基于时空消耗的组团城市粘连扩展的交通影响研究

刘晓萌，胡叶星寒，刘妮雅

（河北金融学院，河北 保定 071051）

组团式结构是多中心城市空间结构的一种重要形式。多年来学术界一直存在着单中心与多中心之争，即哪种城市结构更有利于城市交通效率［1-6］，对于超过五百多万人口的大城市，多数研究结论认为多中心城市空间结构比单中心城市空间结构能更好地组织城市交通网络，更能减轻由于城市规模太大而产生的自然环境被破坏、交通拥挤、人口大规模集中等问题［7-14］。

随着城市人口的不断增长，多中心组团式城市空间呈现出两大特征：一是组团间连续填充发展并日趋紧凑；二是城市中心区外产生独立性较高的新组团，本文主要围绕前者展开相关的讨论。当组团自发式扩展时，空间结构上以自然山水、林地耕田为间隔，组团之间在空间和功能上相对独立。目前，城市空间规划对于城市空间发展起到了重要作用。随着城市空间的不断扩张与城市人口数的不断增长，原来组团间的隔离带上规划了许多“新组团”，而实际发展过程中，规划的新组团通常配套设施不健全，开发密度很低，无法称其为真正的组团，只是城市组团扩展粘连的结果，所以可以称其为“粘连区”。

目前，关于组团粘连的相关研究并不多。周涛等［15］对组团粘连现象进行了定性的描述并认为：多中心城市组团城市在扩展过程中，自然环境开发过快、破坏了组团之间的隔离带，导致组团边界模糊不清，进而打破了组团内就业、居住与生活的本地平衡和交通出行的平衡。彭劲松［16］在对重庆市相关数据研究中指出，近年来重庆都市圈的快速开发建设导致城区各中心蔓延粘连，重庆城市空间的组团结构异化。翟长旭［17］表示，对交通便捷性的过分追求可能导致组团粘连现象，破坏原有组团的空间结构。城市空间扩展方式对城市交通组织与运行具有重要的影响作用，以往研究对多组团粘连现象进行了定性描述，认识到组团粘连对城市交通的负面影响，但对组团粘连对城市交通的影响机理并没有深入研究。本文通过建立模型对组团粘连式扩展过程进行模拟，基于时空消耗理论对组团粘连对交通影响进行定量分析，并进行实例分析。

1 组团城市粘连扩展模型

1.1 模型的假设

以Christaller中心地理论为基础，以等边六边形为基础单元构建城市空间结构［18］，在此做出假设：①组团由7个彼此相邻的等边六边形组成；②基础单元六边形为边长为1；③组团由核心区和非核心构成，假设非核心区交通运行通畅，非核心区交通运行状况较差，设α为拥堵系数，核心区拥堵程度是非核心区的α倍（α≥1）。拥堵系数根据核心区与非核心区高峰时期平均车速确定，且仅考虑非节假日状态下的交通运行环境。

以图1所示模型作为基础模拟组团空间扩张过程。图2（a）中的红色和蓝色以及白色区域分别代表组团的核心区、非核心区以及不同组团之间的隔离带，各组团在理想状态下具有空间独立性和功能独立性；如图2（b）显示：随着组团低密度蔓延，两个组团间隔离带逐渐被破坏，组团空间慢慢扩展并连接在一起；图2（c）则表明：在完善粘连区域城市功能配套后，粘连区发展成为具有空间和功能相对独立的新组团。

城市空间具有多种功能分区，本文只考虑对交通出行影响最大的居住、工业和商业3种城市功能区，并假设组团中只有一个商业区、一个工业区和两个居住区①现实中城市存在多个工业区产业区和居住区，本模型旨在比较居住区、工业区、商业区在组团发展不同时期下导致的的交通出行时空消耗大小，因此本模型简化为某产业的一个工业区，一个商业区，两个居住区，便于计算，且不会影响对比结果。。在此将从居住区到商业区以及从居住区到工业区的出行分别定义为消费出行和通勤出行，假设其二者之间的频率之比为1∶5，道路是遍在性的，出行按照最短路径原则。

图1 组团结构及分区示意图

图2 组团扩张过程

图2（a）中组团的核心区域有商业区、工业区和居住区布局在非核心区，居民的通勤和消费出行在组团内部进行。图2（b）中粘连区域的居住区和工业区的相对分布位置与图2（a）相同②居住区和工业区可以有多种布局，为了表明在同等条件下处于组团发展不同阶段造成的交通时空消耗的差异，设定图（a）、（b）、（c）工业区和居住区的布局相对位置不变，如图（2）所示，当然也可以采用其他布局，只要相对位置不变不影响对比结果。，由于城市功能完善度低以及未在核心区形成集中的商业区，该区域的居民需要到临近的组团商业区进行消费，如图2（c）所示，商业区在新组团核心区域形成，新组团内居民通勤和消费可以在组团内部完成。

1.2 组团粘连扩张对交通时空消耗的影响测度

时空消耗理论主要运用在交通网络容量的预测与计算中［19-21］。朱顺应等［22］最早以时空消耗理论为基础研究城市交通需求管理；刘晓萌等［23］首次建立了交通出行的时空消耗计算公式，用交通时空消耗来刻画城市空间发展对城市交通的影响机理。

时空消耗计算公式可表示为：

其中：Ci为第i种交通方式的车均时空消耗值；Ni为第i种交通方式的载客数；Bi为第i种交通方式安全行驶的横向净空；Li为第i种交通方式的出行距离；hti为 第i种交通方式安全车头时距；f为一定时间内的交通出行频率；Pi为以第i种交通方式出行的人口。

根据式（1），仅考虑单一小汽车出行方式，对组团粘连发展中各个阶段的单位交通时空消耗进行计算。其中小汽车的最低安全车头时距和平均载客人数以及安全行驶横向净空等分别取0.0011 h、1.25人／车，3.5 m［24］。核心区拥堵系数α在成熟组团以及新组团的取值分别设为3和1.5③2014年重庆都市核心区工作日商圈高峰车速为18 km／h，扩展区干路网高峰平均车速37.4 km／h，非核心区车速在50～60 km／h，由此为依据设定的拥堵系数是基本符合实际的。。

表1 组团扩展各阶段小汽车出行单位交通时空消耗

由计算结果可知：在组团粘连状态下，交通时空消耗最大，形成新组团之后的交通时空消耗最小，该结果是由于形成新组团后居民消费不必跨组团出行，进而出行距离缩短。同时，新组团具有比成熟组团更加优越的核心区交通运行状况，故而新组团的单位交通时空消耗与成熟组团相比更小。

2 重庆市主城区组团粘连扩张对交通特征的影响分析

2.1 重庆市主城区组团发展现状及粘连区概述

多中心组团式是重庆市主城区空间结构的主要特点。2011年《重庆市城乡总体规划（2007—2020年）》将主城区用地结构规划由1995年的“三片区、十四组团”的结构布局修改为“一城五片，二十一个组团”，如图3所示，由中部、北部、南部、西部、东部五大片区构成重庆市主城区。中部片区包括渝中和大杨石以及大渡口和沙坪坝组团等所在的中梁山以东、铜锣山以西以及嘉陵江和长江环保的区域；北部片区包括观音桥和人和、悦来以及两路、蔡家和水土、礼嘉和唐家沱以及鱼嘴和龙兴等多个组团所在的嘉陵江以及长江以北的区域；南部片区主要包含南坪和李家沱两个组团所在的铜锣山以西、长江以南和以东的区域；东、西部片区则是分别包括茶园和界石组团所在的铜锣山与明月山之间的区域以及包含西永、北碚和西彭等组团所位于的缙云山与中梁山之间的区域［25］。

图3 重庆市主城区“多中心、组团式”结构示意图

根据两次规划对主城区空间结构的调整可看出：内部填充和外部扩展是重庆主城区城市空间发展的主要表现形式。悦来、人和、礼嘉以及蔡家、水土、龙兴与北碚是2011年城乡规划新增的组团，其中的悦来、人和、礼嘉组团位于成熟组团之间，而蔡家、水土、龙兴、北碚组团在城市边缘地带向外扩展的进程中形成。

在组团实际发展看，近10年来原有成熟组团之间出现了连片发展的趋势，表现为组团边界逐步模糊，组团逐渐融合或粘连。重庆市江北区和渝北区1997—2010年间的扩展速度最快［26］。两路组团和观音桥组团分别位于北部片区中的江北区和渝北区，是重庆主城区较早形成的两个成熟组团。由于两个组团之间没有天然屏障，相对地势平坦，随着城市空间的快速扩展，组团间的原有的农田和绿地逐渐被填充。悦来、人和、礼嘉作为2011年版城乡总体规划在此区域所规划的3个“新组团”，就目前而言，这3个地区还没有成为功能独立的组团，更像是把观音桥与两路两个成熟组团粘连起来。本文将观音桥组团、两路组团，以及二者之间的礼嘉、人和、悦来组团为粘连区域作为研究对象。

2.2 粘连区不同出行目的的交通发生、吸引特征

2015年对礼嘉、人和、悦来区域的交通出行特征进行了问卷调查，调查对象为该地区游客、从业人员和小区居民，以期发现出行目的、交通发生、吸引特征以及出行方式特征。本调查获得有效样本1 113个。图4为粘连区中从业人员居住地、游客的来源地以及居民工作地的分布情况。

图4 粘连区休闲、工作、居住交通流发生或吸引方向及比例情况（%）① 图中数据分别为粘连区游客来自主城各区的比例，粘连区工商业从业人员的居住地在主城各区的比例，粘连区居民的工作单位在主城各区所占比例

从整体来看，粘连区吸引了大量跨组图的交通流，其主要来源于江北、沙坪坝、渝中、九龙坡以及南岸等区。具体来看，粘连区休闲功能吸引的交通流仅有43.2%来自渝北区，这意味着67.6%的交通吸引流量是来自渝北区外的跨组团交通流；同时，粘连区就业吸引交通量中46.4%、别墅区产生通勤交通流量的81.8%、公寓区产生的通勤交通流量的52.8%、都属于跨组团交通流量。调查结果显示：悦来地区跨组团出行比例高达68%，人和地区跨组团出行比例为42%，礼嘉地区为34%，而重庆市主城区平均跨组图出行比例仅为20%～30%［27］。

2.3 粘连区不同目的出行的交通出行方式特征

粘连区游客、从业者和居民通勤各种出行方式比例调查结果如图5所示。

图5 粘连区休闲、工作、居住交通出行方式比例情况（%）① 图中数据为粘连区吸引游客的出行方式比例，工商业从业人员通勤方式比例，和居民通勤方式比例

对游客在选择出行方式的调查中，由于被调查休闲地周围有轨道交通站，降低了私家车和地面公交的出行率，游客选择轨道交通的出行方式占比高达到77.3%。从对从业人员以及居民通勤出行方式的调查中，发现小汽车、地面公交以及轨道交通在通勤出行方式中占比分别为50.9%和14%。可见在粘连区就业人员更愿意使用方便灵活的小汽车通勤。在别墅区和公寓区居民的通勤方式中，小汽车占比分别为65%和53.3%，远远高于重庆主城区平均小汽车出行比例的31.4%［27］。并且，公寓区居民使用小汽车通勤的比例低于其在别墅区，M·韦格纳和F·福斯特（1999）小汽车使用与居住密度负相关的研究结论在此得到了印证。

3 组团粘连对交通时空消耗的影响分析

在对重庆渝北区礼嘉、悦来与人和区域的调查中发现：该地区交通出行具有3个方面的特点，即组团间的出行率高、小汽车出行率高以及平均出行距离长，与图2中的组团粘连扩张过程的模拟假设基本一致，基于此，认为悦来、人和、礼嘉尚未形成新组团，处于组团粘连阶段。

通过对比相同数量人口在成熟组团和粘连区产生的交通时空消耗差异，来刻画组团粘连对交通时空需求的影响。2003—2015年间渝北区新增人口主要在礼嘉、人和、悦来所在的粘连区内分布，因此粘连区人口可以采用渝北区人口增量，即63.3万人，出行方式考虑小汽车、地面公共交通和轨道交通3种，其他计算参数参照表2。

表2 组团和粘连区交通时空消耗计算参数

根据式（1）计算可得：新增人口的在粘连区交通时空消耗为13 876.66 m2·h，相同人口下成熟组团内的交通时空消耗为9 158.642 m2·h，粘连区交通时空消耗是成熟组团的1.5倍，而在前面组团粘连式扩张对交通时空消耗影响的测度模型计算中，粘连区交通时空消耗是成熟组团的1.35倍。实证研究结果与模型测算结果基本一致。理论模型模拟和实证研究的结果都证明：在出行频率与人口数量一定的条件下，组团粘连式扩张能使人们对交通出行的时空需求大大增加，如果粘连区持续低密度蔓延发展，不能尽快形成新组团，多中心组团城市的交通效率将大为削弱。

造成这种情况主要有两方面的原因：首先，礼嘉、悦来与人和等地的职住平衡差，城市功能配套设施不完善，其周边学校、大型购物中心和医院的数量远不及两路组团与观音桥，跨组团式交通出行的需要和出行距离都远大于成熟组团。两路组团的组团间出行比例只有36%，而处于粘连区的大竹林-礼嘉与鸳鸯两地外出比例较高，达到67%与74%［30］；成熟组团观音桥、大石坝组团的平均出行距离分别为5.3和4.6，而礼嘉组团和人和组团的平均出行距离分别为9 km 和10.7 km［30］，远远高于成熟组团，这不符合组团城市交通出行的总体特征。粘连区进一步蔓延，将原本相对独立的组团连接在一起，可能在局部地区形成“摊大饼”的空间形态，从而使组团式城市结构的交通优势逐步弱化。

其次，被调查的粘连区开发密度低，不利于轨道交通和地面公交的发展，较远的平均出行距离和尚不完善的公交系统，使粘连区居民日常出行更加依赖小汽车。重庆渝北区的礼嘉、悦来、人和地区交通发生和吸引的交通流中，最主要方式是小汽车出行，均占到50%以上，而2015年重庆主城区居民出行小汽车出行所占比例仅为31.4%。小汽车的单位交通出行时空消耗远大于轨道交通和地面公交，因此粘连区交通出行时空消耗明显高于成熟组团。

4 结束语

尽管目前多中心、组团式的城市结构被学术界认可，但其在城市发展实践中也面临着新的挑战，组团粘连式扩展破坏了理想的多中心组团空间布局，组团城市的交通优势被削弱。现阶段，如何有效避免组团城市在规划和建设中的组团粘连问题，如何引导已经形成的粘连区尽快过度为新组团，促进城市交通与城市空间良性发展，是值得探究的新课题。