基于城市用地约束的骨干路网规模计算方法研究

张伟略

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

0 引 言

城市骨干路网通常由外围的高等级公路和城市内部的主干路和快速路等组成，其承担了城市内主要的中长距离出行、过境交通，是城市交通系统中的骨架。在城市骨干路网的规划与建设中，路网规模过小将无法满足交通需求，造成交通拥堵，影响城市日常运行与经济发展；路网规模过大则会增加养护资金并占用土地资源，不利于城市集约化发展[1]。因此，在城市骨干路网规划与建设中如何合理确定其总体及各组成部分的建设规模，并充分考虑城市建设时的用地约束，使规划方案具有可实施性，愈发受到关注。

1 骨干路网规模影响因素分析

城市经济地理因素和交通需求是影响城市骨干路网规模的两大主要因素[2]。城市经济地理因素包括人口数量、市域面积、经济水平（GDP 总量）和城市空间布局等。通常面积越大、人口越多、人口密度越高、中心数量越多，则长距离交通需求越多，城市对外集聚与福射的能力越强，对道路等级和长度的要求就越高；而机动车保有量、交通发展战略、交通方式划分等将直接影响城市的出行需求量。机动车保有量是影响机动化出行量的基础性因素，而不同的交通发展战略也将直接影响城市路网规模。例如公交设施及轨道交通网较为完善的城市，机动车的出行比例相对会较小，对骨干道路的交通需求也会相对减小；而以私人小汽车为主导的城市，相对而言，其对骨干路网规模的需求将更大。

此外，骨干路网规模也受骨干路网本身建设形式的影响，如以间断流道路为主的骨干路网相比以连续流道路为主的骨干路网规模更大，快速路的匝道间距也会在一定程度上影响骨干路网规模。

路网规模与城市发展关系图见图1。

图1 路网规模与城市发展关系图

2 既有计算方法梳理

城市骨干路网规模计算常见的方法包括密度法、类比法、供需平衡法、节点重要度法[3]。

密度法主要根据城市骨干路网的线密度或是面密度的指标要求来推算城市骨干路网规模。在具体计算中，一般基于城市面积或依据规范中相关指标计算。

类比法根据既有运行良好的城市骨干路网密度情况，通过推理或论证来求得目标城市骨干路网密度。但在实际工作中，很难找到在各方面指标均相似的2 座城市，因此类比法通常仅作为参考。

供需平衡法的基本思路为从需求与交通容量平衡角度出发，依据“供给= 需求”的思想建立模型并求算骨干路网的合理规模，其中交通供给计算主要通过对道路长度、宽度、车道数、交叉口密度、匝道间距等因素的计算进而得出其交通供应量，需求则主要依据OD（出行起讫点）调查、交通需求预测等得出。

节点重要度法的核心思想为：首先将节点分成不同层次，具体可采用聚类分析法等，而后将不同层次节点依据重要度不同，采用不同等级道路相连接，最后重复上述步骤，连接各个节点，最终形成网络。

密度法、类比法简单易用，但针对性差、不严谨，通常仅作为参考。节点重要度法主要用于公路规划，城市道路规划中各节点重要度难于计算。供需平衡法是城市路网规模计算中最常用的方法，但目前计算方法中只可计算路网的等效面积或长度，对于骨干路网中快速路、主干路等各个组成部分的规模无法单独计算，并且对城市用地的约束条件考虑不足，导致对具体工作的指导不足，有待针对城市用地约束和不同等级道路计算方面对该方法进行优化。

3 基于城市用地约束的供需平衡法

3.1 计算步骤

参考以往类似研究成果[1，3，4]，针对骨干路网有连续流快速路和间断流主干路2 种类型道路组成的特点，同时受到城市用地约束的问题，对传统供需平衡法的计算步骤进行优化，主要计算步骤如下：

（1）计算城市交通需求。对已有OD 数据调查的城市可以OD 数据为依据，未进行OD 数据调查的城市可采用增长率法或生成率法等方法，将交通需求分为短途到发交通、长距离及对外出行交通、过境交通3 大类，根据实际情况分析3 类车流对骨干路网的需求。

（2）依据时空消耗法计算道路供给量。首先假定骨干道路全部为间断流主干路，由交通需求反算道路规模。

（3）判断在骨干路网全部由主干路组成的前提下，骨干道路面积率（通常为6%～10%）是否满足规划需求。如满足，则该城市骨干路网中不需建设快速路，仅需建设主干路等间断流道路，如不满足则需由快速路替换主干路。

（4）迭代计算，逐步增加快速路占骨干路网的比例，直至骨干路网容量满足交通需求。此步骤中，为防止交通需求过大时，迭代计算后骨干路网全部由快速路组成的情况，参考工程实践，当快速路与主干路比例超过1∶2 后，需增加规划路网面积率。

（5）以车道通行能力法对计算结果进行校核，如校核结果在误差范围内则接受，如超出误差范围则需增加道路面积率，重新进行迭代计算。

（6）根据城市实际情况确定各不同等级道路平均车道规模，计算道路长度。

供需平衡法技术思路方框图见图2。

图2 供需平衡法技术思路

3.2 计算方法

3.2.1 骨干路网交通需求计算

城市交通机动车流通常由过境、对外、市内到发3 部分组成，依据OD 数据调查或抽样调查取得总量数据，骨干路网对上述3 类车流的吸引系数通常可取0.8～0.9、0.6～0.8、0.4～0.6，具体计算方法见式（1）：

式中：Sd为骨干路网日均出行机动车总量，万pcu/d；D内为市内到发交通需求，pcu/h；D外为对外出行交通需求，pcu/h；D过为过境交通需求，pcu/h；P内为市内到发的吸引系数，参照国内实际运行情况，取0.4～0.6；P外为对外出行交通的吸引系数，参照国内实际运行情况，取0.6～0.8；P过为过境交通的吸引系数，参照国内实际运行情况，取值0.8～0.9。

高峰小时是城市道路供需矛盾之所在，高峰小时的交通需求量是决定道路网规模的决定性因素。骨干路网高峰小时出行机动车总量Sg（万pcu/h）利用式（2）计算：

式中：λ 为高峰小时系数，需根据调查确定，通常为8%～12%。

3.2.2 机动车安全行驶空间需求计算

基于行车安全角度，利用式（3）计算在骨干道路上安全行驶的机动车每次出行时所需空间[1]。

式中：C车为交通个体（车辆）平均占用空间，m2·h；L0为交通个体（车辆）的平均长度，m；L1为骨干道路上行车的平均安全保障距离，m；V为机动车运行速度，km/h；t1为司机的反应时间，s；ZV2为机动车刹车过程中的运行距离，m；b为1 条车道的宽度，m；t为骨干路网上机动车平均运行时间，h，该参数与城市规模、布局、路网结构等因素有关，需要通过调查确定。

3.2.3 骨干路网设施面积需求计算

在高峰小时内，城市骨干路网实际运行中受交叉口、非机动车干扰、匝道分合流交织等因素影响，其有效运行时间会产生一定程度的折减。利用式（4）计算该折减系数T，最后利用式（5）计算骨干路网设施总面积需求M总。

式中：B1为快速路、交通性主干路（连续流道路）占比；B2为主干路（间断流道路）占比；Bk为快速路、交通性主干路有效运行时间；Bz为主干路有效运行时间。

骨干路网设施总面积M总（m2）应为：

根据计算得出的骨干路网设施总面积和迭代计算中所取快速路与主干路所占面积比值，按照不同类型道路宽度，可推算其等效长度。

3.3 方法优缺点分析

基于城市用地约束的供需平衡法原理浅显易懂，计算简单，易于收敛，适用于各类规模城市。以城市道路面积率为核心控制指标，首先假定骨干道路全部由间断流主干路组成，在不能满足交通需求的情况下，逐步迭代增加连续流道路长度，符合国内工程建设中的实际情况。但计算所需主要参数依赖实地调查或工程人员经验确定，更为适合已有实际运行经验的建成区或城市快速路网系统构建等，在纯新建城市或组团使用时存在不确定性。

4 案例实践——上海市金山新城骨干路网规划

金山新城规划建设用地约41 km2，规划人口40 万，根据相关规划[5]，计算出其高峰小时出行量为2.36 万pcu/h；车辆平均长度取5.5 m、车辆行驶安全距离取5 m、司机反应时间取1.2 s、刹车过程中的运行距离根据40 km/h 时速取1.3 m，平均运行时间取0.4 h，道路宽度3.5 m。利用式（3）、式（5）计算得出金山新城高峰小时骨干道路有效供应面积需求M有效为142.36 万m2。

金山新城骨干路网总体结构为4 横3 纵，规划道路红线宽度30～45 m，道路等级全部为间断流主干路，经计算其总面积为173.75 万m2；考虑其交叉口折减后，高峰小时有效面积为102.72 万m2，不能满足高峰小时交通需求。利用前文所述方法，对金山新城骨干路网进行迭代计算，初始输入结果为骨干道路全部由间断流主干路组成，结果如表1 所示。

表1 金山新城骨干路网长度首次计算表

首次计算后发现，经过5 次迭代后快速路与主干路的比例已超过1∶2，但有效面积较需求有效面积仍有较大差距，说明金山新城在路网规划中，骨干路网长度不足。经过对新城路网的整体分析，考虑在新城北部新增1 条主干路，并纳入骨干路网系统中，再次进行迭代计算，结果见表2。

表2 金山新城骨干路网长度再次计算表

再次计算后发现，经3 次迭代后，所得出的计算结果即可满足交通需求。计算结果为骨干路网总规模53.3 km，其中快速路一类连续流道路12.2857 km，主干路一类间断流道路41.0144 km。

目前，位于金山新城北部的新沪杭公路已进入实质性推进阶段（见图3），依照一级公路标准建设，并在主要交叉口采用立交跨越，保证主线基本呈连续流运行，与计算结果相符。

图3 路网规模与城市发展关系图

5 结 语

针对目前交通规划工作中对于骨干路网规模计算方法存在的问题，基于过往研究成果，并根据骨干路网的组成特点，提出了基于城市用地约束的供需平衡法。所提方法可分别计算骨干路网中快速路和主干路规模及骨干路网总规模。新方法计算简单，易于收敛，适用于各类规模城市，但计算中所涉及的诸多指标需依赖工程经验或大规模调查，更适合已有实际运行经验的建成区。本文以上海市金山区金山新城骨干路网规划采用供需平衡法作为实例，证明了该方法具有较高的实用性。