)有很多不確定性的意外事件發(fā)生，其中最為常見(jiàn)的有恐怖襲擊、重大事故等，會(huì)給交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)惡劣影響。意外事件出現(xiàn)后，交通網(wǎng)絡(luò)在人群疏散和開(kāi)展救援工作中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用，為突發(fā)性事件的交通疏導(dǎo)做出了突出貢獻(xiàn)，因此，發(fā)達(dá)國(guó)家不斷地增大對(duì)韌性交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入力度。在道路交通規(guī)劃中使用韌性理念以后，交通系統(tǒng)對(duì)意外事件的解決能力發(fā)生了根本性改變，將應(yīng)急救援成本控制到最低。將韌性理念使用到道路交通規(guī)劃中以后，顯著地提升了交通問(wèn)題解決的可靠性和實(shí)用性。

1 交通系統(tǒng)韌性

交通工程項(xiàng)目建設(shè)施工時(shí)，韌性逐漸地被人們所重視，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和特征進(jìn)行了完美體現(xiàn)，成為交通工程領(lǐng)域中關(guān)注的熱點(diǎn)內(nèi)容。韌性是由拉丁語(yǔ)音譯來(lái)的，具體含義為跳回或者是彈回。最早在生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域中提出韌性概念的人是Holling，韌性主要是指對(duì)系統(tǒng)的持久性進(jìn)行衡量，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的干擾能力和吸收變化情況進(jìn)行了體現(xiàn)，高效地維護(hù)了狀態(tài)變量與人口間的關(guān)系。交通領(lǐng)域中的韌性定義為針對(duì)變化情況而體現(xiàn)出來(lái)的儲(chǔ)備能力和適應(yīng)能力，在破壞事件中，能夠在最短時(shí)間之內(nèi)完成抵抗和恢復(fù)。韌性真實(shí)地展現(xiàn)出外部誘發(fā)變化的能力，同時(shí)恢復(fù)到受干擾狀態(tài)以前的能力，能夠較好地應(yīng)對(duì)意外事件的發(fā)生，使其具備超強(qiáng)的適應(yīng)能力[1]。在對(duì)韌性進(jìn)行量化時(shí)，美國(guó)多學(xué)科地震研究中心使用韌性三角形來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)韌性進(jìn)行了體現(xiàn)，具體表現(xiàn)為：

（1）冗余性。系統(tǒng)功能無(wú)法正常發(fā)揮時(shí)，為了使功能需求得到滿足，而選擇使用的替代形式。

（2）魯棒性。系統(tǒng)對(duì)一定程度的壓力進(jìn)行承受，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)功能的有序保持的能力。

（3）資源豐富性。在處于緊急情況以后，能夠?qū)?wèn)題進(jìn)行快速的識(shí)別和實(shí)現(xiàn)對(duì)優(yōu)先級(jí)的準(zhǔn)確判定的能力。

（4）快速恢復(fù)性。系統(tǒng)在最短的時(shí)間之內(nèi)將原有的性能全部恢復(fù)到最佳狀態(tài)。韌性三角形的具體情況詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 韌性三角形與4個(gè)“R”

在研究國(guó)內(nèi)交通系統(tǒng)韌性時(shí)，楊金順對(duì)韌性定義進(jìn)行了明確，從多個(gè)角度對(duì)交通恢復(fù)力開(kāi)展了全面論述，取得了良好效果。在意外出現(xiàn)以后，相關(guān)從業(yè)人員積極開(kāi)展了交通系統(tǒng)韌性的相關(guān)探究，在規(guī)劃交通工作內(nèi)容時(shí)，使用的韌性理念依然停留在理念層面上，綜合分析深圳地區(qū)交通擁堵情況，針對(duì)意外發(fā)生前后的交通擁堵變化情況開(kāi)展了詳細(xì)論述，從試點(diǎn)新型交通方式等角度出發(fā)，提出了能夠替代限行政策的交通擁堵整治策略，為交通系統(tǒng)的有序運(yùn)行提供了可靠的信息支撐，推動(dòng)交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)飛速發(fā)展。

2 韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)

在評(píng)價(jià)韌性時(shí)，分別從事中階段的脆弱性和事前路網(wǎng)冗余性的角度出發(fā)，開(kāi)展了全面的剖析工作。冗余性的指標(biāo)為路網(wǎng)連接度指數(shù)，針對(duì)事前階段中，交通網(wǎng)絡(luò)能夠承擔(dān)的意外事件處理能力進(jìn)行了充分表現(xiàn)，綜合分析了出行人員在交通網(wǎng)絡(luò)中所體現(xiàn)出來(lái)的替代性。節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度為脆弱性指標(biāo)的核心表現(xiàn)，交通網(wǎng)絡(luò)在遭受意外情況后，能夠?qū)⑵渚唧w情況真實(shí)地展現(xiàn)出來(lái)。

2.1 冗余性指標(biāo)——連接度指數(shù)

借用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中平均節(jié)點(diǎn)度的定義來(lái)對(duì)連接度指數(shù)C進(jìn)行解釋?zhuān)?jié)點(diǎn)度的概念為與節(jié)點(diǎn)直接相連的路段數(shù)，并與交叉口的類(lèi)型有著直接的關(guān)系。使用di將節(jié)點(diǎn)i直接相連的路段數(shù)進(jìn)行了表示，也被稱(chēng)之為是節(jié)點(diǎn)連通點(diǎn)；使用N來(lái)對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行表示。連接度指數(shù)代表著交通網(wǎng)成網(wǎng)性的關(guān)鍵性指標(biāo)，在對(duì)路網(wǎng)的成熟度進(jìn)行衡量時(shí)，使用的頻率非常高。連接度指數(shù)升高以后，快速地降低了路網(wǎng)斷頭路，促使路網(wǎng)冗余性、成網(wǎng)率等都隨之發(fā)生了不同程度的變化。

2.2 脆弱性指標(biāo)—節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度

使用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中介數(shù)的定義來(lái)對(duì)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度Bi進(jìn)行解釋?zhuān)?jié)點(diǎn)被最短路徑經(jīng)過(guò)的次數(shù)與所有節(jié)點(diǎn)間最短路徑數(shù)的比值為節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度Bi，節(jié)點(diǎn)j與節(jié)點(diǎn)k間最短的路徑數(shù)使用mjk表示；節(jié)點(diǎn)j與節(jié)點(diǎn)k間從節(jié)點(diǎn)i經(jīng)過(guò)的最短的路徑數(shù)使用mjk(i)表示。隨著節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度的不斷升高，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間出行所受到的影響會(huì)比較突出，路網(wǎng)在表現(xiàn)出較強(qiáng)脆弱性后，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)效力也會(huì)隨之消失，給韌性帶來(lái)重要影響。

2.3 交叉口飽和度

交叉口的飽和度主要是指交叉口的通行能力與實(shí)際交通量之間的比值。在經(jīng)過(guò)全面分析以后，道路交通網(wǎng)絡(luò)中全部的交叉口和路段中的交通飽和度、交通流量等都能夠均勻地分布，使得交通網(wǎng)絡(luò)的功能韌性變得非常大。這就不難發(fā)現(xiàn)，道路交通網(wǎng)絡(luò)功能韌性與交叉口飽和度間的關(guān)系呈現(xiàn)出負(fù)性，一個(gè)交叉口的飽和度與剩余的交叉口飽和度之間存在較大的差異后，路網(wǎng)的整體韌性就會(huì)隨之降低。交叉飽和度的公式為：

式中，Qi——交叉口i的交通量；Ci——通行能力。

3 規(guī)劃應(yīng)用—以三龍灣片區(qū)為例

3.1 現(xiàn)狀路網(wǎng)

粵港澳大灣區(qū)中心區(qū)域是三龍灣片區(qū)的具體位置之所在，與廣州南站緊緊相鄰，這也是佛山能立足于粵港澳大灣區(qū)的重要門(mén)戶樞紐。三龍灣的面積達(dá)到了130 km2左右，包含的主要區(qū)域有南海區(qū)桂城街道三山、禪城區(qū)奇槎片區(qū)等等，城市道路的總長(zhǎng)度設(shè)置為580 km，路網(wǎng)密度設(shè)置為4.6 km/km2，與國(guó)家相關(guān)規(guī)定中的要求相比，存在著一定差距。高速公路推行“一橫兩縱”策略以后，片區(qū)中有一條快速路，主干線路表現(xiàn)出來(lái)的主要狀態(tài)為“七縱八橫”，骨干路網(wǎng)密度與國(guó)家的有關(guān)規(guī)定相比，會(huì)略低一點(diǎn)；盡管次干路能夠達(dá)到國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，但是布局不夠緊湊，很難形成完整的體系（見(jiàn)表1）。

表1 現(xiàn)狀路網(wǎng)評(píng)價(jià)

3.2 評(píng)價(jià)現(xiàn)狀韌性

對(duì)三龍灣片區(qū)次干路以上道路的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行積極的創(chuàng)建，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵度和連接度指數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)路網(wǎng)脆弱性和冗余性的客觀評(píng)價(jià)。綜合分析以后發(fā)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)連接度保持在3以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量能夠達(dá)到81%左右，路網(wǎng)連接度指數(shù)為2.7，每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接路段的平均數(shù)量保持在3條以內(nèi)，斷頭路占據(jù)著較大的比例。分析國(guó)內(nèi)中小城市路網(wǎng)連接度值以后發(fā)現(xiàn)，其取值保持在3.3左右，大城市的路網(wǎng)連接度值達(dá)到了3.8左右，國(guó)內(nèi)平均水平要比片區(qū)路網(wǎng)成熟度略低一些[2]。路網(wǎng)中的出行路徑不具備較強(qiáng)的可替代性，路網(wǎng)冗余性非常低，不能有效地抵抗意外事件的發(fā)生。佛江高速沿線、白陳路、魁奇路是主要的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，內(nèi)部的溝通需求全部由白陳路—文登路節(jié)點(diǎn)承擔(dān)，38%的節(jié)點(diǎn)對(duì)的最短路徑會(huì)從此處經(jīng)過(guò)。做好關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的識(shí)別工作，能夠使節(jié)點(diǎn)四周路徑的可替代性得到不斷提升，使得關(guān)鍵點(diǎn)和意外事件給路網(wǎng)帶來(lái)的影響得到高效控制。

3.3 規(guī)劃策略

綜合分析路網(wǎng)現(xiàn)實(shí)情況和韌性評(píng)價(jià)，對(duì)韌性理念加以合理化運(yùn)用，顯著提升路網(wǎng)冗余性，把路網(wǎng)脆弱性控制到有效范圍之內(nèi)，促使道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃策略取得令人滿意的效果。

（1）冗余性發(fā)生改變以后，促使交通出行的可替代性也隨之發(fā)生改變，快速提升交通出行方式可替代性，并對(duì)出行路徑的可替代性給予足夠重視[3]。加大力度對(duì)“公交聯(lián)合慢行”出行方式的重視程度，將綠色交通方式放在核心網(wǎng)位置上，使三龍灣內(nèi)部路網(wǎng)密度得到快速提升，將“窄路密網(wǎng)”理念貫穿于重點(diǎn)片區(qū)中。

（2）脆弱性不斷降低，使路網(wǎng)可靠性得到顯著提高。在意外事件出現(xiàn)以后，能夠?qū)⑵浣o交通網(wǎng)絡(luò)造成的影響控制到最低，防止出現(xiàn)“孤島”問(wèn)題。對(duì)骨干路網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷完善，加快路網(wǎng)體系建設(shè)的速度，使其真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)外融合、安全可靠。

3.4 規(guī)劃方案與評(píng)價(jià)

依托相關(guān)的規(guī)劃方案，三龍灣片區(qū)針對(duì)該地區(qū)實(shí)際情況來(lái)合理設(shè)置規(guī)劃方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域路網(wǎng)的合理規(guī)劃。

（1）貫徹“公交優(yōu)先”的規(guī)劃策略，以道路交通規(guī)劃為依托，在規(guī)劃道路斷面時(shí)，對(duì)公交專(zhuān)用道、軌道交通鋪設(shè)方式等要求給予全面分析。

（2）徹底打破內(nèi)部“三區(qū)五鎮(zhèn)”的行政藩屬，將“窄路密網(wǎng)”規(guī)劃理念落實(shí)到核心區(qū)建設(shè)中，使活力街區(qū)得到積極構(gòu)建。

（3）對(duì)優(yōu)化高速設(shè)置理念進(jìn)行高效梳理，使三龍灣內(nèi)部能夠以最快速度進(jìn)入到高快速體系中，使得對(duì)外聯(lián)系變得更加便捷。

（4）三龍灣四周的水系比較多，給片區(qū)間的交通帶來(lái)了一定影響，因此要積極開(kāi)展梳理工作，使得內(nèi)部片區(qū)間聯(lián)系得到不斷增強(qiáng)。

對(duì)片區(qū)規(guī)劃給予足夠重視，優(yōu)化升級(jí)路網(wǎng)布局、等級(jí)結(jié)構(gòu)。在規(guī)劃片區(qū)中設(shè)置的骨干路網(wǎng)形式為“十六橫三縱”，總里程能夠達(dá)到270 km左右，路網(wǎng)密度能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，使得片區(qū)路網(wǎng)可靠性得到快速提升。主干路規(guī)劃的主要類(lèi)型為“十六橫十二縱”，同時(shí)還包括三級(jí)主干路、二級(jí)主干路和一級(jí)主干路在其中，總里程設(shè)置為204 km。次干路的總里程設(shè)置為820 km，與國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較接近。片區(qū)的主要位置在三區(qū)交界處，在規(guī)劃中，非建設(shè)用地的占比能夠達(dá)到30%左右，片區(qū)中核心組團(tuán)的路網(wǎng)密度能夠達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)要求。具體情況詳見(jiàn)表2所示。在規(guī)劃中，與廣州方向相通的道路條數(shù)為12條，與廣州南站相通的道路為8條?？绾油ǖ榔骄g距要把持在1.5 km左右，使得片區(qū)內(nèi)外的通道可替代性得到不斷提高。

表2 規(guī)劃路網(wǎng)密度評(píng)價(jià)

與現(xiàn)狀路網(wǎng)相比較，次干路的路網(wǎng)連接度指數(shù)提升到3.7左右，減少了規(guī)劃路網(wǎng)的斷頭路，使得成網(wǎng)率不斷提升。在增加路網(wǎng)冗余性后，節(jié)點(diǎn)連接的路段數(shù)量非常接近，十字交叉是大多數(shù)交叉口的主要形式，具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3所示。與現(xiàn)狀路網(wǎng)的具體情況相對(duì)比，路網(wǎng)中的最大關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)失去效力以后，交通出行會(huì)受到不同程度影響，提升路網(wǎng)韌性的同時(shí)也降低了脆弱性。

表3 規(guī)劃前后韌性指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

在城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的過(guò)程中，韌性交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作發(fā)揮著十分重要的作用。在開(kāi)展道路交通規(guī)劃工作時(shí)，高度關(guān)注韌性的導(dǎo)向作用，從不同角度著手，使用連接度指數(shù)等指標(biāo)來(lái)量化處理路網(wǎng)韌性。在對(duì)現(xiàn)狀路網(wǎng)的脆弱性和冗余性進(jìn)行綜合分析以后，制定出了具有較強(qiáng)針對(duì)性的規(guī)劃方案，并在實(shí)際開(kāi)展規(guī)劃工作時(shí)，給予有效利用，使得道路交通韌性規(guī)劃工作真正地做到有據(jù)可依。