基于時空消耗的組團城市粘連擴展的交通影響研究

劉曉萌，胡葉星寒，劉妮雅

（河北金融學(xué)院，河北 保定 071051）

組團式結(jié)構(gòu)是多中心城市空間結(jié)構(gòu)的一種重要形式。多年來學(xué)術(shù)界一直存在著單中心與多中心之爭，即哪種城市結(jié)構(gòu)更有利于城市交通效率［1-6］，對于超過五百多萬人口的大城市，多數(shù)研究結(jié)論認(rèn)為多中心城市空間結(jié)構(gòu)比單中心城市空間結(jié)構(gòu)能更好地組織城市交通網(wǎng)絡(luò)，更能減輕由于城市規(guī)模太大而產(chǎn)生的自然環(huán)境被破壞、交通擁擠、人口大規(guī)模集中等問題［7-14］。

隨著城市人口的不斷增長，多中心組團式城市空間呈現(xiàn)出兩大特征：一是組團間連續(xù)填充發(fā)展并日趨緊湊；二是城市中心區(qū)外產(chǎn)生獨立性較高的新組團，本文主要圍繞前者展開相關(guān)的討論。當(dāng)組團自發(fā)式擴展時，空間結(jié)構(gòu)上以自然山水、林地耕田為間隔，組團之間在空間和功能上相對獨立。目前，城市空間規(guī)劃對于城市空間發(fā)展起到了重要作用。隨著城市空間的不斷擴張與城市人口數(shù)的不斷增長，原來組團間的隔離帶上規(guī)劃了許多“新組團”，而實際發(fā)展過程中，規(guī)劃的新組團通常配套設(shè)施不健全，開發(fā)密度很低，無法稱其為真正的組團，只是城市組團擴展粘連的結(jié)果，所以可以稱其為“粘連區(qū)”。

目前，關(guān)于組團粘連的相關(guān)研究并不多。周濤等［15］對組團粘連現(xiàn)象進行了定性的描述并認(rèn)為：多中心城市組團城市在擴展過程中，自然環(huán)境開發(fā)過快、破壞了組團之間的隔離帶，導(dǎo)致組團邊界模糊不清，進而打破了組團內(nèi)就業(yè)、居住與生活的本地平衡和交通出行的平衡。彭勁松［16］在對重慶市相關(guān)數(shù)據(jù)研究中指出，近年來重慶都市圈的快速開發(fā)建設(shè)導(dǎo)致城區(qū)各中心蔓延粘連，重慶城市空間的組團結(jié)構(gòu)異化。翟長旭［17］表示，對交通便捷性的過分追求可能導(dǎo)致組團粘連現(xiàn)象，破壞原有組團的空間結(jié)構(gòu)。城市空間擴展方式對城市交通組織與運行具有重要的影響作用，以往研究對多組團粘連現(xiàn)象進行了定性描述，認(rèn)識到組團粘連對城市交通的負(fù)面影響，但對組團粘連對城市交通的影響機理并沒有深入研究。本文通過建立模型對組團粘連式擴展過程進行模擬，基于時空消耗理論對組團粘連對交通影響進行定量分析，并進行實例分析。

1 組團城市粘連擴展模型

1.1 模型的假設(shè)

以Christaller中心地理論為基礎(chǔ)，以等邊六邊形為基礎(chǔ)單元構(gòu)建城市空間結(jié)構(gòu)［18］，在此做出假設(shè)：①組團由7個彼此相鄰的等邊六邊形組成；②基礎(chǔ)單元六邊形為邊長為1；③組團由核心區(qū)和非核心構(gòu)成，假設(shè)非核心區(qū)交通運行通暢，非核心區(qū)交通運行狀況較差，設(shè)α為擁堵系數(shù)，核心區(qū)擁堵程度是非核心區(qū)的α倍（α≥1）。擁堵系數(shù)根據(jù)核心區(qū)與非核心區(qū)高峰時期平均車速確定，且僅考慮非節(jié)假日狀態(tài)下的交通運行環(huán)境。

以圖1所示模型作為基礎(chǔ)模擬組團空間擴張過程。圖2（a）中的紅色和藍(lán)色以及白色區(qū)域分別代表組團的核心區(qū)、非核心區(qū)以及不同組團之間的隔離帶，各組團在理想狀態(tài)下具有空間獨立性和功能獨立性；如圖2（b）顯示：隨著組團低密度蔓延，兩個組團間隔離帶逐漸被破壞，組團空間慢慢擴展并連接在一起；圖2（c）則表明：在完善粘連區(qū)域城市功能配套后，粘連區(qū)發(fā)展成為具有空間和功能相對獨立的新組團。

城市空間具有多種功能分區(qū)，本文只考慮對交通出行影響最大的居住、工業(yè)和商業(yè)3種城市功能區(qū)，并假設(shè)組團中只有一個商業(yè)區(qū)、一個工業(yè)區(qū)和兩個居住區(qū)①現(xiàn)實中城市存在多個工業(yè)區(qū)產(chǎn)業(yè)區(qū)和居住區(qū)，本模型旨在比較居住區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)在組團發(fā)展不同時期下導(dǎo)致的的交通出行時空消耗大小，因此本模型簡化為某產(chǎn)業(yè)的一個工業(yè)區(qū)，一個商業(yè)區(qū)，兩個居住區(qū)，便于計算，且不會影響對比結(jié)果。。在此將從居住區(qū)到商業(yè)區(qū)以及從居住區(qū)到工業(yè)區(qū)的出行分別定義為消費出行和通勤出行，假設(shè)其二者之間的頻率之比為1∶5，道路是遍在性的，出行按照最短路徑原則。

圖1 組團結(jié)構(gòu)及分區(qū)示意圖

圖2 組團擴張過程

圖2（a）中組團的核心區(qū)域有商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)和居住區(qū)布局在非核心區(qū)，居民的通勤和消費出行在組團內(nèi)部進行。圖2（b）中粘連區(qū)域的居住區(qū)和工業(yè)區(qū)的相對分布位置與圖2（a）相同②居住區(qū)和工業(yè)區(qū)可以有多種布局，為了表明在同等條件下處于組團發(fā)展不同階段造成的交通時空消耗的差異，設(shè)定圖（a）、（b）、（c）工業(yè)區(qū)和居住區(qū)的布局相對位置不變，如圖（2）所示，當(dāng)然也可以采用其他布局，只要相對位置不變不影響對比結(jié)果。，由于城市功能完善度低以及未在核心區(qū)形成集中的商業(yè)區(qū)，該區(qū)域的居民需要到臨近的組團商業(yè)區(qū)進行消費，如圖2（c）所示，商業(yè)區(qū)在新組團核心區(qū)域形成，新組團內(nèi)居民通勤和消費可以在組團內(nèi)部完成。

1.2 組團粘連擴張對交通時空消耗的影響測度

時空消耗理論主要運用在交通網(wǎng)絡(luò)容量的預(yù)測與計算中［19-21］。朱順應(yīng)等［22］最早以時空消耗理論為基礎(chǔ)研究城市交通需求管理；劉曉萌等［23］首次建立了交通出行的時空消耗計算公式，用交通時空消耗來刻畫城市空間發(fā)展對城市交通的影響機理。

時空消耗計算公式可表示為：

其中：Ci為第i種交通方式的車均時空消耗值；Ni為第i種交通方式的載客數(shù)；Bi為第i種交通方式安全行駛的橫向凈空；Li為第i種交通方式的出行距離；hti為 第i種交通方式安全車頭時距；f為一定時間內(nèi)的交通出行頻率；Pi為以第i種交通方式出行的人口。

根據(jù)式（1），僅考慮單一小汽車出行方式，對組團粘連發(fā)展中各個階段的單位交通時空消耗進行計算。其中小汽車的最低安全車頭時距和平均載客人數(shù)以及安全行駛橫向凈空等分別取0.0011 h、1.25人／車，3.5 m［24］。核心區(qū)擁堵系數(shù)α在成熟組團以及新組團的取值分別設(shè)為3和1.5③2014年重慶都市核心區(qū)工作日商圈高峰車速為18 km／h，擴展區(qū)干路網(wǎng)高峰平均車速37.4 km／h，非核心區(qū)車速在50～60 km／h，由此為依據(jù)設(shè)定的擁堵系數(shù)是基本符合實際的。。

表1 組團擴展各階段小汽車出行單位交通時空消耗

由計算結(jié)果可知：在組團粘連狀態(tài)下，交通時空消耗最大，形成新組團之后的交通時空消耗最小，該結(jié)果是由于形成新組團后居民消費不必跨組團出行，進而出行距離縮短。同時，新組團具有比成熟組團更加優(yōu)越的核心區(qū)交通運行狀況，故而新組團的單位交通時空消耗與成熟組團相比更小。

2 重慶市主城區(qū)組團粘連擴張對交通特征的影響分析

2.1 重慶市主城區(qū)組團發(fā)展現(xiàn)狀及粘連區(qū)概述

多中心組團式是重慶市主城區(qū)空間結(jié)構(gòu)的主要特點。2011年《重慶市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃（2007—2020年）》將主城區(qū)用地結(jié)構(gòu)規(guī)劃由1995年的“三片區(qū)、十四組團”的結(jié)構(gòu)布局修改為“一城五片，二十一個組團”，如圖3所示，由中部、北部、南部、西部、東部五大片區(qū)構(gòu)成重慶市主城區(qū)。中部片區(qū)包括渝中和大楊石以及大渡口和沙坪壩組團等所在的中梁山以東、銅鑼山以西以及嘉陵江和長江環(huán)保的區(qū)域；北部片區(qū)包括觀音橋和人和、悅來以及兩路、蔡家和水土、禮嘉和唐家沱以及魚嘴和龍興等多個組團所在的嘉陵江以及長江以北的區(qū)域；南部片區(qū)主要包含南坪和李家沱兩個組團所在的銅鑼山以西、長江以南和以東的區(qū)域；東、西部片區(qū)則是分別包括茶園和界石組團所在的銅鑼山與明月山之間的區(qū)域以及包含西永、北碚和西彭等組團所位于的縉云山與中梁山之間的區(qū)域［25］。

圖3 重慶市主城區(qū)“多中心、組團式”結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)兩次規(guī)劃對主城區(qū)空間結(jié)構(gòu)的調(diào)整可看出：內(nèi)部填充和外部擴展是重慶主城區(qū)城市空間發(fā)展的主要表現(xiàn)形式。悅來、人和、禮嘉以及蔡家、水土、龍興與北碚是2011年城鄉(xiāng)規(guī)劃新增的組團，其中的悅來、人和、禮嘉組團位于成熟組團之間，而蔡家、水土、龍興、北碚組團在城市邊緣地帶向外擴展的進程中形成。

在組團實際發(fā)展看，近10年來原有成熟組團之間出現(xiàn)了連片發(fā)展的趨勢，表現(xiàn)為組團邊界逐步模糊，組團逐漸融合或粘連。重慶市江北區(qū)和渝北區(qū)1997—2010年間的擴展速度最快［26］。兩路組團和觀音橋組團分別位于北部片區(qū)中的江北區(qū)和渝北區(qū)，是重慶主城區(qū)較早形成的兩個成熟組團。由于兩個組團之間沒有天然屏障，相對地勢平坦，隨著城市空間的快速擴展，組團間的原有的農(nóng)田和綠地逐漸被填充。悅來、人和、禮嘉作為2011年版城鄉(xiāng)總體規(guī)劃在此區(qū)域所規(guī)劃的3個“新組團”，就目前而言，這3個地區(qū)還沒有成為功能獨立的組團，更像是把觀音橋與兩路兩個成熟組團粘連起來。本文將觀音橋組團、兩路組團，以及二者之間的禮嘉、人和、悅來組團為粘連區(qū)域作為研究對象。

2.2 粘連區(qū)不同出行目的的交通發(fā)生、吸引特征

2015年對禮嘉、人和、悅來區(qū)域的交通出行特征進行了問卷調(diào)查，調(diào)查對象為該地區(qū)游客、從業(yè)人員和小區(qū)居民，以期發(fā)現(xiàn)出行目的、交通發(fā)生、吸引特征以及出行方式特征。本調(diào)查獲得有效樣本1 113個。圖4為粘連區(qū)中從業(yè)人員居住地、游客的來源地以及居民工作地的分布情況。

圖4 粘連區(qū)休閑、工作、居住交通流發(fā)生或吸引方向及比例情況（%）① 圖中數(shù)據(jù)分別為粘連區(qū)游客來自主城各區(qū)的比例，粘連區(qū)工商業(yè)從業(yè)人員的居住地在主城各區(qū)的比例，粘連區(qū)居民的工作單位在主城各區(qū)所占比例

從整體來看，粘連區(qū)吸引了大量跨組圖的交通流，其主要來源于江北、沙坪壩、渝中、九龍坡以及南岸等區(qū)。具體來看，粘連區(qū)休閑功能吸引的交通流僅有43.2%來自渝北區(qū)，這意味著67.6%的交通吸引流量是來自渝北區(qū)外的跨組團交通流；同時，粘連區(qū)就業(yè)吸引交通量中46.4%、別墅區(qū)產(chǎn)生通勤交通流量的81.8%、公寓區(qū)產(chǎn)生的通勤交通流量的52.8%、都屬于跨組團交通流量。調(diào)查結(jié)果顯示：悅來地區(qū)跨組團出行比例高達(dá)68%，人和地區(qū)跨組團出行比例為42%，禮嘉地區(qū)為34%，而重慶市主城區(qū)平均跨組圖出行比例僅為20%～30%［27］。

2.3 粘連區(qū)不同目的出行的交通出行方式特征

粘連區(qū)游客、從業(yè)者和居民通勤各種出行方式比例調(diào)查結(jié)果如圖5所示。

圖5 粘連區(qū)休閑、工作、居住交通出行方式比例情況（%）① 圖中數(shù)據(jù)為粘連區(qū)吸引游客的出行方式比例，工商業(yè)從業(yè)人員通勤方式比例，和居民通勤方式比例

對游客在選擇出行方式的調(diào)查中，由于被調(diào)查休閑地周圍有軌道交通站，降低了私家車和地面公交的出行率，游客選擇軌道交通的出行方式占比高達(dá)到77.3%。從對從業(yè)人員以及居民通勤出行方式的調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)小汽車、地面公交以及軌道交通在通勤出行方式中占比分別為50.9%和14%。可見在粘連區(qū)就業(yè)人員更愿意使用方便靈活的小汽車通勤。在別墅區(qū)和公寓區(qū)居民的通勤方式中，小汽車占比分別為65%和53.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于重慶主城區(qū)平均小汽車出行比例的31.4%［27］。并且，公寓區(qū)居民使用小汽車通勤的比例低于其在別墅區(qū)，M·韋格納和F·福斯特（1999）小汽車使用與居住密度負(fù)相關(guān)的研究結(jié)論在此得到了印證。

3 組團粘連對交通時空消耗的影響分析

在對重慶渝北區(qū)禮嘉、悅來與人和區(qū)域的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：該地區(qū)交通出行具有3個方面的特點，即組團間的出行率高、小汽車出行率高以及平均出行距離長，與圖2中的組團粘連擴張過程的模擬假設(shè)基本一致，基于此，認(rèn)為悅來、人和、禮嘉尚未形成新組團，處于組團粘連階段。

通過對比相同數(shù)量人口在成熟組團和粘連區(qū)產(chǎn)生的交通時空消耗差異，來刻畫組團粘連對交通時空需求的影響。2003—2015年間渝北區(qū)新增人口主要在禮嘉、人和、悅來所在的粘連區(qū)內(nèi)分布，因此粘連區(qū)人口可以采用渝北區(qū)人口增量，即63.3萬人，出行方式考慮小汽車、地面公共交通和軌道交通3種，其他計算參數(shù)參照表2。

表2 組團和粘連區(qū)交通時空消耗計算參數(shù)

根據(jù)式（1）計算可得：新增人口的在粘連區(qū)交通時空消耗為13 876.66 m2·h，相同人口下成熟組團內(nèi)的交通時空消耗為9 158.642 m2·h，粘連區(qū)交通時空消耗是成熟組團的1.5倍，而在前面組團粘連式擴張對交通時空消耗影響的測度模型計算中，粘連區(qū)交通時空消耗是成熟組團的1.35倍。實證研究結(jié)果與模型測算結(jié)果基本一致。理論模型模擬和實證研究的結(jié)果都證明：在出行頻率與人口數(shù)量一定的條件下，組團粘連式擴張能使人們對交通出行的時空需求大大增加，如果粘連區(qū)持續(xù)低密度蔓延發(fā)展，不能盡快形成新組團，多中心組團城市的交通效率將大為削弱。

造成這種情況主要有兩方面的原因：首先，禮嘉、悅來與人和等地的職住平衡差，城市功能配套設(shè)施不完善，其周邊學(xué)校、大型購物中心和醫(yī)院的數(shù)量遠(yuǎn)不及兩路組團與觀音橋，跨組團式交通出行的需要和出行距離都遠(yuǎn)大于成熟組團。兩路組團的組團間出行比例只有36%，而處于粘連區(qū)的大竹林-禮嘉與鴛鴦兩地外出比例較高，達(dá)到67%與74%［30］；成熟組團觀音橋、大石壩組團的平均出行距離分別為5.3和4.6，而禮嘉組團和人和組團的平均出行距離分別為9 km 和10.7 km［30］，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成熟組團，這不符合組團城市交通出行的總體特征。粘連區(qū)進一步蔓延，將原本相對獨立的組團連接在一起，可能在局部地區(qū)形成“攤大餅”的空間形態(tài)，從而使組團式城市結(jié)構(gòu)的交通優(yōu)勢逐步弱化。

其次，被調(diào)查的粘連區(qū)開發(fā)密度低，不利于軌道交通和地面公交的發(fā)展，較遠(yuǎn)的平均出行距離和尚不完善的公交系統(tǒng)，使粘連區(qū)居民日常出行更加依賴小汽車。重慶渝北區(qū)的禮嘉、悅來、人和地區(qū)交通發(fā)生和吸引的交通流中，最主要方式是小汽車出行，均占到50%以上，而2015年重慶主城區(qū)居民出行小汽車出行所占比例僅為31.4%。小汽車的單位交通出行時空消耗遠(yuǎn)大于軌道交通和地面公交，因此粘連區(qū)交通出行時空消耗明顯高于成熟組團。

4 結(jié)束語

盡管目前多中心、組團式的城市結(jié)構(gòu)被學(xué)術(shù)界認(rèn)可，但其在城市發(fā)展實踐中也面臨著新的挑戰(zhàn)，組團粘連式擴展破壞了理想的多中心組團空間布局，組團城市的交通優(yōu)勢被削弱。現(xiàn)階段，如何有效避免組團城市在規(guī)劃和建設(shè)中的組團粘連問題，如何引導(dǎo)已經(jīng)形成的粘連區(qū)盡快過度為新組團，促進城市交通與城市空間良性發(fā)展，是值得探究的新課題。