道路运输效率视角下的车道资源配置研究

蔡 军，章立辉，张 奕

（1.大连理工大学建筑艺术学院，辽宁大连116024；2.大连理工大学交通运输学院，辽宁大连116024）

交通运输系统是决定国民经济是否健康发展的关键因素之一，如何系统、科学、合理地规划和建设交通运输系统，一直是世界各国关注的问题。国内外学者在研究解决城市交通问题时，一方面强调从供给的角度入手，另一方面强调加强交通需求管理，但是，却普遍忽略了“城市道路运输效率”这一决定城市交通供给规模和交通供需关系的重要因素[1]。缺乏对道路运输效率的科学认识，道路体系的科学规划也就无从谈起，并且可能导致道路资源配置实际作用与其规划初衷的差异，甚至背离。

1 道路运输效率

1.1 逻辑分析

道路运输效率指单位交通投入对交通需求的满足程度。就个体客运交通而言，在道路交通运输过程中，城市投入道路设施、用地，个体投入车辆、时间，收获为一定时段内完成的客运交通。为便于分析，仅考虑城市投入车道面积、出行者投入时间，将收益简化为一定时段的客运周转量。

大多数出行具有既定出发时间、出行距离和到达时间的特点。例如通勤出行，出行者基本在固定时间出发，经过一定的行程，在固定时间之前到达上班地点；对于以购物为目的的出行而言，出行时间和到达时间分布也受营业时间等因素影响，表现出明显的规律性。因此，无论出行到达时间是否固定，出行者根据城市交通状况及自身特点，完成规律性的出行，使城市交通整体表现出明显的周期性。

道路运输效率涉及设施供应者(城市)及使用者(个人和企业等)，设施供应者通过税收等方式最终将供应及维护成本转移至设施使用者。城市所提供的道路设施为车道。因此，道路运输效率包含城市层面的车道运输效率以及个人层面针对出行者的时耗运输效率和时段运输效率。车道运输效率、时耗运输效率、时段运输效率三者相互制约、相互影响，并构成道路运输效率。设城市道路运输效率为E总，车道运输效率、时耗运输效率和时段运输效率分别为E车道，E时耗和E时段，E车道，E时耗，E时段对道路运输效率的作用依次表达为f(E车道)，f(E时耗)，f(E时段)。那么，E总=f[f(E车道),f(E时耗),f(E时段)]。根据城市交通的周期性与规律性，三类运输效率具有各自的适宜区间(见图1)。

1）车道运输效率。

车道运输效率指单位时间、单位面积的车道资源所能完成的客运周转量和货运周转量，包括交叉口运输效率和路段运输效率。对于交叉口运输效率，在一定的信号周期长度范围内，交叉口的通行能力伴随信号周期的延长而增大；然而信号周期延长到一定程度后，交叉口延误将大幅度增加，而且交叉口相应的排队长度也会增加，从而导致车道运输效率下降。对于路段运输效率，低于一定车速，路段运输效率伴随车速的降低而降低；高于一定车速，道路建设成本增加，路段运输效率可能整体下降。交通控制还会对路段与交叉口之间行驶时间和等候时间产生关联性影响(见图1)，从而影响车道运输效率。

2）时耗运输效率。

时耗指出行者在路程上的时间消耗。对于不同目的、距离的出行而言，人们可接受的出行时耗不同。针对单次或全日出行，出行时耗过长会导致其他可利用时间的缩短，从而影响人们的生活与工作品质；出行时耗过短，则对出行速度要求较高并需要提供高等级道路设施，会增加设施建设成本，并通过税收收费等方式转嫁至出行者，从而导致出行者的出行成本提高。将此类影响下的上述或类似效用总和，称为时耗运输效率。对于多数有目的的出行而言，时耗过长、过短均不利于时耗运输效率的提高。

3）时段运输效率。

时段指出行的出发与到达时刻。针对不同出行目的，出发与到达时刻对于完成本次出行目的的意义差别较大。例如，会议定在8∶00召开，8∶00到，意味着在实现出行目的的同时准时到达。若8∶05到达，意味着迟到及其所带来的不利影响。若为了不迟到6∶00出发，则意味着过早出发，会对出行者的生活产生不利影响。对于以购物为目的的出行而言，晚到5分钟的影响则较小。完成出行目的所获得的效用和出发时刻的效用的总和，构成时段运输效率。以错峰上下班为例，高峰时段的提前与延长，一方面体现出错峰出行的实施效果，有利于车道运输效率的提高；另一方面会影响居民的日常生活(例如对家庭而言，可能由于错峰而减少相聚的时间)，从而导致时段运输效率的下降。

1.2 内涵分析与设计理念

图1 道路运输效率的影响因素Fig.1 Influential factors on road transport efficiency

根据以上分析，道路运输效率的内涵为：在适宜的时段及一定的时耗范围内，单位道路面积所完成的有效运输任务。“一定的时耗范围内”是道路运输效率评价的前提和关键，一味追求出行时耗的减少需要大力提高速度，由此对道路设施的供应要求很高。

对于一定的交通需求而言，更高的通行能力往往预示着更低的出行时耗以及更高的速度，但并不意味着路网规划的目标仅在于通行能力与速度的提高。最终被出行者所考虑的因素是出行时耗，提高通行能力和速度的目的也在于减少居民的出行时耗。因此，只要有利于减少出行时耗，并保障出行时段的合理，无论是否直接有助于通行能力和速度的提高，均为有效的交通改善措施。

需要特别指出的是，城市交通服务包括各类特定出行者和各类出行的全过程。对某类出行者的服务到位，并不意味着对其他出行者的服务到位；对某类交通方式的服务到位，并不意味着对其他交通方式的服务到位；对某一出行阶段的服务到位，并不意味着对整个出行过程的服务到位。上述分析与城市交通服务的效率，抑或是局部效率与整体效率的关系相关。

2 车道资源配置

道路运输效率涉及各类要素，这里仅对相对简单的非专用车道资源展开讨论。将用于干路、支路的车道资源分别称为干路车道资源、支路车道资源。将平行于道路中心线、服务于直行或者其他主要流向的车道称为主体车道，将为分流、合流、交织以及公共汽车临时停靠等服务的车道称为辅助车道。

路网规划、道路设计的目的在于提高效率及公平性。下文主要讨论在有限的车道资源条件下，如何平衡干路(含干路以上高等级道路)和支路、主体车道和辅助车道之间的资源配比，从而最大限度地提高路网运输效率。

2.1 干、支路车道资源配置的种类

1）优先发展干路，干路资源以多为宜。

干路通行能力大，车速高，运输效率高，因此将更多的车道资源配置到干路，更有利于路网运输效率的提高。干路与支路基本为平面相交，将更多的道路资源配置到干路并不会导致单位面积道路建设成本的过度上升。综上，应优先发展干路，以更多的干路资源为宜。

2）干、支路均不可少，路网应合理配置。

干路主要服务于机动化交通和通过性交通，支路主要服务非机动化交通，以及到达性、出发性交通。干、支路的服务对象及交通环节，在出行过程中必不可少，应平等对待。综上，干、支路均不可少，且应根据具体情况进行合理资源配置。

2.2 干-支交叉口衔接及辅助车道配置的种类

1）限制干-支交叉口衔接，不必设置辅助车道。

交叉口直行车道与道路通行能力密切相关。干-干交叉口的左转、右转车道对交叉口及路段通行能力的提升有重要影响。对于干-支交叉口，在干路或支路设置转向车道虽然会提高交叉口的通行能力，但是在无交叉口影响时，干路方向上的通行能力往往大于有干-支交叉口影响时的通行能力，因此，优化干-支交叉口设计对道路整体通行能力的提高并不能起到作用。此外，干-支交叉口设置左转车道还会降低干路车速，不利于干路运输效率的提高。因此应限制干-支交叉口的数量，且不必设置辅助车道，甚至还应禁止干-支交叉口的车流左转。

2）完善干-支交叉口衔接，需设置辅助车道。

干-支交叉口的左转车道设置有助于减少转入、转出交叉口的车辆对干路直行车辆的干扰。提高干路通行能力的目的在于减少时耗，由于设置辅助车道能够减少干路车辆的延误，因此其作用等同于干路通行能力的提高。此外，提高进出干路的便利性有助于减少出行者的交通绕行，降低全程时耗。因此，需要合理设计干-支交叉口及辅助车道，特别是左转车道。

2.3 国内外车道资源配置比较

1）国内车道资源配置的主体逻辑。

在中国，第一种干、支路车道资源配置和干-支交叉口衔接及辅助车道配置被广泛应用。其逻辑分析如下：①干路及以上等级道路在交通体系中起主要作用，其通行能力等同于或极大程度上代表了路网通行能力；②一般来讲，通行能力越大，速度越高，时耗越小，因此通行能力等同于道路运输效率；③基于以上分析，干路通行能力等同于路网运输效率；④基于分析③，不能提高干路通行能力的道路设施和改进措施，也就不能对道路运输效率的提高起到作用；⑤支路与干路的衔接无法提高、反而影响干路的通行能力与车速，因此应减少支路对干路的干扰，采用丁字交叉口或右进右出模式；⑥减少干-支交叉口会进一步造成支路车道资源的减少，干路在路网中所分担的交通量会增大。

上述分析过程可不断循环，其结果是支路与支路网络体系的缺失，导致路网体系的失调。而在现实中，支路缺失已成为中国城市道路网规划中普遍存在的问题[3-6]。

尽管干路交叉口及其辅助车道配置的重要性已经被意识到，但目前很多城市在设计道路红线时依旧不考虑交叉口展宽，整条道路的设计只采用简单的两条平行线[7]。虽然《城市道路交叉口规划规范》(GB 50647—2011)提供了新建、改建交叉口确定道路红线宽度时的交叉口进口道展宽系数，从规范层面强调交叉口车道的展宽要求，但其并非强制性要求，视各地情况而定。该条文或许并不能得到有效的实施，正如《城市道路交通规划设计规范》(GB 50220—95)建议路网密度采用金字塔形(支路比例最高)路网等级配置，在现实中却变成倒金字塔或梭形。

2）国内外交叉口衔接比较。

国内干路多采用三幅路断面，双向交通组织，干路上的车流掉头、转向不便，支路穿越干路多采用丁字交叉口模式，交通组织不便。而国外干路多采用两幅路断面、奇数车道断面或单向交通组织，注重干路的可穿越性改善，便于支路的衔接与干路的路段转向交通组织[8]。图2～4为迈阿密市(低密度间距，分别为1.6 km、0.8 km)、大阪市(高密度间距)干-支交叉口的平面布置。迈阿密市、大阪市在干-支交叉口很少禁止左转弯(日本左侧行驶，对应为禁右)，多采用左(右)转待转区的模式。图4c中虚线内错位交叉口渠化后的交通组织更接近十字型交叉口。图5为城市内高强度开发区域的路段与交叉口设计，对干-支交叉口进行了合理的渠化。

3）国内外规划理念比较。

19世纪30年代后，由于机动化水平提高，适宜步行的传统致密格网道路已无法满足汽车的通行。美英提出了“路网分级”和“邻里单位”理念[9]，推崇“逐级衔接”原则和“枝状”路网结构[10]。在该原则指导下，干-支交叉口增加了辅助车道设计(见图2、图3)，与北京回龙观地区小区出入口设计(见图6)形成鲜明对比。

图2 迈阿密市干-支交叉口平面布置(1.6 km间距干路网)Fig.2 Intersection layout between arterial and local roadways in Miami(arterial roadway network with a 1.6 kilometers spacing)

国外人文主义者认为，高密度格网式路网减少了道路等级划分，为步行、自行车等出行方式提供了充足的空间，居民具有更多出行方式和路线选择，更能与城市公共交通发展相适应[11-12]。“新城市主义”提倡新建和改建适于步行的、紧凑的、土地混合使用的社区，更倾向于格网式路网布局(见图3)，并对干-支交叉口设计给予了足够重视。

中国居住用地的路网模式(见图6a)可以归纳为“邻里单位”理念所倡导的“枝状路网、道路分级”，有利于减少居住区穿越现象，提升居住环境。然而，国外高、低密度路网均注重干-支交叉口衔接和辅助车道设计，在这一点上，中国与国外并未接轨。美国的道路设计注重发挥道路功能、减少交通事故，《道路出入口管理手册(Access Management,AM)》中相当多的内容涉及辅助车道。同样，日本也对辅助车道给予了高度重视，类似图4中的设计方法在日本较为多见。而中国道路设计所存在的问题是细节的缺失，主要由对道路运输效率的误解所导致。

图3 迈阿密市干-支交叉口(勒琼街)(0.8km间距干路网)Fig.3 Arterial and local roadway intersections in Miami(Le Jeune Road,arterial roadway network with a 0.8 kilometers spacing)

图4 大阪市干、支路网Fig.4 Arterial and local roadway network in Osaka

3 边际效用与车道资源配置方法构建

3.1 经济学意义上的边际效用

在经济学中，效用指商品满足消费者欲望的能力，或者说，消费者在消费商品时所感受到的满足程度。边际效用指在一定时间内消费者增加一个单位商品或享受某项服务所带来的效用增量。对于企业或个人而言，由于资金有限，在考虑生产与生活需求时，需对不同物品的边际效用进行比较，合理分配资金，从而实现整体效用的最大化。

3.2 车道资源配置的边际效用分析

干路与支路车道资源配置涉及交通可达性需求、建筑沿街面需求以及近距离出行需求。相比干路而言，支路与街区内的机动车道、人行道、自行车道具有更好的兼容性，这些需求更适合通过支路体系得到满足。提高干路通行能力和保障干路速度的车道资源配置倾向(车道资源的干路化配置倾向)，不利于街区内部道路资源的利用。干、支路车道资源配置还应体现除交通以外的城市生活和生产需求。

同时，同一群体对车道资源配置的需求也不同。基于居民个人利益层面，应避免通过性车流穿越居住区，以保障住区的环境和安全性。对于出行者而言，也期望其他居住区提供更多的道路以提高出行的便利。可见，同一群体在住区内外具有相反的价值取向。

图6的路网设计实现了对通过性车流的限制，但同时也限制了步行、非机动车以及公共交通。荷兰阿姆斯特丹市东南部居住区采用了“机动车路网+自行车路网”的双网体系(见图7)，体现了“邻里单位”思想，同时保障了非机动车的通行顺畅。英国新城密尔顿凯恩斯在20世纪70年代也采用了类似的路网规划。

基于边际效用分析，探讨干路、支路车道资源增减对城市交通及城市功能的影响，可以找到车道资源配置的平衡点。

1）干、支路车道边际效用分析。

①在不影响居住区内居民活动、安全等情况下，统计可利用的及潜在的车道资源(含非机动车道)；

图5 韩国仁川市桂山路住区路网Fig.5 Gyesansae-ro roadway network within residential communities in Incheon,Korea

图6 北京回龙观路网Fig.6 Roadway network within Huilongguan in Beijing

②对城市车道资源进行分类(机动车道资源、非机动车道资源)，根据不同道路等级、车种、流量、速度对街区(指生活、商业、工作为主的区域)的影响，将其划分为街区限制性车道资源、街区亲和性车道资源和街区兼容性车道资源。主干路及以上等级道路的车道资源一般属于街区限制性车道资源；流量少、速度低、可限速的支路属于街区亲和性车道资源；若限速会影响到支路交通功能和城市效益，则不宜限速，并称其为街区兼容性车道资源。部分次干路也具有街区兼容性车道资源特性。街区兼容性车道资源在速度、流量、机动车比例上介于街区限制性及街区亲和性之间。

③街区亲和性和兼容性车道资源可以作为支路车道资源。增加支路车道资源会带来正效用，如可达性及便利性的提高；也会带来副效用，如干路车道资源的减少，以及干、支路衔接增加对干路造成的影响；

④分析增加支路车道资源的正效用和减少干路车道资源的负效用，即可找到支路、干路资源配置分析的一般方法。

2）主、辅路车道边际效用分析。

①通过干-支交叉口及辅助车道设计，实现出行时耗的减少；

②将可用于干-支交叉口、出入口(如各种不同用地与城市道路的衔接)配置的车道资源节约下来，通过在全市范围内进行整合，提供更多的主体车道资源，提高道路通行能力，降低道路的平均饱和度，从而实现出行时耗的减少；

③比较两种方法的边际效用，通过一系列的调查、测试，即可得到主、辅路车道资源配置的一般性方法。

4 结语

将“干路通行能力”等同于“道路通行能力”、“路网运输效率”、“交通需求满意度”、“路网实际效用”的理论，具有逻辑性错误，由此产生路网规划及道路设计理念的偏颇。正确理解道路运输效率，科学把握干、支路车道资源及主体车道，辅助车道资源对道路运输效率的作用，妥善处理居民需求与道路运输效率的关系，是合理配置道路资源、有效满足交通及非交通需求的关键。目前，在理论与一般性方法层面的分析仅是该类问题研究的开端，今后还需要在调查、模拟验证、规律总结等方面开展大量的工作。

图7 阿姆斯特丹东南部居住区路网Fig.7 Roadway network within residential communities in the southeast ofAmsterdam

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