开放城市小区对道路通行的影响

张 杰 张 力， 胡 鸿

(1.南华大学 经济管理与法学学院 衡阳 421001；2.湖南工学院 人因与安全工程研究院 衡阳 421002)

引言

封闭式住宅小区作为中国传统文化发展的产物，是我国居民常见的住宅模式。然而伴随着时代的发展，其逐渐暴露出种种弊端，已不再适合现代社会的发展需要。2016年，国务院发布的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出，我国新建住宅要推广街区制，原则上不再建设封闭住宅小区，已建成的住宅小区和单位大院要逐步打开，实现内部道路公共化。但上述意见一经推出，便受到社会舆论的普遍关注，引发激烈讨论。封闭式小区的开放必然会引起社区管理与生活模式的变化，牵涉群众的诸多利益，与中国百姓的传统观念产生碰撞。究竟封闭式小区如何开放才能缓解交通压力，优化街区网络结构，并且对居民的生活产生的影响最小，这也成为值得研究者探讨的热点话题。

针对这一问题，文章选取基于AHP的评价指标体系，建立量化的道路通行能力综合评价模型，分析商业型、住宅型及其办公型小区开放后道路通行能力，并根据模型结论，对小区开放提出合理化建议。

1 评价指标体系

为定量探究封闭式小区开放后对道路通行的影响，需要建立统一的指标评价体系进行衡量，查阅相关文献可知[1]，衡量道路通行能力的指标主要有小区内、外部道路通行情况以及小区面积和位置这三个方面，结合实际情况初步得到11个相关指标。常用的评价模型有模糊综合评价、主成分分析、层次分析法等。鉴于此问题缺乏必要的数据做支撑，综合比较发现，层次分析具有条理化、数量化等优点，因而可以采用层次分析法解决此类问题，并筛选得到七个影响指标。

1.1 衡量道路通行能力的指标

衡量道路通行能力的指标从小区内、外部道路情况以及小区面积和位置这三个方面进行选取，小区内部道路方面选取的指标有小区道路交叉路口个数、道路形状与人车分离程度；小区外部道路方面选取的指标有排队程度、交通流量、路段行驶速度、道路通行饱和度等七个指标；小区的面积及位置同样会对道路通行能力有一定的影响。具体指标及内涵见表1。

表1 道路通行能力评价指标及内涵

1.2 多层次综合分析影响能力模型

基于AHP法对同一个评价子目标层的考察指标进行分析，需要了解各个指标两两之间的重要性权重，依据重要性程度的传递性进行指标的两两比较，但比较存在一定的困难。这里以阳光花园小区为案例，参考相关文献[5]得到各项评分，结合数学期望与比较标准构建成对比较矩阵，并通过计算给出权向量(见表2和表3)。

表2 路段车辆平均行驶速度，反映道路的通畅程度

表3 道路影响综合评分

其中，n为不同人群对道路通行指标的评分数，xi为分值为n=ni的人数，可以得到离散随机变量n的数学期望：

(1)

通过计算得到以下构造成对比较矩阵

Bi,Bj为单个指标对小区开放的影响，aij为Bi,Bj的影响之比

(2)

通过计算w′=[-0.212 -0.212 -0.371 -0.318 -0.318 -0.371 -0.424 -0.371 -0.265 -0.212]，其进行标准化处理作为权向量w=[0.069，0.069，0.121，0.103，0.103，0.121，0.138，0.121，0.086，0.069]

理论上分析得到：如果A是完全一致的成对比较矩阵，应该有aijajk=ajk,但实际上在构造成对比较矩阵时要求满足上述众多等式是不可能的，进而要求成对比较矩阵有一定的一致性，即可以允许成对比较矩阵存在一定程度的不一致性。

由分析可知，对完全一致的成对比较矩阵，其绝对值最大的特征值等于该矩阵的维数。对成对比较矩阵的一致性要求，转化为要求绝对值最大的特征值和该矩阵的维数相差不大。

模型检验:

为了检验模型所选出指标的可行性，可以选定阳光花园小区为案例，通过查阅相关资料、交通统计年鉴和调查可以得到其内部与周围道路情况，以及小区的面积，进而可以以该小区为例构造的成对比较矩阵进行一致性检验。

对成对比较矩阵进行一致性检验：

衡量成对比矩阵A不一致程度的指标CI

(3)

其中λmax(A)是矩阵A的最大特征值，

成对比较矩阵A的随机一致性比率

(4)

其中RI一般为1.12，当CR<0.1时，判定对比矩阵A具有满意的一致性，经过计算，矩阵A的不一致程度是可以接受的。所以根据以上分析饱和度、交通流量、人车分离程度、排队长度、路段行驶速度、信号交叉口二次排队率、平均延误时间都有显著影响，所以可选做评价小区开放对周边道路影响的指标。

2 时间与道路通行模型

若考虑开放小区能否达到优化路网结构，提高道路通行能力的目的，以及改善的效果，则要分析小区周围车辆的通行情况。首先，可以直接衡量的指标是行驶时间，可以考虑建立行驶时间模型；其次，道路通行能力也能够反应对周边道路的影响能力。封闭式小区开放前以小区外主要道路的基本通行能力为主要考虑因素，开放后则存在小区外道路与小区内新开通道路两方面的因素，小区内包括非机动车路阻与行人等影响因素。由此，开放后小区实际通行能力便可以进行量化分析。本文以道路通行能力、道路饱和度情况与车辆在小区内外的运行时间作为评判标准，来探究其影响。

2.1 小区开放对道路通行影响的时间模型

行驶时间是判断车辆与行人出行便捷性的重要指标。本文通过研究路阻函数，获取各路段的路阻函数再分配交通量计算路程的实际用时。在美国联邦公路局路阻函数(BPR函数)[6]的基础上增加非机动车因素对路阻的影响，以此来完善路阻函数。

未改进的BPR阻抗函数为：

tij=aij+bijfij

(5)

当路段非机动车与机动车不分离时，需要加入非机动车和行人对车辆的干扰情况进行进一步的分析。

干扰系数的公式为：

(6)

其中：μ1表示非机动车对机动车干扰系数；q表示道路上实测到非机动车的交通量；Q非机动车道每米的设计通行能力；w1为单向非机动车宽度，w1为单向非机动车道的宽度。

表4 行人干扰修正系数的建议值

下面以非机动车对机动车辆的通行有无影响改进阻抗模型。

改进后的BPR综合阻抗函数模型为：

(7)

2.2 道路通行能力

(1)基本通行能力

基本通行能力是道路与交通处于理想状态下，单车道在单位时间内能够通过的最大交通量[7]，在理想条件下，车道宽度应大于3.5m，路旁的净宽不小于0.75m。交通理想状况则是指单一标准型汽车，在一条车道上以相同速度行驶，前方无任何干扰，建立一个最大交通通行量模型，即基本通行能力[8]。

(8)

其中：t0表示车头最小时距(s)；v表示车流速度；l0表示车头最小间距；lc表示车辆平均长度；lz表示车辆的制动距离；lf是司机在反应时间内车的行驶距离；la表示车辆间的安全距离。

(9)

(2)实际通行能力

实际通行能力，在具体位置单位时间通过某一断面的实际最大交通量， 在现实中同方向车道数不止一条，同向行驶车辆可能会变道，超车、减速等突发行为，还可能会受到非机动车及出入口的影响，所以把车道对通行能力的影响用α车道数表示，若定靠近中央分隔带与道路中心线修正系数α车道数为1，则第二条车道为0.80～0.89，第三条为0.65～0.78,第四条为0.50～0.65，第五条车道为0.40～0.52[6,8]。

交叉口对路段通行能力用α交表示

(10)

参考相关文献[9]，快速道交叉路口间距设计行车速度60～80km/h；主干道交叉路口间距600～1000m,设计行车速度40～60km/h；次干道交叉路口间距400～600m，设计行车速度40km/h；支路交叉路口间距200～400m，设计行车速度30km/h。本文取主干道交叉路口间距800m，次干道500m，支路300m。而与设计行车速度最为密切相关的，可以反映城市车道能够通过车辆数的是车道的通行能力(见表5)。

表5 城市道路一条车道的通行能力

信号灯对路段通行能力的修正系数为：

(11)

路阻对道路通行能力的修正系数为：

(12)

车道宽度与路段通行能力关系密切，当车道的宽小于规范规定的3.5m时，会影响车辆运行速度，参考国内外研究成果[8,10]，给出车道宽度修正系数(见表6-7)。

表6 不同设计车速等级道路交叉口修正系数

表7 不同车道宽度修正系数

综合以上因素，对实际道路通行能力进行修正，模型为

C实际=C基·α车道数·α交·α车道宽·α信号灯·α路阻

(13)

开放后道路实际通行能力可以表示为

C开放后=C外+C内

(14)

结合上述模型可以看出，封闭式小区开放后的道路实际通行能力由外部道路的实际通行能力加上小区内部的实际通行能力。

2.3 道路饱和度模型的改进

由于封闭式小区开放后外道路实际通行能力与开放前实际通行能力具有较大的相关性，为避免其原有道路因素的影响，可以考虑用改进后的道路饱和度模型进行衡量。

这里不仅利用车道的基本通行能力，同时引入小区开放后外部道路的交通车流量这一变量综合考虑。对此，可以对饱和度进行定义：

(15)

采用此改进模型可以更加直观的对比出小区开放前后小区交通区域的整体交通情况，便于做出小区开放前后对道路通行影响的评价分析。

运用控制变量法进行分析，可以分析得到道路交叉路口数目的增加会导致平均延误时间增加，道路通行能力下降。道路的设计通行能力越大其实际通行能力一般也较大。其他条件不变的情况下车流量越大，道路饱和度越大，道路越拥挤。

3 小区开放后周围道路通行影响

现实生活中小区的类型不一，为定量比较各个类型小区开放前后对道路通行能力的影响，在查阅相关文献资料[11]后，结合小区结构，周边道路结构和车流量，构造商业型、住宅型、办公型三种有代表性的小区，根据各类型小区的道路特征，讨论小区开放前后内外道路的交通通行情况。

3.1 道路路况简介

根据《城市道路交通管理指标体系》创建三种类型小区内外部道路数据，可以得到各类型小区内外道路情况，其基本路况如图1。

图1 各类小区内外部道路路况

3.2 定量比较

结合实际情况，以阳光花园小区为例，在不同时间段交通拥堵情况不一样的，一般上下班高峰期的交通流量与车行速度是不同的。由于道路不一样交通状况也不一样，于是选取了商业区、住宅区、办公区的一条主干道sz1、bz1、cz1作为主要研究路段，综合不同类型的小区的一般情况及外围开放小区的交通数据模拟了一个实际观测值，分别分析小区开放前与开放后的交通拥堵情况，通过对车流量的分析的到下列对照图(图2-4)。

图2 商业型小区

图3 办公型小区

图4 住宅型小区

观察折线图，小区开放后明显比开放前交通更通畅，用同样的方法分析车速，得到相同结果。

3.3 基于饱和度的模型对比

小区开放后整体支路会增多，选取重要的开通口研究，其道路分布如图5。

图5 小区开放后道路分布图

通过Matlab软件计算，可以得到基本通行能力、实际通行能力等数据，仅列出开放后商业型小区周围道路情况，见表8。

表8 商业型小区周围道路情况

道路饱和度计算结果由表9给出。

表9 道路通行饱和度

由表9得到的结论同样是小区开放后会提高交通的通行能力，与以上分析一致。通过上面三个不同类型的住宅区分析可以得到，商业区经济比较达，内部道路较为杂乱，开放前后车流量无显著性差异，因而商业区可以考虑不对外开放,办公区与住宅区可根据实际情况选择性开放。

3.4 Wilcoxon符号秩检验

运用SPSS22.0对三种类型小区开放前后的数据进行两配对样本Wilcoxon符号秩检验，由表10可知，双尾的二项分布累计概率为0.003(单侧为0.0015)，假设显著性水平为0.05，由于概率P值小于显著性水平，因此可以拒绝原假设，即认为商业型小区开放前后车流量有显著性差异，因而商业型小区适宜开放，但结合实际情况商业型小区路网交错复杂，可暂时不考虑开放。

表10 检验统计量b(商业型小区)

同理，由表11、12可知，办公型小区、住宅型小区适宜开放。

表11 检验统计量b(办公型小区)

注：a.基于负秩；b.Wilcoxon符号秩检验。

注：a.基于负秩；b.Wilcoxon符号秩检验。

表12 检验统计量b(住宅型小区)

注：a.基于负秩；b.Wilcoxon符号秩检验。

4 结论与建议

4.1 结论

第一，道路饱和度，交通流量，人车分离程度，排队长度，路段行驶速度，信号交叉口二次排队率，平均延误时间对道路通行能力具有显著影响，若打算开放城市小区可以通过完善以上指标来缓解交通压力，提高道路通行能力。

第二，整体来看，可以得到城市小区开放对交通压力具有一定的舒缓作用，但小区的类型、位置等具体情况不同，对于是否适合开放这一问题有待考量。例如本文构建的住宅型、办公型小区适宜开放，商业型小区不适宜开放，因而小区是否全面开放应结合小区的实际情况，因地制宜选择性开放。

4.2 建议

4.2.1 对交通管理部门的建议

在小区整体方面对于一些基础设施落后，居民以老人为主的小区，可以考虑不开放；在居民安全方面可以考虑增加安保人员，完善监控设备等措施，同时住宅型小区应内禁止鸣笛，减少噪音的影响以及进行道路人车分离的方法减少行人和非机动车对机动车的影响；在小区道路方面，从车流量的时间分布图中可以发现各类小区都存在着车流量的高峰时段，例如住宅型小区的上班高峰期，建议对特殊时间段禁止经过开放式小区以免造成小区内部的交通拥堵，同时可以考虑禁止路边停车，对通行车辆进行限速，在小区内配备红绿灯等建议。

4.2.2 对城市规划部门的建议

在小区选址方面，通过分析可以发现小区周围的道路如果多为主干道和次干道,例如商业小区，这样位置的封闭小区不适合开放，如果开放反而会妨碍周围道路车辆的通行。所以建议尽量不要对已有的商业小区进行开放式改造，以后的城市建设规划中可避免再建造封闭的商业小区。对于小区道宽，由于修正系数—车道宽对道路通行能力存在直接影响，因而可以通过增加机动车道宽度，即单车道道宽增加为3.5m；对于信号灯设置，由道路平均延误时间的公式不难发现，信号灯的设置会大大增加道路的平均延误时间，所以小区内部的交通建设中应避免使用信号灯，可以建造环形岛来解决小区内部交叉路口的会车问题。