劉淮源，李慧穎，李 婷，武亞鵬

(中南勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430073)

物流園區(qū)作為物流網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施和城市實(shí)現(xiàn)物流功能的貨物集散中心、組織協(xié)調(diào)中心及信息交換中心，不僅能完善社會(huì)物流體系，規(guī)范物流設(shè)施建設(shè)和貨物運(yùn)輸行為，也能為城市乃至國(guó)家的工商業(yè)發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)、提供助力。

物流園區(qū)的建設(shè)初衷是讓城市的功能布局更為清晰，將城市的貨運(yùn)集散地聚集到較為合理的區(qū)域(這其中涉及交通接駁便利，物流與產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)等綜合因素)，建設(shè)成一個(gè)為城市經(jīng)濟(jì)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)服務(wù)的綜合型物流節(jié)點(diǎn)，有效引導(dǎo)城市內(nèi)部物流交通流向，進(jìn)一步提高物流效率。

然而，當(dāng)前我國(guó)物流園區(qū)的規(guī)劃建設(shè)研究領(lǐng)域中針對(duì)園區(qū)交通的規(guī)劃方法較為缺乏，園區(qū)內(nèi)部道路和外部集疏運(yùn)道路的交通流未能得到合理分配，造成物流園區(qū)運(yùn)營(yíng)后期集疏運(yùn)體系的混亂。

針對(duì)物流園區(qū)貨運(yùn)交通流分配的研究，在物流園區(qū)的規(guī)劃建設(shè)研究領(lǐng)域中具有重要的地位，能為物流園區(qū)集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)以及園區(qū)內(nèi)外部的交通組織和管理提供參考性的依據(jù)。合理分配物流園區(qū)的貨運(yùn)交通流，能保證園區(qū)交通組織的有效性，提高園區(qū)物流效率，降低物流成本。同時(shí)，因物流園區(qū)貨運(yùn)交通流具有和一般的城市交通流相交織的特點(diǎn)，有效的園區(qū)內(nèi)外部交通組織和管理有利于解決城市道路的擁堵問(wèn)題，提高城市整體效率和效益。

1 物流園區(qū)貨運(yùn)交通流特性分析

1.1 道路混流特性

物流園區(qū)貨運(yùn)交通流的顯著特性之一，是園區(qū)生成的貨運(yùn)交通流與一般的城市交通流交織混合、相互影響。雖然物流園區(qū)一般不會(huì)位于城市的中心，多選址于城市郊區(qū)，但園區(qū)集疏運(yùn)道路往往要與城市主干道等交通便利的道路相銜接。因此，在分配物流園區(qū)貨運(yùn)交通流時(shí)必然要考慮一般的城市交通流的影響。

為方便討論，將物流園區(qū)集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中的道路分為以下三類[1]：

(1) 物流園區(qū)服務(wù)道路。物流園區(qū)服務(wù)道路是指以滿足物流園區(qū)貨物集疏運(yùn)交通需求為主的路段，其道路交通流基本不包括一般的城市交通流。

(2) 城市服務(wù)道路。城市服務(wù)道路是指以滿足一般城市出行交通需求為主的路段，其道路交通流基本不包括物流園區(qū)的貨運(yùn)交通流。

(3) 混合服務(wù)道路?；旌戏?wù)道路是指物流園區(qū)的貨運(yùn)交通流和一般的城市交通流中混流現(xiàn)象比較嚴(yán)重的路段，其道路交通流中一般的城市交通流和物流園區(qū)的貨運(yùn)交通流都很大。

1.2 時(shí)間分布不均衡性

物流園區(qū)的貨運(yùn)交通流受貨物到園時(shí)間的影響，存在明顯的時(shí)間分布不均衡特點(diǎn)。以港口物流園區(qū)為例，園區(qū)的貨運(yùn)交通流與貨物到港時(shí)間有著直接的影響關(guān)系，而貨物到港時(shí)間較為集中，時(shí)間分布不均衡，故港口物流園區(qū)的貨運(yùn)交通流同樣具備該特性。對(duì)普通物流園區(qū)來(lái)說(shuō)，貨物到園時(shí)間同樣存在時(shí)間分布不均衡性?？紤]到物流園區(qū)的城市短途配送業(yè)務(wù)和城市貨運(yùn)車輛通行管理政策，普通物流園區(qū)雖然不及港口物流園區(qū)貨物到園時(shí)間分布差異明顯，但其貨運(yùn)交通流同樣具備時(shí)間分布不均衡的特點(diǎn)。

2 物流園區(qū)貨運(yùn)交通流分配模型

物流園區(qū)外部分布有物流園區(qū)服務(wù)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，物流園區(qū)與產(chǎn)業(yè)園區(qū)之間會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的交通發(fā)生量和交通吸引量，物流園區(qū)內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)功能區(qū)，且每個(gè)功能區(qū)之間也會(huì)產(chǎn)生一定的交通發(fā)生量和交通吸引量，故將物流園區(qū)外部的產(chǎn)業(yè)園區(qū)和內(nèi)部的功能區(qū)定為交通小區(qū)。物流園區(qū)外部的產(chǎn)業(yè)園區(qū)和內(nèi)部的功能區(qū)存在許多相連的運(yùn)輸?shù)缆?，即路段，假定任意交通小區(qū)之間都存在可達(dá)的路徑，這就構(gòu)成了物流園區(qū)貨物運(yùn)輸?shù)慕煌ňW(wǎng)絡(luò)。

參考精度較高、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的用戶平衡交通流分配模型，并根據(jù)物流園區(qū)貨運(yùn)交通流特點(diǎn)重新定義各參數(shù)，再假定每位道路使用者都掌握了物流園區(qū)的全部交通網(wǎng)絡(luò)，即每位道路使用者都能選擇阻抗最小的路徑。下面用數(shù)學(xué)語(yǔ)言對(duì)以上描述進(jìn)行表達(dá)，物流園區(qū)貨運(yùn)交通流分配模型的數(shù)學(xué)式為

(1)

(2)

(3)

需要注意的是，不同于一般的用戶平衡交通流分配模型中xa表示路段a的實(shí)際交通量，本研究所采用的物流園區(qū)貨運(yùn)交通流分配模型中的xa僅表示路段a的貨運(yùn)交通量，相應(yīng)的路阻函數(shù)也應(yīng)重新設(shè)計(jì)。

3 路阻函數(shù)設(shè)計(jì)

路阻函數(shù)是物流園區(qū)貨運(yùn)交通流分配模型中最重要的部分，如何將貨運(yùn)交通流特性進(jìn)行分析量化，使之轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)語(yǔ)言并應(yīng)用于路阻函數(shù)設(shè)計(jì)中，從而能夠在貨運(yùn)交通流分配模型中更好地體現(xiàn)，是設(shè)計(jì)路阻函數(shù)的核心工作。

選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于求解的BPR函數(shù)作為基礎(chǔ)函數(shù)，就道路等級(jí)、道路混流特性和交通流時(shí)間分布不均衡性3個(gè)因素對(duì)路阻函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)研究[2-7]。

3.1 道路等級(jí)因素

BPR函數(shù)是1964年美國(guó)公路局根據(jù)交通實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析得到的路阻函數(shù)，屬于經(jīng)驗(yàn)函數(shù)。不同等級(jí)的道路對(duì)交通流的吸引作用不同，對(duì)不同等級(jí)的道路采用相同的參數(shù)是不合理的，因此，應(yīng)針對(duì)不同等級(jí)道路的BPR函數(shù)中的α值和β值進(jìn)行重新標(biāo)定。改進(jìn)后的BPR函數(shù)式為

(4)

式中，ta(xa)為路段a以貨運(yùn)交通量為自變量的路阻函數(shù)；αxa為路段a的α值；βxa為路段a的β值；C為道路設(shè)計(jì)通行能力。α值和β值為推薦參數(shù)，取值分別為0.15和4。

目前，城市道路按道路等級(jí)可劃分為快速路、主干路、次干路和支路4種道路，其道路功能和設(shè)計(jì)行車速度如下：

(1) 快速路：一般具有四條以上機(jī)動(dòng)車道，可供機(jī)動(dòng)車以較高速度行駛，設(shè)計(jì)行車速度為60～80 km/h。

(2) 主干路：連接城市各交通小區(qū)的干路，設(shè)計(jì)行車速度為40～60 km/h。

(3) 次干路：連接主干路和交通小區(qū)的干路，設(shè)計(jì)行車速度為40 km/h。

(4) 支路：次干路與次干路的連接道路，設(shè)計(jì)行車速度為30 km/h。

在實(shí)際參數(shù)標(biāo)定過(guò)程中，可對(duì)研究路網(wǎng)中各等級(jí)道路交通量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析確定參數(shù)的具體值。根據(jù)《城市道路阻抗函數(shù)模型研究——以大連市為例》中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，各等級(jí)道路參數(shù)建議值如表1所示：

表1 各等級(jí)道路參數(shù)建議值

3.2 道路混流特性因素

在一般的用戶平衡交通流分配模型中，xa代表路段a的交通量，包括貨運(yùn)交通量和一般的城市交通量。但在物流園區(qū)貨運(yùn)交通流分配模型中，考慮到貨運(yùn)交通量的數(shù)據(jù)源自物流園區(qū)貨運(yùn)量的推算，而不是物流園區(qū)內(nèi)部和周邊路網(wǎng)的實(shí)際交通調(diào)查，即xa僅代表貨運(yùn)交通量，不符合傳統(tǒng)BPR函數(shù)的變量定義，且按原BPR函數(shù)計(jì)算出的阻抗值偏小，故對(duì)BPR函數(shù)做放大改進(jìn)處理，改進(jìn)后的BPR函數(shù)式為

(5)

式中，e為放大系數(shù)。

考慮到物流園區(qū)交通流的道路混流特性，設(shè)物流園區(qū)交通流中某路段貨運(yùn)交通流的占有率為o，令

(6)

式中，F(xiàn)TF(freight traffic flow)為貨運(yùn)交通量，由物流園區(qū)集疏運(yùn)需求產(chǎn)生；UTF(urban traffic flow)為一般的城市交通量，由城市日?？拓洺鲂行枨螽a(chǎn)生。

對(duì)園區(qū)內(nèi)部道路，路段貨運(yùn)交通流的占有率o為1；對(duì)園區(qū)外道路，路段貨運(yùn)交通流的占有率o的取值應(yīng)根據(jù)路段周邊的用地性質(zhì)、路段與園區(qū)的距離等相關(guān)因素確定。放大系數(shù)e應(yīng)和路段貨運(yùn)交通流的占有率o呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，即貨運(yùn)交通流的占有率o越小，放大系數(shù)e越大。

3.3 交通流時(shí)間分布不均衡性因素

由于物流園區(qū)貨運(yùn)交通流分配采用靜態(tài)交通流分配模型，道路通行能力和交通量均為一段時(shí)間(以d或h為單位)內(nèi)的數(shù)據(jù)，受交通流時(shí)間分布不均衡性的影響會(huì)存在一定的誤差，即在最終交通流分配的結(jié)果中，有可能出現(xiàn)道路的通行能力滿足模型所分配的交通量，但在某一時(shí)間斷面上，道路的通行能力卻無(wú)法滿足該時(shí)間斷面的交通量這一問(wèn)題。

這在一般的交通流分配中是一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象，因?yàn)榻煌鞣峙淠Ｐ蜁?huì)優(yōu)先考慮最優(yōu)路徑，充分利用后才會(huì)考慮次優(yōu)路徑，從而出現(xiàn)道路通行能力難以滿足交通流的情況，但這跟實(shí)際情況中交通路徑的選擇是不相符的。

由于現(xiàn)階段還不能將交通流時(shí)間分布不均衡性抽象表達(dá)為數(shù)學(xué)模型，本文考慮在路阻函數(shù)中增加道路通行能力利用率對(duì)道路阻抗的影響，改進(jìn)后的函數(shù)式為

(7)

(8)

(9)

式中，e(r)為實(shí)際道路通行能力利用率r的放大函數(shù)；r為實(shí)際道路通行能力利用率；o為道路貨運(yùn)交通流的占有率，0a時(shí)的放大函數(shù)。

綜合以上3種因素對(duì)BPR函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，為保證改進(jìn)后的函數(shù)容易計(jì)算，且滿足物流園區(qū)貨運(yùn)交通流特性，令函數(shù)f1(r)和f2(r)分別為o和o×a的倒數(shù)，改進(jìn)后的函數(shù)式為

(10)

下面對(duì)函數(shù)模型關(guān)于道路混流特性和交通流時(shí)間分布不均衡性進(jìn)行驗(yàn)證。

首先分析路段貨運(yùn)交通流的占有率o。道路受到一般的城市交通流干擾越小，o值越大，阻抗放大函數(shù)e(r)越小，道路阻抗也相對(duì)越小，道路對(duì)車輛的吸引力越大。當(dāng)路段為物流園區(qū)內(nèi)道路時(shí)，貨運(yùn)交通流幾乎不受一般的城市交通流影響，可認(rèn)為o=1；當(dāng)?shù)缆范螢槲锪鲌@區(qū)周邊道路時(shí)，隨著貨運(yùn)交通流的占有率o的增加，放大函數(shù)e(r)變小，路阻減小。放大函數(shù)e(r)符合道路混流特性對(duì)道路阻抗的影響。

其次分析道路通行能力可利用率a。e(r)是a的減函數(shù)，交通流出行時(shí)間分布越密集，道路通行能力可利用率a就越低，隨著貨運(yùn)交通量xa的增大，道路阻抗會(huì)增大；當(dāng)r≤a時(shí)，e(r)=1/o，即交通流為非飽和狀態(tài)下，不對(duì)道路阻抗進(jìn)行放大。放大函數(shù)e(r)符合交通流時(shí)間分布不均衡性對(duì)道路阻抗的影響。

最后得到BPR-Logistics Park函數(shù)式為

(11)

(12)

4 基于TransCAD的案例應(yīng)用

以某東部省份城市的公鐵物流園區(qū)為案例研究對(duì)象，該園區(qū)位于城市中心的城區(qū)西南部，與鐵路貨運(yùn)站相連，其定位是服務(wù)城市優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、輻射周邊地域的綜合性物流園區(qū)。物流園區(qū)功能區(qū)布置如圖1所示。

4.1 交通小區(qū)及路網(wǎng)模型建立

將該物流園區(qū)外部主要的三個(gè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)簡(jiǎn)化為園區(qū)周邊的三個(gè)區(qū)域，運(yùn)用TransCAD軟件建立交通小區(qū)模型及交通路網(wǎng)模型，交通小區(qū)模型如圖2所示，交通路網(wǎng)模型如圖3所示。

4.2 交通OD

物流園區(qū)的交通量主要是由園區(qū)的貨運(yùn)業(yè)務(wù)產(chǎn)生的，可通過(guò)建立模型將物流園區(qū)的貨運(yùn)量轉(zhuǎn)變?yōu)榻煌?，物流?交通量轉(zhuǎn)化模型如圖4所示[8]。

由圖4可知，物流園區(qū)不同貨類的貨物可通過(guò)價(jià)值-重量模型、時(shí)間分布模型和模式分擔(dān)模型得其物流量即貨運(yùn)量，再利用貨物車輛模型將不同種類貨物的貨運(yùn)量轉(zhuǎn)換為不同車型的貨物運(yùn)輸車輛，最終得到貨物運(yùn)輸交通量。貨物車輛模型公式為

(13)

式中，qi為貨物i轉(zhuǎn)換后的標(biāo)準(zhǔn)交通量；Qi為貨物i轉(zhuǎn)換前的貨運(yùn)量；Bi為貨物i選用的貨運(yùn)車輛的裝載系數(shù)，t/輛；Ei為貨物i選用的貨運(yùn)車輛換算成標(biāo)準(zhǔn)交通量的換算系數(shù)。

4.3 配流參數(shù)標(biāo)定

(1) 道路貨運(yùn)交通流的占有率o。在實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)通過(guò)交通量的實(shí)地調(diào)查對(duì)道路貨運(yùn)交通流的占有率o的取值進(jìn)行標(biāo)定。綜合考慮道路周邊的用地性質(zhì)、道路與物流園區(qū)是否直接相連以及道路距物流園區(qū)的距離等相關(guān)因素對(duì)道路貨運(yùn)交通流的占有率o的影響，定性分析后對(duì)其進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定。

(2) 道路通行能力可利用率a。道路通行能力可利用率a即時(shí)間分布特性值，通過(guò)分析城市的交通時(shí)間分布特點(diǎn)和交通政策，再進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，確定道路通行能力可利用率a為0.5。

(3) 道路設(shè)計(jì)通行能力?？紤]到城市道路等級(jí)、車道折減系數(shù)以及交叉口間距等相關(guān)因素對(duì)道路通行能力的影響，道路設(shè)計(jì)通行能力公式為

C=Npackmδ

(14)

式中，C為道路設(shè)計(jì)通行能力；Np為道路可能通行能力；ac為不同等級(jí)道路的通行能力系數(shù)；km為車道折減系數(shù)，第一條車道為1.0，第二條為0.85，第三條為0.75，第四條為0.65；δ為交叉口影響通行能力的折減系數(shù)。

不同等級(jí)道路的通行能力系數(shù)如表2所示。

表2 不同等級(jí)道路的通行能力系數(shù)

4.4 配流結(jié)果分析

采用前文建立的物流園區(qū)貨運(yùn)交通流分配模型對(duì)該物流園區(qū)的貨運(yùn)交通流分配進(jìn)行分析，為體現(xiàn)函數(shù)效果，分別采用傳統(tǒng)BPR函數(shù)和自主設(shè)計(jì)的BPR-Logistics Park函數(shù)進(jìn)行配流對(duì)比。傳統(tǒng)BPR函數(shù)配流結(jié)果如圖5所示，BPR-Logistics Park函數(shù)配流結(jié)果如圖6所示。

由圖5和圖6可知，傳統(tǒng)BPR函數(shù)在貨運(yùn)交通流分配時(shí)，會(huì)將貨運(yùn)交通流過(guò)多地分配在高新二路、高新三路等道路，但因高新三路、高新二路除了要為物流園區(qū)貨運(yùn)交通流服務(wù)外，更多是要為周邊居住小區(qū)服務(wù)，過(guò)多的貨運(yùn)交通流會(huì)導(dǎo)致城市交通擁擠甚至堵塞，影響周邊居民的出行，分配比較不合理；而BPR-Logistics Park函數(shù)分配結(jié)果則相對(duì)平均，貨運(yùn)交通流都集中在產(chǎn)業(yè)園區(qū)周邊的主干路，如人民路、同和路和站前路等通行能力較高的路段，結(jié)合物流園區(qū)周邊用地性質(zhì)，BPR-Logistics Park函數(shù)在貨運(yùn)交通流分配時(shí)所選的路段周邊多為工業(yè)用地或綠化用地，不同于傳統(tǒng)BPR函數(shù)所選路段周邊多為居住用地，對(duì)城市交通的干擾較少，分配比較合理。

5 結(jié)論

以物流園區(qū)貨運(yùn)交通流為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)出符合物流園區(qū)特性的交通流分配模型和路阻函數(shù)，運(yùn)用TransCAD軟件驗(yàn)證所建立模型與函數(shù)的科學(xué)性與合理性。由于貨運(yùn)交通流占有率是由定性分析確定的常數(shù)，不能根據(jù)實(shí)際交通調(diào)查調(diào)整，存在一定的局限性，因此本模型更適合應(yīng)用在規(guī)劃中的物流園區(qū)，規(guī)劃期的物流園區(qū)貨運(yùn)交通流尚未形成，周邊道路建設(shè)也未完善，各類交通流參數(shù)僅能通過(guò)定性分析獲取，與本模型更加適配；而建成運(yùn)營(yíng)的物流園區(qū)周邊道路建設(shè)基本完善，貨運(yùn)交通流占有率等參數(shù)可通過(guò)實(shí)際調(diào)查獲取。未來(lái)研究中可將路網(wǎng)中的車型調(diào)查增添為貨運(yùn)交通流占有率定量分析的相關(guān)因素，擴(kuò)大模型的適用范圍。