開發(fā)地塊周邊路網交通承載力余量計算方法

張東明，姚夢佳，周雪梅，武昭融

(1.同濟大學浙江學院 交通運輸工程系，嘉興 314000；2.嘉興市交通運輸局 交通工程建設管理服務中心，嘉興 314000；3.同濟大學 a.交通運輸工程學院；b.道路與交通工程教育部重點實驗室；c.上海市軌道交通結構耐久與系統安全重點實驗室，上海 200092)

城市土地利用性質及開發(fā)強度決定交通源的多少及交通分布情況，對城市交通運行情況有著根本的影響。實際城市建設中，單個地塊新開發(fā)或用地性質改變，都會導致周邊交通需求的重分配。而在城市總體規(guī)劃階段，缺少對土地開發(fā)規(guī)模和開發(fā)強度控制指標的量化研究，在控制性詳細規(guī)劃階段更多的考慮區(qū)塊的功能定位、用地性質、景觀條件和風貌條件等，交通影響評價階段側重預測土地開發(fā)后誘增的交通需求，及對周邊路網的交通影響，進一步得到交通管控的優(yōu)化方案。整個土地開發(fā)項目建設過程缺少對用地性質、開發(fā)強度與交通的關聯性分析，導致因用地性質不合理、開發(fā)強度過大、停車配建不匹配等引起的周邊路網超負荷，交通擁堵嚴重，事故頻發(fā)等問題，以至于項目建成后再從交通管理、交通設計方面去解決問題，乃是治標不治本，很難從根本上解決問題，所以先從中觀層面研究周邊路網的交通承載力非常必要，可以有效輔助土地開發(fā)及交通管理。

對交通承載力的研究最早起源于工程地質領域，其后在生態(tài)、環(huán)境、城市交通評價方面的應用從2008年開始。國外對承載力的研究早于國內，最早學者們探究道路網的最大通行能力，結合實際交通情況研究路網的承載力。AKAMATSU等[1]構建BML交通流量模型計算路網交通容量。慢慢的更多學者探究交通承載力與交通環(huán)境、土地開發(fā)、交通需求等的關系，GIULIANO等[2]提出土地開發(fā)應該精細化，面積不宜過大，隨著土地開發(fā)強度的提高，會誕生出軌道交通這種大容量公共交通方式。HANDY[3]最早提出了城市交通問題與城市土地開發(fā)有密切關系，解決城市交通問題需從城市規(guī)劃階段就開始考慮。國內對交通承載力研究來源于快速城市化帶來的諸多城市交通問題，很多學者開始探究交通承載力的影響因素、評價指標及計算方法等。張建軍等[4]以交通環(huán)境為約束指標，考慮了交通結構的影響，計算歷史城市綜合交通承載力。閔雪[5]、阮遙軍[6]等綜合考慮交通環(huán)境和交通資源，分析交通承載力的影響因素，并建立評價指標體系，結合武漢、安徽等地的交通基礎情況，實例計算了交通承載力。楊云等[7]將城市交通承載力定義為特定城市交通設施能夠實現的人和物的最大移動量，將交通承載力作為城市交通可持續(xù)發(fā)展的上限，結合重慶渝中區(qū)實際情況，給出了交通承載力計算流程及。鄧娜[8]、王世能[9]等從計算路段交通承載力出發(fā)，構建不同等級道路及全路網的交通承載力模型，將道路交通分為過境交通和城區(qū)交通兩大類，建立路段交通承載力評價模型及小區(qū)路網剩余交通承載力評價方法，進而提出對小汽車交通需求發(fā)展調控的建議。鄭猛等[10]、王莉萌[11]研究了城市總體規(guī)劃中土地開發(fā)強度與交通承載力的協調優(yōu)化，通過路網飽和度來指導城市總體規(guī)劃中的土地開發(fā)強度。朱銳[12]將城市土地利用開發(fā)與交通承載力計算相結合，探究城市交通供給與交通需求之間的平衡關系，從微觀角度計算交通承載力，進而指導城市土地開發(fā)強度的確定。李同飛等[13]從宏觀層面定義了城市交通承載力，利用高峰小時交通量和擁堵指數建立城市交通承載力計算方法，并利用北京的數據建立了未來城市交通承載力預測模型。馬小毅等[14]從城市全局角度出發(fā)，綜合考慮土地利用、人口、就業(yè)等因素，在城市多種交通方式組成的基礎上，利用交通需求預測四階段模型方法，評估交通設施的承載能力。

以往研究一般對城市靜態(tài)的交通供給進行評價，考慮經濟、人口、道路建設等因素，計算交通承載力，缺少對現有交通需求及交通管控方案的考慮，而交通承載力會因不同設計、管控方案變化而變化，是一個動態(tài)的指標。同時，以往研究更多從全局角度分析路網能夠容納多少交通體運行，側重于路網整體承載交通需求的能力，未考慮交通需求的空間不均衡性，缺少中微觀層面對開發(fā)地塊周邊區(qū)域路網交通承載力的實用性分析。本文立足于地塊周邊交通建設現狀，分析在現有交通需求的情況下，周邊路網達到最佳運行狀態(tài)時，還能承載多少因地塊開發(fā)帶來的交通需求以及具體的分配情況，將該指標與從地塊性質及強度角度預測的交通生成量進行對比，可以發(fā)現二者的是否匹配，通過合理的優(yōu)化方案，可以避免后續(xù)嚴重的交通問題。

1 地塊周邊路網交通承載力定義及研究范圍

此處將路網交通承載力定義為：開發(fā)地塊周邊特定區(qū)域路網情況下，單位時間能夠通過的最大交通體的數量。此交通承載力研究對象為中觀層面區(qū)域路網，與路網規(guī)模、建設水平、交通管控方式、周邊土地開發(fā)情況、背景交通量和城市居民交通出行路徑選擇等有直接關系，是一個隨各種影響因素不斷變化的值，不是路網各組成部分通行能力的簡單疊加。

地塊周邊路網交通承載力余量研究的是地塊周邊路網還能承載的與開發(fā)地塊相關的最大交通需求增加值。

2 地塊周邊路網交通承載力余量計算及應用流程

構建方格路網如圖1所示。東南、東北、西南和西北四個方向各為一個出發(fā)小區(qū)；路網中間為開發(fā)地塊，即目的地小區(qū)；且開發(fā)地塊東南西北四個方向各設一個入口。

圖1 地塊周邊路網

假設駕駛員會選擇較近的入口進入目的地；地塊內部停車不受限制；不考慮無效交通。

開發(fā)地塊周邊路網的承載力余量計算流程如圖2所示。

圖2 模型計算及應用流程

模型計算得到的路網交通承載力余量即為地塊周邊路網能夠承受的因地塊開發(fā)帶來的最大交通誘增量。而土地開發(fā)可能是分階段的，誘增的交通需求也是分時段的，兩者相互影響，相互制約。所以，將最大OD矩陣按比例分k次分配到路網上，研究不同需求比例情況下，對應的交通管控措施及土地開發(fā)方案，保證在任何狀態(tài)下路網都能夠有序運行。

3 地塊周邊路網交通承載力余量計算模型

3.1 路網交通承載力余量計算模型

地塊周邊路網的交通承載力余量等于與地塊相關的所有出行路徑可增加交通量的和。計算每組OD點對的每條路徑可增加的交通量，等于該條路徑途徑的路段或交叉口對應車道可增加的交通量中最小的一個。路段和交叉口對應車道可增加交通量為其最大服務交通量減去背景交通量，則地塊周邊路網交通承載力余量計算模型為

(1)

3.2 模型修正

途徑同一路段或交叉口對應車道的所有路徑的總流量不能超過該處的最大服務交通量，所以需要對模型進行如下驗證計算：

(2)

城市規(guī)劃是用預測的眼光來對城市的空間建設、社會管理以及經濟構建進行科學的構想，制定完善的方案來服務于未來城市建設的一個過程。城市規(guī)劃是城市建設之前的一個重要階段，對于城市的整體建設有著指導與引領的作用，它屬于城市管理的一部分。城市規(guī)劃需要綜合考慮多方面的因素來制定城市規(guī)劃方案，因為城市本身處于一個動態(tài)變化的過程中，城市本身內在的因素具有高度的復雜性，同時城市面臨復雜的外部環(huán)境，這就要求城市規(guī)劃方案制定要全面。

(3)

3.3 路權及交通分布計算

交通分布預測的方法一般有增長系數法、重力模型法、最大熵模型法和介入機會模型法等，其中重力模型法考慮兩個交通小區(qū)的發(fā)生量、吸引量和交通阻抗。在利用交通分布不均衡系數進行修正時更多的是利用各交通分布量之間比例關系，而重力模型在此方面有明顯優(yōu)勢，且使用無約束重力模型就可以達到目的，所以在此采用無約束重力模型來預測交通分布量，計算公式如下：

(4)

路徑的路權等于路段的通行費用加上交叉口通行費用。費用指出行距離、行程時間、出行費用和交叉口延誤等組成的函數。

xk=Uk+Vk

(5)

式中：xk為第k條路徑的路權；Uk為第k條路徑的路段通行費用；Vk為第k條路徑的交叉口通行費用。

4 實例分析

4.1 基本情況

杭州市富陽區(qū)新建濕地公園，紅線面積2 068 667 m2。公園開園后將吸引游客來園游憩。周邊配套建設城際鐵路、公共交通、道路網系統、停車設施等(圖3，圖中陰影區(qū)域為公園用地；表1為周邊路網情況)。研究公園周邊路網能否承載誘增的交通量，即現有路網的交通承載力余量。

圖3 濕地公園周邊交通設施

表1 濕地公園周邊路網情況

4.2 路網交通承載力余量計算

根據周邊地塊土地利用性質相關影響因素，整體預測地塊周邊交通需求分布情況。按照現狀路網找到各個方向入園的主要路徑及關鍵交叉口。調查公園周邊路網現狀建設情況、交通管控情況及交通需求情況等，計算以公園為目的地的交通承載力余量。

借助交通仿真軟件VISSIM的中觀仿真模塊和動態(tài)交通分配模型(DTA)進行分析。該模塊將宏觀交通分配與微觀交通評價相結合，采集路段及交叉口的通行時間、延誤，或添加其他費用參數等作為路權，進行路徑選擇。

案例中將路網周邊各主要進出點及公園抽象成10個交通小區(qū)(圖4)。依據公園周邊不同方位的經濟、人口等相對情況預測1—9號交通需求出發(fā)小區(qū)的交通生成量。根據公園的建設面積及與周邊同類型公園的對比，結合當地的小汽車分擔率預測公園的交通生成量。

通過公園周邊路網現狀及交通管控方案調查，發(fā)現該區(qū)域路網的關鍵點集中在交叉口，路段不會產生擁堵，所以這里只分析交叉口的對應轉向。首先，計算各路徑關鍵點的最大服務交通量，其次，通過調查收集背景交通量，從而計算得到關鍵點段的可增加交通量，取路徑中各關鍵點余量最小值為路徑可增加交通量(路徑余量)，見表2。

表2 入園主要路徑及承載力余量 pcu/h

續(xù)表2

利用VISSIM的動態(tài)交通分配模塊，進行動態(tài)交通分配分析。發(fā)現分配后流量超過最大服務交通量的點，根據實際情況添加可能的交通流誘導方案(圖5)，均衡交通流分配，再次進行仿真，得到相關的評價指標見表3。路網中各關鍵點的最大V/C為1.32，主要原因是該交叉口原有的過境交通量較大，其他關鍵點的V/C基本處于可以接受的水平，所以這里不進行模型的修正折減，得到路網的交通承載力余量為計算表明，公園周邊路網來園方向的交通承載力余量為3869 pcu/h。

4.3 公園開園后周邊路網運行分析

考慮項目開發(fā)特征、濕地公園周邊路網的規(guī)劃建設情況，以及工作日與節(jié)假日早、晚高峰車輛到達、離開情況，確定交通影響的最不利情況(最大交通生成總量)為節(jié)假日早高峰9:30—10:30，以到達最為集中。根據公園規(guī)劃文件及周邊同類項目經驗，預測公園開園后瞬時游客承載量為13 709人，小汽車分擔率根據當地交通出行結構進行預測為38%，載客率為2—3人/車，預測公園開園后節(jié)假日高峰小汽車交通量為3550 pcu/h，大巴車80 pcu/h，合計3630 pcu/h。利用模型計算的周邊路網交通承載力余量為3869 pcu/h，大于公園吸引的機動車交通需求，則公園開園后周邊路網應不會產生嚴重擁堵。

將交通需求按不同比例即50%平峰、80%接近飽和、≥100%超飽和分3次分配到路網上，分析交通運行情況，并制定相應的交通管控方案。不同需求下的交通管控方案如圖5所示，超飽和需求情況下的路網交通運行情況見表3。

表3 最大交通需求時有、無誘導路網關鍵交叉口及方向運行情況

圖5 公園周邊路網交通誘導方案

項目土地開發(fā)及周邊交通運行是一個相互制約的整體，為了使路網發(fā)揮最大的交通承載力余量，需要均衡交通需求，并優(yōu)化路網中各交叉口及路段等的交通管理與控制措施，從而保障土地的開發(fā)利用率。案例中交通承載力余量計算結果基于交通誘導方案的前提，且各交叉口信號配時、交通渠化等都依據新的交通需求進行了優(yōu)化設計。地塊開發(fā)中停車也是影響路網運行效率的重要方面，公園停車場的布局、容量等需要依據交通總需求及交通分布情況綜合確定。

5 結論

城市土地新開發(fā)或利用性質改變都會誘使周邊路網的交通流重新分配。周邊路網的交通承載力余量與土地開發(fā)強度相互影響，相互制約。在開發(fā)地塊論證階段進行周邊路網的交通承載力研究，指導土地開發(fā)性質及強度，可以避免土地投入使用引發(fā)的諸多交通問題。項目正式運營前，進行周邊交通承載力的研究，也可以指導交通管控方案的制定。本文從交通路徑選擇開始，以單條路徑可增加交通量計算為基礎，建立路網承載力余量計算模型，并用路段和交叉口對應車道最大服務交通量為約束，考慮交通分布不均衡性及路徑選擇的路權影響對計算模型進行修正。基于計算模型，給出應用分析流程，按照不同比例的交通需求，分次、動態(tài)分析土地開發(fā)與交通運行之間的關系。通過實例驗證了模型的可行性。路網交通承載力大小與其中的路段、交叉口運行效率及出行路徑選擇有直接關系，為了使路網達到最好的運行狀態(tài)，發(fā)揮最大的交通承載能力，新地塊投入使用前，應分析周邊路網的承載力情況，并從中觀路網層面配合合理的交通誘導方案，微觀層面優(yōu)化交叉口、路段的交通管理和控制方案。