王西亞，張雯雯，劉思雨

（西南民族大學(xué) 建筑學(xué)院，四川 成都 610200）

0 引 言

近幾年，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，許多大型汽車公司一直在探索無人駕駛技術(shù)，無人駕駛汽車成為一大趨勢(shì)。無人駕駛的便捷性很好地響應(yīng)了新時(shí)代高效與智能的主題，無人駕駛的到來勢(shì)必會(huì)影響人們的生活方式，也會(huì)給城市空間帶來巨大的改變。未來，無人駕駛將在生活中的各個(gè)方面普及，傳統(tǒng)交通系統(tǒng)可能無法滿足無人駕駛汽車的發(fā)展。基于此，本文進(jìn)行大膽嘗試與探索，提出一種既適合無人駕駛汽車發(fā)展，又能將路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的缺陷降到最低的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。本文將以未來一種理想化的無人駕駛汽車作為研究基礎(chǔ)，提出一種新型城市交通系統(tǒng)模型。

1 研究綜述

當(dāng)前，無人駕駛發(fā)展的研究已經(jīng)初具規(guī)模，眾多學(xué)者也在加快對(duì)無人駕駛改變城市空間的研究。例如，張森等分析了無人駕駛技術(shù)會(huì)帶來城市時(shí)空平衡性提高、空間活力點(diǎn)的分散化、公共空間需求增加以及空間布局形態(tài)變化等方面的影響[1]。沈旺榮重點(diǎn)從道路利用、停車設(shè)施兩個(gè)方面研究無人駕駛對(duì)于城市交通、空間形態(tài)帶來的影響，提出了城市規(guī)劃中應(yīng)對(duì)無人駕駛的方法[2]。薛冰冰等重點(diǎn)研究了無人駕駛汽車在城市道路空間規(guī)劃、道路設(shè)計(jì)、交通規(guī)劃及交通管控等方面的影響和新要求，并提出了無人駕駛時(shí)代道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理控制工作變革的關(guān)鍵點(diǎn)[3]。陳曉榮等明確了無人駕駛公交專用道系統(tǒng)的運(yùn)行模式及支撐體系[4]。張延鵬等探究了無人駕駛汽車時(shí)代，城市在“點(diǎn)”“線”“面”三個(gè)維度的提升，以及未來無人駕駛汽車給城市交通帶來的挑戰(zhàn)，進(jìn)而提出相應(yīng)的行動(dòng)指南[5]。

上述研究大多針對(duì)城市面對(duì)無人駕駛汽車應(yīng)做出的改變，而關(guān)于可以應(yīng)對(duì)無人駕駛汽車的新型城市模型、新型交通系統(tǒng)的研究較少。由于無人駕駛在使用上存在巨大優(yōu)越性以及其對(duì)于城市空間帶來了諸多的積極影響，未來無人駕駛汽車的發(fā)展會(huì)更加勢(shì)不可擋。本文將基于新型城市模型的交通系統(tǒng)進(jìn)行探索，為無人駕駛下的城市空間的研究做出貢獻(xiàn)。

2 無人駕駛技術(shù)簡介

無人駕駛的關(guān)鍵技術(shù)包括對(duì)車輛行駛環(huán)境的感知、對(duì)車輛行駛路徑的規(guī)劃、對(duì)駕駛行為的智能決策、對(duì)車輛的導(dǎo)航定位以及對(duì)車輛的自動(dòng)控制[6]。目前，Uber、谷歌等各大汽車公司都為無人駕駛投入了巨大的經(jīng)濟(jì)和人力資源，未來無人駕駛汽車的發(fā)展會(huì)更加勢(shì)不可擋。無人駕駛技術(shù)將廣泛運(yùn)用在生活中，無人駕駛公交車、無人駕駛軌道交通、無人送貨車、無人售貨汽車等將成為城市交通系統(tǒng)的主要角色。而由于無人駕駛汽車的特殊性，普及之后的道路空間、交通系統(tǒng)及交通管控等方面都會(huì)發(fā)生一系列的變化，因此，對(duì)城市的規(guī)劃也要提出新的思路。

3 無人駕駛給城市帶來的新機(jī)遇

無人駕駛技汽車可以根據(jù)周圍環(huán)境而判斷自身的行駛軌跡。如果無人駕駛技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用，必然會(huì)引起一場道路交通及城市空間的變革，主要體現(xiàn)在以下方面。

3.1 汽車數(shù)量減少

麻省理工學(xué)院有數(shù)據(jù)表明，目前美國的汽車平均有95%的時(shí)間處于停放的狀態(tài)。汽車共享已經(jīng)導(dǎo)致停車場需求的下降。據(jù)預(yù)計(jì)，每輛共享汽車大約能夠取代10 ～30 輛運(yùn)營車輛。所以無人駕駛普及到城市中后，共享成為城市中交通出行的主題，這意味著汽車的數(shù)量將會(huì)大幅減少。

3.2 城市道路空間變化

傳統(tǒng)汽車的寬度被限制在2.5 m 內(nèi)，而道路寬度卻寬達(dá)3.5 m 及以上。原因在于傳統(tǒng)汽車由人駕駛，行駛狀況不穩(wěn)定，車行道需要留有一定的容錯(cuò)空間。而無人駕駛汽車在技術(shù)的支撐下可避免此種情況，無人駕駛汽車的體積能大幅縮減，由此，機(jī)動(dòng)車道路空間的減少是必然的，可以將更多的城市空間留給公共空間。

3.3 用地布局改變

現(xiàn)代城市用地布局的規(guī)劃十分注重效率，人們需要考慮通勤時(shí)間，那么居住區(qū)的布局就會(huì)靠近城市交通便捷的地帶。而由于無人駕駛時(shí)代的交通便利性，交通問題將迎刃而解。居住地點(diǎn)與工作地點(diǎn)的距離將不再是人們選擇住所的最大影響因素。人們更傾向于選擇居住在建筑密度低、景觀優(yōu)美的地帶。居住區(qū)可能會(huì)分散地分布在城市的各個(gè)區(qū)域。

3.4 道路通行能力增加

道路的通行能力與交通流平均車速和最小車頭間距有關(guān)。而無人駕駛汽車可以在互聯(lián)網(wǎng)的幫助下，與周圍的其他無人駕駛汽車聯(lián)系，從而進(jìn)行自行組織車流、變道、控制車速等行為。同時(shí)，無人駕駛的安全系數(shù)增加，反應(yīng)時(shí)間縮短，車輛之間的最小車頭間距隨之減少。道路的通行能力取值60 ～120 km/h 時(shí)，小型和大型無人駕駛汽車的最小車頭間距分別是傳統(tǒng)汽車的21.6%～35.5%和29.8%～45.9%。因此，無人駕駛時(shí)代，道路基本通行能力將大約提高2.6 ～4.2 倍[3]。

3.5 社會(huì)停車場減少

由于大部分無人駕駛汽車具有共享性，閑置汽車數(shù)量將減少，目前有車無處停的問題便會(huì)迎刃而解。社會(huì)也不再需要修建大量公共停車場，多余的空間可以進(jìn)行綠地空間、休閑空間等建設(shè)。

4 新型城市模型的交通系統(tǒng)研究

4.1 新型城市模型提出的背景

目前，大多數(shù)城市的道路系統(tǒng)采用的是方格網(wǎng)或環(huán)狀放射式的形式。為了滿足城市的擴(kuò)張，這兩種布局方式似乎已經(jīng)是能最大限度配合城市交通需求的狀態(tài)。而無人駕駛的普及或許能從根本解決問題，人們無需將思想禁錮在傳統(tǒng)布局形式上。提出新的城市模型之前，需要考慮的是，當(dāng)無人駕駛成為城市中主要的交通工具時(shí)，方格網(wǎng)或環(huán)形道路是否還有利于無人駕駛的發(fā)展和人們的高效生活。方格網(wǎng)道路將城市用地劃分成形狀整齊的地塊，利于城市的用地布局，城市交通線路的選擇較為靈活。但是這也造成了對(duì)角線方向的地點(diǎn)之間的交通聯(lián)系較遠(yuǎn)，難免會(huì)增加市民的無效出行距離，增加道路的負(fù)擔(dān)。此外，方格網(wǎng)道路系統(tǒng)形成的交叉口也造成了現(xiàn)有的交通難題，十字路口成為車流沖突點(diǎn)，若想使車輛在道路上較為流暢、有秩序地行駛，需要在交通信號(hào)燈的幫助下組織交通相位，這影響了整體的運(yùn)行速度和效率。雖然在方格網(wǎng)的道路系統(tǒng)下，無人駕駛的接入能避免車流混亂，但也不能完美地解決上述所有問題。

環(huán)形放射式道路網(wǎng)的放射形干道雖然優(yōu)勢(shì)眾多，如有利于市中心的對(duì)外聯(lián)系，使整個(gè)城市有向心發(fā)展的生命活力，保持中心地區(qū)的繁榮等，但是在一定程度上，放射形干道容易把外圍的交通集中引入中心地區(qū)，造成中心區(qū)路網(wǎng)負(fù)荷過大，交通擁堵。而且，外圍區(qū)域的路網(wǎng)整體使用效率偏低，浪費(fèi)了路網(wǎng)時(shí)空資源，城市外圍也會(huì)繼續(xù)依托此種形式的道路“攤大餅”式發(fā)展。更重要的是，環(huán)形道路雖大體上呈現(xiàn)環(huán)形放射狀，但在中觀角度，城市依然存在大量接近方格網(wǎng)形式布局的道路，上述問題依然存在。

4.2 城市模型結(jié)構(gòu)的提出

要提出新型城市道路系統(tǒng)模型，必須既要能避免以上傳統(tǒng)道路系統(tǒng)形式的缺點(diǎn)并結(jié)合其優(yōu)點(diǎn)，又要能適合無人駕駛的發(fā)展。首先從解決對(duì)角線方向的交通聯(lián)系不變的問題入手，考慮交通路網(wǎng)布局時(shí)的非直線系數(shù)的概念。非直線系數(shù)是指道路訖點(diǎn)間的實(shí)際交通距離與兩點(diǎn)間空間直線距離之比。用于評(píng)價(jià)不同路網(wǎng)形式和客貨流線路集散點(diǎn)之間聯(lián)系的便捷程度。方格網(wǎng)式路網(wǎng)的非直線系數(shù)在1.2～1.4，而五邊形、六邊形等多邊形的相鄰的點(diǎn)的非直線系數(shù)要比方格網(wǎng)式的更小，這就意味著從非直線系數(shù)的角度來講，多邊形式路網(wǎng)的便捷程度更高。

在自然界中，龜殼、蜂巢、苯的分子結(jié)構(gòu)等都呈現(xiàn)六邊形形狀，這與正六邊形的特點(diǎn)密切相關(guān)。平面幾何形體中，只有正三角形、正方形以及正六邊形是一種可以無限擴(kuò)張且不留空隙、不重疊的多邊形。同時(shí)，在能夠鋪滿同等面積的情況下，正六邊形所需要的周長之和是最小的，這代表著此種交通道路網(wǎng)形式在城市中的道路用地占比會(huì)相應(yīng)縮小。如果設(shè)計(jì)目的是使無人駕駛接入后更多的城市道路面積還給城市作為其他功能，整個(gè)城市相比于車更注重以人為本，那么便可以大膽嘗試一種新的城市模型結(jié)構(gòu)——蜂窩狀，即以正六邊形為主要道路劃分的城市模型。如圖1 所示。

圖1 六邊形新型城市模型

4.3 新型城市模型的尺度

確定了城市模型的結(jié)構(gòu)之后，對(duì)整個(gè)城市的尺度進(jìn)行基本定義：在方格網(wǎng)的城市道路系統(tǒng)中，主干道之間的間距為800 ～1 200 m，城市被劃分為基本單元。同樣，在六邊形的城市模型中，主干道將城市劃分為六邊形構(gòu)成城市的基本單元。每個(gè)六邊形單元包含完整的配套設(shè)施，滿足內(nèi)部居民的各種需求，包括衣、食、住、行、就業(yè)、教育、醫(yī)療等。假定此單元內(nèi)的無人駕駛平均速度為20 km/h，那么在乘坐無人駕駛汽車的5 min 內(nèi)，行駛的最遠(yuǎn)距離在1 600 m 左右。那么以半徑距離大約為800 m 的圓為基礎(chǔ)，使六邊形外切于此圓，得到的這個(gè)六邊形為一個(gè)新型的城市單元。這個(gè)城市單元可以保證人們?cè)? min 內(nèi)乘坐無人駕駛車到達(dá)這個(gè)模型中的任何一個(gè)地方，滿足生活上的所有需求。

4.4 新型城市模型的道路系統(tǒng)

每個(gè)六邊形為一個(gè)基本城市單元，每個(gè)六邊形的邊是連接各個(gè)六邊形的通道?；诖耍梢詫⒘呅蔚倪呑鳛槌鞘心Ｐ偷闹鞲傻?。次干道作為聯(lián)系主干道的輔助交通道路，需要貫穿整個(gè)六邊形城市單元。如圖2 所示。如果采用六邊形的對(duì)角線為次干道，會(huì)把原本主干道形成的“Y”型路口變成復(fù)雜的交叉口，使得交通系統(tǒng)更加混亂。因此，本文嘗試以六邊形內(nèi)切圓的圓心為起點(diǎn)，向最鄰近的六邊形的三條邊作垂線，得出的垂線為次干道。這樣，新型城市模型的交叉口全部為Y 型或者T 型。Y型及T 交叉口的車流沖突點(diǎn)較少，并且“Y”型交叉口的轉(zhuǎn)彎半徑較大，可以保證車輛行駛具有較大的速度。而無人駕駛車輛的自動(dòng)避讓功能，在一定程度上可以避免車輛發(fā)生交通事故。

圖2 六邊形新型城市模型

可見，在某一程度上，Y 字路口比十字路口可能更加適合無人駕駛。城市模型內(nèi)部的支路則以用地功能來決定，規(guī)劃方式可以更加自由靈活，旨在方便快捷地服務(wù)小范圍的人和車。傳統(tǒng)城市的部分支路設(shè)置非機(jī)動(dòng)車專用道，大多呈現(xiàn)人車分流的狀態(tài)。而在無人駕駛時(shí)代，無人駕駛汽車具有自動(dòng)避讓行人的功能，在支路上可以輕松呈現(xiàn)人與車共存的狀態(tài)。因此，新型城市交通體系的模式為六邊形的主干道連接城市單元，垂直于六邊形的次干道分解城市單元，靈活的內(nèi)部支路布滿城市單元。

4.5 新型城市交通體系的模式與結(jié)構(gòu)

新型城市交通體系的模式為六邊形的主干道連接城市單元，垂直于六邊形的次干道分解城市單元，靈活的內(nèi)部支路布滿城市單元。此外，考慮到主干道與次干道上行駛的無人駕駛汽車的體量以及性能不同，都各自適用于不同的行駛速度。為了使整個(gè)城市的交通系統(tǒng)運(yùn)行更加方便快捷，呈現(xiàn)一種內(nèi)慢外快的高效交通體系，可以在主干道以及次干道的連接處設(shè)置車輛換乘點(diǎn)。在支路上的無人駕駛汽車體型小，并且行駛速度很低，對(duì)于支路上的交通系統(tǒng)的運(yùn)行影響很小，如果只是短暫地停留5 min 左右，無人駕駛汽車可以隨即停留。若停留等待時(shí)間較長，可前往附近的臨時(shí)待客點(diǎn)，以免影響其他無人駕駛汽車和行人的使用。臨時(shí)待客點(diǎn)的合理間距大約在300 m。

4.6 新型城市交通體系的運(yùn)行

在無人駕駛時(shí)代，各種性能和形態(tài)的無人駕駛車輛適用于不同等級(jí)的道路。當(dāng)乘客需要使用無人駕駛汽車時(shí)，最近的無人駕駛汽車收到乘客的信號(hào)后，便會(huì)以最快的速度接到乘客，并在此乘客的目的地附近迎接下一個(gè)乘客。無人駕駛汽車可以在主次干道順利行駛與停泊，實(shí)現(xiàn)“通”，支路上人車混行，無人駕駛汽車慢速行駛，實(shí)現(xiàn)“達(dá)”。

在此新型城市模型中，無人駕駛也很好地解決了停車問題。所有共享的無人駕駛車輛都在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的支持下被調(diào)動(dòng)利用著，無人駕駛車輛只有在需要補(bǔ)充能量和等待客人的時(shí)候會(huì)停歇下來。此外，城市道路上需要設(shè)置一系列臨時(shí)充電站、加油加氣站、維護(hù)站等基礎(chǔ)設(shè)施，更高效便捷地支撐整個(gè)城市交通系統(tǒng)正常運(yùn)行。

5 結(jié) 語

由于無人駕駛在使用上存在巨大的優(yōu)越性，對(duì)于城市空間帶來了諸多的積極影響，因此城市的發(fā)展將會(huì)對(duì)城市規(guī)劃提出更高、更新的要求。本文從分析城市現(xiàn)有道路系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)入手，通過提出非直線系數(shù)得出一個(gè)新型城市模型，主要結(jié)論有：

（1）以城市模型的六條邊為主干道，內(nèi)部垂直于六邊形的路為次干路，其余支路合理布置在每個(gè)城市單元；

（2）以六邊形為一個(gè)基本單元，其內(nèi)切圓半徑為800 m，一個(gè)單元內(nèi)包含各類公共服務(wù)設(shè)施；

（3）城市內(nèi)部需設(shè)置停車點(diǎn)和服務(wù)于無人駕駛車輛的基礎(chǔ)設(shè)施等。

本文提出的新型城市模型下的交通系統(tǒng)是基于目前無人駕駛所能達(dá)到的技術(shù)而言的，缺乏一定的普遍性與可實(shí)踐性，并且在管理與支撐體系方面需要更加完善。隨著時(shí)代的進(jìn)步，無人駕駛系統(tǒng)會(huì)更加完善，這會(huì)給此基礎(chǔ)模型帶來更多需要完善的地方。