開放城市小區(qū)對道路通行的影響

張 杰 張 力， 胡 鴻

(1.南華大學 經濟管理與法學學院 衡陽 421001；2.湖南工學院 人因與安全工程研究院 衡陽 421002)

引言

封閉式住宅小區(qū)作為中國傳統(tǒng)文化發(fā)展的產物，是我國居民常見的住宅模式。然而伴隨著時代的發(fā)展，其逐漸暴露出種種弊端，已不再適合現(xiàn)代社會的發(fā)展需要。2016年，國務院發(fā)布的《關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》提出，我國新建住宅要推廣街區(qū)制，原則上不再建設封閉住宅小區(qū)，已建成的住宅小區(qū)和單位大院要逐步打開，實現(xiàn)內部道路公共化。但上述意見一經推出，便受到社會輿論的普遍關注，引發(fā)激烈討論。封閉式小區(qū)的開放必然會引起社區(qū)管理與生活模式的變化，牽涉群眾的諸多利益，與中國百姓的傳統(tǒng)觀念產生碰撞。究竟封閉式小區(qū)如何開放才能緩解交通壓力，優(yōu)化街區(qū)網絡結構，并且對居民的生活產生的影響最小，這也成為值得研究者探討的熱點話題。

針對這一問題，文章選取基于AHP的評價指標體系，建立量化的道路通行能力綜合評價模型，分析商業(yè)型、住宅型及其辦公型小區(qū)開放后道路通行能力，并根據模型結論，對小區(qū)開放提出合理化建議。

1 評價指標體系

為定量探究封閉式小區(qū)開放后對道路通行的影響，需要建立統(tǒng)一的指標評價體系進行衡量，查閱相關文獻可知[1]，衡量道路通行能力的指標主要有小區(qū)內、外部道路通行情況以及小區(qū)面積和位置這三個方面，結合實際情況初步得到11個相關指標。常用的評價模型有模糊綜合評價、主成分分析、層次分析法等。鑒于此問題缺乏必要的數據做支撐，綜合比較發(fā)現(xiàn)，層次分析具有條理化、數量化等優(yōu)點，因而可以采用層次分析法解決此類問題，并篩選得到七個影響指標。

1.1 衡量道路通行能力的指標

衡量道路通行能力的指標從小區(qū)內、外部道路情況以及小區(qū)面積和位置這三個方面進行選取，小區(qū)內部道路方面選取的指標有小區(qū)道路交叉路口個數、道路形狀與人車分離程度；小區(qū)外部道路方面選取的指標有排隊程度、交通流量、路段行駛速度、道路通行飽和度等七個指標；小區(qū)的面積及位置同樣會對道路通行能力有一定的影響。具體指標及內涵見表1。

表1 道路通行能力評價指標及內涵

1.2 多層次綜合分析影響能力模型

基于AHP法對同一個評價子目標層的考察指標進行分析，需要了解各個指標兩兩之間的重要性權重，依據重要性程度的傳遞性進行指標的兩兩比較，但比較存在一定的困難。這里以陽光花園小區(qū)為案例，參考相關文獻[5]得到各項評分，結合數學期望與比較標準構建成對比較矩陣，并通過計算給出權向量(見表2和表3)。

表2 路段車輛平均行駛速度，反映道路的通暢程度

表3 道路影響綜合評分

其中，n為不同人群對道路通行指標的評分數，xi為分值為n=ni的人數，可以得到離散隨機變量n的數學期望：

(1)

通過計算得到以下構造成對比較矩陣

Bi,Bj為單個指標對小區(qū)開放的影響，aij為Bi,Bj的影響之比

(2)

通過計算w′=[-0.212 -0.212 -0.371 -0.318 -0.318 -0.371 -0.424 -0.371 -0.265 -0.212]，其進行標準化處理作為權向量w=[0.069，0.069，0.121，0.103，0.103，0.121，0.138，0.121，0.086，0.069]

理論上分析得到：如果A是完全一致的成對比較矩陣，應該有aijajk=ajk,但實際上在構造成對比較矩陣時要求滿足上述眾多等式是不可能的，進而要求成對比較矩陣有一定的一致性，即可以允許成對比較矩陣存在一定程度的不一致性。

由分析可知，對完全一致的成對比較矩陣，其絕對值最大的特征值等于該矩陣的維數。對成對比較矩陣的一致性要求，轉化為要求絕對值最大的特征值和該矩陣的維數相差不大。

模型檢驗:

為了檢驗模型所選出指標的可行性，可以選定陽光花園小區(qū)為案例，通過查閱相關資料、交通統(tǒng)計年鑒和調查可以得到其內部與周圍道路情況，以及小區(qū)的面積，進而可以以該小區(qū)為例構造的成對比較矩陣進行一致性檢驗。

對成對比較矩陣進行一致性檢驗：

衡量成對比矩陣A不一致程度的指標CI

(3)

其中λmax(A)是矩陣A的最大特征值，

成對比較矩陣A的隨機一致性比率

(4)

其中RI一般為1.12，當CR<0.1時，判定對比矩陣A具有滿意的一致性，經過計算，矩陣A的不一致程度是可以接受的。所以根據以上分析飽和度、交通流量、人車分離程度、排隊長度、路段行駛速度、信號交叉口二次排隊率、平均延誤時間都有顯著影響，所以可選做評價小區(qū)開放對周邊道路影響的指標。

2 時間與道路通行模型

若考慮開放小區(qū)能否達到優(yōu)化路網結構，提高道路通行能力的目的，以及改善的效果，則要分析小區(qū)周圍車輛的通行情況。首先，可以直接衡量的指標是行駛時間，可以考慮建立行駛時間模型；其次，道路通行能力也能夠反應對周邊道路的影響能力。封閉式小區(qū)開放前以小區(qū)外主要道路的基本通行能力為主要考慮因素，開放后則存在小區(qū)外道路與小區(qū)內新開通道路兩方面的因素，小區(qū)內包括非機動車路阻與行人等影響因素。由此，開放后小區(qū)實際通行能力便可以進行量化分析。本文以道路通行能力、道路飽和度情況與車輛在小區(qū)內外的運行時間作為評判標準，來探究其影響。

2.1 小區(qū)開放對道路通行影響的時間模型

行駛時間是判斷車輛與行人出行便捷性的重要指標。本文通過研究路阻函數，獲取各路段的路阻函數再分配交通量計算路程的實際用時。在美國聯(lián)邦公路局路阻函數(BPR函數)[6]的基礎上增加非機動車因素對路阻的影響，以此來完善路阻函數。

未改進的BPR阻抗函數為：

tij=aij+bijfij

(5)

當路段非機動車與機動車不分離時，需要加入非機動車和行人對車輛的干擾情況進行進一步的分析。

干擾系數的公式為：

(6)

其中：μ1表示非機動車對機動車干擾系數；q表示道路上實測到非機動車的交通量；Q非機動車道每米的設計通行能力；w1為單向非機動車寬度，w1為單向非機動車道的寬度。

表4 行人干擾修正系數的建議值

下面以非機動車對機動車輛的通行有無影響改進阻抗模型。

改進后的BPR綜合阻抗函數模型為：

(7)

2.2 道路通行能力

(1)基本通行能力

基本通行能力是道路與交通處于理想狀態(tài)下，單車道在單位時間內能夠通過的最大交通量[7]，在理想條件下，車道寬度應大于3.5m，路旁的凈寬不小于0.75m。交通理想狀況則是指單一標準型汽車，在一條車道上以相同速度行駛，前方無任何干擾，建立一個最大交通通行量模型，即基本通行能力[8]。

(8)

其中：t0表示車頭最小時距(s)；v表示車流速度；l0表示車頭最小間距；lc表示車輛平均長度；lz表示車輛的制動距離；lf是司機在反應時間內車的行駛距離；la表示車輛間的安全距離。

(9)

(2)實際通行能力

實際通行能力，在具體位置單位時間通過某一斷面的實際最大交通量， 在現(xiàn)實中同方向車道數不止一條，同向行駛車輛可能會變道，超車、減速等突發(fā)行為，還可能會受到非機動車及出入口的影響，所以把車道對通行能力的影響用α車道數表示，若定靠近中央分隔帶與道路中心線修正系數α車道數為1，則第二條車道為0.80～0.89，第三條為0.65～0.78,第四條為0.50～0.65，第五條車道為0.40～0.52[6,8]。

交叉口對路段通行能力用α交表示

(10)

參考相關文獻[9]，快速道交叉路口間距設計行車速度60～80km/h；主干道交叉路口間距600～1000m,設計行車速度40～60km/h；次干道交叉路口間距400～600m，設計行車速度40km/h；支路交叉路口間距200～400m，設計行車速度30km/h。本文取主干道交叉路口間距800m，次干道500m，支路300m。而與設計行車速度最為密切相關的，可以反映城市車道能夠通過車輛數的是車道的通行能力(見表5)。

表5 城市道路一條車道的通行能力

信號燈對路段通行能力的修正系數為：

(11)

路阻對道路通行能力的修正系數為：

(12)

車道寬度與路段通行能力關系密切，當車道的寬小于規(guī)范規(guī)定的3.5m時，會影響車輛運行速度，參考國內外研究成果[8,10]，給出車道寬度修正系數(見表6-7)。

表6 不同設計車速等級道路交叉口修正系數

表7 不同車道寬度修正系數

綜合以上因素，對實際道路通行能力進行修正，模型為

C實際=C基·α車道數·α交·α車道寬·α信號燈·α路阻

(13)

開放后道路實際通行能力可以表示為

C開放后=C外+C內

(14)

結合上述模型可以看出，封閉式小區(qū)開放后的道路實際通行能力由外部道路的實際通行能力加上小區(qū)內部的實際通行能力。

2.3 道路飽和度模型的改進

由于封閉式小區(qū)開放后外道路實際通行能力與開放前實際通行能力具有較大的相關性，為避免其原有道路因素的影響，可以考慮用改進后的道路飽和度模型進行衡量。

這里不僅利用車道的基本通行能力，同時引入小區(qū)開放后外部道路的交通車流量這一變量綜合考慮。對此，可以對飽和度進行定義：

(15)

采用此改進模型可以更加直觀的對比出小區(qū)開放前后小區(qū)交通區(qū)域的整體交通情況，便于做出小區(qū)開放前后對道路通行影響的評價分析。

運用控制變量法進行分析，可以分析得到道路交叉路口數目的增加會導致平均延誤時間增加，道路通行能力下降。道路的設計通行能力越大其實際通行能力一般也較大。其他條件不變的情況下車流量越大，道路飽和度越大，道路越擁擠。

3 小區(qū)開放后周圍道路通行影響

現(xiàn)實生活中小區(qū)的類型不一，為定量比較各個類型小區(qū)開放前后對道路通行能力的影響，在查閱相關文獻資料[11]后，結合小區(qū)結構，周邊道路結構和車流量，構造商業(yè)型、住宅型、辦公型三種有代表性的小區(qū)，根據各類型小區(qū)的道路特征，討論小區(qū)開放前后內外道路的交通通行情況。

3.1 道路路況簡介

根據《城市道路交通管理指標體系》創(chuàng)建三種類型小區(qū)內外部道路數據，可以得到各類型小區(qū)內外道路情況，其基本路況如圖1。

圖1 各類小區(qū)內外部道路路況

3.2 定量比較

結合實際情況，以陽光花園小區(qū)為例，在不同時間段交通擁堵情況不一樣的，一般上下班高峰期的交通流量與車行速度是不同的。由于道路不一樣交通狀況也不一樣，于是選取了商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、辦公區(qū)的一條主干道sz1、bz1、cz1作為主要研究路段，綜合不同類型的小區(qū)的一般情況及外圍開放小區(qū)的交通數據模擬了一個實際觀測值，分別分析小區(qū)開放前與開放后的交通擁堵情況，通過對車流量的分析的到下列對照圖(圖2-4)。

圖2 商業(yè)型小區(qū)

圖3 辦公型小區(qū)

圖4 住宅型小區(qū)

觀察折線圖，小區(qū)開放后明顯比開放前交通更通暢，用同樣的方法分析車速，得到相同結果。

3.3 基于飽和度的模型對比

小區(qū)開放后整體支路會增多，選取重要的開通口研究，其道路分布如圖5。

圖5 小區(qū)開放后道路分布圖

通過Matlab軟件計算，可以得到基本通行能力、實際通行能力等數據，僅列出開放后商業(yè)型小區(qū)周圍道路情況，見表8。

表8 商業(yè)型小區(qū)周圍道路情況

道路飽和度計算結果由表9給出。

表9 道路通行飽和度

由表9得到的結論同樣是小區(qū)開放后會提高交通的通行能力，與以上分析一致。通過上面三個不同類型的住宅區(qū)分析可以得到，商業(yè)區(qū)經濟比較達，內部道路較為雜亂，開放前后車流量無顯著性差異，因而商業(yè)區(qū)可以考慮不對外開放,辦公區(qū)與住宅區(qū)可根據實際情況選擇性開放。

3.4 Wilcoxon符號秩檢驗

運用SPSS22.0對三種類型小區(qū)開放前后的數據進行兩配對樣本Wilcoxon符號秩檢驗，由表10可知，雙尾的二項分布累計概率為0.003(單側為0.0015)，假設顯著性水平為0.05，由于概率P值小于顯著性水平，因此可以拒絕原假設，即認為商業(yè)型小區(qū)開放前后車流量有顯著性差異，因而商業(yè)型小區(qū)適宜開放，但結合實際情況商業(yè)型小區(qū)路網交錯復雜，可暫時不考慮開放。

表10 檢驗統(tǒng)計量b(商業(yè)型小區(qū))

同理，由表11、12可知，辦公型小區(qū)、住宅型小區(qū)適宜開放。

表11 檢驗統(tǒng)計量b(辦公型小區(qū))

注：a.基于負秩；b.Wilcoxon符號秩檢驗。

注：a.基于負秩；b.Wilcoxon符號秩檢驗。

表12 檢驗統(tǒng)計量b(住宅型小區(qū))

注：a.基于負秩；b.Wilcoxon符號秩檢驗。

4 結論與建議

4.1 結論

第一，道路飽和度，交通流量，人車分離程度，排隊長度，路段行駛速度，信號交叉口二次排隊率，平均延誤時間對道路通行能力具有顯著影響，若打算開放城市小區(qū)可以通過完善以上指標來緩解交通壓力，提高道路通行能力。

第二，整體來看，可以得到城市小區(qū)開放對交通壓力具有一定的舒緩作用，但小區(qū)的類型、位置等具體情況不同，對于是否適合開放這一問題有待考量。例如本文構建的住宅型、辦公型小區(qū)適宜開放，商業(yè)型小區(qū)不適宜開放，因而小區(qū)是否全面開放應結合小區(qū)的實際情況，因地制宜選擇性開放。

4.2 建議

4.2.1 對交通管理部門的建議

在小區(qū)整體方面對于一些基礎設施落后，居民以老人為主的小區(qū)，可以考慮不開放；在居民安全方面可以考慮增加安保人員，完善監(jiān)控設備等措施，同時住宅型小區(qū)應內禁止鳴笛，減少噪音的影響以及進行道路人車分離的方法減少行人和非機動車對機動車的影響；在小區(qū)道路方面，從車流量的時間分布圖中可以發(fā)現(xiàn)各類小區(qū)都存在著車流量的高峰時段，例如住宅型小區(qū)的上班高峰期，建議對特殊時間段禁止經過開放式小區(qū)以免造成小區(qū)內部的交通擁堵，同時可以考慮禁止路邊停車，對通行車輛進行限速，在小區(qū)內配備紅綠燈等建議。

4.2.2 對城市規(guī)劃部門的建議

在小區(qū)選址方面，通過分析可以發(fā)現(xiàn)小區(qū)周圍的道路如果多為主干道和次干道,例如商業(yè)小區(qū)，這樣位置的封閉小區(qū)不適合開放，如果開放反而會妨礙周圍道路車輛的通行。所以建議盡量不要對已有的商業(yè)小區(qū)進行開放式改造，以后的城市建設規(guī)劃中可避免再建造封閉的商業(yè)小區(qū)。對于小區(qū)道寬，由于修正系數—車道寬對道路通行能力存在直接影響，因而可以通過增加機動車道寬度，即單車道道寬增加為3.5m；對于信號燈設置，由道路平均延誤時間的公式不難發(fā)現(xiàn)，信號燈的設置會大大增加道路的平均延誤時間，所以小區(qū)內部的交通建設中應避免使用信號燈，可以建造環(huán)形島來解決小區(qū)內部交叉路口的會車問題。