高密度开发区道路网等级配置研究

刘伟杰，吴金龙

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200125）

道路交通

高密度开发区道路网等级配置研究

刘伟杰，吴金龙

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200125）

以道路网周转量最大和道路建设资金最小为出发点，通过对交通供需平衡、交叉口信控、公交站距、步行距离的综合分析，建立高密度片区道路网等级配置模型，并结合上海市张江科技城核心区道路网具体实例，推算道路等级的最优配置。其结果表明：张江科技城核心区最优的等级配置为1∶2.1∶3.6∶9.8，片区对低等级道路需求较为旺盛。

高密度开发区；等级配置；供需平衡；交叉口信控；公交站距；步行距离

0 引言

《城市道路交通规划设计规范》（GB50220—1995）对城市的道路等级配置做了规定[1]，有效指导了我国城市道路网的建设，但对于具体片区的实际路网结构及交通运行状况，目前尚缺乏深入定量化的研究。片区路网是支撑片区发展的主骨架，对于高密度开发区，交通需求旺盛，土地资源紧张，合理的路网等级配置及定量化的路网密度分析显得尤为重要。高密度开发区道路的建设量以及街区的开放量应以满足片区出行需求为前提，结合片区内交叉口的信控实施、公交的最优站距、步行的最优距离进行综合分析，在提升综合交通运输效率的同时避免过度建设导致的市政费用增加、资源浪费等一系列社会问题。

1 片区道路网配置分析

1.1 道路交通需求分析

（1）需求分析公式

交通需求一般分为内部交通需求、对外交通需求、过境交通需求三类。由于高密度开发区一般位于城市核心区内部，片区位置和路网结构都不适合为过境交通服务，因此过境交通可以不用考虑。

片区内部交通需求为：式中：E为片区内出行总量，人次/d；k为高峰小时系数；fi为第i种交通方式出行分担比；li为第i种交通方式出行距离，km；μi为第i种交通方式车型换算系数，pcu/veh；ri为第i种交通方式车型平均实载，人/veh，通过交通调查获得。

片区对外交通需求为：

式中：Wi为第i种交通方式日对外交通量，pcu·km/h；lWi为第i种交通方式对外交通出行在片区内部距离。

（2）参数标定

E、Wi、fi为交通预测数据，可结合具体片区的交通预测来确定。

ri、k为交通特征数据，可通过具体片区的交通调查来确定。

μi为第i种交通方式车型换算系数，各类交通方式车型换算系数见表1。

表1 内部各交通方式典型车型的换算系数

1.2 道路交通供给分析

（1）供给分析公式

交通供给是指在一定的服务水平下，路网所能通过的最大车公里数。道路类别分为快速路、主干路、次干路、支路4类。由于城市快速路规划建设是依据城市整体规模和用地确定的，片区路网是否拥有快速路具有不确定性，因此，本文对片区路网研究仅考虑主干路、次干路、支路建设，对于已有快速路的片区路网，快速路的需求供给单独考虑。

片区路网总供给量：

式中：Ci为第i类道路单条车道通行能力，pcu/h；αi为第i类道路的平均饱和度；βi为第i类道路的交叉口折减系数；γi为第i类道路的车道综合折减系数；Ni为第i类道路的平均车道数；Li为第i类道路的里程，km。

（2）参数标定

Ci为第 i类道路单条车道通行能力，《城市道路工程设计规范》（CJJ37—2012）对不同道路类型的单条车道通行能力表述见表2[2]。

表2 单条车道的可能通行能力

αi、Ni、Li为交通特征数据，可通过具体片区的交通调查来确定。

βi为第i类道路的交叉口折减系数，推荐的交叉口折减系数见表3[3]。

表3 交叉口折减系数

γi为第i类道路的车道综合折减系数，这与行人过街折减系数、多车道折减系数、车道宽度折减系数等相关。鉴于本文是对城市道路等级的宏观分析，推荐综合折减系数取值见表4[3]。

表4 综合折减系数

1.3 交叉口信控分析

（1）交叉口信控分析公式

片区路网中，机动车的出行效率主要体现在交叉口延误的大小。干线绿波设计是降低交叉口延误的有效方法之一。扩大路网间距、增加道路车道，能一定程度地提高路段通行能力，但同时也增加了交叉口左右转车辆比例[4]。干线绿波设计主要是保障直行车队以最小延误通过。当转向车辆增多，直行相位时间难以保障，干线绿波协调困难，主流量方向延误增加，导致路网整体通行效率下降。美国学者推出了一个表达交通信号控制系统通车效益的“互联指数”公式[5]：

式中：I为交叉口互联指数，I值越高表明信号交叉口之间的协调性越好，绿波设计要求不低于0.35；X为来自上游交叉口车流的条数；q为来自上游交叉口的直行车交通量；Q为到达下游交叉口的交通量总和；T为车辆在两相邻信号交叉口间的平均行程时间，可用T=L街/V表示，L街为交叉口间距，即街区尺寸；V为机动车在路段的平均行驶速度。

结合相关研究[5]，交叉口左右转比例可以表示为R左≈R右≈1/（1+L平均/L街），其中，L平均为平均出行距离，则“互联指数”I可表示为：

由此可见，交叉口互联系数与L街密切相关，合理控制街道尺寸能有效提高交叉口互联系数。

（2）参数标定

X为来自上游交叉口车流的条数，一般为2～4条，研究取3条；V、L平均为片区交通特征数据，通过具体片区的交通调查来确定。

1.4 公交站距分析

（1）公交站距分析公式

与社会车辆不同，公交车除了受路段流量及交叉口的影响外，还受停靠站上下客的影响。由于停站需求，公交车到达交叉口时往往错过了预留给社会车辆的最佳相位，导致公交车运行速度与社会车辆的运行速度差距拉大，公交优先难以保障。

假设两个交叉口之间设有一个公交站点，即公交站距与路网间距对应，提高公交出行效率的有效措施是让公交车利用红灯时间来完成停站上下客作业，到达交叉口时正好处于下一个绿灯相位，从而与交叉口的绿波带保持一致。假设公交车与社会车辆在路段上正常行驶速度相同，则公交车进出站、上下客以及车站延误的总时间正好为信号周期的红灯时间。

假设交叉口信号周期为T，公交车运行过程中仅在站台及交叉口处存在加减速现象，则：

式中：t上下客为乘客上下客时间；t站误为站点延误时间；t加减速为路段中公交车进出站加减速的时间；t速均为公交车匀速行驶时间；α为公交车通过交叉口的速度影响系数；V公为公交车在路段正常行驶车速；a为公交车启动加速度；b为公交车制动加速度。

（2）参数标定

a、b与公交车性能有关，分别取0.8m/s2和1.3m/s2；α与交叉口饱和度、交叉口之间的协调性有关，取0.4；t站误主要为公交车在站台开关门时间，取值为4s。由于本文是对片区路网的分析，t上下客、T均取片区内的平均值，通过具体片区的交通调查来确定。

1.5 步行距离分析

（1）步行距离分析公式

本文分析的步行距离为居民从起点到公交站点的距离。要构建完善的现代化公交体系，道路网也应满足相应的通达需求，即要有足够数量的道路使公交网达到一定的覆盖率，也要有相应的道路供居民选择使步行距离缩短。“开放街区”贡献出来的街坊道路主要是为公交及慢行出行服务，为构建结构合理的道路网络提供了契机。

以方格网布局为例（见图1），假设片区单元四周的干路都布设有公交线路，每个交叉口出入口都设有公交站点，在计算时，将公交站点的位置简化到交叉口上，并假设片区单元中居民步行到其最近的站点候车。以站点A为例，将片区单元延虚线分为4份，阴影片区内居民将使用站点A，则居民从起点到公交站点的平均距离从居民步行距离分析：l=tv，则方格路网道路中干路之间的距离L街=2tv。

其中，t为居民从起点到公交站点的平均步行时间，v为居民平均步行速度。

（2）参数标定

t为居民从起点到公交站点的平均步行时间，按照公交都市建设要求，t不超过5min；v为居民平均步行速度，可取4km/h。

图1 方格路网布局图

2 片区道路网密度构建

2.1 目标函数

对于高密度开发区，从充分发挥片区道路功能的角度出发，片区道路网的建设目标是能够最大限度地满足片区交通出行需求的，因此模型的首要优化目标是道路网总周转量最大。从道路建设资金投入的角度看，以最小的资金投入满足其规划年的交通需求是比较经济的，所以模型的另一个优化目标是道路网的建设资金投入最小。目标函数表示为：

式中：M为路网建设总投资；m1、m2、m3分别为主干路、次干路、支路单位长度的建设费用。

2.2 约束条件

（1）供需平衡条件

合理的道路交通规划是维持交通供给与交通需求的平衡，按照5%的偏差计算，道路交通供给S与交通需求D之间的关系为：

（2）最优交叉口信控条件

确保机动车在路网中运行效率，提升交叉口协调关联度，交叉口互联指数不低于0.35：

（3）最优公交站距条件

提升公交车在路网中的运行效率，公交车辆利用信号灯红灯时间完成上下客作业，到达交叉口时处于绿灯相位通过交叉口，且路网中公交运行速度不低于30km/h：

（4）最优步行距离条件

按照公交都市建设要求，居民从起点到公交站点的平均步行时间不超过5min，即1/12h：

（5）道路用地面积控制条件

《城市道路交通规划设计规范》（GB50220—1995）中规定，人口超过200万以上的大城市，道路面积应占城市建设面积的15%～20%。

式中：S建为研究片区建设面积，km2；d快、d1、d2、d3分别为快速路、主干路、次干路、支路平均道路宽度。

（6）各等级道路里程“金字塔”结构条件

城市道路在一定的等级结构下，等级越高的道路，合计长度越短，表达式为：

（7）各等级道路周转量的“倒三角”结构条件

城市道路在一定的等级结构下，满足等级越高的道路其承载的周转量越大，表达式为：

3 实例分析

张江科技城是上海市“十三五”规划建设的重点示范片区，其中科技城核心区为高密度开发区，面积为18.9km2。下面以张江科技城核心区为研究对象进行道路网密度分析。

张江科技城核心区交通高峰系数为0.13，根据交通需求预测，公交车出行次数为18.6万人次/d，取公交车平均实载为30人/veh，则高峰小时流量为2418pcu/h，客车（含出租车）折算后的流量为15.2万pcu/d，则高峰小时流量为19890pcu/h。区内交通出行的平均出行距离取5km，对外交通在区内的平均出行距离为3.5km。由此匡算得到的片区交通需求：

片区内各等级道路的车道数分别为主干路6根、次干路4根、支路2根，高峰小时道路饱和度分别为0.75、0.6、0.6。张江片区现有快速路7.56km，饱和度为0.75，代入公式得到交通供给为：

张江片区居民平均出行距离为5km，则交叉口关联度为：

片区内部交叉口平均信号周期为120，平均上下客时间为25s，则公交运行速度为：

主干路、次干路、支路的宽度分别为40m、30m、20m，则道路面积占有率：

主干路、次干路、支路的建设费用分别为2000万/km、1500万/km、1000万/km，则总建设费用：

张江科技城核心区道路网呈方格网布设，且分布较为均匀，则道路密度N可表示为：

综上所述，路网密度模型为：

运用MATLAB软件求解，最优解L1=15.8296km，L2=27.1365km，L3=73.8715km。主干路、次干路、支路的路网密度分别为：1.05km/km2、2.1km/km2、4.9km/km2，等级配置为1∶1.7∶4.7。结合现有7.56km的快速路，路网等级配置为1∶2.1∶3.6∶9.8。计算结果与相关规范指标基本吻合，其中支路比例相对较高，路网间距为302m。这与“窄马路、密路网”的规划理念相一致。

4 结论

在供需平衡前提下，模型加入了对交叉口信控、公交站距、步行距离的综合分析，得到的路网等级配置为1∶2.1∶3.6∶9.8，与相关文献中提到的1∶2∶3∶7基本相吻合。研究发现，高密度开发区对低等级道路的需求更为旺盛，这也验证了高密度开发片区对交通可达性的要求较高。同时，与“开放街区”“窄马路、密路网”规划理论相对应，低等级道路的加密，对优化交叉口信控、公交站距、步行距离有积极作用。

[1]GB59220—1995,城市道路交通规划设计规范[S].

[2]CJJ37—2012,城市道路工程设计规范[S].

[3]石飞.城市道路等级配置及布局方法研究[D].南京：东南大学, 2006.

[4]陆建,王炜.城市道路网规划指标体系[J].交通运输工程学报, 2004(4)：26-76.

[5]蔡军.转向比例与合理干路网密度研究[J].城市交通,2005,3(4)：54-58.

[6]陈雷进.基于供需平衡的高密度开发片区道路网密度研究[J].交通纵横,2010,2(4)：133-137.

[7]王召森.规划道路网密度指标调整之思考[J].城市交通,2004(3)：46-48.

U491.1+3

：A

：1009-7716（2017）02-0001-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.001

2016-11-24

刘伟杰（1961-），男，上海人，教授级高级工程师，从事道路交通规划设计工作。