城市區(qū)域道路網(wǎng)改造需求研究

孫建麗 于 泉

（北京工業(yè)大學(xué)，中國 北京 100124）

0 引言

道路網(wǎng)是由快速路、主干路、次干路和之路組成的一個(gè)合理系統(tǒng)，如果各等級道路功能混亂或者組成不合理，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的交通問題。為了找到問題的根源，探索為承擔(dān)現(xiàn)有交通量需要具備的合理城市道路網(wǎng)級配值，提出了對城市區(qū)域道路網(wǎng)改造需求的研究，找出制約城市交通的道路等級，以期指導(dǎo)城市道路網(wǎng)的改擴(kuò)建工作。

理想的城市道路網(wǎng)的交通出行應(yīng)該滿足由低等級向高等的匯集和高等級向低等級的疏散功能。首先研究合理的城市道路網(wǎng)等級中各等級道路需要承載的交通量。

1 各等級道路承載量分析

1.1 出行距離分布函數(shù)

各等級道路的服務(wù)對象特點(diǎn)不同，即在各等級道路上的出行距離不同。首先，交通出行距離在整個(gè)路網(wǎng)上呈現(xiàn)一定的分布規(guī)律，陳尚云和高世廉兩位學(xué)者在分析我國大城市土地利用形態(tài)的基礎(chǔ)上，通過建立數(shù)學(xué)模型，模擬城市土地利用形態(tài)的不同種類，計(jì)算城市交通出行的距離分布，總結(jié)出反映城市出行距離分布的二階愛爾蘭分布模型[1]，如式（1）所示:

式中：F(R)——出行距離小于R的出行量在總出行量中的累計(jì)比重；

r——路網(wǎng)出行距離；

由出行距離分布函數(shù)可以得城市出行距離概率密度函數(shù)：

1.2 各等級道路優(yōu)勢出行距離分析

根據(jù)等級道路上交通流具有不同的出行距離特征，可認(rèn)為快速路、主干路、次干路、支路的適宜出行距離分別對應(yīng)于遠(yuǎn)距離、長距離、中距離和短距離[2]。

高等級道路主要為長距離出行的交通服務(wù)，低等級道路則主要為中短距離出行的交通服務(wù)，各等級道路都有其優(yōu)勢出行距離[3]?？焖俾贰⒅鞲陕?、次干路和支路的間距分別為 d4、d3、d2、d1，又 d4＞d3＞d2＞d1，用區(qū)間[Limin，Limax）表示在 i（i=1，2，3，4 分別表示支路，次干路，主干路，快速路）等級道路上適宜出行距離的下限和上限。

為了得到各等級道路的優(yōu)勢出行距離，提出如下假設(shè)[3-4]：（1）出行的路徑選擇嚴(yán)格按照順序升降；（2）對越級道路，尤其是支路與主干路的相交形式設(shè)置為可連接但不交叉；（3）一次出行，在同一等級道路、同一方向上的出行距離不得超過高一等級道路間距；（4）決定某一等級道路優(yōu)勢出行距離下限的出行起終點(diǎn)應(yīng)分屬兩個(gè)對角線上的該等級道路圍合區(qū)域。

預(yù)設(shè)城市面積S，城市道路網(wǎng)總長度為L公里，其中快速路長度:主干路長度:次干路長度:支路長度=L1∶L2∶L3∶L4=a1∶a2∶a3∶a4，則城市道路平均間距為：

式中，ρ為城市道路密度，km/km2。

i等級道路的平均間距為:

分析得到各級道路的最小和最大服務(wù)距離，如表1所示：

表1 各等級道路優(yōu)勢出行距離取值表

支路:L1min=d1L1max=2(d2-2d1)

次干路:L2min=L1max=2(d2-2d1) L2max=2(d3-2d2)

主干路:L3min=L2max=2(d3-2d2) L3max=2(d4-2d3)

快速路:L4min=L3max=2(d4-2d3)

而L4max是最大出行距離，應(yīng)為無窮大，但其適宜出行距離應(yīng)為團(tuán)狀用地邊緣地區(qū)周長的一半[5]。

1.3 各等級道路承載量分析

一次交通出行需要占用一種或者幾種道路等級，出行在各等級道路上的交通量都存在一個(gè)平均的出行距離，定義各等級道路的平均出行距離為[3-4]：

支路的平均出行距離看作為只利用支路完成出行的平均距離：

次干路的平均出行距離看作為最高利用次干路完成出行的平均距離減去支路的平均出行距離：

主干路的平均出行距離看作為最高利用主干路完成出行的平均距離減去最高利用次干路的平均出行距離：

快速路的平均出行距離看作為最高利用快速路完成出行的平均距離減去最高利用主干路路的平均出行距離：

由于高等級道路的流量是由低等級道路向高等級道路匯集而成，由此分析可計(jì)算各等級道路的路網(wǎng)承載量。

支路的承載量為

次干路的承載量為

主干路的承載量為

快速路除了承擔(dān)市內(nèi)交通出行的需求量以外，還承擔(dān)一部分對外及過境交通需求，所以快速路的承載量為：

式中：Di——i等級道路的承載量，pcu·km/h；

W、T分別指快速路承擔(dān)的對外、過境交通量，pcu/h；

r′4、r″4——分別指快速路上對外、過境交通出行的平均出行距離，km。

2 路網(wǎng)理想級配值計(jì)算

路網(wǎng)理想級配值是指按照城市道路網(wǎng)需要承擔(dān)的交通量在各等級路網(wǎng)上的分配量除以各等級道路容量得到的道路長度比值[6]。

式中：L′i——i等級道路的總長度，m；

ni——i等級道路的平均車道數(shù)，一般取n1=6；n2=4；n3=2；n4=2；

φi——i等級道路的機(jī)動(dòng)化系數(shù) （即道路上承載的機(jī)動(dòng)化出行的比例），根據(jù)多個(gè)城市調(diào)查數(shù)據(jù)分析，通常取 φ1=0.75，φ2=0.8，φ3=0.95，φ4=1；

Vi——i等級道路單位長度單車道容量，pcu/h。

Vi的計(jì)算公式為：

式中：Ci——i等級道路一條車道的理論通行能力，pcu/h；

αi——i等級道路的交叉口折減系數(shù)；

βi——i等級道路的平均飽和度；

γi——i等級道路的車道綜合折減系數(shù)。

3 構(gòu)建城市區(qū)域道路網(wǎng)改造需求指數(shù)

通過路網(wǎng)調(diào)查和城市道路發(fā)展年鑒等資料調(diào)查可以獲得路網(wǎng)的現(xiàn)狀級配值L1∶L2∶L3∶L4， 比較現(xiàn)狀路網(wǎng)級配值與理想路網(wǎng)級配值L′1∶L′2∶L′3∶L′4的差值之和，得到城市道路網(wǎng)的改造需求指數(shù)。

現(xiàn)狀路網(wǎng)級配值與理想路網(wǎng)級配值的差值表達(dá)式為：

城市道路網(wǎng)改造需求指數(shù)表達(dá)式為：

可以得出，城市區(qū)域道路網(wǎng)改造需求指數(shù)的定義為：為滿足城市道路網(wǎng)的通行要求，現(xiàn)狀路網(wǎng)需要進(jìn)行性道路級配的程度。它是一個(gè)取值范圍屬于[0，1）的無量綱，Γ的取值范圍為[0，1）取值越大，說明路網(wǎng)的改造需求程度越大，反之越小。等于0表明現(xiàn)狀路網(wǎng)現(xiàn)階段不需要改造。

若有一個(gè)等級道路比重缺少或富裕超過30%，則被判為急需改造；平均以10%為界區(qū)分。

當(dāng)Γ∈[0，0.10）時(shí)，表示現(xiàn)狀城市道路網(wǎng)改造需求程度為Ⅰ，不需要改造；

當(dāng) ?！蔥0.10，0.30）時(shí)，表示現(xiàn)狀城市道路網(wǎng)改造需求程度為Ⅱ，可以進(jìn)行小范圍的路網(wǎng)改擴(kuò)建；

當(dāng)?！蔥0.30，1）時(shí)，表示現(xiàn)狀城市道路網(wǎng)改造需求程度為Ⅲ，需要進(jìn)行大范圍的路網(wǎng)新擴(kuò)建。

4 實(shí)例計(jì)算

本文以北京市周邊某城區(qū)道路網(wǎng)為例來驗(yàn)證路網(wǎng)改造需求評價(jià)指數(shù)的合理性。某城區(qū)道路網(wǎng)的面積為96.33km2，區(qū)域路網(wǎng)形狀為單中心，特高濃度型，快速路、主干路、次干路和支路道路長度分別為：17km、42km、139km 和 584km。

通過對該區(qū)域出行調(diào)查數(shù)據(jù)的分析、篩選，擬合可得到機(jī)動(dòng)車出行距離分布的概率密度函數(shù)為：f(r)=4μ2r·e-2μr=0.5314626r exp(-0.7277524r)

根據(jù)上文計(jì)算道路承載的方法得到A城區(qū)的各項(xiàng)指標(biāo)值如表2所示：

表2 A城區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

現(xiàn)狀路網(wǎng)的級配值為：L1∶L2∶L3∶L4=584∶139∶42∶17

求得某城市的道路網(wǎng)改造需求指數(shù)為Γ=0.12。說明現(xiàn)狀城市道路網(wǎng)改造需求程度為Ⅱ，可以進(jìn)行小范圍的路網(wǎng)改擴(kuò)建。從路網(wǎng)的現(xiàn)狀級配值和理想級配值也可以看出，現(xiàn)狀城市道路網(wǎng)在城市主干路和次干路上比較缺乏，為了滿足城市道路網(wǎng)的運(yùn)輸功能，需要提高一部分支路的等級變?yōu)槌鞘写胃陕泛椭鞲陕贰?/p>

5 結(jié)語

城市道路網(wǎng)是否合理，能否滿足交通出行要求，是進(jìn)行路網(wǎng)改造建設(shè)的依據(jù)，在進(jìn)行路網(wǎng)改造之前首先計(jì)算現(xiàn)狀路網(wǎng)的改造需求程度，只有當(dāng)現(xiàn)狀路網(wǎng)不能滿足當(dāng)下的通行要求時(shí)，才需要對路網(wǎng)進(jìn)行改造。用改造需求評價(jià)指數(shù)判斷路網(wǎng)改造需求程度時(shí)，還要滿足路網(wǎng)的布局要求，在今后的研究工作中，作者將考慮如何將路網(wǎng)布局合理性這一因素增加到路網(wǎng)改造需求評價(jià)指數(shù)中。

［1］陳尚云.我國特大城市土地利用形態(tài)與出行總量的距離分布研究[J].四川聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào):工程科學(xué)版,1999,3(3):83-88.

［2］黨武娟 城市道路網(wǎng)合理結(jié)構(gòu)研究[D].西安:長安大學(xué),2009.

［3］石飛.城市道路等級級配及布局方法研究[D].南京:東南大學(xué),2006.

［4］馬超群.關(guān)于我國城市道路發(fā)展水平的探討[D].西安:長安大學(xué),2003.

［5］徐源.我國大城市道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究:網(wǎng)絡(luò)等級級配及道路功能的優(yōu)化[D].南京:東南大學(xué),2001,3.

［6］邵正宇.基于供需平衡的城市道路和交通方式最優(yōu)匹配[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程學(xué)學(xué)報(bào),2003,H 卷（1）:106-112.