基于时空消耗法的古城道路交通环境优化方法研究——以长汀古城为例

李迎春, 石 飞, 陈仰金, 2

(1.南京大学建筑与城市规划学院, 江苏 南京　210093； 2.长汀县汀州镇政府, 福建 龙岩　366399)

0　引言

以往的道路交通优化方案, 往往有意无意地以提高道路的机动车通行能力为目标, 这是“车本位”思想的部分体现.而当道路成为城市中的街道时, 通行能力不再是仅有的目标[1].尤其对于一些历史古城和街区来说, 安全性、 舒适度、 慢行适宜性以及保护古城传统街巷格局显得更为重要[2], 路网规划与设计也在朝路权规划转变.路权的重新划分会影响到交通出行的方式选择, 导致交通出行结构的改变[3-4], 由此带来的对古城道路空间资源占用的变化, 则需要一种方法去测度.对于部分古城来说, 道路网形态属于自发型, 路网不规则, 断面多变, 其复杂的道路条件和交通状况使得传统的路段和交叉口交通量的调查、 预测、 分析难以进行, 而时空消耗法只需计算空间和时间两个变量, 是一种适合研究片区交通容量的方法[5].

“城市的时间和空间消耗”概念最早由法国工程师路易斯·马尚于1980年代初[6]提出.他把城市路网想象成一个具有时空属性的容器, 并建立起道路资源为道路长度和时间的乘积的一维模型和道路面积与时间的乘积的二维模型[7].而在国内, 杨涛、 周溪召等诸多学者也都利用“时空资源”的概念对交通空间容量进行分析和推算[8-9], 得到了修正系数不同的理论计算公式.以往研究中, 时空消耗法较少应用在历史城区, 却十分适用于古城的交通问题的研究.

本研究以长汀古城为实地对象.在 2016年1月进行的《长汀古城居民出行调查》中获得2 740份有效问卷.问卷主要分为两部分, 一是居民出行调查, 另一部分是对古城居民的生活居住偏好和满意度的调查.随后基于时空消耗法理论对有着传统街巷肌理的古城在其主要道路兆征路的不同优化设计方案下进行比较, 在此基础上选择合适方案并提出交通管理、 人口功能疏散等应对措施.

1　时空消耗计算方法

时空消耗, 就是交通个体在一定的时间内占有的空间或者在一定空间内占有的时间, 通常用瞬时动态净空面积(理想连续交通流行驶时所必需的正向间距与横向安全宽度的乘积)与平均出行时间t的乘积表示.根据杨涛等[8]的研究, 古城交通总体时空资源需求量计算公式为：

(1)

式中：Lmi为第m类群体、 第i类出行方式的人均占地面积(m2·人-1)；tmi为第m类群体、 第i类出行方式的平均古城内出行时间(h)；Nmi为第m类群体、 第i类出行方式的总人次；m指两类群体, 分别为原住民和旅游人口.

道路网时空资源供应量为道路网一定时间内可提供的道路交通空间资源, 其计算公式为：

S=sj·t

(2)

式中:sj为第j条道路的面积(m2)；t为道路在高峰时段的有效运营时间, 通常取60 min, 考虑交叉口影响, 用延误修正系数加以修正.道路时空资源饱和度指一定时间内交通出行的时空资源需求总量(即时空资源消耗总量)与道路时空资源供给总量之间的比值[10], 其计算公式为：

(3)

式中:γ为道路时空资源饱和度；D为交通需求的时空资源消耗量(h·m2)；S为道路提供的时空资源(h·m2)；αj为第j条道路的综合利用系数, 或是考虑是否机非隔离、 交叉口、 坡度等折减系数.

2　长汀古城现状

2.1　人口与功能现状

长汀县位于福建省西南部, 隶属福建省龙岩市, 是闽赣边陲要冲, 1994年被批准为第三批国家历史文化名城.长汀古城主要指现县政府驻地的汀州镇古城区, 拥有汀州古城墙、 汀州文庙、 汀州试院、 三元阁等一系列文物保护单位以及大片历史文化街区.

古城范围内人口约为37 260人, 面积2.48 km2, 人口密度达1.5万人·km-2.古城内可通行小汽车的道路比例为14.4%, 道路交通环境对机动交通适应性较差.古城内聚集了如县政府、 县医院、 长汀一中等重要的行政、 教育、 医疗、 商业、 公共服务设施, 吸引大量古城内和周边居民居住和前往古城, 造成巨大的道路空间资源压力.《长汀古城居民出行调查》中关于居住环境吸引因素的调查结果如图1、 2所示, 对居民最具吸引力的因素是古城中丰富的优质教育资源, 且教育资源满意度较高.此外, 古城内各类设施密集, 就业及消费的便利性也使古城极具吸引力.

图1　吸引古城居民的主要因素Fig.1　Main attractive living factors in ancient city

图2　古城各项生活条件居民满意度平均值Fig.2　　　　Average residents satisfaction value of ancient city living conditions

2.2　道路交通环境现状

图3　长汀古城道路网Fig.3　Road network of Changting Ancient City

图3为长汀古城道路网, 如图3所示, 长汀古城呈现以少干路、 多窄街巷、 不规则自由形态为特征的道路网格局.兆征路为东西向的单一交通主轴线, 是古城唯一的汽车对外联系通道, 古城内主要道路汇集于兆征路, 对古城交通起着牵一发而动全身的重要作用.古城北部受卧龙山阻挡, 缺乏南北向贯通的道路.古城内道路网连接度较低, T型交叉和断头路较多.大部分街巷系统较为弯曲狭窄, 不适宜通行小汽车, 主要为二轮车(摩托车、 助力车、 自行车等)或步行通行空间, 起着到门入户和古城人流集散“毛细血管”的作用[11], 并作为未来生活和旅游慢行交通空间的重要载体[12].

受到古城区道路和停车空间的限制以及城市规模较小出行距离较近的影响, 古城区机动车交通以摩托车和助动车为主, 两者合计占37.24%, 私人小汽车出行比例仅占3.85%.而非机动车作为学生群体最主要的代步交通方式, 占20.6%.在古城尺度内, 步行仍然是最主要的出行方式, 占比约35.57%.

3　兆征路改造方案

根据Cervero等的研究, 建成环境会对交通出行方式产生影响[13], 而通过设计手段, 将能够有效促进慢行及公交出行比例[14].未来长汀古城定位为历史文化名城、 旅游城市, 需要在满足古城区居民一定程度机动交通出行的同时, 给予游客良好的旅游慢行空间, 这里选取两种兆征路的路权改造方案和现状一起进行比较研究.

长汀古城中兆征路现状如图4、 5所示, 为双向4条机动车道, 两侧4.5 m人行道； 部分路段设置路边停车位.兆征路作为城区唯一一条贯通的主干路, 对古城交通出行方式结构有重要影响, 其两侧聚集大量公共服务设施、 机关单位和商业店面, 产生大量步行出行需求, 步行空间紧张.机动交通, 特别是摩托车、 助力车车速过快, 带来交通秩序混乱以及安全隐患.因此, 提出以下两种兆征路的断面改造方案, 增加慢行空间, 并配合一系列古城交通管制措施, 以减少古城内的机动交通出行, 保障街道安全舒适.

图4　兆征路现状Fig.4　Existing condition of Zhaozheng Road

图5　兆征路现状平面图Fig.5　Plan of exisitng Zhaozheng Road

方案一拓宽两侧人行道, 参照日本京都四条通的街道提升改造方法.四条通是日本京都市中心一条主要道路, 道路两侧汇集着大量百货公司和高级精品商店, 如图6所示.其改造内容主要是将4条机动车道压缩为2条, 两侧人行道从3.5 m扩展为6.5 m宽, 其行人数量在改造后增加了20%.参照四条通, 方案一将兆征路的机动车道压缩为双向3.5 m宽的两车道, 并在机动车道外侧设置2.0 m宽二轮车道, 人行道宽度增加到6.5 m.

方案二在路中央设置步行道, 参照西班牙巴塞罗那的兰布拉斯大街(后简称兰街)断面设计方案, 它突出了行人的绝对主导权, 是巴塞罗那老城区必游景点, 在雅各布斯所著的《伟大的街道》中备受推崇[15].兰街将步行空间一反常态地设置在道路中央, 宽11.0～24.0 m； 两条机动车道被设置在道路两侧, 设置公交线路, 抑制小汽车交通.借鉴此方案, 方案二在兆征路中央设置9.0 m宽的中央步行道, 中央步行道两侧设置3.5 m宽的机动车道和2.0 m宽的二轮车道, 道路最外侧设置2.0 m宽的人行道, 如图7所示.

图6　兆征路四条通方案平面图Fig.6　　　　Zhaozheng Road reconstruction plan under the Shijodori design

图7　兆征路兰布拉斯街方案平面图Fig.7　　　　Zhaozheng Road reconstruction plan under the Las Ramblas Street design

配合两种改造方案的古城交通管制措施主要有： 减少专用停车位数量, 实施价格分区域停车收费, 逐步取消兆征路路边停车位； 在古城外围的水东桥、 环北路、 长汀一中操场地下空间设置3处大型停车场, 用以阻截进入古城的车辆, 供古城内居民和外来机动车辆停放； 划定小汽车限行区域, 兆征路、 横岗岭等机动车可通行道路实施30 km·h-1限速.

4　基于时空消耗法的长汀古城道路交通时空资源饱和度计算

《长汀古城居民出行调查》的数据显示, 长汀古城出行高峰主要分布在早、 中、 晚3个时段, 叠加2020年预测游客量带来的出行总量的增加以及考虑游客出行时间段, 选取午高峰时段作为高峰小时计算交通个体出行所需要的时空资源的总和作为该时段的时空资源需求总量.

根据受访者的居住地信息, 将出行活动在古城内的人分为居住在古城内的人口和居住在古城外的人口.根据调查的在古城内出行者中住在古城内和住在古城外人口的比例, 大致确定实际每天在古城内出行者中住在古城内和住在古城外的人口比例和人口数, 计算结果见表1.

表1　数据处理汇总表格

本次古城居民出行调查主要通过教育部门协调由中小学生带回家里完成, 受访者男女比例大致为54∶46, 家庭结构和收入分布基本符合当地部门统计数据.由于学生及20岁以下受访者数据量偏大, 实际处理样本数据时, 分别计算学生和非学生高峰小时的各交通方式人均出行次数和人均出行时间.再根据长汀县实际年龄段人口比例, 将学生与非学生按照1∶3的比例修正计算, 得到整个古城区的各交通方式出行总量.随后计算修正后的古城区高峰小时各出行方式的人均出行时间, 再乘以每种交通方式的人均占地面积, 可以得到工作日高峰小时不含游客的情况下古城区交通出行时空资源需求总量； 不含游客的情况下, 节假日的高峰小时交通出行总量约为工作日的70%(见表2).古城交通空间时空资源供给主要通过计算各条干道和街巷的面积和时间的乘积得到(见表3).

表2　高峰小时古城交通出行的时空资源消耗量(不含游客)

注： 其他包括货运车辆、 工程车辆、 特种车辆等交通方式, 下同

表3　古城道路时空资源供给量

据《长汀旅游发展规划》预测, 至2020年, 旅游旺季普通节假日古城内日游客量为5.3万人次, 工作日古城内日游客量为1.8万人次[16], 预测游客各出行方式比例中, 步行为67%, 自行车为6%, 公共交通为27%.游客出行时间步行和自行车为40 min, 公共交通为20 min.原有古城交通出行量叠加游客出行量, 选取午高峰11： 00—12： 00作为高峰小时进行时空资源饱和度分析.同时分别计算在工作日和节假日两种情况下疏散一定比例古城内居民, 即减少相应比例居民出行时空资源需求量对古城道路时空资源饱和度的影响, 古城内居民出行时空资源需求量计算如表4所示.

一般认为, 当道路时空资源饱和度为0.70～0.75时, 道路空间的拥挤程度和舒适度最为适中.如表5、 6所示, 在方案一的情形下, 工作日、 节假日不考虑游客时古城范围内高峰小时时空资源饱和度分别达到了0.979和0.686, 叠加上规划游客数量的影响, 饱和度分别达到1.096和1.02, 如果不做任何改善措施, 长汀古城的交通时空资源将十分紧张, 无法支撑未来发展旅游带来的游客出行需求.

表4　高峰小时古城内居民出行时空资源需求量

表5　工作日不同情境下古城道路时空资源饱和度

表6　节假日不同情境下古城道路时空资源饱和度

针对兆征路的两种路权改造及交通管制措施会导致古城区出行结构发生改变, 体现为步行和公交出行比例大幅上升, 小汽车、 摩托车、 助力车等个人机动交通的出行比例下降[17], 古城道路时空资源饱和度将会有一定程度的下降.经计算, 工作日叠加游客量后, 实施方案一, 古城区的时空资源饱和度由现状1.096减至1.001; 实施方案二, 饱和度减至0.704, 能够保证较为舒适的道路交通环境.但是两种方案需要配合严格的交通管制措施, 实施效果影响因素较多, 兆征路两种方案的改造无法从根本上改变古城交通过于拥挤现状.

通过上述计算发现, 只有一定比例的人口疏散才能够有效地减少古城道路时空资源饱和度, 改善古城道路交通环境.

5　结语

在类似的古城保护和开发过程中, 内部不断增长的交通需求加上未来旅游发展增加的出行量都给原有古城道路系统带来挑战.经过不同情境下的对比, 依照方案二(兰街方案)对兆征路进行改造, 能够最为有效地降低古城道路交通压力.兰街的改造方案突出慢行的绝对优先权, 极大提升慢行空间环境和古城旅游品质, 对于此类慢行交通主导地区, 具有借鉴意义.

适合一定区域内的时空资源饱和度反映到具体每条路上, 可能会因为部分道路的机动车限制通行措施、 居住和就业分布密度以及土地利用情况而造成道路饱和度疏密不均.因此, 一方面从宏观上测算一定区域内的时空资源饱和度可以获得解决方案, 如确定人口疏散比例, 有助于解决古城交通的根本问题; 另一方面, 认识到在研究具体道路容量时, 古城几条主要道路实际或将承受更多交通压力, 虽然建成环境改变能够在一定程度上减轻古城内交通时空资源压力, 长汀古城仍然迫切需要采取疏解人口功能等措施来缓解古城交通压力.从交通承载力的角度去测算古城的人口、 资源、 环境的承载能力, 对于提升古城以及类似城区内部功能也有参考价值.

通过调查发现, 长汀古城范围内存在过多功能聚集、 交通压力大的难题, 未来应当从疏解教育、 行政、 医疗等有较强吸引力的公共服务设施着手, 吸引部分古城内居民搬迁到古城外, 使有上学、 就医、 工作等需要的古城外居民无需进入古城内, 减少古城内的交通需求.去除或减少古城内的行政、 教育、 医疗和公共服务等职能, 可以留出空间发展旅游职能, 打造良好慢行环境, 重拾古城昔日慢节奏的生活氛围, 这也是长汀古城旅游的长久核心竞争力所在.