考慮綜合商業體功能分類的地下停車場分區組織優化設計

曾 歡 徐良杰

(武漢理工大學交通與物流工程學院1) 武漢 430063) (湖北文理學院汽車與交通工程學院2) 襄陽 441053)

0 引 言

綜合商業體，是整合餐飲、購物、娛樂、文化、服務等隸屬于城市生活空間的三項以上功能，并構建一種各功能間相互依存、相互裨益的能動關系，所形成的高效率、復雜而統一的綜合體[1].綜合商業體地下停車場，不同于一般地下停車場，其最大特點在于目標出口所連地上區域的多功能性，如果分區組織設計不合理，會導致車輛繞行距離和步行距離長等問題.

針對大型停車場的分區研究，國內外已形成較科學的理論體系.Lynch等[2]用路徑、區域、邊緣、節點及地標5個因素來概括人對空間及環境的認知方式.齊宇[3]基于認知地圖理論分析綜合體地下停車場，指出功能分區的關鍵點在于縮小使用者的尋路范圍，但缺乏對步行目標出口位置的細致考慮.Zheng[4]通過實驗研究了分區方式與人們尋找分區的效果之間的聯系.游曾榮[5]針對住宅建筑地下停車空間，提出了基于住宅建筑停車場空間構形的布局方法與分區原則.

Neill等[6]用三個指標“后退次數”、“轉錯彎的次數”及“到達目標物的時間”評價尋路行為的內容或表現，張海濤[7]提出將不同區域停車者分別引導至距離泊位合理范圍內的目標出口并借助實例說明范圍的界定原則.現有研究在大型停車場人流量與通道的分配關系上研究較少，且定量分析較少.

綜上，現有針對綜合商業體停車場分區的文獻，往往單一考慮分區，缺乏對出口通道距離的定量考慮，故文中基于綜合商業體的多功能性對停車場分區進行細化設計，同時進一步研究人流量與通道的引導關系，增強可操作性.

文中對多所綜合商業體進行停車規律分析與功能分類總結，優化停車場分區設計，以實現停車場多地標引導，增強停車效率.綜合考慮距離、停車需求與出口通道的通行能力，建立人流組織引導模型，以優化步行距離.

1 綜合商業體分析

1.1 綜合商業體功能分類

對武漢、北京、深圳等多個一、二線城市的235所綜合商業體進行調研分析，歸納得到綜合商業體內部功能可以分為購物、餐飲、娛樂、文化教育與公共服務.表1定性分析各個功能分類的停車時長和停車需求時段特征，存在規律性.故本文基于功能分類進行地下停車場的分區組織優化設計，同時對具體案例，將大類細分為不同子類，以增強模型適用性與合理性.執行購物功能的店鋪形式有超市及各種類型的實體店.屬于餐飲功能的店鋪形式包括餐館、快餐、小吃等.娛樂功能的店鋪形式包括電影、電玩、KTV、美容健身、養生會所、游泳館、射箭館等.具有文化教育功能的店鋪形式，包括教育培訓、藝術畫廊、書店、攝影和展覽館等.屬于公共服務功能的形式包括銀行、藥店、醫療門診等.

表1 商業綜合體各功能停車需求時段特征

1.2 綜合商業體停車問題分析

基于調研，當前綜合商業體停車場存在問題如下.

1) 步行距離長，繞行多 車主根據空泊位停好車后，從車位到目標出口的過程中，需要經過較長的步行距離才能到達通道處，不熟悉的停車者還會遭遇繞行的情形.

2) 地標過少導致不同區域的車位利用情況非常不均勻 由于大型地下停車場內設置的地標過少，當車主遵循引導向前行駛后，往往在靠近停車場入口、商業體入口等地標處扎堆停車，最終往往形成的是以1～3個地標為中心，泊位利用率向外呈發散輻射式遞減的情況，后到達的車輛，發現靠近地標處停滿后不得不折返尋找泊位，沒有被合理引導至利用率低的區域.故可以借助不同功能分類作為顯著地標，降低繞行時間.

2 停車場分區組織優化設計

2.1 模型假設

1) 對已建成的停車場進行分區優化，故泊位總數視為定值.

2) 停車場的供給能夠基本滿足高峰時期的停車需求.

3) 假設停車供給類型均為地下停車，不考慮地上停車.

2.2 功能分區模型

步驟1基于停車特征的差異性，判斷功能分類是否細分.為了使每個功能分類的停車吸引量具備區分度和差異性，以便根據規律性確定停車規模.當某一功能大類中的一個子類，具有較為顯著的停車吸引量時，可以將其單獨劃出作為一類.

步驟2根據功能分類，劃分不同功能片區，確定大致區域.基于前期調研，絕大多數商業綜合體垂直方向上各層的功能是相同或相促進的，故通過垂直投影法進行分區.若各層投影對應的部分功能相一致，則直接投影得停車區域.當發現各層投影對應的部分功能不盡相同時，若某一停車區域，各層投影以上對應的片區功能不一致，則屬于混合區域，可通過片區移動、縮放、與區域外相鄰的同功能片區整合， 最終達到從停車區域出發、大致可以通過通道到達就近的相應功能區處的效果.并適當縮放與周邊停車區域協調.

步驟3根據比例確定停車分區規模.由于是已建成的停車場，故考慮將固定的總容量分配給不同的停車功能類別，定義停放量系數為某一停車功能的泊位需求占地下停車場總泊位的比例，作為計算泊位數量的比例系數.平均停放時長越久，每個泊位的泊位周轉率越低，故一定停車需求下，所需的泊位數越多.

綜上，第i個功能的停放量系數為

(1)

式中:k為停車分區數目；Pi為第i個功能的高峰時段停放吸引量；Ti為第i個功能的平均停放時長.

故第i個功能的停車規模Ni

Ni=Mwi

(2)

式中：M為停車場總容量.

步驟4根據供給密度進行位置形狀調整.對于多層停車場，每層停車空間形狀一致時，則按照單層同樣的方式分區，每層同一投影區域安排的停車分區功能一致，上層停滿的時候開往下一層，直至找到對應功能具有空泊位的一層.

當每層停車空間形狀存在不一致時，應視片區投影下的泊位供給總量而定.將某一處投影下，單位面積的各層泊位供給總量定義為供給密度.直接垂直投影，判斷供給量與需求量的大小關系，供給密度過大的區域，需要縮小投影面積以對應相應功能片區的停車泊位需求，供給密度過小的區域，則需要擴大投影面積，或是向供給密度大的區域挪移投影位置以滿足需求，見圖1.

圖1 根據供給量與需求量的相對關系的投影方法

對于根據樓層分區即同一樓層使用功能一致的綜合體，可以先根據綜合體的形狀劃分為若干個組團片區，而后形成在投影下的區域形成扇形結構的不同停車分區；接著根據片區投影下的泊位供給總量，適時地對投影面積進行放大和縮小；最后根據同一片區垂直投影下，各功能的停放量系數，來確定停車分區的大小和泊位數，見圖2.

圖2 同一樓層使用功能一致，投影區劃分為扇形結構

2.3 人流組織引導模型

為使步行距離盡可能小，停車分區i距離一個通道j越遠，其引導到該通道的人流應越小.通道j的通行能力Cj越大，引導分配至該通道的人流量應越多，避免出現一些通道吸引的人流量遠大于其通行能力增加排隊時間的現象.同時停車分區i高峰時段停放吸引量越大，應分配出去的人流量也越多.故借鑒文獻[8]中論述的美國公路局單約束重力模型，提出人流組織引導模型為

(3)

式中：qij為第i個停車分區引導到第j個通道的人流量，人；α為車輛的平均每車同行人數，人/veh；Cj為第j個通道的通行能力，即允許通行的最大人流量，人/h；f(dij)為阻抗函數，用于表征第i個停車分區與第j個通道的距離，計算方法如下.

根據文獻[9]，對每個分區停車泊位進行合理的分組，同一組內每一個泊位的位置用中心處泊位的位置代替，來計算大型停車場步行距離，每一組內的泊位數目g不大于泊位總數的2.5%，以免組內中心處泊位和其他泊位之間距離過大，引起誤差過大.同時根據李林波等[10]關于停車場分區的研究，每一分區分組的泊位數不小于泊位總數的1.5%，以免造成一個分區內組數過多，和各組規模失衡.

1.5%M≤gzi≤2.5%M

(4)

式中：gzi為第i個停車分區的第z組的泊位數目.

(5)

式中：t為停車分區泊位分組形成的組數；dzij為停車分區i的第z組中心處泊位，至第j個通道的最短步行距離.

Kij為第i個停車分區是否引導給第j個通道的0-1變量，計算方法如下.

當停車分區i距離一個通道j過遠的時候，步行距離超過承受限度，則不宜將人流引導至該通道，故引入0-1變量，步行距離過遠，該停車分區i到某一通道j的距離超過其到各通道距離的平均值的20%時，不將人流引導至該通道，對應的Kij取0.

(6)

式中：b為通道總數目.

最后根據第i個停車分區引導給第j個通道的人流量，來確定引導到該通道的泊位規模.

(7)

式中：nij為第i個停車分區引導到第j個通道的泊位數目.

確定引導的規模后，具體實施時，根據組與通道的距離，從近到遠，逐一確定通道所對應的具體引導的組，設置到達相應通道的引導標識.

3 案例分析及仿真驗證

3.1 模型應用

該綜合商業體地上部分共5層，地下兩層存在地下停車區域，負一層負二層分別命名為B1、B2，泊位數分別為725和98，共823個，屬于大型停車場，泊位供給能夠基本滿足高峰時期的停車需求.調查結果見表2.

表2 停車功能分區的調查結果

以2 h為單位分時段進行停車行為問卷調查，對于少部分進行多種功能消費的顧客，以本次停車后直接前往的消費區域為準，以便引導組織.根據結果，對比步行距離實際情況與可接受情況，步行距離大部分人期望2～4 min就能到達，但實際高達54%的停車者是步行了4 min以上才到達目的地.這表明現狀下步行距離過遠，超出了停車者的期望.同時進入停車場后尋找車位時的繞行情況為53%，步行尋找出口的繞行情況為45%.表明需要通過進一步分區和引導，縮短停車者的步行距離和行車距離.

通過各個功能高峰時段的回收問卷比反映相應停放吸引量比例.根據結果，KTV與中商百貨吸引停車量顯著，需要對KTV與中商百貨分開設置停車區.

現有通道情況見圖3.實地調查運行時間、載客量等，考慮乘客到達直梯的不均勻性，算得直梯實際通行能力為1 296人/h、手扶梯實際通行能力為3 240人/h，車輛的平均每車同行人數β=2.5人/veh.

圖3 摩爾城停車場通道分布情況

基于功能分類的布局情況進行投影，并根據停車場道路走向、供給密度調整停車分區位置形狀，確定區域.最終得到結果見表3和圖4.

表3 功能分區的停車規模

圖4 摩爾城停車分區布局

根據式(3)～(7)，得各停車分區所對應的通道編號見表4，第i個停車分區引導到第j個通道的泊位數目nij見表5，可設置引導標識實現分區停車及人流引導.

表4 各停車分區所分得通道編號

表5 nij取值表

3.2 仿真實驗及結果

利用arena軟件進行仿真實驗，根據車輛在停車場內的平均行駛速度(一般15 km/h)和人的平均步行速度(一般1.1 m/s)可得到耗時.車輛到達一個組前，若組內有空位，則停入，否則不進入，繼續前往下一個組，用Delay模塊計算中間經過的行車時間.對于此規則的設置，使車輛到達一個process模塊前，先經過對應Decide模塊，若process模塊內車輛數“process.WIP”小于等于process內的資源數，則允許實體進入，否則阻止實體進入.仿真結果見表6，驗證文中的分區組織優化設計可以有效改善顧客的行車時間和步行時間.

表6 仿真前后對比

4 結 束 語

目前綜合商業體地下停車場存在泊位利用情況不均勻、步行距離長的問題，文中基于對綜合商業體的廣泛調研，總結功能分類，對其地下停車場進行功能分區，多地標引導車輛按照停車目的駛往對應區域，增強停車場內車輛運行的秩序性；綜合考慮停車分區需求以及通道通行能力的匹配，借鑒重力模型，提出人流組織引導模型，以縮短步行距離.經過仿真對比，得出結論：文中的模型能較好的改善顧客的行車時間和步行時間，具有一定實用價值.

文中分區模型的適用要求是，綜合商業體停車場的泊位供給能基本滿足高峰時期停車需求，對于供不應求的商業體并不適用，尚有一定局限性.對于有多個使用目的的顧客，可能只能縮短進入首個目的地的步行時間而無法縮短最終目的地到停車區的步行時間.在后續研究中，可在分區組織設計的基礎上，對具體的行車路線組織進行設計，通過合理的路線規劃，減少車流交織與出入口等關鍵節點處的擁堵.