基于停車共享的已建成區(qū)停車需求分析方法＊

冉江宇 過秀成

（1.中國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 北京100044；2.東南大學(xué)交通學(xué)院 南京210096）

0 引 言

在估算一定區(qū)域內(nèi)多個(gè)地塊的停車泊位總需求時(shí)，通常采用用地生成率模型、回歸分析模型和出行吸引模型等［1］。上述分析模型較少考慮地塊本身的動(dòng)態(tài)停車泊位需求波動(dòng)特征和不同地塊間停車需求共用車位的情況。隨著停車共享策略在大城市中心城區(qū)已建成區(qū)域的實(shí)施，相鄰用地可以利用不同業(yè)態(tài)類型在動(dòng)態(tài)停車泊位需求上的差異性和互補(bǔ)性［2－3］，在一定程度上對(duì)外開放，實(shí)現(xiàn)有限停車泊位資源的高效利用。地塊所需要的停車泊位數(shù)將由于動(dòng)態(tài)停車泊位需求特征間的互補(bǔ)和共同車位現(xiàn)象的存在而小于地塊某時(shí)刻的最大停車泊位需求。薛行健等［4］針對(duì)新城區(qū)停車共享?xiàng)l件下泊位需求的估算，引入共享泊位效用折減率的概念，采用乘客容忍接駁時(shí)間作為共享折減率的判斷依據(jù)。蘇靖等［5］研究了部分典型用地類型在泊位共享效用最大情況下的停車需求比例關(guān)系。代漉川［6］針對(duì)綜合開發(fā)地塊建立了停車共享行為模型和總停車泊位需求分析模型，基于成都市典型類別用地分時(shí)段停車泊位需求的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)例分析。秦?zé)赖龋?］通過對(duì)比停車需求共享模型和單一用地類型疊加模型后發(fā)現(xiàn)，采用停車共享模型估算的混合用地高峰停車泊位需求值更加接近實(shí)際調(diào)查的數(shù)據(jù)。然而，停車共享措施實(shí)施條件下泊位需求的既有分析方法很少涉及到更大的區(qū)域范圍，步行距離等因素的約束使得無法將所有地塊各時(shí)段動(dòng)態(tài)停車泊位需求總和的最大值作為區(qū)域停車泊位總需求。需求分析所涉及的共享措施類型相對(duì)單一，分析結(jié)果通常以效率最優(yōu)為目標(biāo)。

VTPI（victoria transport policy institute）創(chuàng)立并負(fù)責(zé)維護(hù)更新的TDM百科全書網(wǎng)絡(luò)版將停車共享定義為停車泊位被多個(gè)停車者共同使用，以提高停車設(shè)施中泊位的利用效率［8］。上述定義所對(duì)應(yīng)的實(shí)例中也包含了公共配建停車設(shè)施、路外公共停車設(shè)施、路內(nèi)停車設(shè)施以及在部分時(shí)段對(duì)外開放的專用配建停車設(shè)施等一切具有對(duì)外開放可行性的停車設(shè)施。綜合停車共享的內(nèi)涵界定和停車共享策略的實(shí)施情況［9－10］，將適用于中心城區(qū)已建成區(qū)域的停車共享措施歸納為相鄰用地配建共享措施、相鄰用地配建分享措施、路內(nèi)停車泊位布設(shè)措施、路外公共停車場(chǎng)布設(shè)措施等4種，提出在多種停車共享措施組合實(shí)施條件下區(qū)域停車泊位總需求的分析方法，為已建成區(qū)域的近期停車供需矛盾改善提供參考依據(jù)。

鑒于中心城區(qū)的停車供需矛盾具有時(shí)空局限性，筆者建議以道路網(wǎng)中的干路、鐵路、河川等天然屏障為邊界，將大城市分割形成的地理單元稱為停車規(guī)劃平衡區(qū)，以期在每個(gè)平衡區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)停車泊位的供需平衡。這種區(qū)域劃分方法一方面可以避免停車需求者因穿越快速路、主干路而對(duì)干道交通通行效率和自身的步行安全產(chǎn)生影響，另一方面也不受傳統(tǒng)交通小區(qū)劃分原則中同種用地類型的限制，空間尺度較大，所包含的用地類型和數(shù)量較多，有利于實(shí)現(xiàn)地塊間的互助和多種停車共享實(shí)施途徑間的互補(bǔ)。

1 區(qū)域共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

當(dāng)2地塊滿足對(duì)外開放、彼此臨近且動(dòng)態(tài)停車泊位需求特征互補(bǔ)時(shí)，即稱2地塊間存在停車共享關(guān)系。區(qū)域總停車泊位需求在很大程度上取決于其中每2個(gè)地塊間的停車共享關(guān)系，這些關(guān)系共同構(gòu)成了區(qū)域停車共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的基本組成形式包括2地塊共享結(jié)構(gòu)和多地塊共享結(jié)構(gòu)，其中多地塊共享結(jié)構(gòu)又可劃分為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、環(huán)式結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)等3種，見圖1。

圖1 主要共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本形式Fig.1 Basic styles of main shared topological structure

圖1 （a）為典型的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是2端地塊的停車需求均能夠與中間地塊的停車需求共享車位，但兩端地塊之間由于步行距離遠(yuǎn)或用地動(dòng)態(tài)停車泊位需求特征相似等原因無法進(jìn)行停車泊位的共享。圖1（b）結(jié)構(gòu)表面上為環(huán)式結(jié)構(gòu)，但其對(duì)角地塊間無法進(jìn)行停車泊位需求的共享，是由多條鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)首尾相連組成的結(jié)構(gòu)。圖1（c）和圖1（d）均為環(huán)式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是該結(jié)構(gòu)中所有地塊的停車泊位需求間均能夠?qū)崿F(xiàn)泊位的共享。圖1（e）為由鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和環(huán)式結(jié)構(gòu)組成的混合結(jié)構(gòu)，該形式的特點(diǎn)是其內(nèi)部的環(huán)式結(jié)構(gòu)由于整體的互補(bǔ)性較低，不足以獨(dú)立進(jìn)行彼此間的共享。鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)主要用來近似表示相鄰用地配建分享措施、路內(nèi)停車泊位布設(shè)措施和路外公共停車場(chǎng)布設(shè)措施的實(shí)施，而環(huán)式結(jié)構(gòu)可以描述相鄰用地配建共享措施的實(shí)施。

與其他共享結(jié)構(gòu)相比，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中地塊的動(dòng)態(tài)停車泊位需求存在傳遞局限性，具體表現(xiàn)為部分地塊的動(dòng)態(tài)停車泊位需求受共享關(guān)系的限制，無法由結(jié)構(gòu)中的任一地塊承載。其次，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中各地塊靜態(tài)停車泊位需求分配的均衡性和動(dòng)態(tài)停車需求轉(zhuǎn)移成本的控制等因素也將影響泊位總需求的計(jì)算結(jié)果。以圖1（a）結(jié)構(gòu)為例，設(shè)從左至右的3個(gè)地塊分別為x1，x2和x3，假設(shè)3個(gè)特征時(shí)段的動(dòng)態(tài)停車泊位需求如表1所示。

表1 圖1（a）結(jié)構(gòu)中3地塊的動(dòng)態(tài)停車泊位需求Tab.1 Dynamic parking space demand of 3blocks in Fig.1（a）structure

按照環(huán)式結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，該鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的總停車泊位需求為50，當(dāng)且僅當(dāng)3個(gè)地塊的靜態(tài)停車泊位需求分別為0，50和0時(shí)，才能滿足該鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)各時(shí)段的停車泊位需求。然而，上述計(jì)算結(jié)果將導(dǎo)致地塊泊位資源配置的不均衡、停車需求轉(zhuǎn)移成本的增加和周邊道路負(fù)荷分配的失衡。當(dāng)3個(gè)地塊的靜態(tài)停車泊位需求分別為24，26和24時(shí)，同樣能承載各時(shí)段的動(dòng)態(tài)停車泊位需求，此時(shí)各地塊的停車泊位需求分配相對(duì)均衡，總的停車泊位需求也隨之增加。

綜上可見，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)的停車泊位總需求并非為固定值。當(dāng)總需求的計(jì)算過程中考慮各地塊動(dòng)態(tài)停車泊位需求傳遞的局限性和靜態(tài)停車泊位需求分配的均衡性時(shí)，計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大的差異。

2 共享?xiàng)l件下需求分析流程

本節(jié)提出共享?xiàng)l件下各停車規(guī)劃平衡區(qū)內(nèi)停車泊位總需求的分析方法。該方法主要基于以下假設(shè)條件。

1）假設(shè)區(qū)域中對(duì)外開放的地塊均能夠?qū)崿F(xiàn)泊位資源的充分共享，不考慮各地塊生成的保有停車需求和出行停車需求使用專用泊位的區(qū)別。

2）不對(duì)外開放地塊的停車泊位需求均應(yīng)由其配建停車設(shè)施承擔(dān)。

3）不考慮停車設(shè)施收費(fèi)管理和泊位供給不足所導(dǎo)致的泊位資源共享障礙，靜態(tài)停車泊位需求的配置過程僅考慮步行距離的限制。

4）假設(shè)各地塊靜態(tài)停車泊位需求的上限和下限和動(dòng)態(tài)停車泊位需求均為已知量。

總需求的分析步驟如下。

1）將區(qū)域內(nèi)的地塊劃分為不對(duì)外開放地塊、對(duì)外開放地塊和路外公共停車場(chǎng)用地等3類，分別記作B1，B2和B3。

2）B1中的各地塊相對(duì)獨(dú)立，其停車泊位需求即為其分時(shí)段的最大停車泊位需求。

3）在對(duì)外開放地塊B2和路外公共停車場(chǎng)用地B3間，依據(jù)地塊間共享指數(shù)和步行距離構(gòu)建區(qū)域的共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。地塊間總的共享指數(shù)K可采用式（1）～（3）進(jìn)行計(jì)算。K值越小，說明2地塊間動(dòng)態(tài)停車泊位需求特征的互補(bǔ)性越強(qiáng)。

式中：Dxitj為地塊xi在tj時(shí)段的停車泊位需求個(gè)數(shù)；t1t2為工作日和周末的分析時(shí)段；Var，max，min為方差、最大值和最小值函數(shù)。

4）構(gòu)建2地塊組和環(huán)式結(jié)構(gòu)時(shí)需滿足共享指數(shù)的閾值要求，閾值的確定取決于地塊間共享指數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。當(dāng)B2集合中的相鄰2地塊間共享指數(shù)K小于閾值時(shí)，在地塊間建立共享關(guān)系，同時(shí)不考慮兩地塊和其他地塊間的共享關(guān)系。同理，當(dāng)多個(gè)相鄰地塊的共享關(guān)系間構(gòu)成環(huán)式結(jié)構(gòu)，且該結(jié)構(gòu)的共享指數(shù)K小于閾值時(shí)，將該環(huán)式結(jié)構(gòu)獨(dú)立出區(qū)域的共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。兩地塊共享結(jié)構(gòu)和環(huán)式結(jié)構(gòu)中總停車泊位需求的計(jì)算模型見式（4），結(jié)構(gòu)中各地塊的靜態(tài)停車泊位需求可按照式（5）分配獲取。

式中：D（X）為環(huán)式結(jié)構(gòu)X的靜態(tài)停車泊位需求個(gè)數(shù)；

5）當(dāng)相鄰地塊間的共享指數(shù)大于閾值，共享 關(guān)系相對(duì)較弱時(shí)，將地塊間的共享拓?fù)潢P(guān)系斷開，構(gòu)建鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)，建立模型求解拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)地塊組的總停車泊位需求。

6）區(qū)域內(nèi)的總停車泊位需求由各地塊或地塊組的停車泊位總需求疊加匯總。

上述流程不僅可以分析中心城區(qū)已建成區(qū)域在多種停車共享措施組合實(shí)施條件下的停車泊位總需求，還可以獲取各地塊在該條件下的泊位需求。由于區(qū)域內(nèi)的共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在多種劃分方式，對(duì)應(yīng)不同停車共享措施的多種組合，分析結(jié)果通常會(huì)隨共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化而產(chǎn)生一定的差異。

3 面向鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)的泊位需求分析模型

鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)的停車泊位總需求需通過建立下述雙層模型進(jìn)行求解：

模型中的字符含義：

xi1，xi2分別為地塊xi的靜態(tài)停車泊位需求個(gè)數(shù)下限和上限；

Itjxixc為地塊xi在tj時(shí)段的停車泊位需求中由xc地塊承擔(dān)的個(gè)數(shù)；

αxixc為地塊xi和xc之間的阻抗值；

Oxixc為地塊xi和xc之間的共享拓?fù)潢P(guān)系，當(dāng)存在共享關(guān)系時(shí)為1，否則為0；

m為B2和B3中地塊總數(shù)；

n為B2集合中地塊總數(shù)；

上述模型是約束條件均為線性模型的單目標(biāo)雙層整數(shù)規(guī)劃模型。上層模型的目標(biāo)函數(shù)由2部分構(gòu)成，分別表示所有地塊的靜態(tài)停車泊位需求總和，以及B2集合中各地塊靜態(tài)停車泊位需求配置的均衡性，其中均衡性依據(jù)各地塊靜態(tài)停車泊位需求和分時(shí)段最大停車泊位需求間差值百分比的標(biāo)準(zhǔn)差Std來判斷。2部分權(quán)重值的設(shè)置表示在兩目標(biāo)間進(jìn)行綜合博弈，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可分別取0和1，分別獲取在完全實(shí)現(xiàn)總需求量最小和完全達(dá)到泊位需求折減率均衡這2種相對(duì)極端的情況下，各地塊的靜態(tài)泊位需求，進(jìn)而求得規(guī)劃平衡區(qū)總體的需求區(qū)間。

上層模型的4個(gè)約束條件中，前2個(gè)條件分別限定了各地塊靜態(tài)停車泊位需求值的類型和上下限。第3個(gè)約束條件的含義為共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總的靜態(tài)停車泊位需求應(yīng)大于其中各地塊在每一時(shí)段停車泊位需求總和的最大值，確保求解結(jié)果能夠承載不同時(shí)段的動(dòng)態(tài)停車泊位需求。第4個(gè)約束條件主要是考慮到鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中地塊動(dòng)態(tài)停車泊位需求的傳遞局限性，表示局部多個(gè)地塊的停車泊位需求之和應(yīng)大于處于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)邊緣的地塊或地塊組動(dòng)態(tài)停車泊位需求之和的最大值。

相比較而言，上層模型第4個(gè)約束條件中的約束模型數(shù)量和形式隨著區(qū)域內(nèi)共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同而有所差異，具體可采用分割法［10］進(jìn)行枚舉。鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)中的地塊可抽象為點(diǎn)，地塊間的共享關(guān)系可抽象為邊，各點(diǎn)集合記作V，邊集合記作E。將點(diǎn)集V任意分成V1和V22部分，共有種分割結(jié)果。設(shè)第k種分割中連接V1k集合和V2k集合的邊集為Ek∈E，Ek中每條邊連接的點(diǎn)中屬于V2k的點(diǎn)集合記作V2ke，則第k種分割結(jié)果對(duì)應(yīng)的第4個(gè)約束條件可轉(zhuǎn)化為如式（10）所示的形式。將種分割對(duì)應(yīng)的約束條件進(jìn)行合并，刪除其中重復(fù)多余的約束，即可得到有效約束條件組。

鑒于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)中不同地塊的動(dòng)態(tài)停車泊位需求在資源配置上具有競(jìng)爭(zhēng)性，下層采用相互獨(dú)立的最短步行距離分配模型組。其中，模型的目標(biāo)函數(shù)表示各時(shí)段地塊動(dòng)態(tài)停車泊位需求的配置阻抗總和最小。當(dāng)下層模型組中任意1個(gè)模型無整數(shù)解時(shí)，即可拒絕上層模型約束條件所確定的可行解；反之，只要下層模型組中每個(gè)模型存在可行解，對(duì)應(yīng)的上層模型可行解即為有效解。

由于模型的目標(biāo)函數(shù)不惟一，共享?xiàng)l件下鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)的停車泊位總需求通常也不惟一。

4 實(shí)例應(yīng)用

以南京市中心城區(qū)中珠江路－太平北路－長(zhǎng)江路－進(jìn)香河路合圍的區(qū)域?yàn)槔?。該區(qū)域范圍內(nèi)除包含有少量的中小學(xué)、醫(yī)院、娛樂、酒店、商業(yè)等類型的地塊外，主要為居住和辦公類用地。基于區(qū)域內(nèi)各主要用地的使用類型和區(qū)位特征，類比同類用地的動(dòng)態(tài)停車泊位需求調(diào)查數(shù)據(jù)，獲取主要用地各時(shí)段的動(dòng)態(tài)停車泊位需求值。對(duì)區(qū)域內(nèi)26個(gè)對(duì)外開放地塊應(yīng)用式（3）計(jì)算地塊間的共享指數(shù)K，得到的325個(gè) K 值分布在［0.03，0.49］間，部分K值和對(duì)應(yīng)的組合動(dòng)態(tài)停車泊位需求見圖2。統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)K值小于0.1時(shí)，地塊間動(dòng)態(tài)停車泊位需求特征的互補(bǔ)性較強(qiáng)。綜合考慮地塊間的步行距離，區(qū)域內(nèi)適宜實(shí)施相鄰用地配建共享措施的地塊組及其泊位總需求見表2。

圖2 組合動(dòng)態(tài)停車泊位需求曲線和對(duì)應(yīng)K值Fig.2 Combined dynamic parking space demand curves and corresponding Kvalue

其余16個(gè)地塊間基于K值的計(jì)算結(jié)果、動(dòng)態(tài)停車泊位需求的疊加計(jì)算結(jié)果和步行距離構(gòu)建共享拓?fù)潢P(guān)系，形成1個(gè)規(guī)模較大的混合共享結(jié)構(gòu)。依據(jù)該共享結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的鄰接矩陣和各地塊的動(dòng)態(tài)停車泊位需求值，通過Matlab編程實(shí)現(xiàn)上層模型約束條件的窮舉，其中第4個(gè)約束條件共對(duì)應(yīng)536個(gè)有效約束不等式。

表2 共享地塊組合及泊位總需求匯總表Tab.2 Summary of combinations of shared parking blocks and corresponding total demand

同時(shí)，按照雙層模型的求解步驟，在Matlab平臺(tái)中編寫程序?qū)崿F(xiàn)了雙層規(guī)劃模型的求解。結(jié)果表明，當(dāng)上層目標(biāo)傾向于考慮靜態(tài)泊位需求的配置效率時(shí)，將α和β分別設(shè)為1和0，得到該混合結(jié)構(gòu)的停車泊位總需求為2 331個(gè)；當(dāng)上層目標(biāo)僅考慮靜態(tài)停車泊位需求配置的均衡性時(shí)，將α和β分別設(shè)為0和1，得到該混合結(jié)構(gòu)的停車泊位總需求為2 519個(gè)。上述2種情況下各地塊的靜態(tài)泊位需求以及與最大停車泊位需求相比得到的折減比例分別如表3所示。其余α和β的組合設(shè)定所對(duì)應(yīng)的停車泊位總需求結(jié)果均在上述2種情況之間。

綜合實(shí)施相鄰用地配建共享措施的地塊停車泊位計(jì)算結(jié)果，該區(qū)域在共享?xiàng)l件下的停車泊位總需求在3 040～3 228之間。與不考慮組合式停車共享措施的實(shí)施相比，區(qū)域的停車泊位總需求減少了20%～25%。

表3 各地塊靜態(tài)停車泊位需求及折減比例匯總表Tab.3 Parking space demand and its reduction rate of every block

5 結(jié)束語

針對(duì)大城市中心城區(qū)已建成區(qū)內(nèi)的各個(gè)停車規(guī)劃平衡區(qū)，提出基于停車共享措施組合實(shí)施的停車泊位需求分析方法。該方法著重考慮地塊所具有的動(dòng)態(tài)停車泊位需求波動(dòng)特性、不同用地停車需求間共用停車泊位的情況和步行距離對(duì)停車需求分配的約束，將區(qū)域內(nèi)各地塊的動(dòng)態(tài)停車泊位需求轉(zhuǎn)化為靜態(tài)泊位需求進(jìn)行計(jì)算。

模型所得到的結(jié)果是在一定的共享拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下建筑用地需要配置的泊位數(shù)，適用于估算實(shí)施停車共享措施下各地塊須補(bǔ)充配建的泊位數(shù)，為停車供需矛盾較為突出的已建成區(qū)域共享措施的實(shí)施和停車配建指標(biāo)的調(diào)整提供支持?，F(xiàn)狀中停車共享措施的實(shí)施還與地塊管理主體的共享意愿和停車收費(fèi)價(jià)格等因素相關(guān)，需求者的步行閾值以及對(duì)停車收費(fèi)價(jià)格的敏感性也存在差異，上述因素可在模型的進(jìn)一步細(xì)化過程中予以考慮。此外，該方法所基于的地塊動(dòng)態(tài)停車泊位需求特征數(shù)據(jù)有待各城市建立專用數(shù)據(jù)庫予以定期搜集和更新。

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