基于協調-競爭關系的歷史城區交通系統容量測算方法研究

于世軍，楊孝清，鄧社軍，張思遠，周 鵬，黃佳宇

（揚州大學，建筑科學與工程學院，揚州225127）

0 引 言

歷史城市通常擁有深厚的底蘊，在國家對文化歷史的重視下，歷史城區的改造是極其困難的，這樣就出現了快速增長的交通需求與落后的交通容量的矛盾。如何在既有交通資源的條件下,通過合理配置不同交通方式來提高歷史城區交通系統容量是一個值得研究的問題[1]。本文中的歷史城區交通系統容量[2]是考慮了道路、停車和公交的綜合系統容量，在各種交通系統容量相互配合的情況下，單位時間內所能接納出行的總容量[3]。以前擴大城市交通系統容量常采用的是增大某一類的交通系統規模[4]，使整個城市局部的交通系統容量得到一定的增長，但城市片區的總體交通容量提升并不明顯，最終會造成資源的浪費。如果要在道路資源和停車空間有限的情況下使交通系統容量達到最大，需要考慮不同交通系統的協調競爭關系[5]。

在歷史城區中，個體交通和公共交通在居民出行的作用上是相輔相成的，都會占用一定的時空資源[6]，在容量限制的情況下，個體交通和公共交通會存在協調競爭的關系。本文中個體交通主要考慮個體機動化交通，即小汽車交通；公共交通則以傳統公共汽車為代表。

現有的交通系統容量研究主要針對城市整體，而對歷史城區這一特殊位置的探討較少，且在測算過程中通常只考慮一種交通方式而忽略了交通系統中多種交通方式之間的協調競爭關系[7]。本文以歷史城區為主要研究對象，在考慮各類交通系統協調競爭關系的基礎上，提出了針對歷史城區交通容量測算的具體方法。該方法的提出對于在交通資源供給一定的情況下，通過調節交通方式之間的分擔比例以提高歷史城區交通系統容量具有指導意義。

1 基于協調競爭關系的歷史城區交通系統容量測算方法

本文提出的考慮個體機動交通與公共交通相互之間的協調競爭關系方法主要由三個部分組成，分別是個體機動化交通容量測算、公共交通系統容量測算和協調競爭影響下交通系統容量測算[8]。在計算個體交通系統容量時，分別測算基于路網、停車設施和容量約束條件下的交通系統容量。在測算歷史城區的總交通容量時，只考慮最不利時間下的交通容量，即高峰小時下的交通系統容量。

1.1 個體機動化交通容量測算方法

1.1.1 基于路網個體機動化交通容量測算

在歷史城區的道路網系統上測算個體機動化交通容量主要是使用進出口通行能力法。通過調查，得到歷史城區內的各主要出入通道，再依據道路等級得到每個車道的通行能力、進出口的車道數量，并考慮道路的瓶頸效應得到歷史城區內的道路網個體機動化交通容量。其測算方法如下：

式中，Hc表示基于進出口通行能力法測算的個體機動化交通容量，pcu/h；i 表示歷史城區內的進出口通道序號；iq 表示歷史城區內序號為i 的進出口通道的單車道通行能力；in 表示序號為i的單向車道數量； li表示序號為i 的車道利用率；ib 表示序號為i 的車道過境折減率，依據調查數據或者歷史數據確定。

1.1.2 歷史城區停車設施內個體機動化交通容量測算

個體機動化容量不僅包括在歷史城區的道路網上，也包括在停車設施上。對停車設施內的個體機動化容量測算主要看這些停車場所提供的停車泊位，同時考慮不同形式的停車場所在不同使用情況下的周轉率和效率。s 類型的停車設施所能提供的個體機動化交通容量的表達式如下：

式中，Hs表示基于s 類型停車設施的個體機動車交通容量，pcu/h；sP 表示基于s 類型停車設施的個體機動車泊位數；sθ 表示基于s 類型停車設施高峰小時周轉率；S 表示基于s 類型停車設施的集合。

1.1.3 個體機動化交通容量測算

歷史城區內道路網上的個體機動化交通和停車設施內的個體機動化交通即為動態交通和靜態交通。由于之間存在相互制約的關系，且整個歷史城區內個體機動化交通容量是有限的，當靜態交通或者動態交通一方達到飽和，即整個歷史城區的個體機動化交通就會達到上限。所以在容量約束的個體化交通容量限制下，取兩者的較小值作為個體機動化交通的容量：

式中， HM表示個體機動車交通容量，pcu/h； HA表示個體機動化交通容量，人次/h；a 表示個體機動車高峰小時載客數，人次/pcu。

1.2 公共交通容量測算方法

測算某一部分城區的公共交通系統容量一般根據局部城區內的公交服務能力來進行。歷史城區公共交通剩余交通容量Hg的計算如下式所示：

式中：Hg表示歷史城區內公共交通剩余交通容量；iB 表示城市內線路i 平均載客率，一般取90%；iO 表示歷史城區內線路i 附近站點的高峰小時載客率； ti表示線路i 高峰小時發車間隔，min；ic 表示線路i 的公共交通載具的額定載客數，人次。

1.3 協調競爭下的交通系統容量測算方法

歷史城區的實際交通系統容量中不同子系統之間相互協調制約，個體機動化交通系統和公共交通系統的出行比例不同，以不同交通系統的分擔比例計算歷史城區的總交通容量。

本文為了簡化計算，以小汽車容量代替個體機動化容量，以公交車容量代替公共交通容量，在不同交通系統分擔結構分析時，考慮兩者的比值大小對歷史城區的交通系統容量影響，具體公式如下：

式中，V 表示公共交通分擔率與機動化交通分擔率的比值；BP 表示公共交通分擔率；CP 表示機動化交通分擔率。

歷史城區高峰小時容量與公共交通剩余載客容量、個體機動化交通容量和各自的交通系統分擔比例有關，存在某一交通系統達到容量上限，而另一交通系統并未飽和這一短板效應。當一個系統的交通容量達到上限，則整個城區的交通系統會達到最大值，且這里交通系統容量為高峰小時情況下交通系統容量。具體公式如下所示：

式中，RW 表示歷史城區高峰小時交通總體容量值，人次/h；BP 表示公共交通分擔率；CP 表示小汽車交通分擔率；Hg表示歷史城區內公共交通剩余交通容量；HA表示歷史城區內個體機動化交通容量，人次/h。

2 揚州市歷史城區交通系統容量測算實證研究

2.1 個體機動化交通容量的測算

2.1.1 歷史城區內路網上個體機動化交通系統容量測算

在以揚州歷史城區為例中，城區內的進口道有效車道數主要通過綜合城區用地性質、用地開發、公交運行情況、道路斷面形式以及高峰時段（潮汐交通）影響確定[9]，根據《城市道路設計規范》（CJJ 37—1990）取得單車道理想通行能力，再對理想通行能力進行修正得到單車道通行能力；根據進口道形式和交叉口控制方式確定車道利用系數；根據研究區域交通分配中各條道路過境交通量所占比例來確定過境量折減系數，可得到揚州市歷史城區各進口通行能力，如表1 所示。

表1 進口通行能力表

通過統計各條道路的情況，得到基于道路網的個體機動化交通系統容量為13 385 pcu/h。

2.1.2 歷史城區停車設施內個體機動化交通

容量測算

根據收集到的揚州歷史城區資料和現場調查，調查范圍內各種類型的小汽車停車設施如表2 所示。

表2 歷史城區停車設施內的機動車容量

通過表2可知揚州歷史城區內各種類型停車設施的個體機動化交通系統容量為8 380 pcu/h。

2.1.3 基于容量約束下的個體機動化交通容量測算

在個體機動化交通系統容量約束下，比較歷史城區內路網上交通系統容量和停車設施內的交通系統容量，并選取其中最小值作為個體機動化交通系統容量，即為8 380 pcu/h。

根據調查得到，一輛小汽車的平均載客量為1.7 人次，通過公式（4）得到高峰小時下的乘坐小汽車出行人次，本例中的揚州歷史城區高峰小時下的個體交通容量為14 246 人次/h。

2.2 公共交通系統容量測算

測算揚州市歷史城區的公共交通系統容量，調查歷史城區范圍內的公交系統類型只有常規公交系統，因此只將考慮常規公交系統。研究范圍內的公交站點為66 個，其服務范圍為每個公交站點300 m輻射范圍[10]累合占整個歷史城區的比重，實際情況如圖1 所示。

圖1 歷史城區公交站臺300m 服務范圍

揚州市的公交線路運能為0.35～0.45 萬人次/h，在歷史城區內的斷面運能比例大約為20%～25%，并取每個公交站的平均剩余載客數量為400～700 人次/h 之間。歷史城區內的常規公交站點服務系數以公交站點的服務面積占整個歷史城區面積的比重計算，最終得到站點的服務系數為0.75。在表3 中公交系統容量計算時數據取中間值計算，得到如下結果：揚州市歷史城區內的公交系統容量為2.73 萬人次/h。

表3 歷史城區內公共交通系統容量

2.3 協調競爭關系下實際交通系統容量測算

在揚州市歷史城區的實證研究中，得到高峰小時個體交通系統容量為1.42 萬人次/h，公共交通系統容量為2.73 萬人次/h。

根據揚州的交通規劃資料得到居民公交出行的分擔率為13%～16%，小汽車的分擔率則為18%～20%。而在揚州歷史城區機動車數量相對其他地區偏多，分別取分擔率范圍中的最大值16%和20%，將其帶入公式（6）中，算出V 為0.8。

再將個體交通系統容量、公共交通系統容量以及對應的出行方式的分擔率帶入公式（7）中，得到公交約束下的交通系統容量為17.06 萬人次/h，小汽車約束下交通容量為7.09 萬人次/h，取兩者最小值7.09 萬人次/h 作為揚州市歷史城區的交通總體容量。

2.4 協調競爭關系下交通系統容量分析

根據測算揚州歷史城區的結果得到在小汽車約束下的歷史城區交通系統達到最大值時，公交系統容量并未達到最大值，還存有一定的容量；在公交約束下交通系統達到最大值時，小汽車系統容量也存在多余容量。在兩個交通系統容量限制的前提下，從交通分擔比例調整歷史城區的總體交通容量還需進一步分析，即小汽車系統容量和公共交通系統容量與交通設施容量相匹配時，交通系統容量達到最大值，公交與小汽車的最佳分擔率比值為MV 。

基于揚州現有的公交系統容量和小汽車系統容量，根據公式（7）可以得出，揚州的交通系統容量當小汽車分擔率為17.04%、公交車分擔比例占32.77%時，公交/小汽車分擔率比值 VM為1.923，達到交通總體容量最大值17.04 萬人次/h（見圖2）。

當公交/小汽車的分擔率V ＜ VM時，歷史城區的交通系統容量受個體機動化交通容量限制，而公共交通系統容量有所剩余。在保證分擔率不變的前提下，只有增大個體機動化交通容量才能增大城區內總的交通容量，但由于歷史城區的特殊性，增加交通基礎設施比較困難，所以還得鼓勵居民在歷史城區內采用公共出行。

圖2 不同狀態下交通總體容量與公交/小汽車分擔率比值關系圖

當公交/小汽車分擔率V ＞VM時，歷史城區的交通系統容量受公共交通系統容量限制，而個體機動化交通系統容量有所剩余。在保證分擔率不變的前提下，可以增加一些公交站點和公交線路來增大公交基礎設施供給，也可以適當鼓勵居民出行采用小汽車，但在鼓勵公共出行的今天可行性較小。

當公交/小汽車分擔率V =VM時，歷史城區的交通系統容量達到最大值。在這樣的分擔比例下，可以充分利用城市內的基礎設施條件，使城市交通更順暢，而不是不考慮各種交通系統協調競爭關系，在某類交通系統容量不足時盲目增加其供給。

3 結 論

通過分析不同交通系統間協調-競爭關系，求得最佳的公交/小汽車分擔率，測算出歷史城區最大交通系統容量。但實際測算交通系統容量本文仍存在不足，對大巴車系統容量以及軌道交通系統容量并未研究，所以本文的歷史城區交通系統容量測算只適用交通系統結構簡單的城市。