韌性理念在道路交通規劃中的應用研究

陳東光

（中咨城建設計有限公司浙江分公司,浙江 金華 321300）

0 引言

城市交通網絡是城市社會經濟活動核心影響因素之一，其受諸多外在因素影響，經常會有很多不確定性的意外事件發生，其中最為常見的有恐怖襲擊、重大事故等，會給交通系統的正常運行和社會經濟發展帶來惡劣影響。意外事件出現后，交通網絡在人群疏散和開展救援工作中發揮著十分關鍵的作用，為突發性事件的交通疏導做出了突出貢獻，因此，發達國家不斷地增大對韌性交通基礎設施建設的投入力度。在道路交通規劃中使用韌性理念以后，交通系統對意外事件的解決能力發生了根本性改變，將應急救援成本控制到最低。將韌性理念使用到道路交通規劃中以后，顯著地提升了交通問題解決的可靠性和實用性。

1 交通系統韌性

交通工程項目建設施工時，韌性逐漸地被人們所重視，其對網絡性能和特征進行了完美體現，成為交通工程領域中關注的熱點內容。韌性是由拉丁語音譯來的，具體含義為跳回或者是彈回。最早在生態系統領域中提出韌性概念的人是Holling，韌性主要是指對系統的持久性進行衡量，同時對系統的干擾能力和吸收變化情況進行了體現，高效地維護了狀態變量與人口間的關系。交通領域中的韌性定義為針對變化情況而體現出來的儲備能力和適應能力，在破壞事件中，能夠在最短時間之內完成抵抗和恢復。韌性真實地展現出外部誘發變化的能力，同時恢復到受干擾狀態以前的能力，能夠較好地應對意外事件的發生，使其具備超強的適應能力[1]。在對韌性進行量化時，美國多學科地震研究中心使用韌性三角形來對網絡韌性進行了體現，具體表現為：

（1）冗余性。系統功能無法正常發揮時，為了使功能需求得到滿足，而選擇使用的替代形式。

（2）魯棒性。系統對一定程度的壓力進行承受，實現對各項功能的有序保持的能力。

（3）資源豐富性。在處于緊急情況以后，能夠對問題進行快速的識別和實現對優先級的準確判定的能力。

（4）快速恢復性。系統在最短的時間之內將原有的性能全部恢復到最佳狀態。韌性三角形的具體情況詳見圖1所示。

圖1 韌性三角形與4個“R”

在研究國內交通系統韌性時，楊金順對韌性定義進行了明確，從多個角度對交通恢復力開展了全面論述，取得了良好效果。在意外出現以后，相關從業人員積極開展了交通系統韌性的相關探究，在規劃交通工作內容時，使用的韌性理念依然停留在理念層面上，綜合分析深圳地區交通擁堵情況，針對意外發生前后的交通擁堵變化情況開展了詳細論述，從試點新型交通方式等角度出發，提出了能夠替代限行政策的交通擁堵整治策略，為交通系統的有序運行提供了可靠的信息支撐，推動交通系統實現飛速發展。

2 韌性評價指標

在評價韌性時，分別從事中階段的脆弱性和事前路網冗余性的角度出發，開展了全面的剖析工作。冗余性的指標為路網連接度指數，針對事前階段中，交通網絡能夠承擔的意外事件處理能力進行了充分表現，綜合分析了出行人員在交通網絡中所體現出來的替代性。節點關鍵度為脆弱性指標的核心表現，交通網絡在遭受意外情況后，能夠將其具體情況真實地展現出來。

2.1 冗余性指標——連接度指數

借用網絡科學中平均節點度的定義來對連接度指數C進行解釋，節點度的概念為與節點直接相連的路段數，并與交叉口的類型有著直接的關系。使用di將節點i直接相連的路段數進行了表示，也被稱之為是節點連通點；使用N來對節點數進行表示。連接度指數代表著交通網成網性的關鍵性指標，在對路網的成熟度進行衡量時，使用的頻率非常高。連接度指數升高以后，快速地降低了路網斷頭路，促使路網冗余性、成網率等都隨之發生了不同程度的變化。

2.2 脆弱性指標—節點關鍵度

使用網絡科學中介數的定義來對節點關鍵度Bi進行解釋，節點被最短路徑經過的次數與所有節點間最短路徑數的比值為節點關鍵度Bi，節點j與節點k間最短的路徑數使用mjk表示；節點j與節點k間從節點i經過的最短的路徑數使用mjk(i)表示。隨著節點關鍵度的不斷升高，網絡中節點間出行所受到的影響會比較突出，路網在表現出較強脆弱性后，關鍵節點效力也會隨之消失，給韌性帶來重要影響。

2.3 交叉口飽和度

交叉口的飽和度主要是指交叉口的通行能力與實際交通量之間的比值。在經過全面分析以后，道路交通網絡中全部的交叉口和路段中的交通飽和度、交通流量等都能夠均勻地分布，使得交通網絡的功能韌性變得非常大。這就不難發現，道路交通網絡功能韌性與交叉口飽和度間的關系呈現出負性，一個交叉口的飽和度與剩余的交叉口飽和度之間存在較大的差異后，路網的整體韌性就會隨之降低。交叉飽和度的公式為：

式中，Qi——交叉口i的交通量；Ci——通行能力。

3 規劃應用—以三龍灣片區為例

3.1 現狀路網

粵港澳大灣區中心區域是三龍灣片區的具體位置之所在，與廣州南站緊緊相鄰，這也是佛山能立足于粵港澳大灣區的重要門戶樞紐。三龍灣的面積達到了130 km2左右，包含的主要區域有南海區桂城街道三山、禪城區奇槎片區等等，城市道路的總長度設置為580 km，路網密度設置為4.6 km/km2，與國家相關規定中的要求相比，存在著一定差距。高速公路推行“一橫兩縱”策略以后，片區中有一條快速路，主干線路表現出來的主要狀態為“七縱八橫”，骨干路網密度與國家的有關規定相比，會略低一點；盡管次干路能夠達到國家的標準，但是布局不夠緊湊，很難形成完整的體系（見表1）。

表1 現狀路網評價

3.2 評價現狀韌性

對三龍灣片區次干路以上道路的拓撲網絡進行積極的創建，對各個節點的關鍵度和連接度指數進行準確計算，實現對路網脆弱性和冗余性的客觀評價。綜合分析以后發現，節點連接度保持在3以內的節點數量能夠達到81%左右，路網連接度指數為2.7，每個節點連接路段的平均數量保持在3條以內，斷頭路占據著較大的比例。分析國內中小城市路網連接度值以后發現，其取值保持在3.3左右，大城市的路網連接度值達到了3.8左右，國內平均水平要比片區路網成熟度略低一些[2]。路網中的出行路徑不具備較強的可替代性，路網冗余性非常低，不能有效地抵抗意外事件的發生。佛江高速沿線、白陳路、魁奇路是主要的關鍵性節點，內部的溝通需求全部由白陳路—文登路節點承擔，38%的節點對的最短路徑會從此處經過。做好關鍵節點的識別工作，能夠使節點四周路徑的可替代性得到不斷提升，使得關鍵點和意外事件給路網帶來的影響得到高效控制。

3.3 規劃策略

綜合分析路網現實情況和韌性評價，對韌性理念加以合理化運用，顯著提升路網冗余性，把路網脆弱性控制到有效范圍之內，促使道路網絡規劃策略取得令人滿意的效果。

（1）冗余性發生改變以后，促使交通出行的可替代性也隨之發生改變，快速提升交通出行方式可替代性，并對出行路徑的可替代性給予足夠重視[3]。加大力度對“公交聯合慢行”出行方式的重視程度，將綠色交通方式放在核心網位置上，使三龍灣內部路網密度得到快速提升，將“窄路密網”理念貫穿于重點片區中。

（2）脆弱性不斷降低，使路網可靠性得到顯著提高。在意外事件出現以后，能夠將其給交通網絡造成的影響控制到最低，防止出現“孤島”問題。對骨干路網結構進行不斷完善，加快路網體系建設的速度，使其真正實現內外融合、安全可靠。

3.4 規劃方案與評價

依托相關的規劃方案，三龍灣片區針對該地區實際情況來合理設置規劃方案，實現對該區域路網的合理規劃。

（1）貫徹“公交優先”的規劃策略，以道路交通規劃為依托，在規劃道路斷面時，對公交專用道、軌道交通鋪設方式等要求給予全面分析。

（2）徹底打破內部“三區五鎮”的行政藩屬，將“窄路密網”規劃理念落實到核心區建設中，使活力街區得到積極構建。

（3）對優化高速設置理念進行高效梳理，使三龍灣內部能夠以最快速度進入到高快速體系中，使得對外聯系變得更加便捷。

（4）三龍灣四周的水系比較多，給片區間的交通帶來了一定影響，因此要積極開展梳理工作，使得內部片區間聯系得到不斷增強。

對片區規劃給予足夠重視，優化升級路網布局、等級結構。在規劃片區中設置的骨干路網形式為“十六橫三縱”，總里程能夠達到270 km左右，路網密度能夠滿足相關標準，使得片區路網可靠性得到快速提升。主干路規劃的主要類型為“十六橫十二縱”，同時還包括三級主干路、二級主干路和一級主干路在其中，總里程設置為204 km。次干路的總里程設置為820 km，與國家的相關標準比較接近。片區的主要位置在三區交界處，在規劃中，非建設用地的占比能夠達到30%左右，片區中核心組團的路網密度能夠達到國家相關標準的各項要求。具體情況詳見表2所示。在規劃中，與廣州方向相通的道路條數為12條，與廣州南站相通的道路為8條。跨河通道平均間距要把持在1.5 km左右，使得片區內外的通道可替代性得到不斷提高。

表2 規劃路網密度評價

與現狀路網相比較，次干路的路網連接度指數提升到3.7左右，減少了規劃路網的斷頭路，使得成網率不斷提升。在增加路網冗余性后，節點連接的路段數量非常接近，十字交叉是大多數交叉口的主要形式，具體數據詳見表3所示。與現狀路網的具體情況相對比，路網中的最大關鍵節點失去效力以后，交通出行會受到不同程度影響，提升路網韌性的同時也降低了脆弱性。

表3 規劃前后韌性指標

4 結語

在城市社會經濟穩定發展的過程中，韌性交通基礎設施建設工作發揮著十分重要的作用。在開展道路交通規劃工作時，高度關注韌性的導向作用，從不同角度著手，使用連接度指數等指標來量化處理路網韌性。在對現狀路網的脆弱性和冗余性進行綜合分析以后，制定出了具有較強針對性的規劃方案，并在實際開展規劃工作時，給予有效利用，使得道路交通韌性規劃工作真正地做到有據可依。