綠色生態型城市道路橫斷面優化體系研究

王曉華,于明明,王朝輝

（1.天津市市政工程設計研究院，天津市 300051；2.長安大學公路學院，陜西西安 710064）

0 引言

隨著我國國民經濟的快速增長，城市化水平的快速提高，機動化程度的迅猛發展，加上城市居民出行舒適、方便和快捷的要求，綠色生態型城市道路橫斷面布置已是現代化城市發展的必然趨勢[1]。綠色生態型城市道路橫斷面旨在緩解交通堵塞、降低環境污染、促進資源合理利用，鼓勵節能環保型交通出行方式，緩解能源危機對城市生活的影響[2,3]。然而，城市道路橫斷面研究只是針對城市道路橫斷面布置[4]，在城市道路橫斷面評價體系方面還是一片空白，國內外尚未建立科學的城市道路橫斷面指標體系，且對于體現綠色、生態的各個指標沒有精確的數值。為此，本文將從體現綠色、生態的各個影響因素出發，提出科學的城市道路橫斷面綠色、生態指標的評價標準，建立基于模糊重構DEA的綠色生態型城市道路橫斷面的優化模型，對多個橫斷面方案進行優化，為綠色生態型城市道路橫斷面的評價提供科學依據。

1 綠色生態型城市道路橫斷面指標體系的建立

評價指標體系的建立是系統綜合評價方法的應用基礎，也是綜合評價關鍵的工作之一。指標體系的選擇關系到綜合評價的結論，因此建立一個能客觀、全面地描述系統特征的綜合評價指標體系是科學評價的前提[5]。

根據指標體系整體性、目的性、可操作性及定量與定性相結合的原則，本文從交通安全、降噪、空間伸縮、道路綠化、視覺美感、公眾滿意度、土地利用、建設投資等8個方面，建立綠色生態型城市道路橫斷面影響評價指標體系（見表1）。普通城市道路橫斷面評價過程中，更多的考慮交通安全和建設投資；綠色生態型城市道路橫斷面指標體系，以使城市居民出行更為舒適、方便和快捷，保護環境，合理利用資源，美化城市，實現綠色交通為目標，把降噪、道路綠化、空間伸縮、視覺美感、土地利用和公眾滿意度等“綠色指標”作為重點。

表1 綠色生態型城市道路橫斷面指標體系

2 綠色生態型城市道路橫斷面指標分析

2.1 交通安全

交通安全是綠色道路交通系統的重要內容，沒有安全其他一切都無從談起，因此對城市道路橫斷面評價體系，應該把安全放在最重要的位置。機動車道寬度、道路分隔、道路照明對道路的安全性有很大影響。

（1）機動車道寬度

研究結果表明，在一定的范圍內，機動車道寬度的增加為安全行車提供有效的安全凈區，而當機動車道寬度增加到一定程度后，機動車道寬度的增加對安全性提高就沒有貢獻，甚至不利于安全了。一般，快速路，交通性干道的機動車大、小車道寬度，分別取3.75 m、3.5 m；次干路和支路，分別取3.5 m、3.25 m。以此為依據，機動車道寬度對交通安全的影響，對應的評價標準見表2。

表2 不同位置機動車道寬度對交通安全的影響評價（單位：m）

在城市道路上，同一行駛的車道數往往不止一條，在多車道的情況下，對向和同向行駛的車輛由于超車、繞行、停車等原因，不同位置的車道對交通安全的影響不同。從外側車道、內側車道與中間車道對道路安全性的影響程度看，本文采用AHP分析法的二元對比倒數法，運用判斷矩陣，確定不同位置車道寬度的權重集。計算結果：外側車道、內側車道與中間車道的權重分別為0.428、0.335、0.237。

（2）道路分隔

城市道路橫斷面形式的道路分隔與道路安全緊密聯系、息息相關。以四幅路橫斷面形式為例，道路設置中央分隔帶與機非分隔帶能夠解決對向機動車沖突與機動車與非機動車沖突，保證機動車與非機動車安全。道路分隔對交通安全的影響，對應的評價標準見表3。

表3 道路分隔對交通安全的影響評價

（3）道路照明

道路照明與道路安全關系密切，良好的道路照明可以防止駕駛員因視力下降而引發交通事故，是機動車安全運行的前提。目前路段常規道路照明燈具設施布置的基本形式包括照明燈具單側設置、中心設置和兩側設置3種形式。考慮不同布置形式道路照明對交通安全的影響，對應的評價標準見表4。

表4 道路照明對交通安全的影響評價

從機動車道寬度、道路分隔、道路照明對交通安全的影響程度看，車道寬度與道路分隔相比，車道寬度具有“稍微”重要性；道路分隔與道路照明相比，道路分隔具有“明顯”重要性；車道寬度與道路照明相比，外側車道具有“非常”重要性。機動車道寬度、道路分隔與道路照明的權重分別為0.428、0.335、0.237。

2.2 道路綠化

城市道路是城市的視覺空間走廊，開敞、舒適的道路綠化是城市道路景觀的重要體現，對形成城市帶狀綠地景觀，豐富城市綠化景觀特色以及減輕司機駕駛疲勞等都起到一定的作用，又能起到減少道路對周圍環境及行人的污染、保護環境、交通安全和美化城市、美化道路的作用，實現綠色交通。道路綠化包括分車綠帶（中央分車綠帶和兩側分車綠帶）、行道樹綠帶和路側綠帶。一般把道路綠地率作為評價城市道路橫斷面綠化水平的指標，且道路綠地率越大越好，計算道路綠化率如下所示:

道路綠化率（%）=道路綠化總寬度/道路紅線寬度

2.3 降噪

噪聲污染是影響居民生活質量的重要因素之一，降噪能力是評價城市道路橫斷面的重要指標。行道樹綠帶寬度及步行道至建筑紅線的寬度是影響橫斷面降噪能力的主要因素。

保持最低的交通噪聲衰減距離或緩沖帶，適當增加行道樹和步行道至建筑紅線的寬度，可以有效降低交通噪聲，即行道樹和步行道至建筑紅線的寬度越大，城市道路橫斷面的降噪能力越好。

從行道樹綠帶寬度、步行道至建筑紅線的寬度對降噪的影響程度看，步行道至建筑紅線的寬度具有“明顯”重要性。步行道至建筑紅線的寬度、行道樹綠帶寬度權重分別為0.69、0.31。

2.4 空間伸縮

空間伸縮從大的方面，存在兩種情況：拓寬機動車道（路段和交叉口）和設置港灣 式公交停靠站。注意：存在機動車道拓寬和設置港灣式公交停靠站的每種情況是等價的，無優良中差之分；空間伸縮的情況越多，橫斷面形式越優。城市道路橫斷面的空間伸縮用滿足以上條件的個數來評價。例如，道路非機動車道大于5 m且機非分隔帶寬度大于6 m時，空間伸縮評價指標為2。

2.5 視覺美感

城市道路橫斷面設計視覺美感主要指的是道路景觀設計，在此景觀綠化不是本文的研究內容，而建筑與道路寬度的協調則是關鍵，用道路寬度D與建筑高度H的比D/H來表示。一般認為1＜D/H＜2既具有封閉空間的能力又沒有建筑壓迫感，在這種空間比例下的步行空間可取得一定的親切感和熱鬧氣氛。

綜合以上分析，城市道路橫斷面的視覺美感用道路寬度D與建筑高度H的比D/H評價，采用5個評語組成的評語集，則對應的評價標準見表5。

表5 道路寬度D與建筑高度H比的標尺

2.6 公眾滿意度

居民（公眾）是城市道路交通運行的受益者，是城市道路的“顧客”，城市道路橫斷面應當“以公眾滿意為導向”。同時居民出行是否舒適、方便、快捷，直接反映出城市道路的服務水平，他們的滿意度是檢驗城市道路橫斷面服務質量的標尺。因此，作者將公眾滿意度作為評估綠色生態型城市道路橫斷面的重要指標。

在城市道路橫斷面評價體系中，公眾滿意度屬于定性指標。本文采用專家打分法，邀請10位專家對各優化方案的公眾滿意度指標進行評價。公眾對城市道路橫斷面的滿意度，采用5個評語組成的評語集，對應的評價標準見表6。

2.7 土地利用

道路紅線寬度表現了城市道路橫斷面的土地利用情況。城市道路橫斷面的土地利用用道路紅線寬度評價。城市道路橫斷面選擇時，從土地利用的角度，紅線寬度越小越好。

表6 公眾滿意度分級定義對照表

3 綠色生態型城市道路橫斷面優化模型及應用

3.1 綠色生態型城市道路橫斷面優化模型

3.1.1 輸入、輸出指標的選取

DEA模型指標可以分為兩大類：一類為輸入指標，指標值越小越好；一類為輸出指標，指標值越大越好[7]。綠色生態型城市道路橫斷面優化模型，突出綠色、生態的目的，不考慮建設投資的因素，故選擇土地利用為輸入指標，交通安全、降噪、空間伸縮、道路綠化、公眾滿意度為輸出指標，因視覺美感需考慮兩側的建筑高度故暫不作為輸出指標，有條件時可加上。

由于交通安全和公眾滿意度作為定性分析指標，需要一定的賦值。本文采用5個評語組成的評語集，即 V=（V1，V2，…V5）=（優，良，中，次，差），對應的離散語言值標尺見表7。

表7 輸出指標的離散語言值標尺

3.1.2 模型的建立

假定共有n個被評價的城市道路橫斷面優化方案，用x1j表示第j個橫斷面方案的第1個輸入指標值，yrj表示第j個橫斷面方案的第r個輸出指標值（j=1,2,…,n;r=1,2,3,4,5）。評價單元的輸入向量記為Xj=（x1j）T，輸出向量記為Yj=（y1j，y2j，…yrj）T。對一個輸入指標引入非負偏差變量S1-≥0，5種輸出指標引入非負偏差變量 S1+，S2+，S3+，S4+，S5+≥0，記S+=（S1+，S2+，…，S5+）T，確定第 j個優化方案的評價指數。

根據瀝青路面預防性養護的數據資料，采用帶有非阿基米德無窮小以及松弛變量的線性規劃模型，具體模型如下：

模型中ε為非阿基米德無窮小量，是一個大于零而小于任何正數的數，通常取0.000 01；ê=（1,1，…1）T；X0、Y0分別為決策單元 DMU0的輸入向量值和輸出向量值；λj為各橫斷面方案系數，j=1,…,n。VD為線性規劃的最優值。

若綜合有效系數等于1的決策單元較多，需對傳統DEA模型計算出綜合有效系數排序，剔除綜合有效系數θ小于1的決策單元（即非DEA有效的單元），在優化方案有效決策單元的基礎上引入兩個虛擬決策單元，即最優決策單元和最差決策單元，進行再評價。

3.2 優化模型的應用

天津濱海新區中新天津生態城、中心漁港和西區，選取的雙向6車道城市主干路橫斷面優化方案，分別如圖1～圖3所示。此3個方案適用的交通流特性相同，適宜進行對比。

圖1 中新天津生態城城市道路橫斷面（方案一）（單位：m）

圖2 中心漁港45m紅線主干路橫斷面（方案二）（單位：m）

3.2.1 指標體系分析

（1）二級指標分析

3個方案外側車道、中間車道與內側車道的寬度見圖1～圖3，根據不同位置機動車道寬度對交通安全的影響評價表，機動車寬度評價情況見表8。

表8 優化方案不同位置機動車寬度評價情況

根據評價指標體系所述，內側車道、中間車道與外側車道的權重分別為0.335、0.237、0.428。機動車寬度影響交通安全的評價值為：

（2）一級指標計算

3個方案交通安全指標評價結果見表9。交通安全最終評價值為：

表9 優化方案交通安全指標評價因子情況

3個方案降噪水平評價情況見表10。降噪水平最終評價值為：

表10 優化方案降噪水平評價因子情況

空間伸縮：3個橫斷面優化方案，空間伸縮指標最終評價值為2/2/3。

道路綠化：3個方案的道路綠化總寬度分別為33/13.5/30（m），道路紅線寬度分別為 65/45/60（m），計算得道路綠化率（%）分別為50.8/30/50。

公眾滿意度：邀請10位專家為中新天津生態城、中心漁港和西區典型城市道路橫斷面的公眾滿意度指標進行評價，具體情況見表11。采用模糊矩陣計算，3個方案的公眾滿意度最終評價值為：

表11 優化方案公眾滿意度專家評價情況

土地利用：城市道路橫斷面的土地利用用道路紅線寬度評價，3個方案的道路紅線寬度分別為65/45/60（m）。綜上所述，3個橫斷面推薦方案，具體指標見表12。

表12 橫斷面推薦方案指標

3.2.2 指標體系評價

本文采用模糊重構DEA方法[8]，對綠色生態型城市道路橫斷面指標體系進行科學驗證。

重構模型在有效決策單元的基礎上引入兩個虛擬決策單元，即最差決策單元和最優決策單元，分別為方案四和方案五，重構優化DEA具體指標見表13。采用MATLAB進行編程求解[9]，計算結果見表14。

表14 重構DEA優化計算結果

表13 重構優化指標

經DEA方法驗證，本文提出的綠色生態型城市道路橫斷面優化體系是科學的，完全可以針對滿足行人、非機動車和機動車運行要求的多個城市道路橫斷面方案做出選擇評價。

4 結語

（1）基于城市道路橫斷面體現綠色、生態的影響因素，建立了以交通安全、降噪、空間伸縮、道路綠化、視覺美感、公眾滿意度、土地利用、建設投資為指標的綠色生態型城市道路橫斷面的評價指標體系。

（2）在傳統DEA模型基礎上，建立了基于模糊重構DEA的綠色生態型城市道路橫斷面優化模型，該模型以土地利用為輸入指標，以交通安全、降噪、空間伸縮、道路綠化、公眾滿意度作為輸出指標。

（3）以中新天津生態城、中心漁港和西區城市道路橫斷面為例，采用綠色生態型城市道路橫斷面優化模型，確定了橫斷面最優方案，并對3種布置方案進行了優化。結果表明，天津濱海新區西區橫斷面最優，并建議生態城橫斷面機非分隔帶加大至4 m。

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