历史遗迹保护下西安城市交通系统评估方法

王 岳，于汉学

(长安大学 建筑学院，陕西 西安 710064)

0 引 言

西安位于新欧亚大陆桥发展轴线上，是陇海兰新线上最大的经济增长点，是中国内陆地区最有影响的中心城市之一[1]。在全国区域经济布局上，西安具有承东启西、东联西进的区位优势，在西部大开发战略中具有重要的战略地位[2]。随着西安社会经济的高速发展，城区规模不断增加，城市人口日益增多，汽车也逐步取代自行车、摩托车等传统交通出行方式，城市路面上机动车量与日俱增，2018年，交管部门统计出的西安市汽车保有量为320万辆。无论机动车的总量还是它的增长速度，都达到了相当严峻的程度[3]。近年来，西安城市道路的建设、改造日新月异，提升了城市道路交通服务水平，但一些道路的改道和变更造成了一些新的道路拥堵。Delling Daniel提出了一种以道路交通流量为标准的城市交通道路评价方法，该方法可以很好的对区域道路进行评价，但评价指标过于单一，与交通道路的实际情况差距较大[4]。瑞典斯德哥尔摩大学的Erhan教授提出了一种以时间为周期的道路交通评价方法，该方法可以有效实现对城市道路交通的通勤评价，但是忽略了早晚高峰对不同道路的影响[5]。王涵研究员提出了一种基于早晚高峰动态变化的城市道路交通评价方法，该方法可以有效反映早晚高峰车辆对城市道路交通的评价，但没有考虑历史遗迹不可更改属性对道路的影响[6]。美国Yadollah学者提出了一种历史遗迹保护条件下的城市道路交通评价方法，该方法能够对历史遗迹保护条件下的城市道路交通进行评价，但由于是需要整个区域共同完成，导致计算量较大，在道路修改过程中会产生较大的数值波动[8]。针对上述问题，首先参考其他城市的交通建设，例如广州地区的老城区道路单行化[8]，太原地区的城市交通智能化[9]等，运用现代化的手段和方法来实现道路交通评价。但西安相对于其他城市具有很强的特殊性，西安作为我国历史上建都时期最长的历史名城，拥有大量历史遗迹和遗产，极具保存价值，如何在现代化城市道路交通系统改造提升的同时合理保护好历史遗迹，让二者和谐共生，成为当前亟待解决的问题[10]。此外，西安作为西北地区的唯一的国家中心城市，如何利用合理的道路交通系统来提高西安的物流运输能力，从而实现整个西北地区的物流繁荣，也是一个非常重要的问题。因此文中提出了一种基于西安特性历史遗迹较多的特点而建立的自适应反馈交通系统评价方法，来协调解决二者之间的矛盾，为西安的道路交通运输可持续发展提供支撑。

1 城市交通系统布局规划

传统道路网规划的基本思路，首先根据城市社会经济发展和居民出行调查数据，通过分析得到城市交通的需求[12]；其次利用网络优化理论对道路网进行优化；最后对道路网优化结果进行技术、经济等方面的分析，这种规划思想是以供求平衡为基本出发点[13]。如果不能满足需求，则需要扩大道路网规模，拓展路宽，提高道路等级水平[14]。但由于西安地区承载着中国历史上数个王朝的文明积累，有着众多历史遗迹，因此，持续进行老城区改造和新城区扩建会损坏诸多珍贵的历史遗迹。针对该问题，文中通过交通系统布局规划中的影响因子，采用线性函数参数作为分析依据，从而提出了以重点保护历史遗迹的城市交通系统布局方法。

2 交通系统布局规划影响因子

2.1 主干道路网络影响因子

在城市发展中，特别是以西安为例的具有较多历史遗迹的城市，为了保护历史遗迹，交通道路的建设不能盲目的将所有交通道路都进行升级和扩建[15]。为了缓解交通拥堵，需要设计合理的道路运行方案并选择一些主要道路进行改造和扩建，使其符合主干道路的特点，并设主干道路影响因子为 。在实际规划中，当道路扩建后，车辆的通行状态由于受到汽车总数辆影响，以及车辆在该路段上的行驶意愿等原因，并不呈现线性关系，按照当斯准则，建立归一化的主干道路影响函数I如下

(1)

该函数能够准确反映主干道路改、扩建以后，对周边区域交通系统运行效率改善与提升的实际影响。

2.2 道路运输影响因子

在城市建设中，道路最根本的目的还是将人或者货物进行转移，从而形成快速与常速，交通性与便利性，机动车与非机动车，车与人等错综复杂的交通系统[16]。通过道路网与毗邻用地的性质整合根据不同的用地性质组织不同功能的道路，充分发挥道路的交通功能，为人们出行提供便利。在该因子中，需要考虑该道路所处的环境，例如，商业区(Business Area,BA)，住宅区(Residential Area,RA)或者工厂区(Factory Area,FA)。以及相邻道路的等级，如果相邻道路的等级较高的话，主要干道会吸收一部分车辆从而减轻该道路的交通压力。而道路所在区域的划分按照C Yang所提供的中国主要城市道路运行压力可以得到一个区域阶梯函数A

A=0.80BA

0.55RA

0,30FA

(2)

而相邻道路等级为线性函数，但是由于相邻道路数量较多，因而需要将所有的相邻道路进行累加求和，其函数R如下

(3)

式中,N为相邻道路的总个数；βn为第n条道路的道路影响因子，将式(2)和式(3)进行联合乘积即可以得到道路运输影响因子γ如下

(4)

该函数以不同性质的用地，分别确定围绕不同地块道路的供需规模，准确分析道路网运输基本状况。

2.3 历史遗迹影响因子

在西安的城市区域和周边区域，遍布太多历史遗迹，耳熟能详的有钟鼓楼、城墙、大雁塔、秦始皇兵马俑等等。如此大量的历史文化遗产在城市建设发展中面临着前所未有的机遇与挑战。在重点保护历史遗迹的前提下，需要保证历史遗迹周围一些道路的原始性以及历史遗迹的不可扩建性。因此将历史遗迹影响因子O分为2大类，第1类为不可改变类，为了保证历史遗迹的完整性，从而将历史遗迹影响因子设为0；第2类为可扩建类，此时将历史遗迹影响因子设为1，但是由于受到周围道路的影响，还需要建立周边道路的反馈函数来实现整个交通系统的评估。由于西安的历史遗迹所特有的分布广，种类多，遗迹等级较高不易移动的特点，所以需要在道路交通规划中引入历史遗迹影响因子，从而实现西安特有环境下的道路交通评价设计。

3 自适应反馈道路交通系统

首先采用已确定道路网规划指标和道路网空间布局形式[18]，然后进行道路网系统性分析，反馈计算，再布置专用道路系统，最后进行检验与调整的过程。整个系统流程如图1所示。

图1 自适应反馈道路交通系统流程Fig.1 Adaptive feedback road traffic system flowchart

3.1 道路网规划指标的确定

道路网布局规划中首先需要明确的是规划指标，其中包括人均道路用地面积，车均车行道面积，道路网密度道路网等级结构，道路网连结度，非直线系数等主要影响指标。通过对道路网络规划指标与指标定量化计算的引入，赋予城市路网规划灵活性、多变性与可操作性，便于各城市根据实际情况进行调整[17]。

3.2 道路网空间布局形式

由于多个王朝在西安建都，并且西安地处关中平原，所以西安的城市交通系统呈现出典型的栅格结构，其新城区以东西大街，莲湖路及西五路等并行东西走向的主要干道，以南北大街，大麦市街、甜水井街等南北走向的主要干道相互垂直交错从而构成格栅结构的城市交通系统，其优点在于可以按照既定的历史、地理和人文因素，确定主要干道，并且上述现存的主要干道可以进行修改，同时有利于后续道路的扩展，文中的设计也主要基于西安城区特有的道路交通系统之上。

图2 西安新城区城市交通系统格栅结构示意Fig.2 Sketch map of urban traffic system grille structure in Xi’an new town

3.3 道路网系统性

道路网的系统性表现在城市道路网与城市用地之间的协调关系，与对外交通系统的衔接关系以及道路网系统内部各组成要素之间的协调配合关系，道路网布局系统主要考虑有以下几个方面的内容。

城市道路网与对外交通设施的配合衔接关系：主要用于分析城市快速道路网与高速公路的衔接关系、城市常速交通性道路网与一般公路的衔接关系及城市对外交通枢纽与城市交通干道的衔接关系[19]。根据目前国内高速公路大规模建设的发展趋势，同时考虑到高速公路对城市交通有着重大影响，所以在规划的层次上应将高速公路交通影响分析纳入交通规划研究内容，并按照道路实际通行率划分道路等级，构建合理的道路网配合衔接关系。

城市道路系统与城市用地布局的配合关系：主要用于分析城市各相邻组团间和跨组团的交通解决情况，各级各类道路的走向是否适应用地布局带来的交通流向[20-25]。主要道路的功能是否与两侧的用地性质相协调，各级各类道路的走向是否体现对用地发展建设的引导作用。以交通功能为主的干道要求控制两侧用地直接开口以集散功能为主的道路允许两侧用地直接开口。

图3 西安市回民街组团道路与城市道路规划分析Fig.3 Road and urban road planning analysis of Xi’an HUI minority Street Group

城市道路系统的功能分工及结构的合理性：主要用于分析道路网中不同道路的功能分工，等级结构是否清晰、合理，各级各类道路的密度是否合理等。为保障交通流逐级有序地由低一级道路向高一级道路汇集，并由高一级道路向低一级道路疏散，应避免不同等级道路越级相接。

图4 西安城市道路等级划分示意Fig.4 Schematic map of urban road classification in Xi’an

3.4 自适应反馈道路方法

在上述的前提中，大部分都可以通过线性函数来模拟，而且线性函数的独立性乘积也为线性结构，因此可以将上述内容合并为一个布局函数φ，瑞典斯德哥尔摩大学的Erhan教授提出的道路交通评价方法已经给出布局函数的可行性，所以不再复述。通过设计历史遗迹反馈因子、道路运输影响因子和主干道路网络影响因子可以构建一个自适应的反馈交通系统φ(n).

φ(n)=I×γ×O(n)×φ

(5)

将式(3)和(4)代入，可以得到

(6)

而历史遗迹影响因子由于受到周围道路级别的影响，例如，西安市湘子庙所处的湘子庙街为东西走向的大街，但随着西安环城南路改造工程的完工，大大降低车流从湘子庙街通行的意愿，在有效保护了该处历史遗迹的同时，提升了通行效率。因此，针对西安城区的这种情况，建立了历史遗迹反馈函数如下

O(n)=e1/[1+φ(n)]

(7)

该反馈函数是通过对自适应的反馈交通系统φ(N)进行求导所得，由于在反馈过程中，会产生一个道路影响因子的波动，为了减小这种波动，从而利用最小均方误差ε来判断自适应反馈系统是否稳定。

ε=|O(n)-O(n-1)|2-|e1/[1+φ(n)]-e1/[1+φ(n-1)]|2

(8)

在此，设定一个门限θ，当误差ε≤θ时，认为系统为稳定状态。

4 西安市历史遗迹保护道路交通评价

以西安市基于历史遗迹保护的道路交通评价为例，文中利用所设计的自适应反馈道路评价方法，对西安成熟交通的可持续发展提供指导作用。为了具有可推广性，依据《城市道路交通规划设计规范》和《城市交通管理评价指标体系》中的相关指标，建立6类7种评价指标对西安市基于历史遗迹保护的道路交通进行评价，各指标值见表1.

表1 现状评价指标标准Table 1 Status evaluation index standard

常用的评价指标权重确定方法有调查法和层次分析法(AHP, Analytic Hierarchy Process)等，其中, 层次分析法是目前普遍采用的评价指标权重确定方法。文中利用评价指标权重确定方法按照2018年6月1号到2018年7月31号之间2个月的数据，选取主干道网络影响因子、道路运输影响因子、历史遗迹影响因子、道路网与对外交通设施比重、道路系统与城市用地布局和道路系统功能分工与结构6类权重因子进行数据分析。将每日交通数据的平均车速、人均道路面积、道路运输影响因子3个参数通过中位数进行61 d的累加平均，并参照《城市交通管理评价指标体系》中的相关指标进行分数百分化处理，其他影响因子，通过《城市交通管理评价指标体系》中的相关指标结合评估区域的实际情况计算。根据以上单项指标评价标准和城市道路交通系统规划方案，以湘子庙为中心方圆5 km区域为采样区域，统计并计算各单项指标得分，结果见表2.

以长安大学渭水校区为中心方圆5 km区域为采样区域，采用和湘子庙区域相同的评价计算方式，统计并计算各单项指标得分，结果见表3.

表2 湘子庙单项指标得分Table 2 Single index score of Xiangzimiao

表3 长安大学渭水校区单项指标得分Table 3 Single index score of Weishui campus of Chang’an University

在重点保护历史遗迹的前提下，西安市道路交通规划对比表1和表2可以看出，以湘子庙为中心的地区交通可发展规模较小，主干道网络影响因子，道路运输影响因子，历史遗迹影响因子和道路系统与城市用地布局等多项数据均小于80，属于开发难度大的区域，难以进行新的交通规划予以开发。而长安大学渭水校区的道路规划中，主干道网络影响因子，道路运输影响因子，历史遗迹影响因子，道路网与对外交通设施比重，道路系统与城市用地布局和道路系统功能分工与结构等7项评价指标得分均大于80分，并且其中5项指标均大于90分，具有高度的可扩展性，有利于当地交通规划的开展。通过文中所提出的自适应反馈评价方法依据规划值对单项结果进行修正，能够得到更加准确的评价数据。为改善城市道路交通状况，保护历史遗迹遗址，走可持续发展道路，提供切实可行的评价指标。

5 结 论

1)城市道路交通系统评价中，所构建的主干道网络影响因子、道路运输影响因子和历史遗迹影响因子相互关联，有效的从道路拥堵，交通通行率，交通流量等多个方面反映城市道路交通系统的特征；

2)西安历史遗迹所特有的分布广，种类多，遗迹保护等级较高且不易移动的特点，在城市改造尤其是道路改造中如何分配，选择所需改革的道路具有很大的影响，文中所提出的基于历史遗迹反馈的自适应道路交通系统规划评价方法，可以有效得到西安城市基于历史遗迹保护的道路交通发展评价数据，从而实现对西安地区的整体道路交通评价；

3)自适应反馈评价方法通过规划值对单项结果进行修正，从而提出了新的历史遗迹保护下的道路交通评价方法优化，不仅有效的解决了原有道路交通评价方法对历史遗迹保护的忽视，同时也合理的解决了城市交通系统与历史遗迹保护同步发展所导致的客观矛盾。