停車場建設規模對道路通行能力影響的分析

唐伯明，王衛軍，劉唐志，曾 超

(1. 重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074；2. 重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074)

停車場建設規模對道路通行能力影響的分析

唐伯明1，王衛軍1，劉唐志2，曾 超1

(1. 重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074；2. 重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074)

根據不同性質停車場進出車流規律的實際統計數據，建立了停車場高峰小時進出車流量模型；再基于交通流理論，分析了停車場出入口兩種交通組織形式下進出車流對相連道路車流的影響；分別對兩種進出車流影響下的道路通行能力進行了計算，得出了停車場建設規模與建成后道路通行能力的關系；運用VISSIM仿真軟件對兩種出入口交通組織形式進行了可視化仿真分析和仿真數據統計，驗證了停車場建設規模與其對道路通行能力影響的相關性。研究表明：停車場選址、建設規模和出入口交通組織等必須考慮對道路通行能力的影響，確保城市道路交通順暢。

交通工程；停車場規模；選址規劃；通行能力；VISSIM仿真

隨著停車難問題日漸凸顯，大規模新建停車場已成為我國各大城市解決停車問題的重要手段。停車位的增加，能在一定程度上緩解城市停車的緊張局勢，但同時也會誘增相連道路的交通量，給城市道路增添新的交通擁堵。某些特殊路段，因高峰期間等待入庫的車輛排隊過長而導致的相連道路出現嚴重堵塞現象時有發生，嚴重影響著城市道路車輛的通行效率。這主要是因為停車場選址、建設規模及出入口交通組織設計沒有充分考慮相連道路的通行能力，投資方盲目追求泊位數量最大化，導致停車場進出車流量遠超相連道路的抗干擾能力，對道路的通行能力造成極大影響。

目前國內學者對于停車場的研究大多集中在停車場選址規劃、停車場管理、出入口設計、車位誘導等方面。比如：劉松[1]針對目前停車資源緊缺現狀，提出了基于泊位共享的停車場選址方法；候維巖等[2]提出了基于地磁傳感器和無線通信技術的智能化車位管理系統，有效提高了停車場的管理效率；陳峻等[3]和郭彥云等[4]分別對出入口的車道長度及位置進行了研究，以此減少對道路車流的影響；李少帥等[5]對高架橋下停車場的設置方法進行了探討，并分析了其對道路交通的影響。但是，停車場建設規模對道路通行能力的影響研究還相對較少，筆者著重分析了不同的停車場建設規模、出入口交通組織方式對道路交通的影響程度。

1 停車場出入口交通組織方式

停車場出入口作為城市動態交通與靜態交通結合的關鍵部位，交通組織的重要性顯得尤為突出。不同的出入口交通組織設計對相連道路的交通影響形式也會不同，影響程度也各有差異。通過調查，現有的停車場出入口交通組織形式主要分為右進右出和左進左出兩種，對其分析可以參照無信號交叉口交通節點的研究[6-9]。

1.1 右進右出交通分析

右進右出的交通組織方式對相連道路的交通影響較小，常作為交通流量較大或等級較高道路的外部停車場出入口交通組織設計形式，具體如圖1。這種方式只存在著入庫分流車流和出庫合流車流這兩股干擾車流。

圖1 右進右出Fig.1 Right in and right out

由圖1可知，分流車流①表示相連道路上需要右轉進入停車場的車輛，其在進入停車場之前會有一個減速或停車等待的過程，分流處就形成了一個交通瓶頸，后方直行車輛必須減速或變道，降低了直行車輛的通行效率。合流車流②在匯入相連道路車流時，受優先等級規則所限，需要等主路車流出現可接受臨界間隙時，才能匯入，這勢必會減少相連道路車流的通行時間。實際情況下，有的車輛不按規則強行匯入，迫使主路車輛減速或變道，同時由于合流車流的速度低于道路車流的行駛速度，最終也會降低相連道路的通行能力。

1.2 左進左出交通分析

左進左出的交通組織方式對相連道路的交通影響較大，采用這種交通組織設計的停車場出入口常設置在交通流量較小或等級較低的道路上，具體如圖2。這種方式存在著四股干擾車流，且其中兩股需要穿過相連道路上正常行駛的車流，對道路通行能力影響較大。

圖2 左進左出Fig.2 Left in and left out

由圖2可知，分流車流①及合流車流②對相連道路交通的影響與右進右出的交通組織形式影響相似。分流車流③及合流車流④，在進行分合流過程中對相連道路的通行效率影響相對較大。車流③在左轉進入停車場時首先會有減速或停車等待的過程，會對相連道路上的車流B造成一定的阻礙，而在左轉的過程中，需利用車流A的可接受臨界間隙進行穿越，這又會影響主路車流A的正常通行，形成交通瓶頸。而車流④則首先是要穿過車流A，降低了車流A的正常通行效率，然后又要等待車流B的臨界間隙才能成功匯入，進而又對車流B產生影響。由此可見：左進左出的停車場出入口交通組織方式對相連道路的通行影響較大。

2 高峰小時出入車流量分析

停車場的高峰小時進出車流量是指在停取車高峰期每小時駛入或駛出停車場的車輛數。其主要受車庫周邊用地性質、土地開發利用程度、設施規模等的影響。周邊用地性質和土地開發程度就決定了車庫的使用性質，而停車設施的規模則對其產生基礎性影響。因此筆者擬采用停車設施規模和使用性質這兩大因素對高峰小時進出流量進行量化分析。

2.1 停車場規模

停車場的規模主要用泊位數量P表示，根據泊位數量不同可以把停車場分為不同等級。按照我國JGJ 100—2015《車庫建筑設計規范》[10]停車規范，把停車場分為小型、中型、大型和特大型等4個等級，詳見表1。

表1 停車場規模等級劃分Table 1 The grading table of parking scale

2.2 停車場性質

停車場的性質是指停車場的使用性質，根據其使用性質的不同將停車場分為商業區停車場、醫院停車場、住宅區停車場、商務區停車場等。不同性質停車場的泊位使用率和車位周轉率存在顯著差異。根據對重慶市21個停車場，近十萬個停車位調研數據顯示，醫院及商業區停車場的使用率及周轉率都非常高，而住宅區和商務區停車場周轉率則相對較低，詳見表2。

表2 不同性質停車場的泊位使用率及車位周轉率Table 2 Berth utilization and turnover of parking spaces in different types of parking

(續表2)

停車場性質泊位使用率α車位周轉率μ商業區停車場0.90～0.955～6商務區停車場0.90～0.952～3住宅區停車場0.85～0.951～2

2.3 高峰小時進出車流量計算

高峰小時進出車流量可以通過停車場的規模和性質推算而來，停車場規模大小是基礎性因素，停車場的使用性質則是約束因子。

因此，第i個出入口高峰小時進出車流量為：

QHi=λ×P×α×μ×θ

(1)

或QHi=P×αH×μH×θ

(2)

式中：QHi為第i號出入口的高峰小時進出車流量；λ為高峰小時流量換算系數，通常λ=0.15～0.20；P為停車場泊位數；α為泊位使用率；μ為車位周轉率；αH為高峰小時泊位使用率；μH為高峰小時車位周轉率；θ為各出入口的分流系數的集合[11]。

θ由式(3)～式(5)確定：

θ=(β1,β2, …,βi)

(3)

(4)

(5)

式中：βi為出入口i的分擔比例；γij為出入口i與離小區j的距離和服務水平相關的權重系數值；aj為小區j停車發生量占與停車場相關所有小區停車發生量的比例；Li為出入口i處與道路服務水平相關的權重系數值；σij為出入口i離小區j質心的距離。

3 進出車流對通行能力定量計算

3.1 右進右出形式

右進右出形式對道路通行能力的影響是分流車流①及合流車流②共同作用的結果，計算道路通行能力時也應對其進行綜合考慮。一般車流①的高峰流量出現在早晨上班期間，而車流②的高峰流量出現在傍晚下班期間，所以這種形式對道路通行能力的影響在時空上呈分離狀態。

相連道路通行能力由式(6)～式(12)計算。

CR=Min(C1,C2)

(6)

C1=SA(m-1+fR)

(7)

fR=100/[100+R(ER-1)]

(8)

R=QHi/(Q單+QHi)

(9)

(10)

C2=SA(m-1+ε2)

(11)

(12)

式中：CR為右進右出交通組織下道路的通行能力；C1為車流①影響下的道路通行能力[12]；C2為車流②影響下的道路通行能力；SA為原道路單車道飽和流率；m為車道數；fR為右轉修正系數；R為右轉車比例；ER為右轉車換算系數；Q單為道路單車道流量；l為車輛長度，通常取5m；τ為轉彎角度；h為標準飽和車頭時距，通常h=2.5m；u為橫向力系數，通常u=0.18；ε2為道路最外側車流的通行時間與總時間的比值；V主為主路的平均車速；V支為停車場駛出車流的平均車速。

3.2 左進左出形式

左進左出交通組織形式下的道路通行能力受車流①②③④的共同作用。直觀地可以看出，車流③④因需要穿過主路車流A，所以對道路通行能力的影響較大，車流①②則對道路通行能力的影響相對較小。依實際通行規則及早晚高峰情況分析得，車流①③會在早高峰期出現入庫高峰，而車流②④則在晚高峰期出現出庫高峰。前面計算得到的QHi為同一出入口的高峰小時出庫或進庫總流量，因而車流①③和②④的實際流量為QHi乘以系數ω(ω為各車流分布不均衡系數，通常ω=0.4～0.6)。

左進左出交通組織下道路通行能力計算得：

CL=Min(C1,3, C2,4)

(13)

C1,3=SA(m-1) ε3+Min(SAfR, SAε3)

(14)

C2,4=SA(m-1) ε4+SAε2

(15)

式中：CL為左進左出交通組織下道路的通行能力；C1,3為車流①③影響下道路的通行能力；C2,4為車流②④影響下道路的通行能力；ε3,4求法與ε2類似，但其QHi值需乘以不均衡系數ω。

4 VISSIM仿真實驗及分析

4.1 仿真實驗

在VISSIM中建立道路路網模型，本次仿真實驗中采用雙向4車道路段，具體如圖3。

圖3 仿真模型Fig.3 Simulation model

實驗仿真環境為：路段全長1 km；主路車速為50～60 km/h；停車場出入口設置在道路500 m處；另外考慮到進、出車輛速度差異化，進庫車輛速度取5～10 km/h，出庫車輛取10～15 km/h；跟車模型采用Wiedemann74模型；其它參數采用默認值。

4.2 仿真結果及數據分析

右進右出和左進左出兩種交通組織設計方式下仿真及計算結果如表3(部分)。

表3 交通組織設計下車流入庫仿真結果(部分)Table 3 The simulation results of vehicle storage under the organization design(section)

根據表3結果，其數據處理如圖4。

圖4 主路車輛平均延誤時間及速度Fig.4 The average delay time and speed of main-road vehicles

由圖4(a)中可以看出，主路車輛的平均延誤時間隨著停車場規模的增大而增長。且隨著停車場規模的增大，車輛的平均延誤呈指數式增長。

由圖4(b)可以看出，主路車輛的行駛速度隨著停車場規模的增大而不斷減小。當停車場規模超過500泊位數時，主路車輛的行駛速度急劇下降。

在主路交通流為500 pcu/h的條件下，停車場規模對道路通行能力的影響關系如圖5。

圖5 道路通行能力與停車場規模關系Fig.5 The relationship of road capacity and parking lot size

由圖5可知：①停車場規模較小時(P≤500泊位數)，兩種出入口交通組織設計均滿足設計要求，對相連道路的通行能力影響較小。當停車場規模P>800泊位數時，則建議使用右進右出交通組織設計(至少高峰期使用)，以減少對相連道路通行能力的影響。②出庫車輛如果嚴格按照主路優先的通行規則，其對主路車流的影響(延誤、速度、停車次數)幾乎可以忽略，所以應嚴格禁止出庫車輛隨意穿插，保證主路車輛正常通行。

5 結 論

停車場作為城市動、靜交通結合的關鍵部分，對其研究具有一定的必要性。根據道路的通行能力大小來對停車場進行選址及選型，并選著合理的進出口交通組織形式，可以有效減少城市道路的新增交通擁堵情況。具體研究結論如下：

1)根據停車場建設規模大小及性質，文章提出了一種停車場交通生成量的預測模型，可以對停車場建成后的交通生成量進行有效預測。

2)分析了停車場兩種進出口交通組織設計方式對相連道路車流的影響，提出了對道路通行能力影響的計算模型，可以為停車場的選址、規模大小提供依據。

3)通過VISSIM仿真平臺對停車場建成后道路系統的運行狀況進行了仿真分析，結果表明：停車場建設規模對主路的通行能力、車速及延誤有著較大影響。

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Analysis of Impact of Parking Construction Scale on Road Capacity

TANG Boming1，WANG Weijun1，LIU Tangzhi2，ZENG Chao1

(1. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P.R. China;2. School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P.R.China)

It is analyzed from the size and nature of the parking lot, with the actual statistical laws of the different nature of the parking lot and out of traffic, to establish the model of in and out of rush hour traffic. Then according to traffic flow theory, analyzing the influence of in and out of traffic under the two forms of organization of parking lot, and calculating the relationship between its size and road capacity after the parking lot constructed. Finally, the use of simulation software VISSIM to do a visual simulation analysis and simulation statistics of two entrances traffic organization form ,which verifies the correlation between the size of parking lot and road capacity. The result shows that parking siting, construction scale and entrances traffic organization must consider the impact on road capacity to ensure smooth traffic of city roads.

traffic engineering; parking lot scale; location planning; capacity; VISSIM simulation

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.02.21

2015-01-09；

2015-12-07

國家自然科學基金項目(E080701)；重慶市市政科技計劃基金項目(2013-11)；重慶市研究生科研創新項目(CYS15187)

唐伯明(1962—),男,江蘇東臺人,教授,博士(后),博士生導師，主要從事交通運輸工程方面的研究。E-mail:tbm@neteasa.com。

王衛軍(1991—),男,江蘇東臺人,碩士研究生,主要從事交通運輸工程方面的研究。E-mail:172520736@qq.com。

U491.7+1

A

1674-0696(2016)02-100-05