城際長途慢行交通驛站間距設置研究

李 磊，楊雍彬

（交通運輸部科學研究院，北京 100029）

0 引言

隨著交通運輸與旅游融合的深入發展，國內出現了大量跨區域長途旅游公路、綠道等具備休閑慢行交通功能的項目，規模往往長達100km以上。在這種背景下，城際長途慢行交通的旅游體驗價值進一步凸顯，成為“快進慢游”旅游交通體系中的核心要素。由于出行距離較長，作為慢行系統的主要服務設施，其分布情況是體現慢行交通系統服務水平的重要因素[1]，科學合理的慢行交通驛站設置間距成為提高慢行交通服務水平與改善游客出行體驗和控制建設成本的重要基礎性指標。同時，基于慢行人群出行需求和特征，將服務驛站間距布置在合理范圍內，對增加慢行交通設施的利用率具有正向引導作用。

2002 年《上海市城市交通白皮書》[2]是國內較早正式提出慢行交通概念的官方文件，將慢行系統定義為一種以步行和自行車為基礎的交通模式。在城市交通領域內，陳玥[3]分析了慢行交通與城市空間布局和土地利用的銜接；段婷等[4]和Cervero 等[5]則針對慢行交通對于城市公共交通的接駁和協同優化作用展開了研究。隨著城市綠色出行理念的回歸，慢行交通所承擔的已不僅是城市短距離接駁出行功能，其衍生出的社會及生態效應也應受到重視[6]。Hu等[7]認為中國國內城鄉系統內的綠道走廊建設正在興起，但是缺乏標準體系和連接服務設施。

對于城際長途慢行交通問題的研究，姚曉文[8]認為受人力移動范圍限制，慢行交通的優勢出行范圍較短；Leurent 等[9]通過對地鐵站行人通道設計效果觀測指出，改善步行環境可有效增加步行者的出行距離。驛站作為慢行交通的主要服務設施，集合多項功能，以其分布間距為主要評價指標的驛站服務水平直接影響到長途慢行交通的客流吸引水平。Flowers 等[10]給出的自行車設施布局指導原則，為慢行設施布局提供了定量化參考標準，提出對長途慢行設施的研究需要結合該類人群獨特出行行為特征。Dominik 等[11]通過調查2013年德國黑森州游客的旅游行為，提出了休閑出行人群的出行行為的交通表現特征；Khan等[12]研究了沿線環境變化對慢行交通人群出行行為的影響。在研究方法上，空間可達[13]和累積機會[14]等方法在高速服務區間隔問題上得到了廣泛應用，可為城際慢行驛站間距研究提供參考。

綜上所述，現有關于長途慢行交通驛站間距的研究，缺少對人力、經濟等要素的綜合考量。

本文將基于驛站布局現狀與存在的問題，分析驛站間距設置基礎性條件，并以游客體能消耗最少和業主投資成本最低為目標函數，以出行人群生理需求和安全保障為約束條件，建立基于驛站間距的可達性數學模型，對城際長途慢行交通驛站布局方法展開研究。

1 驛站間距布局分析

對于慢行驛站布局間距設置問題，應針對其休閑服務定位，以使用人群的行為特點為依據，建立定量化模型進行研究。

1.1 既有慢行驛站分類情況

住建部2016 年公布的《綠道規劃設計導則》（以下簡稱《導則》）[15]指出，綠道是以自然要素為依托和構成基礎，串聯城鄉游憩、休閑等綠色開敞空間，以游憩、健身為主，兼具市民綠色出行和生物遷徙等功能的廊道。驛站是綠道系統服務設施的綜合載體，分為三個等級（如表1 所示），其中一級驛站是綠道管理和服務中心，承擔管理、綜合服務、交通換乘功能；二級驛站是綠道服務次中心，承擔售賣、租賃、休憩和交通換乘功能；三級驛站作為使用者休息場所。

表1 綠道驛站布局一覽表

在住建部《導則》的基礎上，北京、廣東、福建等地市也結合游客需求和地形地貌特點，制定了地方綠道設計規范，對驛站種類和驛站間距給出了建議。如福建省《綠道規劃建設標準》[16]中將驛站分為了生態型、郊野型和都市型三類，各類型驛站的建議間距相對于《導則》，近似的類型驛站間距要更大一些。

可以看出，相關各級規范雖然都涉及長途慢行交通的驛站標準，但對慢行綠道的分類并不統一，對不同級別驛站的定位和間距要求有差異，沒有形成具有科學依據的、統一的參考標準。慢行交通驛站間距即可達性的量化分析是確立慢行規劃導向原則、重新審視規劃方法、評估并監督方案落實的基礎。

1.2 驛站間距設置考慮因素

驛站間距設置應考慮慢行游客的生理、心理需求及工程建設成本，同時結合地域經濟、城鎮布局和道路設施條件等具體情況。根據不同級別的服務人群，各級別驛站應具有以下功能，如表2所示。

表2 各級別驛站定位及主要功能

一、二級驛站的服務節點常依據景點和人流集散點布局，受沿線社會經濟屬性影響較大。三級驛站即基層節點在沿線設置靈活且分布數量最多，主要為步行者出行提供基礎服務，研究其分布間距具有重要的現實意義，也是本文研究驛站間距問題的切入點。三級驛站在線網中的布局應根據步行者出行需求特征和環境發展趨勢，考慮以下幾個方面。

（1）休憩放松

由于步行速度較慢、對體力消耗較大，慢行交通系統需根據步行者的舒適里程設置適當的驛站間距。根據梅偉等[17]的研究，慢行出行時耗與城市規模、人口、經濟發展水平關系不大。步行平均出行時耗在17～20min 之間，大多數步行出行（80%以上）不超過30min；非機動車平均出行時耗在21～24min 之間，大多數非機動車出行（80%以上）不超過35min。公園景區、濱江區域、城市外圍區域慢行出行時耗較長，可達到25min以上。

（2）飲水保障

步行對出行者的體力消耗較大，參考健走運動建議，應每15～20min飲水150～200mL。常見瓶裝水及水壺容量為500～600mL，因此需要每隔60～80min為出行者補充一次飲用水。

（3）生理需求

按照人體新陳代謝規律[18]，正常情況下平均1.5～3h會有一次如廁需求。在以休閑健身為目的的城際慢行出行活動中，游客飲水和運動量更大，如廁時間間隔更短，這對驛站間隔設置提出了更高的要求。

（4）安全聯絡保障

慢行游客重視旅途體驗且采用的交通方式靈活，城際慢行交通里程相對較長且可能不與公路伴行，驛站作為引導游客出行的主要節點還要發揮聯絡作用。因出行速度較低且途中車流較少，為保證慢行游客在面臨戶外傷害、突發疾病、人身安全威脅等緊急狀況下，能夠準確定位并及時聯系求助，驛站間距應處于一個合理的范圍內。

慢行交通的安全聯絡保障主要包括醫療急救、消防疏散和求助報警等。緊急救護按照國際慣例要求郊區范圍救護車應在30min以內到達[19]；公安部門在非緊急狀況下出警時間為15min 以內；《城市消防站建設標準》[20]提出，一般固體可燃物著火后，在15min 內火災具有燃燒面積不大、火焰不高、輻射熱不強等特點，故火災救援時間通常為15min。參考具有類似定位的國家健身步道建設標準對步道安全預警系統的要求，報警點應設在路況復雜、易迷失區域相對制高點的易于觀測位置，且要求顏色鮮明，點與點之間應不超過1h（或5km）路程，設有求助電話、報警點編號、臨近路線指示等基本信息。

綜合考慮以上因素，具有安全聯絡保障的慢行道驛站設置，需保障游客快速前往臨近驛站的時間不超過15min，即驛站最大間距應不超過30min的跑步間距。

（5）城鎮分布情況

城鎮分布稀疏的路段，客流量相對較小，在滿足游客需求的前提下可以適當增大驛站間距以降低建設成本[20]。城鎮分布密集路段，會產生較大的本地短途出行需求，慢行道路使用率增大，對各項服務設施的使用需求也相對較高。在實際驛站設置中，可通過對沿線城鎮便民服務點進行升級改造和授權的方式，充分利用沿線既有基礎設施并尊重人文分布現狀，使既有民用建筑達到驛站的基本服務功能要求，以改造代替新建，降低建設成本，減少社會資源浪費。

（6）風景地貌

慢行交通具有很強的休閑娛樂屬性。當沿線區域景觀風貌較好時，不同于公路交通，慢行交通游客可以隨時駐足欣賞和游玩，停留較長時間。在風景視野良好的區域，宜設置觀景設施或縮短驛站間距，通過迎合游客需求，提高慢行交通的吸引力。因此，驛站布局需結合人文地貌情況等靈活設置，使處于合適的區域范圍內。

（7）建設成本

三級驛站的主要建設成本集中在單車棚、坐凳、衛生設施和遮陽建筑等硬件設備部分，綜合國內多個城市近年來的建設案例數據，三級驛站造價約為4～28 萬元，后期維護費用另計。慢行交通是以公益屬性為主的基礎設施，主要依靠政府財政資金建設。在規劃慢行交通線路與驛站分布時，既要滿足游客出行習慣和出行需求，又要考慮建設成本，避免公共資金浪費，同樣要求驛站間距設置的合理性。

2 驛站可達性模型構建

可達性通常指利用特定的交通方式從某一給定區位到達活動地點的便利程度，體現了空間布局與土地利用等因素對交通出行的影響，常用于制訂和評價規劃方案。對于帶狀分布的城際慢行交通問題，驛站的可達性是指驛站對于慢行出行人群的使用便利程度。不同于機動車交通，慢行出行人群主要依靠自身有限的體能，決定驛站服務可達性。影響慢行道吸引效果的本質因素是考慮慢行特性的驛站間距設置。

根據驛站定位和服務分析，建立驛站可達性模型應考慮以下幾點。

（1）體能消耗阻抗

在理想體能消耗范圍內時，阻抗函數恒定，說明在理想出行范圍內感覺不到差異；在容忍體能消耗范圍外，阻抗視為無窮大，認為非機動交通出行者不考慮該范圍外的機會；兩者之間的部分，阻抗增大規律參照體能恢復時間變化規律，呈現出非線性的函數關系[21]，如式（1）所示：

式（1）～式（2）中：f(Ep) 為體能消耗阻抗函數；Ei為理想體能消耗上限；Et容忍體能消耗上限；Ep為實際步行能量消耗量；∞表示阻抗無限大；m為平均成年人體重（kg）；ep為步行單位體重距離能耗（kCal·h-1·kg-1）；v表示步行速度（km/h）；l為一次連續步行里程，即驛站建設間距（km）。

按照常規計算條件，即59kg 體重下，無負重，硬質路面，走行速度5.4km/h，步行單位能耗4.0kCal·h-1·kg-1；休閑出行的體能消耗量理想值相對于日常出行放大為60kCal，體能消耗量最大值為334kCal 。此時，式（1）可轉化為如式（3）所示的阻抗函數：

式（3）中：f(l)為步行里程阻抗函數；l和∞意義同前。

（2）驛站平均建設成本

在單個驛站功能設施要求一定的條件下，一條城際慢行路段的驛站平均建設成本與驛站間距呈現負相關關系，即：

式（4）中：g(l)為驛站平均建設成本函數（萬元/年）；Cs為單個驛站的平均建設成本，通常在4～28 萬元之間；L為慢行路段的總里程（km）；T為驛站的使用壽命周期，通常為5 年；l意義同前。

（3）約束條件

考慮慢行出行人群的飲水、生理需求和安全保障條件，驛站間距應至少滿足式（5）所示約束條件：

式（5）中：L1為保證慢行飲水服務間隔60 min時驛站里程的最大長度，取5.4km；L2為保證慢行生理需求間隔80min 時驛站里程的最大長度，取7.2km；L3為安全保障條件下驛站的最大間距，取4.86km；Ep意義同前。

3 模型求解

本文研究的驛站間距問題共有兩個目標函數：游客步行能耗阻抗盡量小、驛站建設成本盡量低，并滿足式（5）所示約束，在此條件下求解驛站間距的較優值。

3.1 目標函數加權組合

統一目標法又稱綜合目標法。它是通過一定方法將原多目標優化問題轉化為統一目標函數或綜合目標函數，作為該多目標優化問題的評價函數，然后用前述單目標函數優化方法進行求解。

加權組合法又稱線性加權法或加權因子法。它是將原多目標優化問題，通過引入加權因子的方法轉化為統一目標函數或綜合目標函數，作為該多目標優化問題的評價函數，然后利用常見的單目標函數優化方法求解。該方法可以平衡各指標及各分目標間的相對重要性及其在量綱和量級上的差異，適用于本問題中兩個不同量綱下的目標函數。

由于兩目標函數量綱單位不一致，首先需對目標函數進行無量綱化處理，如式（6）所示：

式（6）中：fmax(x)和fmin(x)分別為f(x)在約束條件下的極大值和極小值。

采用同樣的方法，對式（4）中的目標函數g(x)進行無量綱化處理，得到g′(x)。

然后，賦予兩目標函數相同的權重值w1=w2=0.5 并加權求和，表示實現游客出行和驛站建設綜合成本最低的驛站間距函數，如式（7）所示，其中約束條件如式（8）和式（9）所示。根據式（1）和式（3），在理想體能消耗上限的出行距離1.17km以內，出行人群的感知差異較小，因此驛站設置應大于該距離，如式（8）所示。同時，驛站最大間隔應不超過考慮慢行出行人群的飲水、生理需求和安全保障條件的下限4.86km，如式（9）所示。此時，使用MATLAB軟件繪制模型函數圖像，如圖1所示。

式（7）～式（9）中：k(l),f′(l),g′(l)均為無量綱函數；l意義同前。

圖1 模型函數曲線

3.2 驛站間距值求解與分析

由圖1 目標函數圖像可以看出，本文模型屬于單一變量條件下求解單極值點的問題。使用MATLAB 軟件求解得出，符合出行行為和建設成本的最優驛站間距為2.72km。對比住建部《綠道規劃設計準則》[15]，長途慢行驛站的理想間距相對綠道驛站設計標準較低，原因可能如下：

（1）長途慢行道多分布在郊區或山區，沿線服務設施相對于城鎮區域較少。慢行驛站是承擔公共服務設施的關鍵要素，與出行者的生理需求相關度更高。

（2）長途慢行道分布區域人口密度較低，在應對突發緊急情況時，驛站承擔了呼救和臨時安置的作用，這也在客觀上要求驛站間距不能過大。

實際應用中，應根據慢行交通道路沿線的自然景觀和人文設施布局，在合理的建議范圍內建設驛站。本文模型中，可在最優值點浮動5%的范圍內選取建議區間，即三級驛站間距處于2.2～3.4km范圍內，可較好地滿足各方需求。

4 結論

4.1 慢行交通服務驛站設施最佳間距

服務驛站是旅游交通系統的核心服務設施，其間距設置的合理性對其功能的發揮起到至關重要的作用。本文通過分析長途慢行出游人群的出行需求，并結合慢行交通建設過程中的設施配備條件和建設成本，定量研究了城際長途慢行驛站間距的設置方法；建立多目標規劃模型并對各目標函數進行加權處理，使用MATLAB 求解得出，理想條件下旅游交通慢行驛站間距為2.72km；結合《綠道設計準則》中對城市綠道驛站設置的類型、功能與設置間距要求，得出當慢行交通驛站（相當于綠道三級驛站）間距為2.2～3.4km 時，可較好地滿足長途慢行人群的出行需求。

4.2 對旅游公路服務驛站規劃原則的推定

目前，公路系統只有高速公路對服務區設置有具體的距離、功能和規模規范要求。關于旅游公路服務驛站規模、功能和設置間距方面的建設標準還是空白。同時，旅游公路一般距離較長，沿線多為人煙稀少的荒野區域，其服務驛站建設的必要性更強，并且旅游服務功能更復雜，要求兼顧機動車、自行車和步行交通?！陡咚俟方煌üこ碳把鼐€設施設計通用規范》[23]規定，高速公路服務區平均間距不宜大于50km，最大間距不宜大于60km。旅游公路機動車時速往往低于60km/h，通常騎行速度約為20km/h，步行速度約為5km/h，驛站間距若按高速服務區間距設置原則來確定顯然過大?？紤]到旅游公路要兼顧機動車、自行車和步行三種交通體驗方式，旅游公路驛站適宜分為機動車交通服務驛站和慢行交通服務驛站兩大類。依據以上慢行交通服務驛站間距計算結果，選擇機動車行駛不超過0.5h，騎行1h 為距離上限，步行2h為距離下限，進一步推出旅游公路服務驛站的間距設置原則為：機動車交通服務驛站設施間距為10～20km（最佳距離15km）；兩個機動車交通服務驛站之間布置3～5 個慢行交通驛站。

需要指出的是，本文對慢行驛站間距設置的研究偏于理論分析，后續將在建設項目中加以應用，并結合現場監測數據進一步分析和驗證。另外，關于服務驛站功能、規模與間距設置的關系，將是未來進一步研究的方向。