顏 冉 韓高峰 黃文娟

(合肥工業(yè)大學交通運輸工程學院 安徽合肥 230009)

《雅典憲章》指出城市是由居住、工作、游憩和交通四大活動組成。交通可認為是城市的動脈，然而高密度、高容積率的城市建筑所產(chǎn)生的交通量超出了道路交通所承載的負荷，繼而引起城市交通堵塞、交通安全、能耗以及噪聲等一系列問題。基于上述分析，本文從道路通行能力出發(fā)，通過OD反推技術(shù)確定路網(wǎng)所承載范圍內(nèi)合理的土地開發(fā)強度，為城市控規(guī)編制人員制定片區(qū)容積率提供參考。

1 城市土地利用與交通的關(guān)系

人類活動在空間上的分散性造成人員的流動和物品的運輸，而這些人員和物品的移動又決定了交通的需求。由于交通需求是派生需求，交通需求的產(chǎn)生取決于居住用地與其他類型用地的空間布局的背離，城市土地利用決定了人類活動在空間上的分散性，城市土地利用是城市交通需求的根源，決定了城市交通源、交通量及交通方式。同時，城市交通可以引導城市土地的開發(fā)利用。道路網(wǎng)的交通量，不僅可以反映交通需求的大小，由于作為新開發(fā)土地周圍路網(wǎng)的背景交通量，道路網(wǎng)的交通量也是道路網(wǎng)周邊土地開發(fā)強度的控制因素。我國各大城市由于人口眾多，土地資源短缺，必須選擇高密度開發(fā)模式和以公共交通為導向(TOD)的土地開發(fā)模式［1］。因此，在城市道路承載范圍內(nèi)，研究合理的土地開發(fā)強度，是城市土地利用與交通和諧發(fā)展的重要因素，也是本文研究的重點內(nèi)容。

2 基于道路服務水平路段交通量確定

2.1 路段通行能力的確定

基本通行能力是指特定的時段，在理想的道路、交通、控制和環(huán)境條件下，道路的一條車道、一均勻段或一交叉口，期望能通過的人或車輛合理的最大的小時流率。路段的路段通行能力可由路段一條車道基本通行能力結(jié)合下式修正［2］:

式中，N0表示一條路段的基本通行能力，γ表示自行車影響修正系數(shù)，η表示車道寬度影響修正系數(shù)，n′表示車道數(shù)影響修正系數(shù)，C表示交叉口影響修正系數(shù)。N0取值參考文獻［2］，其他參數(shù)的取值參考文獻［3］。

2.2 路段服務水平劃分

衡量城市道路交通服務水平的指標主要是路段的飽和度、車速和延誤。所謂路段飽和度，是指路段實際交通量與設(shè)計通行能力的比值。由于車速延誤與飽和度有關(guān)，飽和度增大，則車速降低，延誤增加;飽和度減小，則車速增加，延誤降低，所以飽和度是關(guān)鍵指標。本文參考現(xiàn)有研究成果，將飽和度作為城市道路的服務水平劃分依據(jù)。參考國內(nèi)外的經(jīng)驗，服務水平劃分標準［3］和各服務水平等級對應道路上交通流的情形見表1。

表1 路段服務水平劃分標準和對應的道路交通情形Table 1 The classification criteria for road segment service level and the corresponding road traffic

2.3 路段誘增交通量的確定

城市道路路段交通量不僅反映城市道路的服務水平，同時也反映城市交通需求量的大小。路段交通量包含路段的背景交通量和誘增交通量，所謂背景交通量是指不考慮建設(shè)項目的前提下的周邊道路網(wǎng)的交通流量，它反映的是周邊道路的交通量的變化情況。誘增交通量是研究地塊項目建成后地塊項目產(chǎn)生的交通量。本文研究的是片區(qū)(地塊)合理容積率的確定，研究片區(qū)產(chǎn)生的交通量屬于誘增交通量的范疇，誘增交通量是本文研究的重點。

飽和度是路段交通量與路段通行能力的比值，設(shè)定理想道路服務水平為D級以上［4］，以所有路段飽和度等于0.75作為一個臨界值。設(shè)路段理想交通量是路段通行能力與D級服務水平對應飽和度的乘積，不同等級服務水平的路段有著不同的路段交通量，每個等級的服務水平對應著一個飽和度的區(qū)間，則對應的路段交通量也在一定范圍內(nèi)浮動。允許誘增交通量為路段理想交通量與路段背景交通量的差值，允許誘增交通量占背景交通量的比值同時滿足主干路不超過30%、次干路不超過40%、支路不超過70%［5］。允許誘增交通量為OD反推提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 基于誘增交通量的OD反推方法

本節(jié)的重點是根據(jù)道路網(wǎng)路段流量和基于土地利用劃分的交通區(qū)，結(jié)合前文分析，運用transcad交通分析軟件OD Matrix Estimation模塊得出交通區(qū)的出行分布矩陣，進而計算出交通區(qū)的出行吸引量。不同飽和度的路段流量會反推出不同的交通區(qū)的出行分布矩陣，即每個飽和度對應一個交通區(qū)的出行分布矩陣，二者存在特定函數(shù)關(guān)系，如飽和度為0.75時，根據(jù)反推的分布矩陣計算得到的交通區(qū)的出行吸引量對應的就是路網(wǎng)飽和度為0.75時的出行吸引量。

3.1 OD反推基本原理

OD反推的基本思想是根據(jù)路段交通量推算OD分布量，是交通分配的逆過程，故稱為“OD反推”。其基本原理是:設(shè)Va為路段a的交通量;Tij為i，j交通區(qū)的出行量為i，j小區(qū)間通過路段a的概率;根據(jù)路網(wǎng)交通流的守恒性，對于非零OD節(jié)點，其交通流的流入和流出量相等;另外，同一路段上不同斷面的交通流量都相等。由此得出通過路段交通量反推OD矩陣時的最基本的關(guān)系式［6］:

3.2 OD反推模型

國內(nèi)外學者對OD反推模型和方法進行了大量研究。根據(jù)OD反推的基本原理，由最基本的關(guān)系式無法解出Tij的唯一解，國內(nèi)外學者通常以最優(yōu)估計為出發(fā)點，通過引入一個凸目標函數(shù)并將式中的線性方程組作為約束條件，形成一個數(shù)學規(guī)劃問題而產(chǎn)生出最優(yōu)解。不同的OD反推模型的主要區(qū)別在于凸目標函數(shù)的構(gòu)造和交通分配模型的選擇(的確定過程)上，OD反推模型的一般形式如下式所示［7］:

式中，T為推算的OD矩陣，v為推算的路段流量，t為先驗OD矩陣為路段觀測流量，γ1，γ2分別為權(quán)重系數(shù)。

3.3 OD反推參數(shù)

OD反推技術(shù)作為獲取交通區(qū)發(fā)生吸引量的主要技術(shù)手段，需要以下參數(shù):

(1)基于土地利用的交通區(qū)劃分。交通區(qū)的劃分應根據(jù)研究范圍內(nèi)的用地規(guī)模、土地利用性質(zhì)和布局的特點來確定，同時考慮車流在交通網(wǎng)上的分布情況來確定邊界。交通區(qū)有兩種，在研究范圍內(nèi)劃分的交通區(qū)為內(nèi)部交通區(qū)，在研究范圍外部劃分的交通區(qū)為外部交通區(qū)，一般在研究范圍外部將貫穿研究范圍的干道作為外部交通區(qū)的質(zhì)心。

(2)路段誘增交通量。在根據(jù)路段誘增交通量推算OD矩陣時，路段交通量觀測點的數(shù)量及其設(shè)立的位置與OD推算結(jié)果的準確度之間存在著密切的關(guān)系［8］。路段誘增交通量具有方向性，一個是沿每個路段的拓撲前行方向上的值，另一個是沿每個路段的相反拓撲方向上的值。本文OD反推中的路段流量為路段允許誘增的交通量，見前文分析。

(3)先驗OD矩陣。預測的OD矩陣與先驗OD矩陣具有基本相同的分布形式，常用的獲取先驗OD矩陣的方法是歷史的、或抽樣調(diào)查的、或按某一種數(shù)學方法計算的，本文是根據(jù)路網(wǎng)的阻抗矩陣計算先驗OD矩陣:

式中，tij是先驗OD矩陣中交通區(qū)i與j之間的出行量;fij是交通區(qū)i與j之間的出行阻抗矩陣中的阻抗值。

3.4 OD反推精度檢驗指標

判定系數(shù)R2是測定直線回歸模型擬合優(yōu)度的一個重要指標，其計算公式如下:

式中，a和b分別表示回歸直線方程y=a+bx的回歸參數(shù)。R表示OD反推精度檢驗主要指標的相關(guān)系數(shù)，反映路段分配流量與觀測流量之間的線性相關(guān)程度。

4 基于出行吸引量的地塊當量容積率確定

容積率是指地塊總建筑面積與用地面積的比率，是衡量建設(shè)用地開發(fā)強度的一項重要指標。文中定義中戶型居住用地的容積率為當量容積率，假設(shè)研究地塊的交通出行總量不變，根據(jù)交通出行率手冊［9］，其他用地性質(zhì)的容積率可以折算成當量容積率，其折算系數(shù)見表2所示。

表2 容積率折算系數(shù)表Table 2 The conversion coefficient of plot ratio to equivalent plot ratio

交通區(qū)出行吸引量可以根據(jù)交通區(qū)內(nèi)建筑面積及單位建筑面積的出行吸引率和OD反推兩種方法來確定。OD反推方法前文已做分析，本節(jié)主要分析根據(jù)交通區(qū)內(nèi)各個地塊的建筑面積及單位建筑面積的出行吸引率計算交通區(qū)的出行吸引量，結(jié)合前文根據(jù)OD反推出的交通區(qū)出行吸引量計算出地塊的當量容積率。OD反推的交通區(qū)i與j之間的出行量為 Tij，則:

式中，A為研究范圍路段集合，xa為a路段飽和度，Na為a路段通行能力，f(xa，Na)表示基于路段流量求解OD反推模型，模型的求解較為繁瑣，實際應用中通過建模及求最優(yōu)解的方法往往效率不高，由于交通規(guī)劃軟件如transCAD已集成了OD反推模塊，且求解效率也較高，建議利用OD反推技術(shù)對模型進行求解［4］。文章直接運用transcad的OD反推模塊，研究地塊的出行吸引量T可表示為:

根據(jù)交通區(qū)內(nèi)建筑面積及單位建筑面積的出行吸引率計算的地塊出行吸引量T′由下式確定:

式中，y為地塊當量容積率，S為地塊用地面積，λ為單位建筑面積出行吸引率，ε為隨機項，R2為擬合優(yōu)度。由T′=Tij可以確定地塊的當量容積率。具體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 基于OD反推的合理土地開發(fā)強度方法的技術(shù)路線Fig.1 The technical route of land development intensity based on OD estimation

5 案例

本文以合肥市政務區(qū)某項目地塊(下文簡稱“項目”)為例，項目容積率為2.8。項目地處合肥市城市政務文化新區(qū)核心區(qū)域，北臨環(huán)圣支路，南依祁門路，東臨茂蔭路，西臨匡河路。

在研究范圍內(nèi)劃分6個內(nèi)部交通區(qū)，8個外部交通區(qū)，研究地塊周邊路網(wǎng)的背景交通量和理想路段交通量，如表3，其中允許誘增交通量結(jié)合項目周邊道路運行質(zhì)量結(jié)合文獻［5］確定。

表3 項目周邊路網(wǎng)交通參數(shù)表Table 3 The road network traffic parameter around the project

根據(jù)上文分析，將允許誘增交通量作為OD反推中的路段交通量，通過OD反推得到項目周圍路網(wǎng)達到D級服務水平的臨界值時交通小區(qū)的OD矩陣，如表4。

表4 交通小區(qū)的小汽車OD矩陣分布表Table 4 The car OD distribution matrix of a traffic zone

假設(shè)路段機動車的流量為小汽車的流量，小汽車的出行比例由城市的出行結(jié)構(gòu)確定，地塊的用地面積和小汽車的出行分擔率見表5。由居民出行率手冊住宅(中戶型)的晚高峰人流量與建筑面積的公式可知，晚高峰人流量=0.0062×建筑面積+16.23，R2=0.669，其中建筑面積為用地面積與平均容積率的乘積。

表5 地塊面積與小汽車相關(guān)參數(shù)Table 5 The plot area and the related parameters of a car

項目投入使用后，對其影響范圍內(nèi)的路段交通量進行觀測，觀測得到的交通流參數(shù)見表6。

表6 項目投入使用后周圍路網(wǎng)交通量對比表Table 6 The road network traffic around after the input of the project

由表6可知，項目投入正常使用以后，影響范圍內(nèi)道路的實際調(diào)查交通量與本方法得到的交通量之間的誤差最大值為10.96%，誤差相對較小。根據(jù)各類建筑交通出行率指標計算的地塊總的交通出行吸引量不大于地塊內(nèi)部各個交通區(qū)的出行吸引量之和，由表4可知，項目產(chǎn)生的出行吸引量應小于424 pcu/h，根據(jù)表5的出行結(jié)構(gòu)，可以解得項目產(chǎn)生的人流量應小于2745人次/h，由晚高峰人流量 =0.0062 ×建筑面積 +16.23，R2=0.669，解得地塊當量容積率為2.747，與項目容積率2.8相符，說明該計算方法可行。

6 結(jié)論

目前大多數(shù)規(guī)劃設(shè)計者確定容積率時主要考慮經(jīng)濟、地塊區(qū)位等因素或者依靠自己的經(jīng)驗，對地塊周邊道路網(wǎng)的交通服務水平重視不夠。文章從城市交通可持續(xù)發(fā)展的角度分析實際道路的交通負荷，通過OD反推技術(shù)，結(jié)合地塊的各類建筑交通出行率指標來確定地塊的當量容積率，并給出其他用地性質(zhì)容積率換算成當量容積率的折算值，確定了路網(wǎng)飽和度與當量容積率關(guān)系的方法，通過實例分析驗證了方法的可靠性。對于交通出行率手冊中未涉及到的用地，其容積率折算值需要大量調(diào)查后才能獲得。

［1］陸化普.城市土地利用與交通系統(tǒng)的一體化規(guī)劃［J］.清華大學學報:自然科學版，2006，46(9):1499－1504.

［2］CJJ37－2012，城市道路工程設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］王煒，過秀成.交通工程學［M］.南京:東南大學出版社，2000.153 －156，202.

［4］吳煉，王等婧.基于路網(wǎng)承載力分析的用地布局研究［J］.城市交通，2013，11(3):34－46.

［5］北京市委員會.北京市建設(shè)項目交通影響評價準則和要求［R］.北京:北京市交通委員會，2001.

［6］李夏苗，黃桂章，湯杰.基于OD反推模型預測客流通道客流量［J］.鐵道學報，2008，30(6):8.

［7］盧佳斌.OD反推技術(shù)在城市交通需求預測中的應用研究［D］.廣州:華南理工大學土木與交通學院，2011:14－22.

［8］楊琪，王煒，盧林.用于OD反推的路段交通量觀測點設(shè)置研究［J］.中國公路學報，1999，12(增刊):81 －87.

［9］交通出行率指標研究課題組.交通出行率手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版，2009.1 －529.