城市中心区多核结构的交通输配体系定量研究

杨俊宴 史北祥 任焕蕊

(1东南大学建筑学院,南京 210096)

(2南京市规划设计研究院有限责任公司,南京 210005)

(3东南大学城市与建筑遗产保护教育部重点实验室，南京 210096)

城市中心区是位于城市功能结构的核心地带,以高度集聚的公共设施及街道交通为空间载体[1],以特色鲜明的公共建筑和开放空间为景观形象,以种类齐全完善的服务产业和公共活动为经营内容,凝聚着市民心理认同的物质空间形态.由于城市中心区拥有城市最集中的商贸金融等高端服务产业,只能在交通输配条件最优的地区培育产生[2];同时特大城市中心区内人群的拥挤程度和人流、车流量交叉穿行也属最高[3],导致中心区内道路的通达性较低,进而限制车辆高效到达或穿越中心区,交通问题最终又制约了中心区规模拓展与质量提升.因此,城市中心区与输配交通的演变相互影响,是不可分离的有机整体,如何提升输配交通效率是优化中心区交通结构的关键所在.

随着我国城市化进程的深化,大量城市尤其是特大城市中心区逐渐发展成为多核心空间结构[4],这是城市空间发展的客观规律.而从中心区多核结构来看,其主核、亚核的分布也与输配体系的不同结构有着密切的空间关联和规律性特征.本文从特大城市中心区多核结构的输配体系方面入手,对其空间形态的输配效率进行分析,计算道路级配与硬核等其他构成之间的关系,剖析其内部结构性规律.

1 中心区输配体系概念界定和形态类型分析

1.1 中心区输配体系的概念与组成

输配体系由城市中心区内的各级道路(道-街-巷)混合构成(见表1),联通中心区内各种职能,承担着人流、车流、物流的输出与配送[5],串联起中心区内主核、亚核、阴影区及边缘区等不同构成,形成整个中心区多核结构的交通框架,带动复杂中心区的发展与提升.根据其形态的差异,将中心区多核结构的输配体系骨架划分为输配轴和输配环2种结构.

1) 输配轴.道路从中心区较为核心的地区往外延伸,大多成放射状或正交棋盘状的轴线形态[6].输配轴两侧密布公共服务职能建筑,为中心区迅速配给并疏散交通.根据多核结构的不同形态差异，可分为十字轴、海星轴和复杂网络轴,如南京新街口中心区为中山路和汉中路组成的十字输配轴,而郑州二七中心区为主干道向心汇聚的海星状放射轴.

2) 输配环.道路多为环绕主核的圈层状,主要起到中心区内各个硬核间的联通功能[7],均质处理中心区内的车流,促使多核结构渐臻完整.成熟的多核结构中心区输配体系有内输配环、中输配环以及外输配环3层.内输配环即硬核周边道路所围成的环路,主要解决硬核圈层内各地块的交通问题,同时,大量停车、货运入口均依托内输配环解决;中输配环沟通了亚核圈层,在解决各亚核到达交通的基础上,也承担了快速分解中心区内部交通压力的功能;外输配环位于中心区边缘,其主要功能是疏解穿越交通,进一步分散到城市交通系统中.3层输配环有着各自的不同特点及功能,并通过相互配合形成了中心区完善的道路交通体系,分层解决中心区各个圈层间的疏散与到达问题,并与输配轴相结合,形成了完整的中心区输配系统,同时也成为中心区空间的形态构架和中心区发展的重要支撑.

表1 城市多核结构中心区的输配体系

1.2 中心区输配体系的形态类型

根据各个城市中心区多核结构出现的各种不同空间形态,大致将其分成环形、扇形和线形3种典型模式,不同模式的中心区,其输配体系呈现出不同的发展状态.

1) 环形多核结构.成熟的多核结构中心区模式,输配体系发展最为成熟,由输配轴与输配环混合构成,成为强轴强环式发展模式.如南京新街口中心区十字输配轴叠加3层输配环的输配体系结构.

2) 扇形多核结构.受湖、河、江等地形限制,发展偏于一方,由输配轴与半输配环所构成,往往在此类中心区内发展的重点在输配轴上,线性发展趋势较强,沿半环形输配环向外延伸,形成较为独特强轴弱环式输配体系,如杭州延安路中心区.

3) 线性多核结构.此模式中心区多沿路呈带状发展,基本属于多核结构的雏形阶段.输配体系发展不完善,主要由输配轴构成,基本为强轴无环式发展模式,串联各个主、亚核,构成整体,如武汉江汉路中心区的“之”字形输配轴等.

2 中心区输配体系效率分析

多核结构中心区内的交通输配是一个体系化的发展模式,输配轴和输配环相互结合,在不同层面上起着不同的作用.在对中心区进行调研的过程中发现,输配体系的综合效率问题是其关键所在,而这一问题与单核中心区又有着本质区别.单核中心区中,交通的重心以中心区硬核为主,交通出行的目的较为明确,交通关系相对简单[8].而在多核结构中心区中,由于诸多硬核的分工与协作,导致中心区内交通关系复杂、多变,交通出行目的难以明确.与单核中心区不同,多核中心区还存在各个硬核之间的交通流动,这种交通流动更加频繁,也更加复杂.多核结构中心区中,中心区总体层面输配体系与各硬核输配体系的层级分工与协作,以及各硬核之间输配体系的冲突与协作变得更加难以判断与评价.因此,本文从多核中心区的整体交通关系入手,采用能够客观反映中心区交通输配效率的多项指标构筑评价体系,即路网的连结效率、通达效率、经济效率和荷载效率等方面进行评价剖析,对多核结构中心区交通输配效率进行分析与评价.

2.1 输配体系的连结效率分析

输配体系的连结效率分析主要分为路网连结度分析和数据分析2个方面.

1) 路网连结度分析.路网连结度是分析中心区内路网的连结效率指标,其值为中心区内道路路段数和道路交叉节点数之比,反映了路网的顺畅度和成熟性[5]，即

式中,L为中心区内路网连结度指数;S为中心区内道路交叉节点数;Mi为第i节点的路段数;M为中心区内的网络总路段数.在中心区内,若某一道路交叉点的道路交接模式为丁字路口,则该节点有3条边(路段),其连结度为3,穿越此节点的交通流通过这3条路段输配出去;如果该节点路网为正交联通方式,则此节点的连结度为4,则由4条路段向外发散交通流;依此类推,道路交叉节点的路段数越高,则交通越便捷,向中心区外部输配人、车流将会更加高效.中心区范围内,道路交叉口多由丁字路口和十字路口等构成,如丁字路口所占比例过大,将严重影响中心区的路网畅通度,反之则能获得通畅、高效的路网结构.中心区输配体系的路网连结度与中心区路网的节点数和路段数直接相关,受中心区用地面积、路网密度等因素影响,变化浮动较小,一般在3～4之间.

2) 数据分析.如图1所示,合肥长江中路中心区连结度以3.604居首位,武汉江汉路中心区以3.548居第2位,两者连结度均大于3.5,属第一梯度值;徐州淮海路中心区、广州天河珠江新城中心区路网连结度属第二梯度,在3.3～3.5之间;南京新街口与无锡崇安寺中心区则属第三梯度,且无锡崇安寺中心区则以3.272居末位,中心区的路网连结效率最差.图1表明,中心区的整体连结度大部分小于3.5,只有合肥长江中路中心区与武汉江汉路中心区的连结度标注值大于3.5,其他中心区依次降低,交通连结效率较差.

连结度标准数值越大表明道路的整体连结度越好,分值越低则表明中心区的整体路网连结度呈现出低效状态.根据对连结效率的分析可知,中心区路网布局呈现2种基本的模式.

1) 十字路口主导式(正交棋盘格路网).此种形态的中心区交通通畅,阻塞较少，如合肥长江中路、武汉江汉路中心区.合肥长江中路中心区内丁字路口有38个,占整体路口的40%;十字路口有58个,占整体路口的60%,十字路口比例为丁字路口的1.5倍;武汉长江中路中心区内丁字路口有47个,占整体路口的45%;十字路口有57个,仅占整体路口的55%.综合2个中心区输配体系的空间分析可知:此类中心区用地面积较小,属小街区-密路网发展模式,结合正交棋盘格路网,使中心区的整体连结效率较好,车流畅通.

2) 丁字路口主导式(异形路网).该种形态的中心区内车流不畅通,容易阻塞.典型案例中南京新街口和广州天河珠江新城等中心区的交通连结度较低,且无锡崇安寺中心区为最低.无锡崇安寺中心区内丁字路口有118个,占整体路口的73%;十字路口有44个,仅占整体路口的27%,丁字路口所占比例几乎是十字路口的3倍.丁字路口式断头路使车流不能直接穿越,带来了交通堵塞的隐患,当丁字路口所占比例过半时,必将使整个中心区的路网处于亚健康状态,车流不畅,交通阻塞是直接后果,必将导致中心区路网的持续恶化,直至僵化.

2.2 输配体系的通达效率分析

输配体系的通达效率分析主要分为路网通达度分析和数据分析2个方面.

1) 路网通达度分析.路网通达度是指中心区道路交通要素的具体制约因素，包含了道路面积和直行路段数量2方面含义[9],即

式中,K为中心区内路网通达度指数;m为中心区内直行路段数；A为中心区内道路面积.直行路段数量具体反映了交通流在平面运行上的通畅效率,在相同面积的用地范围下,直行路段数量越多则导致机动车交通的顺畅程度越高.道路面积体现了整体路网在中心区范围内利用的合理程度,相同情况下道路面积越大,则代表了整体路网在整个中心区土地利用所占比重越大,两者的比值反映了高效率路网面积的比重,直行路段数量越多，整体路网的结构越高效.路网通达度指数K反映了一个中心区内道路网络的成熟程度,K值越高,表明路网的成熟率越高,成环成网率越高,反之则表明路网成网率越低.

2) 数据分析.如图2所示的典型案例中,无锡崇安寺中心区的通达度居首位,为1 183,南京新街口以低于其184居第2位,郑州二七广场中心以低于南京新街口中心区128居第3位,广州北京路中心区至杭州延安路中心区之间的通达度差异相对较小,广州天河珠江新城则居末位,为423.图2表明,典型多核结构中心区内的道路网络均不太成熟,以广州天河珠江新城最为典型,无锡崇安寺相比最好.无锡崇安寺中心区为带状多核结构,输配体系为强轴无环式模式,中心区主要以商业为主导产业而发展起来的,容积率较低,由于用地面积较小(2.72 km2),街区尺度较小(平均街区为2.27 hm2)，道路直行路段较多,机动车在其中行驶速度较慢,道路发生拥堵的状况极少发生,道路网密度较高,因此中心区输配体系的联通效率较好,人流与车流能迅速地积聚与疏散.南京新街口为成熟的环形多核结构,输配体系为强轴强环式发展模式,容积率较高,街区尺度较小(平均街区为2.34 hm2),道路成环成网率高,且尺度适宜,用地集约利用度较好;虽然用地面积较大(5.66 km2),但承载着更多的人流与车流,输配体系需要辐射更广的面积,但其联通效率居第2位,说明新街口的输配体系整体效率较好.郑州二七广场中心区为扇形多核结构,输配体系为强轴弱环式模式,街区大小稍大(平均街区为4.03 hm2),路网密度居中,相比以上2个中心区,其道路的联通效率一般.广州北京路中心区～杭州延安路中心区输配体系的联通效率受自身用地规模、容积率、路网密度及街区大小等因素的综合影响,等级差异较小,浮动不大.反观广州天河珠江新城中心区为政府主导而建的中心区,由于道路等级差异显著,道路空间尺度车速高,道路密度过小,丁字路口较多,穿越功能的“道”、“街”的长度比例过大,而毛细血管式的“巷”的长度比例则过小,无法对城市中心区的交通产生缓冲作用,因此整个中心区交通拥堵,质量低下,联通效率急速下滑.

图2 输配体系通达度指标分析

由上述分析可知,联通效率的高低受中心区的用地规模、道路等级结构划分、街区大小及路网密度等因素的综合影响.

2.3 输配体系的荷载效率分析

输配体系的荷载效率分析主要分为道路荷载分析和数据分析2个方面.

1) 道路荷载分析.道路荷载是指中心区道路的负荷量,反映了中心区的容积率和覆盖率,即

式中,H为中心区内道路的荷载效率指数;N为中心区内总建筑面积.路网的荷载效率H反映了一个中心区内道路网络的负荷等级,H值越高,表明路网内道路的负荷量越大,建筑的积聚程度越高,中心职能的建筑形态越健全,体现了城市中心区道路交通的运行效率越好,贡献效率越高.

2) 数据分析.在图3所示的典型案例中,广州北京路的道路荷载以18.61居首位,与其相差5.38的郑州二七广场中心区居于第2位,相差43%.南京新街口中心区～徐州淮海路中心区相差较少,依次降低,浮动不大.相比之下,杭州延安路则以6.05居于末位,与徐州淮海路中心区相差23%.图3表明,广州北京路中心区的道路荷载相对最高,说明其交通的运行效率较好,此中心区是依托北京路商业步行街逐渐发展起来的,内部交通压力较小.广州北京路中心区整体容积率较高,说明其道路的利用效率最大,对中心区的贡献率最高,具有较好的发展优势,其承载的作用相对于其他多核结构中心区更明显.郑州二七广场中心区～徐州淮海路中心区构成了第二集团,相比广州北京路中心区急剧下降,说明其整体的道路交通贡献率较低.郑州二七广场中心区依托十字输配轴发展,街区尺度相对较大,中心职能建筑规模较小,体系感较差,且多为一层皮式沿路带状发展,因此整个中心区的路网运行效率受其影响,呈现出较为低等的发展态势.南京新街口与广州天河珠江新城中心区均为成熟的环形多核结构模式,输配体系完整,容积率相当,然而由于广州天河珠江新城的道路尺度过大,联通效率较差,导致道路可利用度下降,致使其荷载效率标准化低于整体的50%.无锡崇安寺中心区～杭州延安路中心区的中心区等级相对较低,为线性多核结构,主导产业以传统商业为主,道路密度较高,建筑高度发展受产业结构影响,容积率较低,体现了中心区较低的交通效率.杭州延安路中心区西邻西湖风景区,为扇形多核结构,基于城市整体效益考虑,对建筑的形态和高度均进行了控制,致使输配体系的整体贡献率受到影响,因此其整体荷载效率处于低水平发展.

图3 输配体系道路荷载指标分析

由此可知,城市的地理形态、中心区的产业结构、道路尺度等因素对输配体系的荷载效率产生了较大的影响,致使其贡献效率参差不齐.

2.4 输配体系的经济效率分析

输配体系的经济效率分析主要分为临街面积比重分析和数据分析2个方面.

1) 临街面积比重分析.临街面积比重是发挥城市中心区经济效益的重要指标,反映了一个中心区内道路网络的经济效率[10],即

式中,P为中心区内临街面长度指数;R为中心区内道路等级中“道”的长度;S′为中心区内道路等级中“街”的长度.中心区经济效率P值越高,表明道路系统中临街面越长,界面效益越好,则发生商业活动的几率越大,道路两侧的经营效果越好.在城市中心区内,越多沿交通路网展开街区界面意味着越多的服务经营机会.在相同道路长度下，道路面积越小，道路经济效率越高，这也表明小街巷模式更有利于发挥中心区的效益.

2) 数据分析.如图4所示,广州北京路的临街面比重为158.3 km/km2,居首位,徐州淮海路与其相差44%而居于第2位,武汉江汉路～南京新街口中心区变化曲线平缓,无突然变化,合肥长江中路最终以59.6 km/km2居末位.图4表明,广州北京路中心区是以北京路商业步行街为依托而发展起来的,硬核分布均匀,输配体系较为成熟,为强轴强环式模式,中心区内骨架路网所占比重最大,为96%,“道”、“街”尺度适宜,街区界面易于商业活动的发生,受往来车流影响较小,平均街区面积偏大,为403 m2,因而道路的通达度较好,道路荷载较优,综合分析可知其经济效益最好.徐州淮海路中心区相比广州北京路下降了44%,与武汉江汉路、南京新街口中心区等构成第二集团,经济效率依次降低.徐州淮海路中心区硬核沿道路分布,中心区内“道”、“街”、“巷”等级分布较好,路网覆盖率较高(83%),但道路的联通效率较差,丁字路口较多,致使中心区整体效益处中游水平,可提升的空间较大.武汉江汉路中心区以传统租借区为基础而建设发展起来的,商务硬核区沿路展开.从中心区的分布形态来看,武汉江汉路中心区为“之”字形发展模式,辐射半径较大,积聚度较低,过多的转折节点分散了城市的整体经济效益,这种模式并不利于中心区的效益集聚.合肥长江中路中心区居末位,经济效率相比最差,从中心区的发展形态分析可知,其为典型的线性多核结构,道路的成环成网较低,且“道”(74%)、“街”(8%)、“巷”(18%)分布结构畸形,“街”所占比例过低,造成中心区活力过低,商业活动聚集度较少,因此造成了中心区经济效益过差.

图4 输配体系临街面长度指标分析

综合分析可知,中心区内道路的等级结构分布、中心区的形态及产业结构等都与城市中心区的经济效率有较为紧密的关系.

3 多核结构中心区的输配体系效率综合评价

输配体系的4项效率指标分别体现了中心区路网模式的不同发展程度,将4项指标标准化后进行权重叠加可对输配体系的总体效率进行比较分析.总效率评价值定义为

O=LStl+KStk+HSth+PStp

式中,O为中心区输配体系总效率评价值;LS为中心区输配体系连结效率标准化数值;KS为中心区输配体系通达效率标准化数值;HS为中心区输配体系荷载效率标准化数值;PS为中心区输配体系经济效率标准化数值;tl为中心区输配体系连结效率权重;tk为中心区输配体系通达效率权重;th为中心区输配体系荷载效率权重;tp为中心区输配体系经济效率权重;tl+tk+th+tp=1.

对于各评价指标权重可通过2个步骤予以确认：① 通过层次分析法构筑矩阵评价模型,即对每一层次中各指标进行两两相比的相对重要性判断,通过引入合适的标度,用数值加以量化,从而构成各层次的判断矩阵.② 在以上基础上,为了使结果更为准确和科学,通过咨询专家意见来确定标度值,并选择相关专业的专家来编制权重判断矩阵表,对判断矩阵的量化采用特尔菲法测定.综合多位专家判断矩阵表形成的最终权重意见.

经过以上2个步骤的分析评价,得到各指标的权重比分别为tl∶tk∶th∶tp=0.31∶0.19∶0.33∶0.17,计算得到的各中心区总体效率评价见表2.

通过对特大城市中心区典型多核结构案例4个指标的综合叠加评价,将其分为高效发展模式、中效发展模式和低效发展模式.

1) 高效发展模式.总效率评价值大于50%,输配体系的整体效率较高,处于高效运行状态.道路路网多为正交棋盘格道路,十字交叉,路网连结效率较好;输配体系通达性较好,能方便快捷地到达中心区内部,并将交通压力等疏散出去,以提升中心区输配体系通达效率;高效发展模式的中心区,其单位道路面积所承担的建筑面积较高,因此能够更集约地利用土地;此类中心区道路级配结构中“道”、“街”所占比例较高,带来了较多商业集聚,因此其经济效益较好,中心区的规模不断拓展、壮大.

表2 多核结构中心区输配指标效率数据表 %

2) 中效发展模式.总效率评价值处于30%～50%之间,此类中心区输配体系的效率发展较为参差不齐,空间形态布局各有优势与不足.综合分析,可分为2种不同的模式：① 第1种模式.一项评价效率发展较好,另一项效率发展较差,其余2项效率发展较低,如合肥长江中路中心区和无锡崇安寺中心区.合肥长江中路中心区路网模式以正交十字路口为主导,因此其输配体系的连结效率最优,相对而言由于道路等级级配失衡,“巷”所占比例过高,道路的临街面长度较短,导致其经济效率处于底端;无锡崇安寺中心区,异形路网模式,丁字路口为主导,导致路网连结效率最低,反之由于其路网密度较高,道路拼接合理,道路较为通畅,车流能较好地在此疏散和集聚,其道路的通达效率较好.② 第2种模式.各项效率指标发展均属中流,无较大差别.中心区道路路网发展异性,丁字路口较多,路网密度较差,通达性不高,中心区容积率较低,整体形态较为低矮,道路荷载处于低端,临街面比重不高,经济聚集效应处于中游.

3) 低效发展模式.总效率评价值小于30%,此类中心区输配体系发展存在问题,整体效率处于较低发展阶段,各分项效率发展也处于平均水平之下.路网发展异形,正交十字路口较少,交通拥堵严重,致使通达性较低,单位面积所能承载的建筑面积有限,且由于其交通拥塞,难以向高荷载程度发展,道路临街面比重不高,沿街用地界面萧条,发展活力不高,致使其整体经济效益较低端,中心区的整体输配能力较差,呈现出一种病态的发展倾向.

4 结语

本文从典型城市中心区入手,对中心区多核结构模式交通输配体系进行了定量评价和分析研究,明确其空间形态规律.从而可以从空间形态角度解析特大城市中心区由单核走向多核过程中出现的大量结构性交通问题.对城市中心区的研究而言,多核结构理论的完善以及更高级的多核连绵结构中心区空间解析,尚需要学术界做进一步深化研究.

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