王 岳，于漢學

(長安大學 建筑學院，陜西 西安 710064)

0 引 言

西安位于新歐亞大陸橋發(fā)展軸線上，是隴海蘭新線上最大的經(jīng)濟增長點，是中國內(nèi)陸地區(qū)最有影響的中心城市之一[1]。在全國區(qū)域經(jīng)濟布局上，西安具有承東啟西、東聯(lián)西進的區(qū)位優(yōu)勢，在西部大開發(fā)戰(zhàn)略中具有重要的戰(zhàn)略地位[2]。隨著西安社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城區(qū)規(guī)模不斷增加，城市人口日益增多，汽車也逐步取代自行車、摩托車等傳統(tǒng)交通出行方式，城市路面上機動車量與日俱增，2018年，交管部門統(tǒng)計出的西安市汽車保有量為320萬輛。無論機動車的總量還是它的增長速度，都達到了相當嚴峻的程度[3]。近年來，西安城市道路的建設、改造日新月異，提升了城市道路交通服務水平，但一些道路的改道和變更造成了一些新的道路擁堵。Delling Daniel提出了一種以道路交通流量為標準的城市交通道路評價方法，該方法可以很好的對區(qū)域道路進行評價，但評價指標過于單一，與交通道路的實際情況差距較大[4]。瑞典斯德哥爾摩大學的Erhan教授提出了一種以時間為周期的道路交通評價方法，該方法可以有效實現(xiàn)對城市道路交通的通勤評價，但是忽略了早晚高峰對不同道路的影響[5]。王涵研究員提出了一種基于早晚高峰動態(tài)變化的城市道路交通評價方法，該方法可以有效反映早晚高峰車輛對城市道路交通的評價，但沒有考慮歷史遺跡不可更改屬性對道路的影響[6]。美國Yadollah學者提出了一種歷史遺跡保護條件下的城市道路交通評價方法，該方法能夠?qū)v史遺跡保護條件下的城市道路交通進行評價，但由于是需要整個區(qū)域共同完成，導致計算量較大，在道路修改過程中會產(chǎn)生較大的數(shù)值波動[8]。針對上述問題，首先參考其他城市的交通建設，例如廣州地區(qū)的老城區(qū)道路單行化[8]，太原地區(qū)的城市交通智能化[9]等，運用現(xiàn)代化的手段和方法來實現(xiàn)道路交通評價。但西安相對于其他城市具有很強的特殊性，西安作為我國歷史上建都時期最長的歷史名城，擁有大量歷史遺跡和遺產(chǎn)，極具保存價值，如何在現(xiàn)代化城市道路交通系統(tǒng)改造提升的同時合理保護好歷史遺跡，讓二者和諧共生，成為當前亟待解決的問題[10]。此外，西安作為西北地區(qū)的唯一的國家中心城市，如何利用合理的道路交通系統(tǒng)來提高西安的物流運輸能力，從而實現(xiàn)整個西北地區(qū)的物流繁榮，也是一個非常重要的問題。因此文中提出了一種基于西安特性歷史遺跡較多的特點而建立的自適應反饋交通系統(tǒng)評價方法，來協(xié)調(diào)解決二者之間的矛盾，為西安的道路交通運輸可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

1 城市交通系統(tǒng)布局規(guī)劃

傳統(tǒng)道路網(wǎng)規(guī)劃的基本思路，首先根據(jù)城市社會經(jīng)濟發(fā)展和居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)，通過分析得到城市交通的需求[12]；其次利用網(wǎng)絡優(yōu)化理論對道路網(wǎng)進行優(yōu)化；最后對道路網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果進行技術、經(jīng)濟等方面的分析，這種規(guī)劃思想是以供求平衡為基本出發(fā)點[13]。如果不能滿足需求，則需要擴大道路網(wǎng)規(guī)模，拓展路寬，提高道路等級水平[14]。但由于西安地區(qū)承載著中國歷史上數(shù)個王朝的文明積累，有著眾多歷史遺跡，因此，持續(xù)進行老城區(qū)改造和新城區(qū)擴建會損壞諸多珍貴的歷史遺跡。針對該問題，文中通過交通系統(tǒng)布局規(guī)劃中的影響因子，采用線性函數(shù)參數(shù)作為分析依據(jù)，從而提出了以重點保護歷史遺跡的城市交通系統(tǒng)布局方法。

2 交通系統(tǒng)布局規(guī)劃影響因子

2.1 主干道路網(wǎng)絡影響因子

在城市發(fā)展中，特別是以西安為例的具有較多歷史遺跡的城市，為了保護歷史遺跡，交通道路的建設不能盲目的將所有交通道路都進行升級和擴建[15]。為了緩解交通擁堵，需要設計合理的道路運行方案并選擇一些主要道路進行改造和擴建，使其符合主干道路的特點，并設主干道路影響因子為 。在實際規(guī)劃中，當?shù)缆窋U建后，車輛的通行狀態(tài)由于受到汽車總數(shù)輛影響，以及車輛在該路段上的行駛意愿等原因，并不呈現(xiàn)線性關系，按照當斯準則，建立歸一化的主干道路影響函數(shù)I如下

(1)

該函數(shù)能夠準確反映主干道路改、擴建以后，對周邊區(qū)域交通系統(tǒng)運行效率改善與提升的實際影響。

2.2 道路運輸影響因子

在城市建設中，道路最根本的目的還是將人或者貨物進行轉(zhuǎn)移，從而形成快速與常速，交通性與便利性，機動車與非機動車，車與人等錯綜復雜的交通系統(tǒng)[16]。通過道路網(wǎng)與毗鄰用地的性質(zhì)整合根據(jù)不同的用地性質(zhì)組織不同功能的道路，充分發(fā)揮道路的交通功能，為人們出行提供便利。在該因子中，需要考慮該道路所處的環(huán)境，例如，商業(yè)區(qū)(Business Area,BA)，住宅區(qū)(Residential Area,RA)或者工廠區(qū)(Factory Area,FA)。以及相鄰道路的等級，如果相鄰道路的等級較高的話，主要干道會吸收一部分車輛從而減輕該道路的交通壓力。而道路所在區(qū)域的劃分按照C Yang所提供的中國主要城市道路運行壓力可以得到一個區(qū)域階梯函數(shù)A

A=0.80BA

0.55RA

0,30FA

(2)

而相鄰道路等級為線性函數(shù)，但是由于相鄰道路數(shù)量較多，因而需要將所有的相鄰道路進行累加求和，其函數(shù)R如下

(3)

式中,N為相鄰道路的總個數(shù)；βn為第n條道路的道路影響因子，將式(2)和式(3)進行聯(lián)合乘積即可以得到道路運輸影響因子γ如下

(4)

該函數(shù)以不同性質(zhì)的用地，分別確定圍繞不同地塊道路的供需規(guī)模，準確分析道路網(wǎng)運輸基本狀況。

2.3 歷史遺跡影響因子

在西安的城市區(qū)域和周邊區(qū)域，遍布太多歷史遺跡，耳熟能詳?shù)挠戌姽臉恰⒊菈?、大雁塔、秦始皇兵馬俑等等。如此大量的歷史文化遺產(chǎn)在城市建設發(fā)展中面臨著前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。在重點保護歷史遺跡的前提下，需要保證歷史遺跡周圍一些道路的原始性以及歷史遺跡的不可擴建性。因此將歷史遺跡影響因子O分為2大類，第1類為不可改變類，為了保證歷史遺跡的完整性，從而將歷史遺跡影響因子設為0；第2類為可擴建類，此時將歷史遺跡影響因子設為1，但是由于受到周圍道路的影響，還需要建立周邊道路的反饋函數(shù)來實現(xiàn)整個交通系統(tǒng)的評估。由于西安的歷史遺跡所特有的分布廣，種類多，遺跡等級較高不易移動的特點，所以需要在道路交通規(guī)劃中引入歷史遺跡影響因子，從而實現(xiàn)西安特有環(huán)境下的道路交通評價設計。

3 自適應反饋道路交通系統(tǒng)

首先采用已確定道路網(wǎng)規(guī)劃指標和道路網(wǎng)空間布局形式[18]，然后進行道路網(wǎng)系統(tǒng)性分析，反饋計算，再布置專用道路系統(tǒng)，最后進行檢驗與調(diào)整的過程。整個系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 自適應反饋道路交通系統(tǒng)流程Fig.1 Adaptive feedback road traffic system flowchart

3.1 道路網(wǎng)規(guī)劃指標的確定

道路網(wǎng)布局規(guī)劃中首先需要明確的是規(guī)劃指標，其中包括人均道路用地面積，車均車行道面積，道路網(wǎng)密度道路網(wǎng)等級結(jié)構(gòu)，道路網(wǎng)連結(jié)度，非直線系數(shù)等主要影響指標。通過對道路網(wǎng)絡規(guī)劃指標與指標定量化計算的引入，賦予城市路網(wǎng)規(guī)劃靈活性、多變性與可操作性，便于各城市根據(jù)實際情況進行調(diào)整[17]。

3.2 道路網(wǎng)空間布局形式

由于多個王朝在西安建都，并且西安地處關中平原，所以西安的城市交通系統(tǒng)呈現(xiàn)出典型的柵格結(jié)構(gòu)，其新城區(qū)以東西大街，蓮湖路及西五路等并行東西走向的主要干道，以南北大街，大麥市街、甜水井街等南北走向的主要干道相互垂直交錯從而構(gòu)成格柵結(jié)構(gòu)的城市交通系統(tǒng)，其優(yōu)點在于可以按照既定的歷史、地理和人文因素，確定主要干道，并且上述現(xiàn)存的主要干道可以進行修改，同時有利于后續(xù)道路的擴展，文中的設計也主要基于西安城區(qū)特有的道路交通系統(tǒng)之上。

圖2 西安新城區(qū)城市交通系統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Sketch map of urban traffic system grille structure in Xi’an new town

3.3 道路網(wǎng)系統(tǒng)性

道路網(wǎng)的系統(tǒng)性表現(xiàn)在城市道路網(wǎng)與城市用地之間的協(xié)調(diào)關系，與對外交通系統(tǒng)的銜接關系以及道路網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部各組成要素之間的協(xié)調(diào)配合關系，道路網(wǎng)布局系統(tǒng)主要考慮有以下幾個方面的內(nèi)容。

城市道路網(wǎng)與對外交通設施的配合銜接關系：主要用于分析城市快速道路網(wǎng)與高速公路的銜接關系、城市常速交通性道路網(wǎng)與一般公路的銜接關系及城市對外交通樞紐與城市交通干道的銜接關系[19]。根據(jù)目前國內(nèi)高速公路大規(guī)模建設的發(fā)展趨勢，同時考慮到高速公路對城市交通有著重大影響，所以在規(guī)劃的層次上應將高速公路交通影響分析納入交通規(guī)劃研究內(nèi)容，并按照道路實際通行率劃分道路等級，構(gòu)建合理的道路網(wǎng)配合銜接關系。

城市道路系統(tǒng)與城市用地布局的配合關系：主要用于分析城市各相鄰組團間和跨組團的交通解決情況，各級各類道路的走向是否適應用地布局帶來的交通流向[20-25]。主要道路的功能是否與兩側(cè)的用地性質(zhì)相協(xié)調(diào)，各級各類道路的走向是否體現(xiàn)對用地發(fā)展建設的引導作用。以交通功能為主的干道要求控制兩側(cè)用地直接開口以集散功能為主的道路允許兩側(cè)用地直接開口。

圖3 西安市回民街組團道路與城市道路規(guī)劃分析Fig.3 Road and urban road planning analysis of Xi’an HUI minority Street Group

城市道路系統(tǒng)的功能分工及結(jié)構(gòu)的合理性：主要用于分析道路網(wǎng)中不同道路的功能分工，等級結(jié)構(gòu)是否清晰、合理，各級各類道路的密度是否合理等。為保障交通流逐級有序地由低一級道路向高一級道路匯集，并由高一級道路向低一級道路疏散，應避免不同等級道路越級相接。

圖4 西安城市道路等級劃分示意Fig.4 Schematic map of urban road classification in Xi’an

3.4 自適應反饋道路方法

在上述的前提中，大部分都可以通過線性函數(shù)來模擬，而且線性函數(shù)的獨立性乘積也為線性結(jié)構(gòu)，因此可以將上述內(nèi)容合并為一個布局函數(shù)φ，瑞典斯德哥爾摩大學的Erhan教授提出的道路交通評價方法已經(jīng)給出布局函數(shù)的可行性，所以不再復述。通過設計歷史遺跡反饋因子、道路運輸影響因子和主干道路網(wǎng)絡影響因子可以構(gòu)建一個自適應的反饋交通系統(tǒng)φ(n).

φ(n)=I×γ×O(n)×φ

(5)

將式(3)和(4)代入，可以得到

(6)

而歷史遺跡影響因子由于受到周圍道路級別的影響，例如，西安市湘子廟所處的湘子廟街為東西走向的大街，但隨著西安環(huán)城南路改造工程的完工，大大降低車流從湘子廟街通行的意愿，在有效保護了該處歷史遺跡的同時，提升了通行效率。因此，針對西安城區(qū)的這種情況，建立了歷史遺跡反饋函數(shù)如下

O(n)=e1/[1+φ(n)]

(7)

該反饋函數(shù)是通過對自適應的反饋交通系統(tǒng)φ(N)進行求導所得，由于在反饋過程中，會產(chǎn)生一個道路影響因子的波動，為了減小這種波動，從而利用最小均方誤差ε來判斷自適應反饋系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

ε=|O(n)-O(n-1)|2-|e1/[1+φ(n)]-e1/[1+φ(n-1)]|2

(8)

在此，設定一個門限θ，當誤差ε≤θ時，認為系統(tǒng)為穩(wěn)定狀態(tài)。

4 西安市歷史遺跡保護道路交通評價

以西安市基于歷史遺跡保護的道路交通評價為例，文中利用所設計的自適應反饋道路評價方法，對西安成熟交通的可持續(xù)發(fā)展提供指導作用。為了具有可推廣性，依據(jù)《城市道路交通規(guī)劃設計規(guī)范》和《城市交通管理評價指標體系》中的相關指標，建立6類7種評價指標對西安市基于歷史遺跡保護的道路交通進行評價，各指標值見表1.

表1 現(xiàn)狀評價指標標準Table 1 Status evaluation index standard

常用的評價指標權(quán)重確定方法有調(diào)查法和層次分析法(AHP, Analytic Hierarchy Process)等，其中, 層次分析法是目前普遍采用的評價指標權(quán)重確定方法。文中利用評價指標權(quán)重確定方法按照2018年6月1號到2018年7月31號之間2個月的數(shù)據(jù)，選取主干道網(wǎng)絡影響因子、道路運輸影響因子、歷史遺跡影響因子、道路網(wǎng)與對外交通設施比重、道路系統(tǒng)與城市用地布局和道路系統(tǒng)功能分工與結(jié)構(gòu)6類權(quán)重因子進行數(shù)據(jù)分析。將每日交通數(shù)據(jù)的平均車速、人均道路面積、道路運輸影響因子3個參數(shù)通過中位數(shù)進行61 d的累加平均，并參照《城市交通管理評價指標體系》中的相關指標進行分數(shù)百分化處理，其他影響因子，通過《城市交通管理評價指標體系》中的相關指標結(jié)合評估區(qū)域的實際情況計算。根據(jù)以上單項指標評價標準和城市道路交通系統(tǒng)規(guī)劃方案，以湘子廟為中心方圓5 km區(qū)域為采樣區(qū)域，統(tǒng)計并計算各單項指標得分，結(jié)果見表2.

以長安大學渭水校區(qū)為中心方圓5 km區(qū)域為采樣區(qū)域，采用和湘子廟區(qū)域相同的評價計算方式，統(tǒng)計并計算各單項指標得分，結(jié)果見表3.

表2 湘子廟單項指標得分Table 2 Single index score of Xiangzimiao

表3 長安大學渭水校區(qū)單項指標得分Table 3 Single index score of Weishui campus of Chang’an University

在重點保護歷史遺跡的前提下，西安市道路交通規(guī)劃對比表1和表2可以看出，以湘子廟為中心的地區(qū)交通可發(fā)展規(guī)模較小，主干道網(wǎng)絡影響因子，道路運輸影響因子，歷史遺跡影響因子和道路系統(tǒng)與城市用地布局等多項數(shù)據(jù)均小于80，屬于開發(fā)難度大的區(qū)域，難以進行新的交通規(guī)劃予以開發(fā)。而長安大學渭水校區(qū)的道路規(guī)劃中，主干道網(wǎng)絡影響因子，道路運輸影響因子，歷史遺跡影響因子，道路網(wǎng)與對外交通設施比重，道路系統(tǒng)與城市用地布局和道路系統(tǒng)功能分工與結(jié)構(gòu)等7項評價指標得分均大于80分，并且其中5項指標均大于90分，具有高度的可擴展性，有利于當?shù)亟煌ㄒ?guī)劃的開展。通過文中所提出的自適應反饋評價方法依據(jù)規(guī)劃值對單項結(jié)果進行修正，能夠得到更加準確的評價數(shù)據(jù)。為改善城市道路交通狀況，保護歷史遺跡遺址，走可持續(xù)發(fā)展道路，提供切實可行的評價指標。

5 結(jié) 論

1)城市道路交通系統(tǒng)評價中，所構(gòu)建的主干道網(wǎng)絡影響因子、道路運輸影響因子和歷史遺跡影響因子相互關聯(lián)，有效的從道路擁堵，交通通行率，交通流量等多個方面反映城市道路交通系統(tǒng)的特征；

2)西安歷史遺跡所特有的分布廣，種類多，遺跡保護等級較高且不易移動的特點，在城市改造尤其是道路改造中如何分配，選擇所需改革的道路具有很大的影響，文中所提出的基于歷史遺跡反饋的自適應道路交通系統(tǒng)規(guī)劃評價方法，可以有效得到西安城市基于歷史遺跡保護的道路交通發(fā)展評價數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對西安地區(qū)的整體道路交通評價；

3)自適應反饋評價方法通過規(guī)劃值對單項結(jié)果進行修正，從而提出了新的歷史遺跡保護下的道路交通評價方法優(yōu)化，不僅有效的解決了原有道路交通評價方法對歷史遺跡保護的忽視，同時也合理的解決了城市交通系統(tǒng)與歷史遺跡保護同步發(fā)展所導致的客觀矛盾。