开发地块周边路网交通承载力余量计算方法

张东明，姚梦佳，周雪梅，武昭融

(1.同济大学浙江学院 交通运输工程系，嘉兴 314000；2.嘉兴市交通运输局 交通工程建设管理服务中心，嘉兴 314000；3.同济大学 a.交通运输工程学院；b.道路与交通工程教育部重点实验室；c.上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室，上海 200092)

城市土地利用性质及开发强度决定交通源的多少及交通分布情况，对城市交通运行情况有着根本的影响。实际城市建设中，单个地块新开发或用地性质改变，都会导致周边交通需求的重分配。而在城市总体规划阶段，缺少对土地开发规模和开发强度控制指标的量化研究，在控制性详细规划阶段更多的考虑区块的功能定位、用地性质、景观条件和风貌条件等，交通影响评价阶段侧重预测土地开发后诱增的交通需求，及对周边路网的交通影响，进一步得到交通管控的优化方案。整个土地开发项目建设过程缺少对用地性质、开发强度与交通的关联性分析，导致因用地性质不合理、开发强度过大、停车配建不匹配等引起的周边路网超负荷，交通拥堵严重，事故频发等问题，以至于项目建成后再从交通管理、交通设计方面去解决问题，乃是治标不治本，很难从根本上解决问题，所以先从中观层面研究周边路网的交通承载力非常必要，可以有效辅助土地开发及交通管理。

对交通承载力的研究最早起源于工程地质领域，其后在生态、环境、城市交通评价方面的应用从2008年开始。国外对承载力的研究早于国内，最早学者们探究道路网的最大通行能力，结合实际交通情况研究路网的承载力。AKAMATSU等[1]构建BML交通流量模型计算路网交通容量。慢慢的更多学者探究交通承载力与交通环境、土地开发、交通需求等的关系，GIULIANO等[2]提出土地开发应该精细化，面积不宜过大，随着土地开发强度的提高，会诞生出轨道交通这种大容量公共交通方式。HANDY[3]最早提出了城市交通问题与城市土地开发有密切关系，解决城市交通问题需从城市规划阶段就开始考虑。国内对交通承载力研究来源于快速城市化带来的诸多城市交通问题，很多学者开始探究交通承载力的影响因素、评价指标及计算方法等。张建军等[4]以交通环境为约束指标，考虑了交通结构的影响，计算历史城市综合交通承载力。闵雪[5]、阮遥军[6]等综合考虑交通环境和交通资源，分析交通承载力的影响因素，并建立评价指标体系，结合武汉、安徽等地的交通基础情况，实例计算了交通承载力。杨云等[7]将城市交通承载力定义为特定城市交通设施能够实现的人和物的最大移动量，将交通承载力作为城市交通可持续发展的上限，结合重庆渝中区实际情况，给出了交通承载力计算流程及。邓娜[8]、王世能[9]等从计算路段交通承载力出发，构建不同等级道路及全路网的交通承载力模型，将道路交通分为过境交通和城区交通两大类，建立路段交通承载力评价模型及小区路网剩余交通承载力评价方法，进而提出对小汽车交通需求发展调控的建议。郑猛等[10]、王莉萌[11]研究了城市总体规划中土地开发强度与交通承载力的协调优化，通过路网饱和度来指导城市总体规划中的土地开发强度。朱锐[12]将城市土地利用开发与交通承载力计算相结合，探究城市交通供给与交通需求之间的平衡关系，从微观角度计算交通承载力，进而指导城市土地开发强度的确定。李同飞等[13]从宏观层面定义了城市交通承载力，利用高峰小时交通量和拥堵指数建立城市交通承载力计算方法，并利用北京的数据建立了未来城市交通承载力预测模型。马小毅等[14]从城市全局角度出发，综合考虑土地利用、人口、就业等因素，在城市多种交通方式组成的基础上，利用交通需求预测四阶段模型方法，评估交通设施的承载能力。

以往研究一般对城市静态的交通供给进行评价，考虑经济、人口、道路建设等因素，计算交通承载力，缺少对现有交通需求及交通管控方案的考虑，而交通承载力会因不同设计、管控方案变化而变化，是一个动态的指标。同时，以往研究更多从全局角度分析路网能够容纳多少交通体运行，侧重于路网整体承载交通需求的能力，未考虑交通需求的空间不均衡性，缺少中微观层面对开发地块周边区域路网交通承载力的实用性分析。本文立足于地块周边交通建设现状，分析在现有交通需求的情况下，周边路网达到最佳运行状态时，还能承载多少因地块开发带来的交通需求以及具体的分配情况，将该指标与从地块性质及强度角度预测的交通生成量进行对比，可以发现二者的是否匹配，通过合理的优化方案，可以避免后续严重的交通问题。

1 地块周边路网交通承载力定义及研究范围

此处将路网交通承载力定义为：开发地块周边特定区域路网情况下，单位时间能够通过的最大交通体的数量。此交通承载力研究对象为中观层面区域路网，与路网规模、建设水平、交通管控方式、周边土地开发情况、背景交通量和城市居民交通出行路径选择等有直接关系，是一个随各种影响因素不断变化的值，不是路网各组成部分通行能力的简单叠加。

地块周边路网交通承载力余量研究的是地块周边路网还能承载的与开发地块相关的最大交通需求增加值。

2 地块周边路网交通承载力余量计算及应用流程

构建方格路网如图1所示。东南、东北、西南和西北四个方向各为一个出发小区；路网中间为开发地块，即目的地小区；且开发地块东南西北四个方向各设一个入口。

图1 地块周边路网

假设驾驶员会选择较近的入口进入目的地；地块内部停车不受限制；不考虑无效交通。

开发地块周边路网的承载力余量计算流程如图2所示。

图2 模型计算及应用流程

模型计算得到的路网交通承载力余量即为地块周边路网能够承受的因地块开发带来的最大交通诱增量。而土地开发可能是分阶段的，诱增的交通需求也是分时段的，两者相互影响，相互制约。所以，将最大OD矩阵按比例分k次分配到路网上，研究不同需求比例情况下，对应的交通管控措施及土地开发方案，保证在任何状态下路网都能够有序运行。

3 地块周边路网交通承载力余量计算模型

3.1 路网交通承载力余量计算模型

地块周边路网的交通承载力余量等于与地块相关的所有出行路径可增加交通量的和。计算每组OD点对的每条路径可增加的交通量，等于该条路径途径的路段或交叉口对应车道可增加的交通量中最小的一个。路段和交叉口对应车道可增加交通量为其最大服务交通量减去背景交通量，则地块周边路网交通承载力余量计算模型为

(1)

3.2 模型修正

途径同一路段或交叉口对应车道的所有路径的总流量不能超过该处的最大服务交通量，所以需要对模型进行如下验证计算：

(2)

城市规划是用预测的眼光来对城市的空间建设、社会管理以及经济构建进行科学的构想，制定完善的方案来服务于未来城市建设的一个过程。城市规划是城市建设之前的一个重要阶段，对于城市的整体建设有着指导与引领的作用，它属于城市管理的一部分。城市规划需要综合考虑多方面的因素来制定城市规划方案，因为城市本身处于一个动态变化的过程中，城市本身内在的因素具有高度的复杂性，同时城市面临复杂的外部环境，这就要求城市规划方案制定要全面。

(3)

3.3 路权及交通分布计算

交通分布预测的方法一般有增长系数法、重力模型法、最大熵模型法和介入机会模型法等，其中重力模型法考虑两个交通小区的发生量、吸引量和交通阻抗。在利用交通分布不均衡系数进行修正时更多的是利用各交通分布量之间比例关系，而重力模型在此方面有明显优势，且使用无约束重力模型就可以达到目的，所以在此采用无约束重力模型来预测交通分布量，计算公式如下：

(4)

路径的路权等于路段的通行费用加上交叉口通行费用。费用指出行距离、行程时间、出行费用和交叉口延误等组成的函数。

xk=Uk+Vk

(5)

式中：xk为第k条路径的路权；Uk为第k条路径的路段通行费用；Vk为第k条路径的交叉口通行费用。

4 实例分析

4.1 基本情况

杭州市富阳区新建湿地公园，红线面积2 068 667 m2。公园开园后将吸引游客来园游憩。周边配套建设城际铁路、公共交通、道路网系统、停车设施等(图3，图中阴影区域为公园用地；表1为周边路网情况)。研究公园周边路网能否承载诱增的交通量，即现有路网的交通承载力余量。

图3 湿地公园周边交通设施

表1 湿地公园周边路网情况

4.2 路网交通承载力余量计算

根据周边地块土地利用性质相关影响因素，整体预测地块周边交通需求分布情况。按照现状路网找到各个方向入园的主要路径及关键交叉口。调查公园周边路网现状建设情况、交通管控情况及交通需求情况等，计算以公园为目的地的交通承载力余量。

借助交通仿真软件VISSIM的中观仿真模块和动态交通分配模型(DTA)进行分析。该模块将宏观交通分配与微观交通评价相结合，采集路段及交叉口的通行时间、延误，或添加其他费用参数等作为路权，进行路径选择。

案例中将路网周边各主要进出点及公园抽象成10个交通小区(图4)。依据公园周边不同方位的经济、人口等相对情况预测1—9号交通需求出发小区的交通生成量。根据公园的建设面积及与周边同类型公园的对比，结合当地的小汽车分担率预测公园的交通生成量。

通过公园周边路网现状及交通管控方案调查，发现该区域路网的关键点集中在交叉口，路段不会产生拥堵，所以这里只分析交叉口的对应转向。首先，计算各路径关键点的最大服务交通量，其次，通过调查收集背景交通量，从而计算得到关键点段的可增加交通量，取路径中各关键点余量最小值为路径可增加交通量(路径余量)，见表2。

表2 入园主要路径及承载力余量 pcu/h

续表2

利用VISSIM的动态交通分配模块，进行动态交通分配分析。发现分配后流量超过最大服务交通量的点，根据实际情况添加可能的交通流诱导方案(图5)，均衡交通流分配，再次进行仿真，得到相关的评价指标见表3。路网中各关键点的最大V/C为1.32，主要原因是该交叉口原有的过境交通量较大，其他关键点的V/C基本处于可以接受的水平，所以这里不进行模型的修正折减，得到路网的交通承载力余量为计算表明，公园周边路网来园方向的交通承载力余量为3869 pcu/h。

4.3 公园开园后周边路网运行分析

考虑项目开发特征、湿地公园周边路网的规划建设情况，以及工作日与节假日早、晚高峰车辆到达、离开情况，确定交通影响的最不利情况(最大交通生成总量)为节假日早高峰9:30—10:30，以到达最为集中。根据公园规划文件及周边同类项目经验，预测公园开园后瞬时游客承载量为13 709人，小汽车分担率根据当地交通出行结构进行预测为38%，载客率为2—3人/车，预测公园开园后节假日高峰小汽车交通量为3550 pcu/h，大巴车80 pcu/h，合计3630 pcu/h。利用模型计算的周边路网交通承载力余量为3869 pcu/h，大于公园吸引的机动车交通需求，则公园开园后周边路网应不会产生严重拥堵。

将交通需求按不同比例即50%平峰、80%接近饱和、≥100%超饱和分3次分配到路网上，分析交通运行情况，并制定相应的交通管控方案。不同需求下的交通管控方案如图5所示，超饱和需求情况下的路网交通运行情况见表3。

表3 最大交通需求时有、无诱导路网关键交叉口及方向运行情况

图5 公园周边路网交通诱导方案

项目土地开发及周边交通运行是一个相互制约的整体，为了使路网发挥最大的交通承载力余量，需要均衡交通需求，并优化路网中各交叉口及路段等的交通管理与控制措施，从而保障土地的开发利用率。案例中交通承载力余量计算结果基于交通诱导方案的前提，且各交叉口信号配时、交通渠化等都依据新的交通需求进行了优化设计。地块开发中停车也是影响路网运行效率的重要方面，公园停车场的布局、容量等需要依据交通总需求及交通分布情况综合确定。

5 结论

城市土地新开发或利用性质改变都会诱使周边路网的交通流重新分配。周边路网的交通承载力余量与土地开发强度相互影响，相互制约。在开发地块论证阶段进行周边路网的交通承载力研究，指导土地开发性质及强度，可以避免土地投入使用引发的诸多交通问题。项目正式运营前，进行周边交通承载力的研究，也可以指导交通管控方案的制定。本文从交通路径选择开始，以单条路径可增加交通量计算为基础，建立路网承载力余量计算模型，并用路段和交叉口对应车道最大服务交通量为约束，考虑交通分布不均衡性及路径选择的路权影响对计算模型进行修正。基于计算模型，给出应用分析流程，按照不同比例的交通需求，分次、动态分析土地开发与交通运行之间的关系。通过实例验证了模型的可行性。路网交通承载力大小与其中的路段、交叉口运行效率及出行路径选择有直接关系，为了使路网达到最好的运行状态，发挥最大的交通承载能力，新地块投入使用前，应分析周边路网的承载力情况，并从中观路网层面配合合理的交通诱导方案，微观层面优化交叉口、路段的交通管理和控制方案。