大型专用停车库出入口数量与服务时间的计算方法

祝华婷，胡 盼，朱全军

(1.上海紫竹新兴产业技术研究院，上海 201100;2.上海济祥智能交通科技有限公司，上海 200092;3.湖南省交通科学研究院，湖南长沙 410015)

0 引言

随着城市小汽车保有量的不断增加，城市停车的需求也随着越来越大。各种高容量、智能化管理的停车设施在城市中，尤其是高密度开发区不断涌现，这就对停车、收费系统、排队等提出了问题。

目前流行的智能停车管理系统普遍拥有多级停车诱导、车辆自动识别、出入口智能控制、智能收费管理、自动泊车引导、车位自动检测等功能。这些功能提高了停车场管理效率、停车设施资源的利用率以及增强了停车场的安全性，并且在一定程度上缓解了周边的交通压力。但是，随着停车场容量需求的不断增大以及对服务质量要求不断提高，智能停车场的规划、建设的难度也随着增加。主要体现在:①高峰小时过度集中的车流量容易造成停车场出入口的交通拥堵，即降低了停车场的服务水平和地区路网的服务水平;②在保证停车场服务质量的前提下，停车场泊位数量以及出入口缺乏合理的规划方法，容易造成停车场容量不足或者资源利用率低下。因此，在智能停车场规划过程中，必须对停车场出入口服务时间、出入口数量以及车位数量进行合理的规划，做出适当的计算和预测，确保满足一定的停车库服务水平的需要，并且控制其对路段动态交通的影响程度，满足城市规划和交通管理的需要。

1 停车场库出入口交通特性

停车场按照车辆性质可以分为:机动车停车场、非机动车停车场;按照停车场的服务对象分为专用停车场、公用停车场。停放方式和特点分析如下。

1.1 车辆停放方式

1)平行式:平行式停车车身方向与通道平行，是路边停车带或狭长地段停车的常用形式。特点:所需停车带最小，驶出车辆方便，但占用的停车面积最大。用于车道较宽或交通较少，且停车不多、时间较短的情况，还用于狭长的停车场地或作集中驶出的停车场布置，也适用停放不同类型车辆及车辆零来整走。例如，体育场、影剧院等停车场。

2)垂直式:垂直式停车车身方向与通道垂直，是最常用的停车方式。特点:单位长度内停放的车辆最多，占用停车道宽度最大，但用地紧凑且进出便利，在进出停车时需要倒车一次，因而要求通道至少有两个车道宽。

3)斜放式:斜放式停车车身方向与通道成角度停放，一般有 30°、45°、60°三种角度。特点:停车带宽度随车长和停放角度有所不同，适用于场地受限制时采用，车辆出入方便，且出入时占用车行道宽度较小。有利于迅速停车与疏散。缺点:单位停车面积比垂直停放方式要多，特别是30°停放，用地最费。

1.2 停车及发车特点分析

1)前进式停车、后退式发车:停车迅速，发车费时，不宜迅速疏散，常用于斜向停车;

2)后退式停车、前进式发车:停车较慢，发车迅速，平均占地面积少，是常用的停发车方式;

3)前进式停车、前进式发车:停车迅速，发车迅速，但平均占地面积较大，常用于公共汽车和大型货车停车场。

2 停车场库模型及评价

2.1 计算模型

停车场的车流状况与出入口车辆服务时间的分布具有以下特征。

2.1.1 输入过程

泊松输入——车辆到达时距服从负指数分布。

2.1.2 排队规则

等待制——车辆到达时，若所有服务台均被占，它们就排成队伍，等待服务。服务次序先到先服务。

2.1.3 服务方式

停车场运行过程中，每一个出入口每次只服务一辆车，服务时间的分布符合负指数分布，即每辆车的服务时间相互独立，服从相同的负指数分布［1］。

符合以上三个条件的服务问题可运用排队论来解析。排队论是研究“服务”系统因“需求”拥挤而产生等待排队的现象，以及合理解决“需求”与“服务”关系的一种数学理论，或称“随机服务系统理论”［2］。停车场的出入道一般为一条，可视为“单通道服务”。因此，停车场出入道服务系统为M/M/1或M/M/S单通道随机服务系统。

2.2 评价指标

为了合理规划停车场出入口服务时间，出入口的数量以及停车场容量，应该选取合适的指标作为评价标准。

在停车场(库)使用的可行性评估中，以其入口处排队车辆长度是否对相邻道路造成较大影响为评估的主要标准;另外，车辆的平均等待时间涉及到车库服务水平，也是重要的参考标准［3］。

由于车辆的平均排队等待时间w与平均排队长度L成正比(L=w·λ)，因此可以用平均排队长度L作为停车场交通影响评估和服务质量水平的参考标准。

文中将停车库服务水平如下定义，高峰小时内，出入口无车排队时服务水平定义位A级;只有1辆车排队时定义为B级;只有2辆车排队时定义为C级;排队车辆大于2辆时定义为D级。

3 计算方法

根据以上分析，可以用排队论的方法描述停车场出入口车辆的排队等候问题。下面以一个简单的智能停车场管系统为例，按照M/M/1随机服务系统理论计算出入口的服务时间和停车场泊位数、出入口个数、排队长度之间的关系。

由排队论的推导公式可知:

式中:λ为平均到达率;μ为接受服务后的输出率;ρ为交通强度(利用系数)平均排队长度。

式中:T为车辆在出入口的服务时间;t为停车场所有车辆进入或出入的时间;N为出入口个数(以单进单出出入口为例);Q为停车场泊位数。

根据式(2)和式(5)可以计算出在不同服务水平下，出入口单进单出设计的停车库，在高峰期1h内，其出入口应达到的服务时间要求。计算结果如表1。

表1 高峰小时停车库服务时间计算结果表

4 工程应用实例

4.1 分析计算

以某市行政中心、文化中心地下停车库出入口个数规划为例。停车库分两期建设，一期建设300个车位以及2个单进单出的出入口，二期建设700个车位，经调查高峰期为半小时。为了确保建成后，停车库车流高峰期运行畅通，不产生大规模排队现象，即最多只有1辆车排队，对出入口闸机的服务时间和出入口个数进行分析计算，以得出合理的规划方案。考虑到高峰期各个出入口的车流量并不平均，即有的出口流量较大，有的出口流量较少，因此取不同的流量需求水平进行计算，计算结果如表2。

表2 出入口服务时间计算表

根据以上计算结果可知:

1)一期建设中:

为使进出口在上下班高峰期间达到最多只有1辆车排队的服务水平，系统延误(含减速、服务时间、加速三部分)应控制在6s左右。

2)二期建设中:

若为6个出入口，系统延误必须在6s以内，才能保证不出现排队现象;

若为5个出入口，系统延误必须在5s以内，才能保证不出现排队现象;

若为4个出入口，系统延误必须在5s时基本满足流量需求，但会出现小规模排队，服务时间在4s内将运行通畅。

故通过以上计算，为了确保高峰时段停车库出入口运行畅通以及服务设备的实际性能，地下车库出入口应为6个，且服务时间控制在6s以内为宜。

4.2 仿真验证

4.2.1 服务时间的仿真验证

将高峰小时内车辆每5min的到达率进行分配，可得地下车库高峰小时内流量大致的时间分布图。见图1。

图1 高峰小时流量分布图

根据上述的流量分布情况，通过交通微观仿真软件VISSIM，模拟停车库出入口出入过程，并分别给出停车场高峰小时和最高峰的15min内车辆排队所产生最大排队长度和延误值。见图2。

图2 高峰小时排队长度和延误流线图

从以上仿真结果可知，高峰小时和最高峰15min期间，停车场闸机延误和排队长度在6s以后大幅增加，因此，停车场闸机服务时间应控制在6s以内才能确保高峰期运行畅通。

5 结束语

本文分析了停车库出入口车流的运行特征，探讨了停车场高峰小时内不同的服务水平下，对应的闸机服务时间、泊位数及出口数量的计算方法，给出停车库出入口服务时间和数量的应用实例，并运用交通仿真和计算通行能力的方法进行了验证。结果表明，该计算方法在停车库规划中确定出入口服务时间、出入口数量以及泊位数，以确保高峰期顺畅通行具有有效性和准确性。

［1］邓兴栋，王 波.全自动立体停车库服务质量评价方法探讨［J］.重庆交通学院学报，2003(1).

［2］谭 峰.排队论在停车场设计中的应用［J］.现代交通管理，1998(1).

［3］王勇智，马 佳.我国城市公共停车场后评价理论研究［J］.城市交通，2007(10).

［4］关宏志.停车场规划设计与管理［M］.北京:人民交通出版社，2003.

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