道路運輸效率視角下的車道資源配置研究

蔡 軍，章立輝，張 奕

（1.大連理工大學建筑藝術學院，遼寧大連116024；2.大連理工大學交通運輸學院，遼寧大連116024）

交通運輸系統是決定國民經濟是否健康發展的關鍵因素之一，如何系統、科學、合理地規劃和建設交通運輸系統，一直是世界各國關注的問題。國內外學者在研究解決城市交通問題時，一方面強調從供給的角度入手，另一方面強調加強交通需求管理，但是，卻普遍忽略了“城市道路運輸效率”這一決定城市交通供給規模和交通供需關系的重要因素[1]。缺乏對道路運輸效率的科學認識，道路體系的科學規劃也就無從談起，并且可能導致道路資源配置實際作用與其規劃初衷的差異，甚至背離。

1 道路運輸效率

1.1 邏輯分析

道路運輸效率指單位交通投入對交通需求的滿足程度。就個體客運交通而言，在道路交通運輸過程中，城市投入道路設施、用地，個體投入車輛、時間，收獲為一定時段內完成的客運交通。為便于分析，僅考慮城市投入車道面積、出行者投入時間，將收益簡化為一定時段的客運周轉量。

大多數出行具有既定出發時間、出行距離和到達時間的特點。例如通勤出行，出行者基本在固定時間出發，經過一定的行程，在固定時間之前到達上班地點；對于以購物為目的的出行而言，出行時間和到達時間分布也受營業時間等因素影響，表現出明顯的規律性。因此，無論出行到達時間是否固定，出行者根據城市交通狀況及自身特點，完成規律性的出行，使城市交通整體表現出明顯的周期性。

道路運輸效率涉及設施供應者(城市)及使用者(個人和企業等)，設施供應者通過稅收等方式最終將供應及維護成本轉移至設施使用者。城市所提供的道路設施為車道。因此，道路運輸效率包含城市層面的車道運輸效率以及個人層面針對出行者的時耗運輸效率和時段運輸效率。車道運輸效率、時耗運輸效率、時段運輸效率三者相互制約、相互影響，并構成道路運輸效率。設城市道路運輸效率為E總，車道運輸效率、時耗運輸效率和時段運輸效率分別為E車道，E時耗和E時段，E車道，E時耗，E時段對道路運輸效率的作用依次表達為f(E車道)，f(E時耗)，f(E時段)。那么，E總=f[f(E車道),f(E時耗),f(E時段)]。根據城市交通的周期性與規律性，三類運輸效率具有各自的適宜區間(見圖1)。

1）車道運輸效率。

車道運輸效率指單位時間、單位面積的車道資源所能完成的客運周轉量和貨運周轉量，包括交叉口運輸效率和路段運輸效率。對于交叉口運輸效率，在一定的信號周期長度范圍內，交叉口的通行能力伴隨信號周期的延長而增大；然而信號周期延長到一定程度后，交叉口延誤將大幅度增加，而且交叉口相應的排隊長度也會增加，從而導致車道運輸效率下降。對于路段運輸效率，低于一定車速，路段運輸效率伴隨車速的降低而降低；高于一定車速，道路建設成本增加，路段運輸效率可能整體下降。交通控制還會對路段與交叉口之間行駛時間和等候時間產生關聯性影響(見圖1)，從而影響車道運輸效率。

2）時耗運輸效率。

時耗指出行者在路程上的時間消耗。對于不同目的、距離的出行而言，人們可接受的出行時耗不同。針對單次或全日出行，出行時耗過長會導致其他可利用時間的縮短，從而影響人們的生活與工作品質；出行時耗過短，則對出行速度要求較高并需要提供高等級道路設施，會增加設施建設成本，并通過稅收收費等方式轉嫁至出行者，從而導致出行者的出行成本提高。將此類影響下的上述或類似效用總和，稱為時耗運輸效率。對于多數有目的的出行而言，時耗過長、過短均不利于時耗運輸效率的提高。

3）時段運輸效率。

時段指出行的出發與到達時刻。針對不同出行目的，出發與到達時刻對于完成本次出行目的的意義差別較大。例如，會議定在8∶00召開，8∶00到，意味著在實現出行目的的同時準時到達。若8∶05到達，意味著遲到及其所帶來的不利影響。若為了不遲到6∶00出發，則意味著過早出發，會對出行者的生活產生不利影響。對于以購物為目的的出行而言，晚到5分鐘的影響則較小。完成出行目的所獲得的效用和出發時刻的效用的總和，構成時段運輸效率。以錯峰上下班為例，高峰時段的提前與延長，一方面體現出錯峰出行的實施效果，有利于車道運輸效率的提高；另一方面會影響居民的日常生活(例如對家庭而言，可能由于錯峰而減少相聚的時間)，從而導致時段運輸效率的下降。

1.2 內涵分析與設計理念

圖1 道路運輸效率的影響因素Fig.1 Influential factors on road transport efficiency

根據以上分析，道路運輸效率的內涵為：在適宜的時段及一定的時耗范圍內，單位道路面積所完成的有效運輸任務。“一定的時耗范圍內”是道路運輸效率評價的前提和關鍵，一味追求出行時耗的減少需要大力提高速度，由此對道路設施的供應要求很高。

對于一定的交通需求而言，更高的通行能力往往預示著更低的出行時耗以及更高的速度，但并不意味著路網規劃的目標僅在于通行能力與速度的提高。最終被出行者所考慮的因素是出行時耗，提高通行能力和速度的目的也在于減少居民的出行時耗。因此，只要有利于減少出行時耗，并保障出行時段的合理，無論是否直接有助于通行能力和速度的提高，均為有效的交通改善措施。

需要特別指出的是，城市交通服務包括各類特定出行者和各類出行的全過程。對某類出行者的服務到位，并不意味著對其他出行者的服務到位；對某類交通方式的服務到位，并不意味著對其他交通方式的服務到位；對某一出行階段的服務到位，并不意味著對整個出行過程的服務到位。上述分析與城市交通服務的效率，抑或是局部效率與整體效率的關系相關。

2 車道資源配置

道路運輸效率涉及各類要素，這里僅對相對簡單的非專用車道資源展開討論。將用于干路、支路的車道資源分別稱為干路車道資源、支路車道資源。將平行于道路中心線、服務于直行或者其他主要流向的車道稱為主體車道，將為分流、合流、交織以及公共汽車臨時停靠等服務的車道稱為輔助車道。

路網規劃、道路設計的目的在于提高效率及公平性。下文主要討論在有限的車道資源條件下，如何平衡干路(含干路以上高等級道路)和支路、主體車道和輔助車道之間的資源配比，從而最大限度地提高路網運輸效率。

2.1 干、支路車道資源配置的種類

1）優先發展干路，干路資源以多為宜。

干路通行能力大，車速高，運輸效率高，因此將更多的車道資源配置到干路，更有利于路網運輸效率的提高。干路與支路基本為平面相交，將更多的道路資源配置到干路并不會導致單位面積道路建設成本的過度上升。綜上，應優先發展干路，以更多的干路資源為宜。

2）干、支路均不可少，路網應合理配置。

干路主要服務于機動化交通和通過性交通，支路主要服務非機動化交通，以及到達性、出發性交通。干、支路的服務對象及交通環節，在出行過程中必不可少，應平等對待。綜上，干、支路均不可少，且應根據具體情況進行合理資源配置。

2.2 干-支交叉口銜接及輔助車道配置的種類

1）限制干-支交叉口銜接，不必設置輔助車道。

交叉口直行車道與道路通行能力密切相關。干-干交叉口的左轉、右轉車道對交叉口及路段通行能力的提升有重要影響。對于干-支交叉口，在干路或支路設置轉向車道雖然會提高交叉口的通行能力，但是在無交叉口影響時，干路方向上的通行能力往往大于有干-支交叉口影響時的通行能力，因此，優化干-支交叉口設計對道路整體通行能力的提高并不能起到作用。此外，干-支交叉口設置左轉車道還會降低干路車速，不利于干路運輸效率的提高。因此應限制干-支交叉口的數量，且不必設置輔助車道，甚至還應禁止干-支交叉口的車流左轉。

2）完善干-支交叉口銜接，需設置輔助車道。

干-支交叉口的左轉車道設置有助于減少轉入、轉出交叉口的車輛對干路直行車輛的干擾。提高干路通行能力的目的在于減少時耗，由于設置輔助車道能夠減少干路車輛的延誤，因此其作用等同于干路通行能力的提高。此外，提高進出干路的便利性有助于減少出行者的交通繞行，降低全程時耗。因此，需要合理設計干-支交叉口及輔助車道，特別是左轉車道。

2.3 國內外車道資源配置比較

1）國內車道資源配置的主體邏輯。

在中國，第一種干、支路車道資源配置和干-支交叉口銜接及輔助車道配置被廣泛應用。其邏輯分析如下：①干路及以上等級道路在交通體系中起主要作用，其通行能力等同于或極大程度上代表了路網通行能力；②一般來講，通行能力越大，速度越高，時耗越小，因此通行能力等同于道路運輸效率；③基于以上分析，干路通行能力等同于路網運輸效率；④基于分析③，不能提高干路通行能力的道路設施和改進措施，也就不能對道路運輸效率的提高起到作用；⑤支路與干路的銜接無法提高、反而影響干路的通行能力與車速，因此應減少支路對干路的干擾，采用丁字交叉口或右進右出模式；⑥減少干-支交叉口會進一步造成支路車道資源的減少，干路在路網中所分擔的交通量會增大。

上述分析過程可不斷循環，其結果是支路與支路網絡體系的缺失，導致路網體系的失調。而在現實中，支路缺失已成為中國城市道路網規劃中普遍存在的問題[3-6]。

盡管干路交叉口及其輔助車道配置的重要性已經被意識到，但目前很多城市在設計道路紅線時依舊不考慮交叉口展寬，整條道路的設計只采用簡單的兩條平行線[7]。雖然《城市道路交叉口規劃規范》(GB 50647—2011)提供了新建、改建交叉口確定道路紅線寬度時的交叉口進口道展寬系數，從規范層面強調交叉口車道的展寬要求，但其并非強制性要求，視各地情況而定。該條文或許并不能得到有效的實施，正如《城市道路交通規劃設計規范》(GB 50220—95)建議路網密度采用金字塔形(支路比例最高)路網等級配置，在現實中卻變成倒金字塔或梭形。

2）國內外交叉口銜接比較。

國內干路多采用三幅路斷面，雙向交通組織，干路上的車流掉頭、轉向不便，支路穿越干路多采用丁字交叉口模式，交通組織不便。而國外干路多采用兩幅路斷面、奇數車道斷面或單向交通組織，注重干路的可穿越性改善，便于支路的銜接與干路的路段轉向交通組織[8]。圖2～4為邁阿密市(低密度間距，分別為1.6 km、0.8 km)、大阪市(高密度間距)干-支交叉口的平面布置。邁阿密市、大阪市在干-支交叉口很少禁止左轉彎(日本左側行駛，對應為禁右)，多采用左(右)轉待轉區的模式。圖4c中虛線內錯位交叉口渠化后的交通組織更接近十字型交叉口。圖5為城市內高強度開發區域的路段與交叉口設計，對干-支交叉口進行了合理的渠化。

3）國內外規劃理念比較。

19世紀30年代后，由于機動化水平提高，適宜步行的傳統致密格網道路已無法滿足汽車的通行。美英提出了“路網分級”和“鄰里單位”理念[9]，推崇“逐級銜接”原則和“枝狀”路網結構[10]。在該原則指導下，干-支交叉口增加了輔助車道設計(見圖2、圖3)，與北京回龍觀地區小區出入口設計(見圖6)形成鮮明對比。

圖2 邁阿密市干-支交叉口平面布置(1.6 km間距干路網)Fig.2 Intersection layout between arterial and local roadways in Miami(arterial roadway network with a 1.6 kilometers spacing)

國外人文主義者認為，高密度格網式路網減少了道路等級劃分，為步行、自行車等出行方式提供了充足的空間，居民具有更多出行方式和路線選擇，更能與城市公共交通發展相適應[11-12]。“新城市主義”提倡新建和改建適于步行的、緊湊的、土地混合使用的社區，更傾向于格網式路網布局(見圖3)，并對干-支交叉口設計給予了足夠重視。

中國居住用地的路網模式(見圖6a)可以歸納為“鄰里單位”理念所倡導的“枝狀路網、道路分級”，有利于減少居住區穿越現象，提升居住環境。然而，國外高、低密度路網均注重干-支交叉口銜接和輔助車道設計，在這一點上，中國與國外并未接軌。美國的道路設計注重發揮道路功能、減少交通事故，《道路出入口管理手冊(Access Management,AM)》中相當多的內容涉及輔助車道。同樣，日本也對輔助車道給予了高度重視，類似圖4中的設計方法在日本較為多見。而中國道路設計所存在的問題是細節的缺失，主要由對道路運輸效率的誤解所導致。

圖3 邁阿密市干-支交叉口(勒瓊街)(0.8km間距干路網)Fig.3 Arterial and local roadway intersections in Miami(Le Jeune Road,arterial roadway network with a 0.8 kilometers spacing)

圖4 大阪市干、支路網Fig.4 Arterial and local roadway network in Osaka

3 邊際效用與車道資源配置方法構建

3.1 經濟學意義上的邊際效用

在經濟學中，效用指商品滿足消費者欲望的能力，或者說，消費者在消費商品時所感受到的滿足程度。邊際效用指在一定時間內消費者增加一個單位商品或享受某項服務所帶來的效用增量。對于企業或個人而言，由于資金有限，在考慮生產與生活需求時，需對不同物品的邊際效用進行比較，合理分配資金，從而實現整體效用的最大化。

3.2 車道資源配置的邊際效用分析

干路與支路車道資源配置涉及交通可達性需求、建筑沿街面需求以及近距離出行需求。相比干路而言，支路與街區內的機動車道、人行道、自行車道具有更好的兼容性，這些需求更適合通過支路體系得到滿足。提高干路通行能力和保障干路速度的車道資源配置傾向(車道資源的干路化配置傾向)，不利于街區內部道路資源的利用。干、支路車道資源配置還應體現除交通以外的城市生活和生產需求。

同時，同一群體對車道資源配置的需求也不同。基于居民個人利益層面，應避免通過性車流穿越居住區，以保障住區的環境和安全性。對于出行者而言，也期望其他居住區提供更多的道路以提高出行的便利。可見，同一群體在住區內外具有相反的價值取向。

圖6的路網設計實現了對通過性車流的限制，但同時也限制了步行、非機動車以及公共交通。荷蘭阿姆斯特丹市東南部居住區采用了“機動車路網+自行車路網”的雙網體系(見圖7)，體現了“鄰里單位”思想，同時保障了非機動車的通行順暢。英國新城密爾頓凱恩斯在20世紀70年代也采用了類似的路網規劃。

基于邊際效用分析，探討干路、支路車道資源增減對城市交通及城市功能的影響，可以找到車道資源配置的平衡點。

1）干、支路車道邊際效用分析。

①在不影響居住區內居民活動、安全等情況下，統計可利用的及潛在的車道資源(含非機動車道)；

圖5 韓國仁川市桂山路住區路網Fig.5 Gyesansae-ro roadway network within residential communities in Incheon,Korea

圖6 北京回龍觀路網Fig.6 Roadway network within Huilongguan in Beijing

②對城市車道資源進行分類(機動車道資源、非機動車道資源)，根據不同道路等級、車種、流量、速度對街區(指生活、商業、工作為主的區域)的影響，將其劃分為街區限制性車道資源、街區親和性車道資源和街區兼容性車道資源。主干路及以上等級道路的車道資源一般屬于街區限制性車道資源；流量少、速度低、可限速的支路屬于街區親和性車道資源；若限速會影響到支路交通功能和城市效益，則不宜限速，并稱其為街區兼容性車道資源。部分次干路也具有街區兼容性車道資源特性。街區兼容性車道資源在速度、流量、機動車比例上介于街區限制性及街區親和性之間。

③街區親和性和兼容性車道資源可以作為支路車道資源。增加支路車道資源會帶來正效用，如可達性及便利性的提高；也會帶來副效用，如干路車道資源的減少，以及干、支路銜接增加對干路造成的影響；

④分析增加支路車道資源的正效用和減少干路車道資源的負效用，即可找到支路、干路資源配置分析的一般方法。

2）主、輔路車道邊際效用分析。

①通過干-支交叉口及輔助車道設計，實現出行時耗的減少；

②將可用于干-支交叉口、出入口(如各種不同用地與城市道路的銜接)配置的車道資源節約下來，通過在全市范圍內進行整合，提供更多的主體車道資源，提高道路通行能力，降低道路的平均飽和度，從而實現出行時耗的減少；

③比較兩種方法的邊際效用，通過一系列的調查、測試，即可得到主、輔路車道資源配置的一般性方法。

4 結語

將“干路通行能力”等同于“道路通行能力”、“路網運輸效率”、“交通需求滿意度”、“路網實際效用”的理論，具有邏輯性錯誤，由此產生路網規劃及道路設計理念的偏頗。正確理解道路運輸效率，科學把握干、支路車道資源及主體車道，輔助車道資源對道路運輸效率的作用，妥善處理居民需求與道路運輸效率的關系，是合理配置道路資源、有效滿足交通及非交通需求的關鍵。目前，在理論與一般性方法層面的分析僅是該類問題研究的開端，今后還需要在調查、模擬驗證、規律總結等方面開展大量的工作。

圖7 阿姆斯特丹東南部居住區路網Fig.7 Roadway network within residential communities in the southeast ofAmsterdam

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