基于時(shí)空消耗的組團(tuán)城市粘連擴(kuò)展的交通影響研究

劉曉萌，胡葉星寒，劉妮雅

（河北金融學(xué)院，河北 保定 071051）

組團(tuán)式結(jié)構(gòu)是多中心城市空間結(jié)構(gòu)的一種重要形式。多年來學(xué)術(shù)界一直存在著單中心與多中心之爭(zhēng)，即哪種城市結(jié)構(gòu)更有利于城市交通效率［1-6］，對(duì)于超過五百多萬人口的大城市，多數(shù)研究結(jié)論認(rèn)為多中心城市空間結(jié)構(gòu)比單中心城市空間結(jié)構(gòu)能更好地組織城市交通網(wǎng)絡(luò)，更能減輕由于城市規(guī)模太大而產(chǎn)生的自然環(huán)境被破壞、交通擁擠、人口大規(guī)模集中等問題［7-14］。

隨著城市人口的不斷增長(zhǎng)，多中心組團(tuán)式城市空間呈現(xiàn)出兩大特征：一是組團(tuán)間連續(xù)填充發(fā)展并日趨緊湊；二是城市中心區(qū)外產(chǎn)生獨(dú)立性較高的新組團(tuán)，本文主要圍繞前者展開相關(guān)的討論。當(dāng)組團(tuán)自發(fā)式擴(kuò)展時(shí)，空間結(jié)構(gòu)上以自然山水、林地耕田為間隔，組團(tuán)之間在空間和功能上相對(duì)獨(dú)立。目前，城市空間規(guī)劃對(duì)于城市空間發(fā)展起到了重要作用。隨著城市空間的不斷擴(kuò)張與城市人口數(shù)的不斷增長(zhǎng)，原來組團(tuán)間的隔離帶上規(guī)劃了許多“新組團(tuán)”，而實(shí)際發(fā)展過程中，規(guī)劃的新組團(tuán)通常配套設(shè)施不健全，開發(fā)密度很低，無法稱其為真正的組團(tuán)，只是城市組團(tuán)擴(kuò)展粘連的結(jié)果，所以可以稱其為“粘連區(qū)”。

目前，關(guān)于組團(tuán)粘連的相關(guān)研究并不多。周濤等［15］對(duì)組團(tuán)粘連現(xiàn)象進(jìn)行了定性的描述并認(rèn)為：多中心城市組團(tuán)城市在擴(kuò)展過程中，自然環(huán)境開發(fā)過快、破壞了組團(tuán)之間的隔離帶，導(dǎo)致組團(tuán)邊界模糊不清，進(jìn)而打破了組團(tuán)內(nèi)就業(yè)、居住與生活的本地平衡和交通出行的平衡。彭勁松［16］在對(duì)重慶市相關(guān)數(shù)據(jù)研究中指出，近年來重慶都市圈的快速開發(fā)建設(shè)導(dǎo)致城區(qū)各中心蔓延粘連，重慶城市空間的組團(tuán)結(jié)構(gòu)異化。翟長(zhǎng)旭［17］表示，對(duì)交通便捷性的過分追求可能導(dǎo)致組團(tuán)粘連現(xiàn)象，破壞原有組團(tuán)的空間結(jié)構(gòu)。城市空間擴(kuò)展方式對(duì)城市交通組織與運(yùn)行具有重要的影響作用，以往研究對(duì)多組團(tuán)粘連現(xiàn)象進(jìn)行了定性描述，認(rèn)識(shí)到組團(tuán)粘連對(duì)城市交通的負(fù)面影響，但對(duì)組團(tuán)粘連對(duì)城市交通的影響機(jī)理并沒有深入研究。本文通過建立模型對(duì)組團(tuán)粘連式擴(kuò)展過程進(jìn)行模擬，基于時(shí)空消耗理論對(duì)組團(tuán)粘連對(duì)交通影響進(jìn)行定量分析，并進(jìn)行實(shí)例分析。

1 組團(tuán)城市粘連擴(kuò)展模型

1.1 模型的假設(shè)

以Christaller中心地理論為基礎(chǔ)，以等邊六邊形為基礎(chǔ)單元構(gòu)建城市空間結(jié)構(gòu)［18］，在此做出假設(shè)：①組團(tuán)由7個(gè)彼此相鄰的等邊六邊形組成；②基礎(chǔ)單元六邊形為邊長(zhǎng)為1；③組團(tuán)由核心區(qū)和非核心構(gòu)成，假設(shè)非核心區(qū)交通運(yùn)行通暢，非核心區(qū)交通運(yùn)行狀況較差，設(shè)α為擁堵系數(shù)，核心區(qū)擁堵程度是非核心區(qū)的α倍（α≥1）。擁堵系數(shù)根據(jù)核心區(qū)與非核心區(qū)高峰時(shí)期平均車速確定，且僅考慮非節(jié)假日狀態(tài)下的交通運(yùn)行環(huán)境。

以圖1所示模型作為基礎(chǔ)模擬組團(tuán)空間擴(kuò)張過程。圖2（a）中的紅色和藍(lán)色以及白色區(qū)域分別代表組團(tuán)的核心區(qū)、非核心區(qū)以及不同組團(tuán)之間的隔離帶，各組團(tuán)在理想狀態(tài)下具有空間獨(dú)立性和功能獨(dú)立性；如圖2（b）顯示：隨著組團(tuán)低密度蔓延，兩個(gè)組團(tuán)間隔離帶逐漸被破壞，組團(tuán)空間慢慢擴(kuò)展并連接在一起；圖2（c）則表明：在完善粘連區(qū)域城市功能配套后，粘連區(qū)發(fā)展成為具有空間和功能相對(duì)獨(dú)立的新組團(tuán)。

城市空間具有多種功能分區(qū)，本文只考慮對(duì)交通出行影響最大的居住、工業(yè)和商業(yè)3種城市功能區(qū)，并假設(shè)組團(tuán)中只有一個(gè)商業(yè)區(qū)、一個(gè)工業(yè)區(qū)和兩個(gè)居住區(qū)①現(xiàn)實(shí)中城市存在多個(gè)工業(yè)區(qū)產(chǎn)業(yè)區(qū)和居住區(qū)，本模型旨在比較居住區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)在組團(tuán)發(fā)展不同時(shí)期下導(dǎo)致的的交通出行時(shí)空消耗大小，因此本模型簡(jiǎn)化為某產(chǎn)業(yè)的一個(gè)工業(yè)區(qū)，一個(gè)商業(yè)區(qū)，兩個(gè)居住區(qū)，便于計(jì)算，且不會(huì)影響對(duì)比結(jié)果。。在此將從居住區(qū)到商業(yè)區(qū)以及從居住區(qū)到工業(yè)區(qū)的出行分別定義為消費(fèi)出行和通勤出行，假設(shè)其二者之間的頻率之比為1∶5，道路是遍在性的，出行按照最短路徑原則。

圖1 組團(tuán)結(jié)構(gòu)及分區(qū)示意圖

圖2 組團(tuán)擴(kuò)張過程

圖2（a）中組團(tuán)的核心區(qū)域有商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)和居住區(qū)布局在非核心區(qū)，居民的通勤和消費(fèi)出行在組團(tuán)內(nèi)部進(jìn)行。圖2（b）中粘連區(qū)域的居住區(qū)和工業(yè)區(qū)的相對(duì)分布位置與圖2（a）相同②居住區(qū)和工業(yè)區(qū)可以有多種布局，為了表明在同等條件下處于組團(tuán)發(fā)展不同階段造成的交通時(shí)空消耗的差異，設(shè)定圖（a）、（b）、（c）工業(yè)區(qū)和居住區(qū)的布局相對(duì)位置不變，如圖（2）所示，當(dāng)然也可以采用其他布局，只要相對(duì)位置不變不影響對(duì)比結(jié)果。，由于城市功能完善度低以及未在核心區(qū)形成集中的商業(yè)區(qū)，該區(qū)域的居民需要到臨近的組團(tuán)商業(yè)區(qū)進(jìn)行消費(fèi)，如圖2（c）所示，商業(yè)區(qū)在新組團(tuán)核心區(qū)域形成，新組團(tuán)內(nèi)居民通勤和消費(fèi)可以在組團(tuán)內(nèi)部完成。

1.2 組團(tuán)粘連擴(kuò)張對(duì)交通時(shí)空消耗的影響測(cè)度

時(shí)空消耗理論主要運(yùn)用在交通網(wǎng)絡(luò)容量的預(yù)測(cè)與計(jì)算中［19-21］。朱順應(yīng)等［22］最早以時(shí)空消耗理論為基礎(chǔ)研究城市交通需求管理；劉曉萌等［23］首次建立了交通出行的時(shí)空消耗計(jì)算公式，用交通時(shí)空消耗來刻畫城市空間發(fā)展對(duì)城市交通的影響機(jī)理。

時(shí)空消耗計(jì)算公式可表示為：

其中：Ci為第i種交通方式的車均時(shí)空消耗值；Ni為第i種交通方式的載客數(shù)；Bi為第i種交通方式安全行駛的橫向凈空；Li為第i種交通方式的出行距離；hti為 第i種交通方式安全車頭時(shí)距；f為一定時(shí)間內(nèi)的交通出行頻率；Pi為以第i種交通方式出行的人口。

根據(jù)式（1），僅考慮單一小汽車出行方式，對(duì)組團(tuán)粘連發(fā)展中各個(gè)階段的單位交通時(shí)空消耗進(jìn)行計(jì)算。其中小汽車的最低安全車頭時(shí)距和平均載客人數(shù)以及安全行駛橫向凈空等分別取0.0011 h、1.25人／車，3.5 m［24］。核心區(qū)擁堵系數(shù)α在成熟組團(tuán)以及新組團(tuán)的取值分別設(shè)為3和1.5③2014年重慶都市核心區(qū)工作日商圈高峰車速為18 km／h，擴(kuò)展區(qū)干路網(wǎng)高峰平均車速37.4 km／h，非核心區(qū)車速在50～60 km／h，由此為依據(jù)設(shè)定的擁堵系數(shù)是基本符合實(shí)際的。。

表1 組團(tuán)擴(kuò)展各階段小汽車出行單位交通時(shí)空消耗

由計(jì)算結(jié)果可知：在組團(tuán)粘連狀態(tài)下，交通時(shí)空消耗最大，形成新組團(tuán)之后的交通時(shí)空消耗最小，該結(jié)果是由于形成新組團(tuán)后居民消費(fèi)不必跨組團(tuán)出行，進(jìn)而出行距離縮短。同時(shí)，新組團(tuán)具有比成熟組團(tuán)更加優(yōu)越的核心區(qū)交通運(yùn)行狀況，故而新組團(tuán)的單位交通時(shí)空消耗與成熟組團(tuán)相比更小。

2 重慶市主城區(qū)組團(tuán)粘連擴(kuò)張對(duì)交通特征的影響分析

2.1 重慶市主城區(qū)組團(tuán)發(fā)展現(xiàn)狀及粘連區(qū)概述

多中心組團(tuán)式是重慶市主城區(qū)空間結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。2011年《重慶市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃（2007—2020年）》將主城區(qū)用地結(jié)構(gòu)規(guī)劃由1995年的“三片區(qū)、十四組團(tuán)”的結(jié)構(gòu)布局修改為“一城五片，二十一個(gè)組團(tuán)”，如圖3所示，由中部、北部、南部、西部、東部五大片區(qū)構(gòu)成重慶市主城區(qū)。中部片區(qū)包括渝中和大楊石以及大渡口和沙坪壩組團(tuán)等所在的中梁山以東、銅鑼山以西以及嘉陵江和長(zhǎng)江環(huán)保的區(qū)域；北部片區(qū)包括觀音橋和人和、悅來以及兩路、蔡家和水土、禮嘉和唐家沱以及魚嘴和龍興等多個(gè)組團(tuán)所在的嘉陵江以及長(zhǎng)江以北的區(qū)域；南部片區(qū)主要包含南坪和李家沱兩個(gè)組團(tuán)所在的銅鑼山以西、長(zhǎng)江以南和以東的區(qū)域；東、西部片區(qū)則是分別包括茶園和界石組團(tuán)所在的銅鑼山與明月山之間的區(qū)域以及包含西永、北碚和西彭等組團(tuán)所位于的縉云山與中梁山之間的區(qū)域［25］。

圖3 重慶市主城區(qū)“多中心、組團(tuán)式”結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)兩次規(guī)劃對(duì)主城區(qū)空間結(jié)構(gòu)的調(diào)整可看出：內(nèi)部填充和外部擴(kuò)展是重慶主城區(qū)城市空間發(fā)展的主要表現(xiàn)形式。悅來、人和、禮嘉以及蔡家、水土、龍興與北碚是2011年城鄉(xiāng)規(guī)劃新增的組團(tuán)，其中的悅來、人和、禮嘉組團(tuán)位于成熟組團(tuán)之間，而蔡家、水土、龍興、北碚組團(tuán)在城市邊緣地帶向外擴(kuò)展的進(jìn)程中形成。

在組團(tuán)實(shí)際發(fā)展看，近10年來原有成熟組團(tuán)之間出現(xiàn)了連片發(fā)展的趨勢(shì)，表現(xiàn)為組團(tuán)邊界逐步模糊，組團(tuán)逐漸融合或粘連。重慶市江北區(qū)和渝北區(qū)1997—2010年間的擴(kuò)展速度最快［26］。兩路組團(tuán)和觀音橋組團(tuán)分別位于北部片區(qū)中的江北區(qū)和渝北區(qū)，是重慶主城區(qū)較早形成的兩個(gè)成熟組團(tuán)。由于兩個(gè)組團(tuán)之間沒有天然屏障，相對(duì)地勢(shì)平坦，隨著城市空間的快速擴(kuò)展，組團(tuán)間的原有的農(nóng)田和綠地逐漸被填充。悅來、人和、禮嘉作為2011年版城鄉(xiāng)總體規(guī)劃在此區(qū)域所規(guī)劃的3個(gè)“新組團(tuán)”，就目前而言，這3個(gè)地區(qū)還沒有成為功能獨(dú)立的組團(tuán)，更像是把觀音橋與兩路兩個(gè)成熟組團(tuán)粘連起來。本文將觀音橋組團(tuán)、兩路組團(tuán)，以及二者之間的禮嘉、人和、悅來組團(tuán)為粘連區(qū)域作為研究對(duì)象。

2.2 粘連區(qū)不同出行目的的交通發(fā)生、吸引特征

2015年對(duì)禮嘉、人和、悅來區(qū)域的交通出行特征進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查對(duì)象為該地區(qū)游客、從業(yè)人員和小區(qū)居民，以期發(fā)現(xiàn)出行目的、交通發(fā)生、吸引特征以及出行方式特征。本調(diào)查獲得有效樣本1 113個(gè)。圖4為粘連區(qū)中從業(yè)人員居住地、游客的來源地以及居民工作地的分布情況。

圖4 粘連區(qū)休閑、工作、居住交通流發(fā)生或吸引方向及比例情況（%）① 圖中數(shù)據(jù)分別為粘連區(qū)游客來自主城各區(qū)的比例，粘連區(qū)工商業(yè)從業(yè)人員的居住地在主城各區(qū)的比例，粘連區(qū)居民的工作單位在主城各區(qū)所占比例

從整體來看，粘連區(qū)吸引了大量跨組圖的交通流，其主要來源于江北、沙坪壩、渝中、九龍坡以及南岸等區(qū)。具體來看，粘連區(qū)休閑功能吸引的交通流僅有43.2%來自渝北區(qū)，這意味著67.6%的交通吸引流量是來自渝北區(qū)外的跨組團(tuán)交通流；同時(shí)，粘連區(qū)就業(yè)吸引交通量中46.4%、別墅區(qū)產(chǎn)生通勤交通流量的81.8%、公寓區(qū)產(chǎn)生的通勤交通流量的52.8%、都屬于跨組團(tuán)交通流量。調(diào)查結(jié)果顯示：悅來地區(qū)跨組團(tuán)出行比例高達(dá)68%，人和地區(qū)跨組團(tuán)出行比例為42%，禮嘉地區(qū)為34%，而重慶市主城區(qū)平均跨組圖出行比例僅為20%～30%［27］。

2.3 粘連區(qū)不同目的出行的交通出行方式特征

粘連區(qū)游客、從業(yè)者和居民通勤各種出行方式比例調(diào)查結(jié)果如圖5所示。

圖5 粘連區(qū)休閑、工作、居住交通出行方式比例情況（%）① 圖中數(shù)據(jù)為粘連區(qū)吸引游客的出行方式比例，工商業(yè)從業(yè)人員通勤方式比例，和居民通勤方式比例

對(duì)游客在選擇出行方式的調(diào)查中，由于被調(diào)查休閑地周圍有軌道交通站，降低了私家車和地面公交的出行率，游客選擇軌道交通的出行方式占比高達(dá)到77.3%。從對(duì)從業(yè)人員以及居民通勤出行方式的調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)小汽車、地面公交以及軌道交通在通勤出行方式中占比分別為50.9%和14%。可見在粘連區(qū)就業(yè)人員更愿意使用方便靈活的小汽車通勤。在別墅區(qū)和公寓區(qū)居民的通勤方式中，小汽車占比分別為65%和53.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于重慶主城區(qū)平均小汽車出行比例的31.4%［27］。并且，公寓區(qū)居民使用小汽車通勤的比例低于其在別墅區(qū)，M·韋格納和F·福斯特（1999）小汽車使用與居住密度負(fù)相關(guān)的研究結(jié)論在此得到了印證。

3 組團(tuán)粘連對(duì)交通時(shí)空消耗的影響分析

在對(duì)重慶渝北區(qū)禮嘉、悅來與人和區(qū)域的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：該地區(qū)交通出行具有3個(gè)方面的特點(diǎn)，即組團(tuán)間的出行率高、小汽車出行率高以及平均出行距離長(zhǎng)，與圖2中的組團(tuán)粘連擴(kuò)張過程的模擬假設(shè)基本一致，基于此，認(rèn)為悅來、人和、禮嘉尚未形成新組團(tuán)，處于組團(tuán)粘連階段。

通過對(duì)比相同數(shù)量人口在成熟組團(tuán)和粘連區(qū)產(chǎn)生的交通時(shí)空消耗差異，來刻畫組團(tuán)粘連對(duì)交通時(shí)空需求的影響。2003—2015年間渝北區(qū)新增人口主要在禮嘉、人和、悅來所在的粘連區(qū)內(nèi)分布，因此粘連區(qū)人口可以采用渝北區(qū)人口增量，即63.3萬人，出行方式考慮小汽車、地面公共交通和軌道交通3種，其他計(jì)算參數(shù)參照表2。

表2 組團(tuán)和粘連區(qū)交通時(shí)空消耗計(jì)算參數(shù)

根據(jù)式（1）計(jì)算可得：新增人口的在粘連區(qū)交通時(shí)空消耗為13 876.66 m2·h，相同人口下成熟組團(tuán)內(nèi)的交通時(shí)空消耗為9 158.642 m2·h，粘連區(qū)交通時(shí)空消耗是成熟組團(tuán)的1.5倍，而在前面組團(tuán)粘連式擴(kuò)張對(duì)交通時(shí)空消耗影響的測(cè)度模型計(jì)算中，粘連區(qū)交通時(shí)空消耗是成熟組團(tuán)的1.35倍。實(shí)證研究結(jié)果與模型測(cè)算結(jié)果基本一致。理論模型模擬和實(shí)證研究的結(jié)果都證明：在出行頻率與人口數(shù)量一定的條件下，組團(tuán)粘連式擴(kuò)張能使人們對(duì)交通出行的時(shí)空需求大大增加，如果粘連區(qū)持續(xù)低密度蔓延發(fā)展，不能盡快形成新組團(tuán)，多中心組團(tuán)城市的交通效率將大為削弱。

造成這種情況主要有兩方面的原因：首先，禮嘉、悅來與人和等地的職住平衡差，城市功能配套設(shè)施不完善，其周邊學(xué)校、大型購(gòu)物中心和醫(yī)院的數(shù)量遠(yuǎn)不及兩路組團(tuán)與觀音橋，跨組團(tuán)式交通出行的需要和出行距離都遠(yuǎn)大于成熟組團(tuán)。兩路組團(tuán)的組團(tuán)間出行比例只有36%，而處于粘連區(qū)的大竹林-禮嘉與鴛鴦兩地外出比例較高，達(dá)到67%與74%［30］；成熟組團(tuán)觀音橋、大石壩組團(tuán)的平均出行距離分別為5.3和4.6，而禮嘉組團(tuán)和人和組團(tuán)的平均出行距離分別為9 km 和10.7 km［30］，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成熟組團(tuán)，這不符合組團(tuán)城市交通出行的總體特征。粘連區(qū)進(jìn)一步蔓延，將原本相對(duì)獨(dú)立的組團(tuán)連接在一起，可能在局部地區(qū)形成“攤大餅”的空間形態(tài)，從而使組團(tuán)式城市結(jié)構(gòu)的交通優(yōu)勢(shì)逐步弱化。

其次，被調(diào)查的粘連區(qū)開發(fā)密度低，不利于軌道交通和地面公交的發(fā)展，較遠(yuǎn)的平均出行距離和尚不完善的公交系統(tǒng)，使粘連區(qū)居民日常出行更加依賴小汽車。重慶渝北區(qū)的禮嘉、悅來、人和地區(qū)交通發(fā)生和吸引的交通流中，最主要方式是小汽車出行，均占到50%以上，而2015年重慶主城區(qū)居民出行小汽車出行所占比例僅為31.4%。小汽車的單位交通出行時(shí)空消耗遠(yuǎn)大于軌道交通和地面公交，因此粘連區(qū)交通出行時(shí)空消耗明顯高于成熟組團(tuán)。

4 結(jié)束語(yǔ)

盡管目前多中心、組團(tuán)式的城市結(jié)構(gòu)被學(xué)術(shù)界認(rèn)可，但其在城市發(fā)展實(shí)踐中也面臨著新的挑戰(zhàn)，組團(tuán)粘連式擴(kuò)展破壞了理想的多中心組團(tuán)空間布局，組團(tuán)城市的交通優(yōu)勢(shì)被削弱?，F(xiàn)階段，如何有效避免組團(tuán)城市在規(guī)劃和建設(shè)中的組團(tuán)粘連問題，如何引導(dǎo)已經(jīng)形成的粘連區(qū)盡快過度為新組團(tuán)，促進(jìn)城市交通與城市空間良性發(fā)展，是值得探究的新課題。