基于协调-竞争关系的历史城区交通系统容量测算方法研究

于世军，杨孝清，邓社军，张思远，周 鹏，黄佳宇

（扬州大学，建筑科学与工程学院，扬州225127）

0 引 言

历史城市通常拥有深厚的底蕴，在国家对文化历史的重视下，历史城区的改造是极其困难的，这样就出现了快速增长的交通需求与落后的交通容量的矛盾。如何在既有交通资源的条件下,通过合理配置不同交通方式来提高历史城区交通系统容量是一个值得研究的问题[1]。本文中的历史城区交通系统容量[2]是考虑了道路、停车和公交的综合系统容量，在各种交通系统容量相互配合的情况下，单位时间内所能接纳出行的总容量[3]。以前扩大城市交通系统容量常采用的是增大某一类的交通系统规模[4]，使整个城市局部的交通系统容量得到一定的增长，但城市片区的总体交通容量提升并不明显，最终会造成资源的浪费。如果要在道路资源和停车空间有限的情况下使交通系统容量达到最大，需要考虑不同交通系统的协调竞争关系[5]。

在历史城区中，个体交通和公共交通在居民出行的作用上是相辅相成的，都会占用一定的时空资源[6]，在容量限制的情况下，个体交通和公共交通会存在协调竞争的关系。本文中个体交通主要考虑个体机动化交通，即小汽车交通；公共交通则以传统公共汽车为代表。

现有的交通系统容量研究主要针对城市整体，而对历史城区这一特殊位置的探讨较少，且在测算过程中通常只考虑一种交通方式而忽略了交通系统中多种交通方式之间的协调竞争关系[7]。本文以历史城区为主要研究对象，在考虑各类交通系统协调竞争关系的基础上，提出了针对历史城区交通容量测算的具体方法。该方法的提出对于在交通资源供给一定的情况下，通过调节交通方式之间的分担比例以提高历史城区交通系统容量具有指导意义。

1 基于协调竞争关系的历史城区交通系统容量测算方法

本文提出的考虑个体机动交通与公共交通相互之间的协调竞争关系方法主要由三个部分组成，分别是个体机动化交通容量测算、公共交通系统容量测算和协调竞争影响下交通系统容量测算[8]。在计算个体交通系统容量时，分别测算基于路网、停车设施和容量约束条件下的交通系统容量。在测算历史城区的总交通容量时，只考虑最不利时间下的交通容量，即高峰小时下的交通系统容量。

1.1 个体机动化交通容量测算方法

1.1.1 基于路网个体机动化交通容量测算

在历史城区的道路网系统上测算个体机动化交通容量主要是使用进出口通行能力法。通过调查，得到历史城区内的各主要出入通道，再依据道路等级得到每个车道的通行能力、进出口的车道数量，并考虑道路的瓶颈效应得到历史城区内的道路网个体机动化交通容量。其测算方法如下：

式中，Hc表示基于进出口通行能力法测算的个体机动化交通容量，pcu/h；i 表示历史城区内的进出口通道序号；iq 表示历史城区内序号为i 的进出口通道的单车道通行能力；in 表示序号为i的单向车道数量； li表示序号为i 的车道利用率；ib 表示序号为i 的车道过境折减率，依据调查数据或者历史数据确定。

1.1.2 历史城区停车设施内个体机动化交通容量测算

个体机动化容量不仅包括在历史城区的道路网上，也包括在停车设施上。对停车设施内的个体机动化容量测算主要看这些停车场所提供的停车泊位，同时考虑不同形式的停车场所在不同使用情况下的周转率和效率。s 类型的停车设施所能提供的个体机动化交通容量的表达式如下：

式中，Hs表示基于s 类型停车设施的个体机动车交通容量，pcu/h；sP 表示基于s 类型停车设施的个体机动车泊位数；sθ 表示基于s 类型停车设施高峰小时周转率；S 表示基于s 类型停车设施的集合。

1.1.3 个体机动化交通容量测算

历史城区内道路网上的个体机动化交通和停车设施内的个体机动化交通即为动态交通和静态交通。由于之间存在相互制约的关系，且整个历史城区内个体机动化交通容量是有限的，当静态交通或者动态交通一方达到饱和，即整个历史城区的个体机动化交通就会达到上限。所以在容量约束的个体化交通容量限制下，取两者的较小值作为个体机动化交通的容量：

式中， HM表示个体机动车交通容量，pcu/h； HA表示个体机动化交通容量，人次/h；a 表示个体机动车高峰小时载客数，人次/pcu。

1.2 公共交通容量测算方法

测算某一部分城区的公共交通系统容量一般根据局部城区内的公交服务能力来进行。历史城区公共交通剩余交通容量Hg的计算如下式所示：

式中：Hg表示历史城区内公共交通剩余交通容量；iB 表示城市内线路i 平均载客率，一般取90%；iO 表示历史城区内线路i 附近站点的高峰小时载客率； ti表示线路i 高峰小时发车间隔，min；ic 表示线路i 的公共交通载具的额定载客数，人次。

1.3 协调竞争下的交通系统容量测算方法

历史城区的实际交通系统容量中不同子系统之间相互协调制约，个体机动化交通系统和公共交通系统的出行比例不同，以不同交通系统的分担比例计算历史城区的总交通容量。

本文为了简化计算，以小汽车容量代替个体机动化容量，以公交车容量代替公共交通容量，在不同交通系统分担结构分析时，考虑两者的比值大小对历史城区的交通系统容量影响，具体公式如下：

式中，V 表示公共交通分担率与机动化交通分担率的比值；BP 表示公共交通分担率；CP 表示机动化交通分担率。

历史城区高峰小时容量与公共交通剩余载客容量、个体机动化交通容量和各自的交通系统分担比例有关，存在某一交通系统达到容量上限，而另一交通系统并未饱和这一短板效应。当一个系统的交通容量达到上限，则整个城区的交通系统会达到最大值，且这里交通系统容量为高峰小时情况下交通系统容量。具体公式如下所示：

式中，RW 表示历史城区高峰小时交通总体容量值，人次/h；BP 表示公共交通分担率；CP 表示小汽车交通分担率；Hg表示历史城区内公共交通剩余交通容量；HA表示历史城区内个体机动化交通容量，人次/h。

2 扬州市历史城区交通系统容量测算实证研究

2.1 个体机动化交通容量的测算

2.1.1 历史城区内路网上个体机动化交通系统容量测算

在以扬州历史城区为例中，城区内的进口道有效车道数主要通过综合城区用地性质、用地开发、公交运行情况、道路断面形式以及高峰时段（潮汐交通）影响确定[9]，根据《城市道路设计规范》（CJJ 37—1990）取得单车道理想通行能力，再对理想通行能力进行修正得到单车道通行能力；根据进口道形式和交叉口控制方式确定车道利用系数；根据研究区域交通分配中各条道路过境交通量所占比例来确定过境量折减系数，可得到扬州市历史城区各进口通行能力，如表1 所示。

表1 进口通行能力表

通过统计各条道路的情况，得到基于道路网的个体机动化交通系统容量为13 385 pcu/h。

2.1.2 历史城区停车设施内个体机动化交通

容量测算

根据收集到的扬州历史城区资料和现场调查，调查范围内各种类型的小汽车停车设施如表2 所示。

表2 历史城区停车设施内的机动车容量

通过表2可知扬州历史城区内各种类型停车设施的个体机动化交通系统容量为8 380 pcu/h。

2.1.3 基于容量约束下的个体机动化交通容量测算

在个体机动化交通系统容量约束下，比较历史城区内路网上交通系统容量和停车设施内的交通系统容量，并选取其中最小值作为个体机动化交通系统容量，即为8 380 pcu/h。

根据调查得到，一辆小汽车的平均载客量为1.7 人次，通过公式（4）得到高峰小时下的乘坐小汽车出行人次，本例中的扬州历史城区高峰小时下的个体交通容量为14 246 人次/h。

2.2 公共交通系统容量测算

测算扬州市历史城区的公共交通系统容量，调查历史城区范围内的公交系统类型只有常规公交系统，因此只将考虑常规公交系统。研究范围内的公交站点为66 个，其服务范围为每个公交站点300 m辐射范围[10]累合占整个历史城区的比重，实际情况如图1 所示。

图1 历史城区公交站台300m 服务范围

扬州市的公交线路运能为0.35～0.45 万人次/h，在历史城区内的断面运能比例大约为20%～25%，并取每个公交站的平均剩余载客数量为400～700 人次/h 之间。历史城区内的常规公交站点服务系数以公交站点的服务面积占整个历史城区面积的比重计算，最终得到站点的服务系数为0.75。在表3 中公交系统容量计算时数据取中间值计算，得到如下结果：扬州市历史城区内的公交系统容量为2.73 万人次/h。

表3 历史城区内公共交通系统容量

2.3 协调竞争关系下实际交通系统容量测算

在扬州市历史城区的实证研究中，得到高峰小时个体交通系统容量为1.42 万人次/h，公共交通系统容量为2.73 万人次/h。

根据扬州的交通规划资料得到居民公交出行的分担率为13%～16%，小汽车的分担率则为18%～20%。而在扬州历史城区机动车数量相对其他地区偏多，分别取分担率范围中的最大值16%和20%，将其带入公式（6）中，算出V 为0.8。

再将个体交通系统容量、公共交通系统容量以及对应的出行方式的分担率带入公式（7）中，得到公交约束下的交通系统容量为17.06 万人次/h，小汽车约束下交通容量为7.09 万人次/h，取两者最小值7.09 万人次/h 作为扬州市历史城区的交通总体容量。

2.4 协调竞争关系下交通系统容量分析

根据测算扬州历史城区的结果得到在小汽车约束下的历史城区交通系统达到最大值时，公交系统容量并未达到最大值，还存有一定的容量；在公交约束下交通系统达到最大值时，小汽车系统容量也存在多余容量。在两个交通系统容量限制的前提下，从交通分担比例调整历史城区的总体交通容量还需进一步分析，即小汽车系统容量和公共交通系统容量与交通设施容量相匹配时，交通系统容量达到最大值，公交与小汽车的最佳分担率比值为MV 。

基于扬州现有的公交系统容量和小汽车系统容量，根据公式（7）可以得出，扬州的交通系统容量当小汽车分担率为17.04%、公交车分担比例占32.77%时，公交/小汽车分担率比值 VM为1.923，达到交通总体容量最大值17.04 万人次/h（见图2）。

当公交/小汽车的分担率V ＜ VM时，历史城区的交通系统容量受个体机动化交通容量限制，而公共交通系统容量有所剩余。在保证分担率不变的前提下，只有增大个体机动化交通容量才能增大城区内总的交通容量，但由于历史城区的特殊性，增加交通基础设施比较困难，所以还得鼓励居民在历史城区内采用公共出行。

图2 不同状态下交通总体容量与公交/小汽车分担率比值关系图

当公交/小汽车分担率V ＞VM时，历史城区的交通系统容量受公共交通系统容量限制，而个体机动化交通系统容量有所剩余。在保证分担率不变的前提下，可以增加一些公交站点和公交线路来增大公交基础设施供给，也可以适当鼓励居民出行采用小汽车，但在鼓励公共出行的今天可行性较小。

当公交/小汽车分担率V =VM时，历史城区的交通系统容量达到最大值。在这样的分担比例下，可以充分利用城市内的基础设施条件，使城市交通更顺畅，而不是不考虑各种交通系统协调竞争关系，在某类交通系统容量不足时盲目增加其供给。

3 结 论

通过分析不同交通系统间协调-竞争关系，求得最佳的公交/小汽车分担率，测算出历史城区最大交通系统容量。但实际测算交通系统容量本文仍存在不足，对大巴车系统容量以及轨道交通系统容量并未研究，所以本文的历史城区交通系统容量测算只适用交通系统结构简单的城市。