封闭社区对城市路网作用机制分析

吕婷婷，林 丽，李 伟

(南京林业大学汽车与交通工程学院，南京210037)

封闭社区 (Gated Community)兴起于二十世纪六七十年代的美国，在新自由主义和经济全球化的背景下，城市空间的私有化成为人们从公共领域和公共责任中撤出的一条途径［1］，一些城市传统社区为加强居住安全和减少过境交通也不断将社区街道封闭［2］。

Blakely和Snyder［3］首先提出了封闭社区的概念，即被围墙或栅栏包围，将空间私有化并限制他人进入的居住区。20世纪90年代以来，各国的城市研究学者分别从社会学和地理学等视角研究封闭社区的出现对城市政治、经济、社会和文化多方面的影响，但鲜有研究封闭社区对城市交通网络系统所造成的影响，因此本文另辟蹊径，以探讨封闭社区对城市道路系统的影响机制为主线，分析了封闭社区的交通特征及其原因，并重点从路网密度、非直线系数和连通度3个要素定量分析了封闭社区城市道路网络的影响，并据此把封闭社区对城市路网效益的影响表征出来。

1 封闭社区的交通特征

和传统的居住小区相比，封闭社区由于四周边界 (一般为绿化带和铁栅栏等)与周边路网严格分离，并且社区内部用地性质和交通特性相似，因此可以把其视为一个相对独立的交通小区来进行研究［4］。封闭社区是一个独立的客流发生源和吸引地，然而对于过境交通却有非常明显的屏蔽作用，因为封闭社区只允许本小区车辆进入和穿越，而将其他社会车辆拒之门外。因此封闭社区的交通流线与传统居住小区相比，具有显著的排他性。

从交通量的时间分布上看，传统居住区除了上下班的通勤交通外，还有大量发生在小区内部邻里间的交通，因此在这种居住区中，早晚高峰和平峰之间交通量的差异并非很大;而封闭社区大多使用地下车库，致使社区内部居民之间彼此的联系非常少，所以其交通发生在时间上具有明显的集中性特点，大量交通集中于早晚高峰时间［5］。

2 对城市路网指标影响

2.1 路网密度

路网密度是指城市中所有的道路总长度与城市总面积之比，路网密度的高低直接影响了城市街道可达性的大小［6］。由于封闭社区内部道路具有排他性，因此社区内部道路不能算作城市公共道路的一部分。封闭社区对城市道路网减少的密度Δ为:

式中:Lij为城市建成区中第i个封闭社区中的第j条道路的长度，假设一座城市中共有n个封闭社区，第i个封闭社区中有m条与城市路网隔离的道路，S为城市建成区的面积。显然Δ值越大，封闭社区对城市道路影响越大。

2.2 非直线系数

非直线系数为两点 (小区)间的路上实际距离比两点间空间直线距离，它是评定路网易达性的重要指标。下面就最常见的矩形和三角形街坊讨论封闭社区对道路非直线系数的影响，如图1所示。

图1 非直线系数影响示意图Fig.1 Influence diagram of non-linear coefficient

为显示出封闭社区对交通易达性的重要影响，这里的非直线系数特指两点间由于封闭社区所导致的最大绕行距离与两点之间直线距离之比。

在图1(a)中，由于封闭社区的阻隔，因此非直线系数的表达式为:

在社区面积一定时，当街坊形状近似为正方形的时候，至多需比原来多绕行1倍的距离。

在图1(b)中，由于封闭社区的阻隔，在这种情况下非直线系数的表达式为:

显然，γ的角度越小，DAB的值越大，也就意味着绕行更多的距离。

2.3 连通度

路网的连通度指的是与路网总的节点数和总的变数有关的指标，连通度指数越高表明路网中的断头路越少，成网率越高，反之则表明成网率越低［7］，其表达式为:

式中:J为路网连通度指数;N为网络中总节点数;M为路网中边数总和。假设某一封闭社区中有P条纵向道路、Q条横向道路与城市路网相连，还有n条与城市道路相连的尽端路，如图2中的虚线框里部分所示。在整个网络中存在封闭社区以后，矩形社区减少的节点数为PQ个，减少的边数为 ［P(Q+1)+Q(P+1)］条，对路网连通度的减少值δR为:

图2 路网连通度系数影响示意图Fig.2 Influence diagram of network connectivity

同理，在三角形街坊中，

从公式 (6)中可以推导出，在理想状态下，矩形封闭社区的路网连通度比非封闭时下降了［(PQ+2P+2Q+4)/(2PQ+3P+3Q+4)］%。因为P、Q为自然数，绘制出在不同P、Q取值组合下路网连通度下降百分比的散点图。同理，在理想状态下，三角形封闭社区的路网连通度比非封闭时下降了 ［Q/(5Q+9)］%(如图3所示)。

从图3中可知，在矩形社区中，当P=1或Q=1，整个路网连通度最低，其下降幅度超过了85%;而在三角形社区中，随连接外部路网的路的数量的增加，其连通度变化趋势与矩形社区相反。因此矩形社区在规划的时候，应尽量避免出现上述情况。

图3 理想状态下矩形社区 (a)和三角形社区 (b)连通度下降百分比散点图Fig.3 Scatter diagram of decline percentage of rectangular community(a)and triangle community(b)in ideal state

为了研究连通度变化速率，对δT和δR分别求二阶导数，并对P、Q分别取整数值，得到理想状态下社区连通度变化速率图，如图4所示。

图4 理想状态下社区连通度变化速率图Fig.4 Changing rate of community connectivity in ideal state

由图4可知原本被截断的路的条数对路网连通度影响的阈值为6，即当P和Q的值大于6时，对外连接路数量的增加对封闭社区和城市路网连通度的变化几乎没有影响;并且当封闭社区连接外部路网数量在3条以下时，矩形社区的下降速率大于三角形社区，而在3条以上时，矩形和三角形社区路网连通度的变化速率趋于一致。

3 对城市路网效益的影响

为了量化封闭社区对邻近路网效益的影响，本文用基于时间的交通影响分析 (T-TIA)法进行延误分析，现假定如下:原直行车辆 (沿图5中虚线方向)因封闭社区受阻，通过封闭社区周边道路 (如图5箭头方向所示)绕行;车辆的到达服从泊松分布;所有交叉口为信号控制交叉口，且交叉口所有左转车辆都有专用车道。其总延误表达式为:

图5 封闭社区延误影响分析(左图为矩形社区，右图为三角形社区)Fig.5 Delay influence analysis of gated community of rectangular community(a)and triangle community(b)

公式 (12)为总绕行延误公式，其中Tij和Sij分别为在绕行第i和第 (i+1)个交叉口时，封闭社区周边道路所产生的交叉口延误和路段延误(单位s，下同)，D为总延误。

公式 (13)中Tc为信号周期，s，λ为交叉口绿信比;x为饱和度，q0为进口道的背景交通量，辆/h，Qμ为绕行车辆所致的交通量，辆/h;μ为上游绕行车交通量，辆/h;C为对应交叉口进口车道的交通量分配系数;Tij为设计通行能力 (取2 100辆/h·m)。

公式 (14)V0为背景交通量，Qθ为由于绕行所附加的路段上的交通量，θ为对应路段上的交通量分配系数;t0为零流阻抗，s;α，β为阻滞系数，取α=0.15，β=4，v为路段设计车速，km/min;L为路段距离，m。

为了获得封闭社区绕行车辆数增加 (0～500辆/h)而产生的延误曲线，对南京某封闭社区周边道路进行实地观测，数据见表1。

表1中，AVEr和AVEt分别为矩形社区和三角形社区的平均值，将其代入公式 (12)～(14)中得到如图6所示的延误曲线。

表1 延误公式参数取值Tab.1 Parameter of delay formula

图6 矩形和三角形封闭社区延误曲线Fig.6 Delay curves of rectangular community(a)and triangle community(b)

从曲线中可以看出，当由于封闭社区而绕行的交通量达到350辆左右的阈值时，延误急剧上升并且保持上升的趋势。

5 结论

(1)可以通过合理的路网规划，适当提高道路密度、增加封闭社区周边道路的连通度和可达性，对于矩形封闭社区而言，应当最大限度减少主流交通方向上的绕行距离 (减少该方向上的 a值);对于三角形社区而言，应控制好放射路之间的角度 (增加γ角度)。

(2)封闭社区通过对路网连通度的影响，降低了城市的路网效益，增加了延误［8－9］，本文通过对延误公式规律的分析，得到了三角形和矩形封闭社区的延误增加的阈值，因此当预测的绕行车辆数达到或超过此阈值时，应采取相应的管理和工程措施减小路网延误。

(3)研究封闭社区对城市交通影响的发生和作用机制无论是对于城市规划还是交通规划，都具有直接的现实意义［10－11］。本文仅从道路网络系统这个层面探讨了封闭社区和城市交通之间的联系，除此之外还有许多方面值得学者们进一步研究，如封闭社区对城市路网影响评价机制的构建，封闭社区与城市综合交通规划以及城市路网等级结构等之间的互动机制等。

［1］Davis M.Ecology of Fear［M］.London:picador，1998.

［2］Newman O.Defensible space:a new physical planning tool for urban revitalization ［J］.Journal of the American Planning Association，1995，61(2):149 －155.

［3］Blakely E J，Snyder M G.Fortress America:Gated Communities in the United States［M］.Washington D C:Brookings Institution Press，1997.

［4］刘灿齐，现代交通规划学［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［5］徐吉谦.交通工程总论［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［6］任春阳，高密度方格路网与街道的演变、价值、形式和适用性分析——兼论“大马路大街坊”现象［J］.城市规划学刊，2008(2):53－61.

［7］冯树民，城市道路网结构形式的评价［J］.哈尔滨工业大学学报，2007，39(10):1610 －1613.

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［11］熊 琦，刘小明，王 丽.交通影响分析中基于时间的交通影响范围量化方法研究［J］.公路交通科技，2004，21(11):78 －81.