城市區域道路網改造需求研究

孫建麗 于 泉

（北京工業大學，中國 北京 100124）

0 引言

道路網是由快速路、主干路、次干路和之路組成的一個合理系統，如果各等級道路功能混亂或者組成不合理，就會出現嚴重的交通問題。為了找到問題的根源，探索為承擔現有交通量需要具備的合理城市道路網級配值，提出了對城市區域道路網改造需求的研究，找出制約城市交通的道路等級，以期指導城市道路網的改擴建工作。

理想的城市道路網的交通出行應該滿足由低等級向高等的匯集和高等級向低等級的疏散功能。首先研究合理的城市道路網等級中各等級道路需要承載的交通量。

1 各等級道路承載量分析

1.1 出行距離分布函數

各等級道路的服務對象特點不同，即在各等級道路上的出行距離不同。首先，交通出行距離在整個路網上呈現一定的分布規律，陳尚云和高世廉兩位學者在分析我國大城市土地利用形態的基礎上，通過建立數學模型，模擬城市土地利用形態的不同種類，計算城市交通出行的距離分布，總結出反映城市出行距離分布的二階愛爾蘭分布模型[1]，如式（1）所示:

式中：F(R)——出行距離小于R的出行量在總出行量中的累計比重；

r——路網出行距離；

由出行距離分布函數可以得城市出行距離概率密度函數：

1.2 各等級道路優勢出行距離分析

根據等級道路上交通流具有不同的出行距離特征，可認為快速路、主干路、次干路、支路的適宜出行距離分別對應于遠距離、長距離、中距離和短距離[2]。

高等級道路主要為長距離出行的交通服務，低等級道路則主要為中短距離出行的交通服務，各等級道路都有其優勢出行距離[3]。快速路、主干路、次干路和支路的間距分別為 d4、d3、d2、d1，又 d4＞d3＞d2＞d1，用區間[Limin，Limax）表示在 i（i=1，2，3，4 分別表示支路，次干路，主干路，快速路）等級道路上適宜出行距離的下限和上限。

為了得到各等級道路的優勢出行距離，提出如下假設[3-4]：（1）出行的路徑選擇嚴格按照順序升降；（2）對越級道路，尤其是支路與主干路的相交形式設置為可連接但不交叉；（3）一次出行，在同一等級道路、同一方向上的出行距離不得超過高一等級道路間距；（4）決定某一等級道路優勢出行距離下限的出行起終點應分屬兩個對角線上的該等級道路圍合區域。

預設城市面積S，城市道路網總長度為L公里，其中快速路長度:主干路長度:次干路長度:支路長度=L1∶L2∶L3∶L4=a1∶a2∶a3∶a4，則城市道路平均間距為：

式中，ρ為城市道路密度，km/km2。

i等級道路的平均間距為:

分析得到各級道路的最小和最大服務距離，如表1所示：

表1 各等級道路優勢出行距離取值表

支路:L1min=d1L1max=2(d2-2d1)

次干路:L2min=L1max=2(d2-2d1) L2max=2(d3-2d2)

主干路:L3min=L2max=2(d3-2d2) L3max=2(d4-2d3)

快速路:L4min=L3max=2(d4-2d3)

而L4max是最大出行距離，應為無窮大，但其適宜出行距離應為團狀用地邊緣地區周長的一半[5]。

1.3 各等級道路承載量分析

一次交通出行需要占用一種或者幾種道路等級，出行在各等級道路上的交通量都存在一個平均的出行距離，定義各等級道路的平均出行距離為[3-4]：

支路的平均出行距離看作為只利用支路完成出行的平均距離：

次干路的平均出行距離看作為最高利用次干路完成出行的平均距離減去支路的平均出行距離：

主干路的平均出行距離看作為最高利用主干路完成出行的平均距離減去最高利用次干路的平均出行距離：

快速路的平均出行距離看作為最高利用快速路完成出行的平均距離減去最高利用主干路路的平均出行距離：

由于高等級道路的流量是由低等級道路向高等級道路匯集而成，由此分析可計算各等級道路的路網承載量。

支路的承載量為

次干路的承載量為

主干路的承載量為

快速路除了承擔市內交通出行的需求量以外，還承擔一部分對外及過境交通需求，所以快速路的承載量為：

式中：Di——i等級道路的承載量，pcu·km/h；

W、T分別指快速路承擔的對外、過境交通量，pcu/h；

r′4、r″4——分別指快速路上對外、過境交通出行的平均出行距離，km。

2 路網理想級配值計算

路網理想級配值是指按照城市道路網需要承擔的交通量在各等級路網上的分配量除以各等級道路容量得到的道路長度比值[6]。

式中：L′i——i等級道路的總長度，m；

ni——i等級道路的平均車道數，一般取n1=6；n2=4；n3=2；n4=2；

φi——i等級道路的機動化系數 （即道路上承載的機動化出行的比例），根據多個城市調查數據分析，通常取 φ1=0.75，φ2=0.8，φ3=0.95，φ4=1；

Vi——i等級道路單位長度單車道容量，pcu/h。

Vi的計算公式為：

式中：Ci——i等級道路一條車道的理論通行能力，pcu/h；

αi——i等級道路的交叉口折減系數；

βi——i等級道路的平均飽和度；

γi——i等級道路的車道綜合折減系數。

3 構建城市區域道路網改造需求指數

通過路網調查和城市道路發展年鑒等資料調查可以獲得路網的現狀級配值L1∶L2∶L3∶L4， 比較現狀路網級配值與理想路網級配值L′1∶L′2∶L′3∶L′4的差值之和，得到城市道路網的改造需求指數。

現狀路網級配值與理想路網級配值的差值表達式為：

城市道路網改造需求指數表達式為：

可以得出，城市區域道路網改造需求指數的定義為：為滿足城市道路網的通行要求，現狀路網需要進行性道路級配的程度。它是一個取值范圍屬于[0，1）的無量綱，Γ的取值范圍為[0，1）取值越大，說明路網的改造需求程度越大，反之越小。等于0表明現狀路網現階段不需要改造。

若有一個等級道路比重缺少或富裕超過30%，則被判為急需改造；平均以10%為界區分。

當Γ∈[0，0.10）時，表示現狀城市道路網改造需求程度為Ⅰ，不需要改造；

當 Γ∈[0.10，0.30）時，表示現狀城市道路網改造需求程度為Ⅱ，可以進行小范圍的路網改擴建；

當Γ∈[0.30，1）時，表示現狀城市道路網改造需求程度為Ⅲ，需要進行大范圍的路網新擴建。

4 實例計算

本文以北京市周邊某城區道路網為例來驗證路網改造需求評價指數的合理性。某城區道路網的面積為96.33km2，區域路網形狀為單中心，特高濃度型，快速路、主干路、次干路和支路道路長度分別為：17km、42km、139km 和 584km。

通過對該區域出行調查數據的分析、篩選，擬合可得到機動車出行距離分布的概率密度函數為：f(r)=4μ2r·e-2μr=0.5314626r exp(-0.7277524r)

根據上文計算道路承載的方法得到A城區的各項指標值如表2所示：

表2 A城區各項指標計算結果

現狀路網的級配值為：L1∶L2∶L3∶L4=584∶139∶42∶17

求得某城市的道路網改造需求指數為Γ=0.12。說明現狀城市道路網改造需求程度為Ⅱ，可以進行小范圍的路網改擴建。從路網的現狀級配值和理想級配值也可以看出，現狀城市道路網在城市主干路和次干路上比較缺乏，為了滿足城市道路網的運輸功能，需要提高一部分支路的等級變為城市次干路和主干路。

5 結語

城市道路網是否合理，能否滿足交通出行要求，是進行路網改造建設的依據，在進行路網改造之前首先計算現狀路網的改造需求程度，只有當現狀路網不能滿足當下的通行要求時，才需要對路網進行改造。用改造需求評價指數判斷路網改造需求程度時，還要滿足路網的布局要求，在今后的研究工作中，作者將考慮如何將路網布局合理性這一因素增加到路網改造需求評價指數中。

［1］陳尚云.我國特大城市土地利用形態與出行總量的距離分布研究[J].四川聯合大學學報:工程科學版,1999,3(3):83-88.

［2］黨武娟 城市道路網合理結構研究[D].西安:長安大學,2009.

［3］石飛.城市道路等級級配及布局方法研究[D].南京:東南大學,2006.

［4］馬超群.關于我國城市道路發展水平的探討[D].西安:長安大學,2003.

［5］徐源.我國大城市道路網絡規劃研究:網絡等級級配及道路功能的優化[D].南京:東南大學,2001,3.

［6］邵正宇.基于供需平衡的城市道路和交通方式最優匹配[J].應用基礎與工程學學報,2003,H 卷（1）:106-112.