基于道路容量、建筑量、汽车保有量的拥堵指数敏感性分析

杨　文，高洪振，张铁岩，胡　倩（青岛市城市规划设计研究院，山东 青岛 266022）

基于道路容量、建筑量、汽车保有量的拥堵指数敏感性分析

杨文，高洪振，张铁岩，胡倩
（青岛市城市规划设计研究院，山东 青岛 266022）

为研究道路容量、建筑量及汽车保有量对交通拥堵的敏感程度，提出以拥堵指数作为评价敏感程度的指标。以青岛市东岸城区为例，根据行政区划及功能布局将东岸城区划分为12个中区，依托EMME4软件平台，以土地利用资料和道路网为基础，对每个中区的道路容量、建筑量和汽车保有量的现状及发展趋势进行统计分析，得出这3个因素同拥堵指数的内在关系。分别进行单一因素及不同组合因素下不同程度的增量变化，得到不同条件下的拥堵指数变化率。结果表明，三者对道路拥堵的敏感性强弱顺序依次为：汽车增量、道路容量增量、建筑增量。采取单一措施，路网拥堵情况改善不明显，采取组合措施后的路网拥堵改善效果优于采取单一措施。因此，通过合理控制汽车和建筑规模增长，同时改善道路交通设施，增加道路容量，可以有效改善道路拥堵状况。

拥堵指数；道路容量；汽车保有量；建筑量；敏感性分析

0　引言

近年来，随着青岛市城市经济的快速增长，城市吸引的外来人口持续增加，旅游休闲人数不断扩大，城市发展框架不断完善。在此背景下，建筑开发量及机动车保有量呈现快速增长态势，尽管城市道路也在加快建设，但有限的“供”与高涨的“需”之间矛盾逐渐加剧。青岛中心城区，尤其是市南、市北、李沧核心区、崂山核心区等重点区域交通拥堵现象愈发突出，政府与市民都在关注交通发展态势，也在寻求解决问题的办法。

国内外许多专家学者对交通拥堵成因及对策进行了深入研究[1]。北京工业大学陈春妹等以随机效用理论为基础，建立整个路网中车辆在道路容量极限状态下的平均行驶时间模型，为了便于应用，结合模糊数学的相关知识给出了平均行驶时间的计算步骤和计算流程图，该方法不用通过传统的交通调查也可以获得行驶时间，为准确计算道路容量奠定了一定的基础[2]；重庆交通大学的李淑庆认为与一个城市道路网络发展规模相适应的机动车辆拥有规模对解决日益严重的城市交通拥堵问题具有重要意义，给出了城市道路容量和路网服务水平的概念，建立了道路容量计算模型，得到城市道路容量约束下的城市机动车发展规模的确定方法，为城市机动车需求管理提供了理论支撑[3]；北京交通大学的林峰，在从经济角度深入分析我国机动化进程的基础上，对机动车保有量与城市主干道的相关性进行了分析，进而以协调发展为目标，实现了Matlab环境下神经网络近期机动车保有量预测模型和基于道路容量的长期路网规划模型，并以北京市为例进行了相关的定量研究[4]。

以上研究主要从机动车保有量和道路容量角度研究两者同交通拥堵的关系，但是鲜有研究涉及道路容量、建筑量、汽车保有量三者对交通拥堵的敏感性分析。本文结合青岛实际情况，依托EMME4软件平台以及土地利用资料和规划路网，在对交通拥堵指数影响因素分析的基础上，重点对青岛市道路容量、建筑量、汽车保有量现状和发展趋势及其对拥堵指数的敏感性进行了分析，并提出相应建议。

1　拥堵指数影响因素分析

路网拥堵指数为区域内不同等级道路的容量和需求量对应的饱和度，按照有效道路容量加权平均再乘以10的数值，其计算公式为：

式中：RL为路网拥堵指数；ri为不同等级道路饱和度；ki为不同等级道路权重。

路网拥堵指数共分为5级，0~2.0为畅通，2.0~ 4.0为基本畅通，4.0~6.0为轻度拥堵，6.0~8.0为中度拥堵，8.0~10.0为严重拥堵。

拥堵指数是反映交通运行状况的重要指标，直接受到交通供给和交通需求能力的影响。其中交通供给能力方面主要是道路容量[5-6]，交通需求主要诱导因素是建筑量，另外汽车保有量会影响交通出行量及出行方式结构[7-8]，以下将对这3个影响因素做进一步分析。

1.1道路容量现状及发展趋势

道路容量包括宏观和微观两个层次，这里所说的道路容量主要是指宏观层面，即城市总体或一定范围内城市交通系统对交通个体的容纳能力，用于反映城市交通供需状况和交通系统的整体运行状况[9]。而道路容量是一个理论值，会受到占路停车、交通事故、交通管理及智能化水平等因素的影响，实际应用中需要对其做相应折减[10-11]。道路容量的计算公式为：

式中：C路为研究范围内道路容量；dj为道路长度；Cj为不同等级道路通行能力；nj为车道数。

中心城区城市道路总容量约780万pcu·km/h（考虑到地铁施工、占路停车等因素影响，道路容量相应进行折减），其中：东岸城区约为290万pcu·km/h，北岸城区约为252万pcu·km/h，西岸城区约为240万pcu·km/h。东岸城区的李沧西、崂山中、崂山北等中区道路容量相对较大，其中李沧西最大，约为41万pcu·km/h。

规划道路容量较现状均有所增加，但市南区及崂山中心区现状路网已基本按规划实施，增长空间不大。其他4区按规划实施后，道路容量增长较大，尤其城阳区增幅达到140%以上。

从东岸城区各中区来看，李沧西中区规划容量最大，达到77万pcu·km/h；四方西道路容量增幅最大，达到200%以上；李沧区的2个中区道路容量增幅均在80%以上，其他几个中区增幅不明显（见图1）。

图1　东岸城区各中区道路容量变化分析图（单位：万pcu·km/h）

就道路容量密度而言，市北东和市南西规划道路容量密度最高，达到2.6万pcu·km/（h·km2），四方西、李沧西道路容量密度有较大增长，分别由现状的0.8万pcu·km/（h·km2）和1.1万pcu·km/（h· km2）增加到2.5万pcu·km/（h·km2）和2.1万pcu· km/（h·km2）（见图2）。

图2　东岸城区各中区道路容量密度变化分析图（单位：万pcu·km·h-1·km-2）

1.2建筑量现状及发展趋势

现状东岸城区中区建筑量较为突出的有市南东、市北西、四方东、李沧西，均超过1 500hm2。其中市南东商业服务和公共服务设施建筑量最高，总量达到521hm2，所占比例远高于其他中区；市北区中区居住建筑量所占比例较为突出，而其公共服务设施建筑量相对较低（见图3）。

图3　现状东岸城区各中区建筑量分布图

到2020年，东岸城区各中区居住用地、公共管理与公共服务设施用地及商业服务业设施用地的建筑量均呈现增长趋势。老城区建筑增量较小，建筑增量主要集中在崂山中、四方西、崂山北、李沧西、李沧东等中区，这5个中区增量在1 000hm2以上，且以居住和商业服务业设施为主。市南东、市北西等传统商业金融核心区的商业设施建筑量仍将增加，但低于李沧西、李沧东、四方西、崂山中等新建及待改造区域的商业设施建筑增幅（见图4）。

1.3汽车保有量现状及发展趋势

2013年青岛中心城区（不含原胶南市）汽车保有量为79.6万辆，比上年增长12.7%（见图5）。其中，东岸城区54.9万辆、西岸城区10.2万辆、北岸城区14.6万辆，东岸城区的汽车保有量分别为西岸城区及北岸城区的5.4倍及3.8倍。

东岸城区汽车数拥有量最多区域为市南区和市北区，分别达到14.8万辆和22.3万辆，年均增长率分别为8.8%和12%，千人拥有率分别为272辆/千人和218辆/千人，车辆密度分别为0.49万辆/km2和0.35万辆/km2，与其他城市相比处于较高水平，已经明显高于宁波、大连等城市以及新加坡的汽车拥有水平。李沧区和崂山区汽车保有量也已经分别达到10万辆和7.6万辆，千人拥有率分别为195辆/千人和201辆/千人，但车辆密度相对较低。

图4　2020年东岸城区各中区建筑量变化图

图5　青岛中心城区历年汽车增长情况

采用自然增长法、“一户一辆”法、道路容量法等三种方法对东岸城区汽车保有量发展趋势进行分析，预测2020年东岸城区汽车保有量在95万~ 120万之间，2020年之前保持较高的增长速度，2020年以后增速逐渐放缓（见图6）。

图6　东岸城区汽车保有量发展变化图

2　拥堵指数影响因素敏感性分析

敏感性分析是指从各类影响项目指标的因素中提取出敏感性因素，确定敏感性因素对项目指标的影响程度，为项目制定提供有效可行的决策依据[12]。

根据敏感性因素变动个数的不同，敏感性分析法可分为单因素敏感性分析法和多因素敏感性分析法。通常是分析单个因素变化，必要时也可分析项目指标受两个或多个敏感性因素的影响程度大小。项目指标对敏感性因素的敏感程度，表示为该因素按一定比例变化时引起评估指标的变动幅度。通过控制不利因素，改善有利因素，可增强项目效果，从而提高抗风险能力[13]。

青岛市东岸城区受地形影响，车种构成相对简单。居民出行主要乘坐的交通工具为小汽车或公交车，其中东岸城区摩托车和自行车出行比例不到3%。因此，假设公交出行比例一定且忽略自行车和摩托车的影响，主要从汽车保有量、道路容量、建筑量这3个方面对拥堵指数的敏感性进行分析。

为分析各因素对拥堵指数的敏感性，根据行政区划及功能布局将青岛市东岸城区划分为12个中区，分别为市南西、市南中、市南东、市北西、市北东、四方西、四方东、李沧西、李沧东、崂山南、崂山中、崂山北。依据EMME路网数据、土地利用及汽车保有量数据资料，对路网拥堵指数与道路容量、建筑面积、汽车保有量相互关系进行拟合分析，R2=0.92，拟合效果较好，拟合公式如下：

式中：RL为路网拥堵指数；C路为道路容量（万pcu·km/h）；C建为建筑面积（hm2）；C汽为汽车保有量（万辆）。

受城市经济发展、建设投资和管理政策等方面影响，近期在不同增长变化的道路容量、建筑量、汽车保有量条件下，道路负荷将呈现不同的状态。根据以上公式得到不同条件下的拥堵指数变化情况，如表1所示。若不采取任何措施，道路容量、建筑量、汽车保有量自然增长，2年后路网拥堵指数为4.94，接近拥堵状态；若仅汽车保有量发生变化，汽车保有量增加10%和20%的路网拥堵指数分别为4.52和4.71，拥堵指数变大，变化比例为4.20%；若仅道路容量发生变化，道路容量增加10%和20%的路网拥堵指数分别为4.26和4.19，拥堵指数变小，变化比例为1.64%；若仅建筑量发生变化，建筑量增加10%和20%的路网拥堵指数分别为4.35和4.37，拥堵指数变大，变化比例为0.46%。由此可以看出，单一因素变化的道路拥堵敏感性强弱顺序为：汽车增量＞道路容量增量＞建筑增量。

若道路容量由增加10%变为20%，建筑量由增加20%变为10%，汽车保有量由增加20%变为10%，则道路拥堵指数由4.68降为4.40，拥堵指数变化比例为5.98%。由此可以看出，采用道路容量、建筑量、汽车保有量的多因素综合变化，对减小路网拥堵指数的效果明显优于单一因素变化。

表1　近期东岸城区总体不同条件下拥堵指数变化

由于道路容量、汽车拥有与使用、建筑开发强度等方面的明显差异，各中区道路负荷也将呈现出不同的拥堵状况，如表2所示。市南西和市南中两个中区拥堵指数在4~6之间，处于轻度拥堵状态；市南东、市北西两个中区拥堵指数较高，均在7以上，处于拥堵状态；市北东、四方东及李沧西中区拥堵指数在4~6之间，处于轻度拥堵状态；四方西、李沧东、崂山北和崂山中四个中区拥堵指数在2~4之间，处于基本畅通状态。

表2　近期东岸城区各中区不同条件下拥堵指数变化情况表

表2（续）

3　结语

依托EMME4软件平台和GIS空间数据库，在对青岛市道路容量、建筑量、汽车保有量现状和发展趋势总结分析的基础上，对拥堵指数与三者敏感性进行了研究，结果表明：若不采取任何措施，2年后东岸城区路网将会接近拥堵状态；单一因素变化对道路拥堵的敏感性强弱顺序依次为：汽车增量、道路容量增量、建筑增量；采用多因素综合变化，对减小路网拥堵指数的效果明显优于单一因素变化。因此，通过合理调控汽车规模、控制建筑增量、提升道路容量、控制占路停车，东岸城区各中区的道路拥堵情况可以得到适度控制。

研究成果对合理调控道路容量、建筑增量和汽车保有量具有一定指导意义。为便于统计分析，本文把东岸城区分为12个中区，未来可以根据功能组团、用地性质、区域位置等增加中区的划分个数，以利于在更小的范围内进一步分析道路容量、建筑量和汽车保有量对于拥堵指数的敏感性。

[1]刘丙章.国外城市解决交通拥挤的对策分析[J].长江大学学报：自然科学版，2011，8（8）：247-250．

[2]陈春妹，任福田，荣建，等.理想条件下路网临界车头间距的研究[J].公路交通科技，2003（20）：118-121．

[3]李淑庆.城市路网容量约束下的机动车发展规模研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2008（27）：100-104．

[4]林峰.机动车保有量与城市主干道路网络容量的相关性分析[J].科技与经济，2006（2）：120-122．

[5]J H Rich,O A Nielsen.A Microeconomic Model for Car Own⁃ership,Resident and Work Location[C]//Proceedings of Eu⁃ropean Transport Conference(PTRC):Seminar on Method⁃ological Innovations,Session on Car Ownership Modelling. Cambridge:European Transport Conference,2001．

[6]彭福海.考虑城市路网承载力水平的机动车保有量控制规模研究[D].西安：西安交通大学，2011．

[7]蒲灿，乔敏.城市道路交通拥堵动态评价方法研究[J].科技视界，2015（2）：154-155．

[8]杨艳妮，陆化普.基于支持向量机的城市私人汽车保有量滚动预测[J].公路工程，2010，35（5）：39-43．

[9]宋安，刘琦.出租车保有量评价与预测[J].交通科技与经济，2010，12（3）：34-36．

[10]Thomas Bue Bjørner,Søren Leth-Petersen.Dynamic Models of Car Ownership at the Household Level[J].International Journal of Transport Economics,2005,32(1):57-75．

[11]臧晓冬，周伟.基于车头间距变量的通行能力理论模型[J].公路交通科技，2010，27（2）：103-107．

[12]倪加勋，贾俊平.数量方法[M].北京：高等教育出版社，1999．

[13]张道媛.城市轨道交通客流的敏感性分析[D].西安：长安大学，2012．

Congestion Index Sensitivity Analysis Based on Road Network
Capacity,Building Volume and Car Ownership

YANG Wen,GAO Hong-zhen,ZHANG Tie-yan,HU Qian
(Qingdao Urban Planning and Design Research Institute,Qingdao 266022,China)

In order to study the sensitivity of road network capacity,building volume and car ownership to traffic congestion,the congestion index was put forward as the evaluation index of sensitivity.The east⁃ern district in Qingdao was divided into twelve medium-sized traffic zones according to the administra⁃tive division and the layout of urban functions.Relied on EMME4 software platform,based on the data of land use and road network,the present situation and development trend of road network capacity,build⁃ing volume and car ownership in each medium-sized traffic zone were subjected to statistical analysis and their inherent relations with congestion index were concluded.The corresponding change rate of con⁃gestion index under different conditions became clear after the incremental changes of single factor as well as different combination of factors were analyzed respectively.The study indicates that the sensitivi⁃ty to congestion increase gradually in the sequence of building volume increment,road network capacity increment,car ownership increment.Furthermore,the improvement effect of network congestion under combination of measures is better than single measure.The road traffic conditions will be effectively im⁃proved by controlling car and building volume increment,improving transport infrastructure and increas⁃ing road capacity.

congestion index;road network capacity;car ownership;building volume;sensitivity analysis

U491.13

A

2095-9931（2015）02-0025-06

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.02.005

2014-12-23

杨文（1973—），男，山东泰安人，博士，工程师，从事交通模型研究相关工作。E-mail:yw501@126.com。