绿色生态型城市道路横断面优化体系研究

王晓华,于明明,王朝辉

（1.天津市市政工程设计研究院，天津市 300051；2.长安大学公路学院，陕西西安 710064）

0 引言

随着我国国民经济的快速增长，城市化水平的快速提高，机动化程度的迅猛发展，加上城市居民出行舒适、方便和快捷的要求，绿色生态型城市道路横断面布置已是现代化城市发展的必然趋势[1]。绿色生态型城市道路横断面旨在缓解交通堵塞、降低环境污染、促进资源合理利用，鼓励节能环保型交通出行方式，缓解能源危机对城市生活的影响[2,3]。然而，城市道路横断面研究只是针对城市道路横断面布置[4]，在城市道路横断面评价体系方面还是一片空白，国内外尚未建立科学的城市道路横断面指标体系，且对于体现绿色、生态的各个指标没有精确的数值。为此，本文将从体现绿色、生态的各个影响因素出发，提出科学的城市道路横断面绿色、生态指标的评价标准，建立基于模糊重构DEA的绿色生态型城市道路横断面的优化模型，对多个横断面方案进行优化，为绿色生态型城市道路横断面的评价提供科学依据。

1 绿色生态型城市道路横断面指标体系的建立

评价指标体系的建立是系统综合评价方法的应用基础，也是综合评价关键的工作之一。指标体系的选择关系到综合评价的结论，因此建立一个能客观、全面地描述系统特征的综合评价指标体系是科学评价的前提[5]。

根据指标体系整体性、目的性、可操作性及定量与定性相结合的原则，本文从交通安全、降噪、空间伸缩、道路绿化、视觉美感、公众满意度、土地利用、建设投资等8个方面，建立绿色生态型城市道路横断面影响评价指标体系（见表1）。普通城市道路横断面评价过程中，更多的考虑交通安全和建设投资；绿色生态型城市道路横断面指标体系，以使城市居民出行更为舒适、方便和快捷，保护环境，合理利用资源，美化城市，实现绿色交通为目标，把降噪、道路绿化、空间伸缩、视觉美感、土地利用和公众满意度等“绿色指标”作为重点。

表1 绿色生态型城市道路横断面指标体系

2 绿色生态型城市道路横断面指标分析

2.1 交通安全

交通安全是绿色道路交通系统的重要内容，没有安全其他一切都无从谈起，因此对城市道路横断面评价体系，应该把安全放在最重要的位置。机动车道宽度、道路分隔、道路照明对道路的安全性有很大影响。

（1）机动车道宽度

研究结果表明，在一定的范围内，机动车道宽度的增加为安全行车提供有效的安全净区，而当机动车道宽度增加到一定程度后，机动车道宽度的增加对安全性提高就没有贡献，甚至不利于安全了。一般，快速路，交通性干道的机动车大、小车道宽度，分别取3.75 m、3.5 m；次干路和支路，分别取3.5 m、3.25 m。以此为依据，机动车道宽度对交通安全的影响，对应的评价标准见表2。

表2 不同位置机动车道宽度对交通安全的影响评价（单位：m）

在城市道路上，同一行驶的车道数往往不止一条，在多车道的情况下，对向和同向行驶的车辆由于超车、绕行、停车等原因，不同位置的车道对交通安全的影响不同。从外侧车道、内侧车道与中间车道对道路安全性的影响程度看，本文采用AHP分析法的二元对比倒数法，运用判断矩阵，确定不同位置车道宽度的权重集。计算结果：外侧车道、内侧车道与中间车道的权重分别为0.428、0.335、0.237。

（2）道路分隔

城市道路横断面形式的道路分隔与道路安全紧密联系、息息相关。以四幅路横断面形式为例，道路设置中央分隔带与机非分隔带能够解决对向机动车冲突与机动车与非机动车冲突，保证机动车与非机动车安全。道路分隔对交通安全的影响，对应的评价标准见表3。

表3 道路分隔对交通安全的影响评价

（3）道路照明

道路照明与道路安全关系密切，良好的道路照明可以防止驾驶员因视力下降而引发交通事故，是机动车安全运行的前提。目前路段常规道路照明灯具设施布置的基本形式包括照明灯具单侧设置、中心设置和两侧设置3种形式。考虑不同布置形式道路照明对交通安全的影响，对应的评价标准见表4。

表4 道路照明对交通安全的影响评价

从机动车道宽度、道路分隔、道路照明对交通安全的影响程度看，车道宽度与道路分隔相比，车道宽度具有“稍微”重要性；道路分隔与道路照明相比，道路分隔具有“明显”重要性；车道宽度与道路照明相比，外侧车道具有“非常”重要性。机动车道宽度、道路分隔与道路照明的权重分别为0.428、0.335、0.237。

2.2 道路绿化

城市道路是城市的视觉空间走廊，开敞、舒适的道路绿化是城市道路景观的重要体现，对形成城市带状绿地景观，丰富城市绿化景观特色以及减轻司机驾驶疲劳等都起到一定的作用，又能起到减少道路对周围环境及行人的污染、保护环境、交通安全和美化城市、美化道路的作用，实现绿色交通。道路绿化包括分车绿带（中央分车绿带和两侧分车绿带）、行道树绿带和路侧绿带。一般把道路绿地率作为评价城市道路横断面绿化水平的指标，且道路绿地率越大越好，计算道路绿化率如下所示:

道路绿化率（%）=道路绿化总宽度/道路红线宽度

2.3 降噪

噪声污染是影响居民生活质量的重要因素之一，降噪能力是评价城市道路横断面的重要指标。行道树绿带宽度及步行道至建筑红线的宽度是影响横断面降噪能力的主要因素。

保持最低的交通噪声衰减距离或缓冲带，适当增加行道树和步行道至建筑红线的宽度，可以有效降低交通噪声，即行道树和步行道至建筑红线的宽度越大，城市道路横断面的降噪能力越好。

从行道树绿带宽度、步行道至建筑红线的宽度对降噪的影响程度看，步行道至建筑红线的宽度具有“明显”重要性。步行道至建筑红线的宽度、行道树绿带宽度权重分别为0.69、0.31。

2.4 空间伸缩

空间伸缩从大的方面，存在两种情况：拓宽机动车道（路段和交叉口）和设置港湾 式公交停靠站。注意：存在机动车道拓宽和设置港湾式公交停靠站的每种情况是等价的，无优良中差之分；空间伸缩的情况越多，横断面形式越优。城市道路横断面的空间伸缩用满足以上条件的个数来评价。例如，道路非机动车道大于5 m且机非分隔带宽度大于6 m时，空间伸缩评价指标为2。

2.5 视觉美感

城市道路横断面设计视觉美感主要指的是道路景观设计，在此景观绿化不是本文的研究内容，而建筑与道路宽度的协调则是关键，用道路宽度D与建筑高度H的比D/H来表示。一般认为1＜D/H＜2既具有封闭空间的能力又没有建筑压迫感，在这种空间比例下的步行空间可取得一定的亲切感和热闹气氛。

综合以上分析，城市道路横断面的视觉美感用道路宽度D与建筑高度H的比D/H评价，采用5个评语组成的评语集，则对应的评价标准见表5。

表5 道路宽度D与建筑高度H比的标尺

2.6 公众满意度

居民（公众）是城市道路交通运行的受益者，是城市道路的“顾客”，城市道路横断面应当“以公众满意为导向”。同时居民出行是否舒适、方便、快捷，直接反映出城市道路的服务水平，他们的满意度是检验城市道路横断面服务质量的标尺。因此，作者将公众满意度作为评估绿色生态型城市道路横断面的重要指标。

在城市道路横断面评价体系中，公众满意度属于定性指标。本文采用专家打分法，邀请10位专家对各优化方案的公众满意度指标进行评价。公众对城市道路横断面的满意度，采用5个评语组成的评语集，对应的评价标准见表6。

2.7 土地利用

道路红线宽度表现了城市道路横断面的土地利用情况。城市道路横断面的土地利用用道路红线宽度评价。城市道路横断面选择时，从土地利用的角度，红线宽度越小越好。

表6 公众满意度分级定义对照表

3 绿色生态型城市道路横断面优化模型及应用

3.1 绿色生态型城市道路横断面优化模型

3.1.1 输入、输出指标的选取

DEA模型指标可以分为两大类：一类为输入指标，指标值越小越好；一类为输出指标，指标值越大越好[7]。绿色生态型城市道路横断面优化模型，突出绿色、生态的目的，不考虑建设投资的因素，故选择土地利用为输入指标，交通安全、降噪、空间伸缩、道路绿化、公众满意度为输出指标，因视觉美感需考虑两侧的建筑高度故暂不作为输出指标，有条件时可加上。

由于交通安全和公众满意度作为定性分析指标，需要一定的赋值。本文采用5个评语组成的评语集，即 V=（V1，V2，…V5）=（优，良，中，次，差），对应的离散语言值标尺见表7。

表7 输出指标的离散语言值标尺

3.1.2 模型的建立

假定共有n个被评价的城市道路横断面优化方案，用x1j表示第j个横断面方案的第1个输入指标值，yrj表示第j个横断面方案的第r个输出指标值（j=1,2,…,n;r=1,2,3,4,5）。评价单元的输入向量记为Xj=（x1j）T，输出向量记为Yj=（y1j，y2j，…yrj）T。对一个输入指标引入非负偏差变量S1-≥0，5种输出指标引入非负偏差变量 S1+，S2+，S3+，S4+，S5+≥0，记S+=（S1+，S2+，…，S5+）T，确定第 j个优化方案的评价指数。

根据沥青路面预防性养护的数据资料，采用带有非阿基米德无穷小以及松弛变量的线性规划模型，具体模型如下：

模型中ε为非阿基米德无穷小量，是一个大于零而小于任何正数的数，通常取0.000 01；ê=（1,1，…1）T；X0、Y0分别为决策单元 DMU0的输入向量值和输出向量值；λj为各横断面方案系数，j=1,…,n。VD为线性规划的最优值。

若综合有效系数等于1的决策单元较多，需对传统DEA模型计算出综合有效系数排序，剔除综合有效系数θ小于1的决策单元（即非DEA有效的单元），在优化方案有效决策单元的基础上引入两个虚拟决策单元，即最优决策单元和最差决策单元，进行再评价。

3.2 优化模型的应用

天津滨海新区中新天津生态城、中心渔港和西区，选取的双向6车道城市主干路横断面优化方案，分别如图1～图3所示。此3个方案适用的交通流特性相同，适宜进行对比。

图1 中新天津生态城城市道路横断面（方案一）（单位：m）

图2 中心渔港45m红线主干路横断面（方案二）（单位：m）

3.2.1 指标体系分析

（1）二级指标分析

3个方案外侧车道、中间车道与内侧车道的宽度见图1～图3，根据不同位置机动车道宽度对交通安全的影响评价表，机动车宽度评价情况见表8。

表8 优化方案不同位置机动车宽度评价情况

根据评价指标体系所述，内侧车道、中间车道与外侧车道的权重分别为0.335、0.237、0.428。机动车宽度影响交通安全的评价值为：

（2）一级指标计算

3个方案交通安全指标评价结果见表9。交通安全最终评价值为：

表9 优化方案交通安全指标评价因子情况

3个方案降噪水平评价情况见表10。降噪水平最终评价值为：

表10 优化方案降噪水平评价因子情况

空间伸缩：3个横断面优化方案，空间伸缩指标最终评价值为2/2/3。

道路绿化：3个方案的道路绿化总宽度分别为33/13.5/30（m），道路红线宽度分别为 65/45/60（m），计算得道路绿化率（%）分别为50.8/30/50。

公众满意度：邀请10位专家为中新天津生态城、中心渔港和西区典型城市道路横断面的公众满意度指标进行评价，具体情况见表11。采用模糊矩阵计算，3个方案的公众满意度最终评价值为：

表11 优化方案公众满意度专家评价情况

土地利用：城市道路横断面的土地利用用道路红线宽度评价，3个方案的道路红线宽度分别为65/45/60（m）。综上所述，3个横断面推荐方案，具体指标见表12。

表12 横断面推荐方案指标

3.2.2 指标体系评价

本文采用模糊重构DEA方法[8]，对绿色生态型城市道路横断面指标体系进行科学验证。

重构模型在有效决策单元的基础上引入两个虚拟决策单元，即最差决策单元和最优决策单元，分别为方案四和方案五，重构优化DEA具体指标见表13。采用MATLAB进行编程求解[9]，计算结果见表14。

表14 重构DEA优化计算结果

表13 重构优化指标

经DEA方法验证，本文提出的绿色生态型城市道路横断面优化体系是科学的，完全可以针对满足行人、非机动车和机动车运行要求的多个城市道路横断面方案做出选择评价。

4 结语

（1）基于城市道路横断面体现绿色、生态的影响因素，建立了以交通安全、降噪、空间伸缩、道路绿化、视觉美感、公众满意度、土地利用、建设投资为指标的绿色生态型城市道路横断面的评价指标体系。

（2）在传统DEA模型基础上，建立了基于模糊重构DEA的绿色生态型城市道路横断面优化模型，该模型以土地利用为输入指标，以交通安全、降噪、空间伸缩、道路绿化、公众满意度作为输出指标。

（3）以中新天津生态城、中心渔港和西区城市道路横断面为例，采用绿色生态型城市道路横断面优化模型，确定了横断面最优方案，并对3种布置方案进行了优化。结果表明，天津滨海新区西区横断面最优，并建议生态城横断面机非分隔带加大至4 m。

[1]张玉轻.北京城市道路横断面设计有关问题的探讨[J].市政技术,2004,22(4):247-252.

[2]白子建,张勇.绿色交通设计在中新天津生态城的应用[J].中国市政工程，2010(2):11-13.

[3]陈朝霞,王辰昊,曾伟，等.中新天津生态城交通系统设计[J].天津建设科技，2009(3):54-55.

[4]叶林明.城市道路横断面形式问题研究[D].西安：长安大学，2007.

[5]蒋育红,何小洲,过秀成.城市绿色交通规划评价指标体系[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，2008，31(9):1399-1402.

[6]王朝辉,王选仓.灰色关联度组合赋权在道路养护优化中的应用[J].河北工业大学学报,2006,35(6):247-252.

[7]魏权龄.数据包络分析[M].北京：科学出版社，2004.

[8]王朝辉,王丽君,白军华，等.高速公路建设费用控制决策体系研究[J].长安大学学报:自然科学版,2010,(5):40-44.

[9]王朝辉,王丽君,王选仓，等.基于时段的沥青路面预防性养护时机与对策一体优化研究[J],中国公路学报,2010(5)：27-34.