王 岳，于漢學(xué)

(長(zhǎng)安大學(xué) 建筑學(xué)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(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，是中國(guó)內(nèi)陸地區(qū)最有影響的中心城市之一[1]。在全國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)布局上，西安具有承東啟西、東聯(lián)西進(jìn)的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，在西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略中具有重要的戰(zhàn)略地位[2]。隨著西安社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(chē)也逐步取代自行車(chē)、摩托車(chē)等傳統(tǒng)交通出行方式，城市路面上機(jī)動(dòng)車(chē)量與日俱增，2018年，交管部門(mén)統(tǒng)計(jì)出的西安市汽車(chē)保有量為320萬(wàn)輛。無(wú)論機(jī)動(dòng)車(chē)的總量還是它的增長(zhǎng)速度，都達(dá)到了相當(dāng)嚴(yán)峻的程度[3]。近年來(lái)，西安城市道路的建設(shè)、改造日新月異，提升了城市道路交通服務(wù)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(biāo)準(zhǔn)的城市交通道路評(píng)價(jià)方法，該方法可以很好的對(duì)區(qū)域道路進(jìn)行評(píng)價(jià)，但評(píng)價(jià)指標(biāo)過(guò)于單一，與交通道路的實(shí)際情況差距較大[4]。瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的Erhan教授提出了一種以時(shí)間為周期的道路交通評(píng)價(jià)方法，該方法可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路交通的通勤評(píng)價(jià)，但是忽略了早晚高峰對(duì)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(dòng)態(tài)變化的城市道路交通評(píng)價(jià)方法，該方法可以有效反映早晚高峰車(chē)輛對(duì)城市道路交通的評(píng)價(jià)，但沒(méi)有考慮歷史遺跡不可更改屬性對(duì)道路的影響[6]。美國(guó)Yadollah學(xué)者提出了一種歷史遺跡保護(hù)條件下的城市道路交通評(píng)價(jià)方法，該方法能夠?qū)v史遺跡保護(hù)條件下的城市道路交通進(jìn)行評(píng)價(jià)，但由于是需要整個(gè)區(qū)域共同完成，導(dǎo)致計(jì)算量較大，在道路修改過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的數(shù)值波動(dòng)[8]。針對(duì)上述問(wèn)題，首先參考其他城市的交通建設(shè)，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(yùn)用現(xiàn)代化的手段和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)道路交通評(píng)價(jià)。但西安相對(duì)于其他城市具有很強(qiáng)的特殊性，西安作為我國(guó)歷史上建都時(shí)期最長(zhǎng)的歷史名城，擁有大量歷史遺跡和遺產(chǎn)，極具保存價(jià)值，如何在現(xiàn)代化城市道路交通系統(tǒng)改造提升的同時(shí)合理保護(hù)好歷史遺跡，讓二者和諧共生，成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題[10]。此外，西安作為西北地區(qū)的唯一的國(guó)家中心城市，如何利用合理的道路交通系統(tǒng)來(lái)提高西安的物流運(yùn)輸能力，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)西北地區(qū)的物流繁榮，也是一個(gè)非常重要的問(wèn)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(diǎn)而建立的自適應(yīng)反饋交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，來(lái)協(xié)調(diào)解決二者之間的矛盾，為西安的道路交通運(yùn)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)，通過(guò)分析得到城市交通的需求[12]；其次利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化理論對(duì)道路網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化；最后對(duì)道路網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)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(diǎn)[13]。如果不能滿足需求，則需要擴(kuò)大道路網(wǎng)規(guī)模，拓展路寬，提高道路等級(jí)水平[14]。但由于西安地區(qū)承載著中國(guó)歷史上數(shù)個(gè)王朝的文明積累，有著眾多歷史遺跡，因此，持續(xù)進(jìn)行老城區(qū)改造和新城區(qū)擴(kuò)建會(huì)損壞諸多珍貴的歷史遺跡。針對(duì)該問(wèn)題，文中通過(guò)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(diǎn)保護(hù)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(luò)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(hù)歷史遺跡，交通道路的建設(shè)不能盲目的將所有交通道路都進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)建[15]。為了緩解交通擁堵，需要設(shè)計(jì)合理的道路運(yùn)行方案并選擇一些主要道路進(jìn)行改造和擴(kuò)建，使其符合主干道路的特點(diǎn)，并設(shè)主干道路影響因子為 。在實(shí)際規(guī)劃中，當(dāng)?shù)缆窋U(kuò)建后，車(chē)輛的通行狀態(tài)由于受到汽車(chē)總數(shù)輛影響，以及車(chē)輛在該路段上的行駛意愿等原因，并不呈現(xiàn)線性關(guān)系，按照當(dāng)斯準(zhǔn)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(zhǔn)確反映主干道路改、擴(kuò)建以后，對(duì)周邊區(qū)域交通系統(tǒng)運(yùn)行效率改善與提升的實(shí)際影響。

2.2 道路運(yùn)輸影響因子

在城市建設(shè)中，道路最根本的目的還是將人或者貨物進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而形成快速與常速，交通性與便利性，機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)，車(chē)與人等錯(cuò)綜復(fù)雜的交通系統(tǒng)[16]。通過(guò)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(jí)，如果相鄰道路的等級(jí)較高的話，主要干道會(huì)吸收一部分車(chē)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(guó)主要城市道路運(yùn)行壓力可以得到一個(gè)區(qū)域階梯函數(shù)A

A=0.80BA

0.55RA

0,30FA

(2)

而相鄰道路等級(jí)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(jìn)行累加求和，其函數(shù)R如下

(3)

式中,N為相鄰道路的總個(gè)數(shù)；βn為第n條道路的道路影響因子，將式(2)和式(3)進(jìn)行聯(lián)合乘積即可以得到道路運(yùn)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(zhǔn)確分析道路網(wǎng)運(yùn)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(shè)發(fā)展中面臨著前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在重點(diǎn)保護(hù)歷史遺跡的前提下，需要保證歷史遺跡周?chē)恍┑缆返脑夹砸约皻v史遺跡的不可擴(kuò)建性。因此將歷史遺跡影響因子O分為2大類(lèi)，第1類(lèi)為不可改變類(lèi)，為了保證歷史遺跡的完整性，從而將歷史遺跡影響因子設(shè)為0；第2類(lèi)為可擴(kuò)建類(lèi)，此時(shí)將歷史遺跡影響因子設(shè)為1，但是由于受到周?chē)缆返挠绊懀€需要建立周邊道路的反饋函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)交通系統(tǒng)的評(píng)估。由于西安的歷史遺跡所特有的分布廣，種類(lèi)多，遺跡等級(jí)較高不易移動(dòng)的特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)西安特有環(huán)境下的道路交通評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。

3 自適應(yīng)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(biāo)和道路網(wǎng)空間布局形式[18]，然后進(jìn)行道路網(wǎng)系統(tǒng)性分析，反饋計(jì)算，再布置專(zhuān)用道路系統(tǒng)，最后進(jìn)行檢驗(yàn)與調(diào)整的過(guò)程。整個(gè)系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 自適應(yīng)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(biāo)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(biāo)，其中包括人均道路用地面積，車(chē)均車(chē)行道面積，道路網(wǎng)密度道路網(wǎng)等級(jí)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(biāo)。通過(guò)對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指標(biāo)與指標(biāo)定量化計(jì)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(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整[17]。

3.2 道路網(wǎng)空間布局形式

由于多個(gè)王朝在西安建都，并且西安地處關(guān)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?zhǔn)薪帧⑻鹚值饶媳弊呦虻闹饕傻老嗷ゴ怪苯诲e(cuò)從而構(gòu)成格柵結(jié)構(gòu)的城市交通系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行修改，同時(shí)有利于后續(xù)道路的擴(kuò)展，文中的設(shè)計(jì)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(guān)系，與對(duì)外交通系統(tǒng)的銜接關(guān)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(guān)系，道路網(wǎng)布局系統(tǒng)主要考慮有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

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

城市道路系統(tǒng)與城市用地布局的配合關(guān)系：主要用于分析城市各相鄰組團(tuán)間和跨組團(tuán)的交通解決情況，各級(jí)各類(lèi)道路的走向是否適應(yīng)用地布局帶來(lái)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(jí)各類(lèi)道路的走向是否體現(xiàn)對(duì)用地發(fā)展建設(shè)的引導(dǎo)作用。以交通功能為主的干道要求控制兩側(cè)用地直接開(kāi)口以集散功能為主的道路允許兩側(cè)用地直接開(kāi)口。

圖3 西安市回民街組團(tuán)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(jí)結(jié)構(gòu)是否清晰、合理，各級(jí)各類(lèi)道路的密度是否合理等。為保障交通流逐級(jí)有序地由低一級(jí)道路向高一級(jí)道路匯集，并由高一級(jí)道路向低一級(jí)道路疏散，應(yīng)避免不同等級(jí)道路越級(jí)相接。

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

3.4 自適應(yīng)反饋道路方法

在上述的前提中，大部分都可以通過(guò)線性函數(shù)來(lái)模擬，而且線性函數(shù)的獨(dú)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(gè)布局函數(shù)φ，瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的Erhan教授提出的道路交通評(píng)價(jià)方法已經(jīng)給出布局函數(shù)的可行性，所以不再?gòu)?fù)述。通過(guò)設(shè)計(jì)歷史遺跡反饋因子、道路運(yùn)輸影響因子和主干道路網(wǎng)絡(luò)影響因子可以構(gòu)建一個(gè)自適應(yīng)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?chē)缆芳?jí)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(chē)流從湘子廟街通行的意愿，在有效保護(hù)了該處歷史遺跡的同時(shí)，提升了通行效率。因此，針對(duì)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(guò)對(duì)自適應(yīng)的反饋交通系統(tǒng)φ(N)進(jìn)行求導(dǎo)所得，由于在反饋過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)道路影響因子的波動(dòng)，為了減小這種波動(dòng)，從而利用最小均方誤差ε來(lái)判斷自適應(yīng)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(shè)定一個(gè)門(mén)限θ，當(dāng)誤差ε≤θ時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)為穩(wěn)定狀態(tài)。

4 西安市歷史遺跡保護(hù)道路交通評(píng)價(jià)

以西安市基于歷史遺跡保護(hù)的道路交通評(píng)價(jià)為例，文中利用所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)反饋道路評(píng)價(jià)方法，對(duì)西安成熟交通的可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)作用。為了具有可推廣性，依據(jù)《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》和《城市交通管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》中的相關(guān)指標(biāo)，建立6類(lèi)7種評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)西安市基于歷史遺跡保護(hù)的道路交通進(jìn)行評(píng)價(jià)，各指標(biāo)值見(jiàn)表1.

表1 現(xiàn)狀評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Status evaluation index standard

常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定方法。文中利用評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定方法按照2018年6月1號(hào)到2018年7月31號(hào)之間2個(gè)月的數(shù)據(jù)，選取主干道網(wǎng)絡(luò)影響因子、道路運(yùn)輸影響因子、歷史遺跡影響因子、道路網(wǎng)與對(duì)外交通設(shè)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(lèi)權(quán)重因子進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。將每日交通數(shù)據(jù)的平均車(chē)速、人均道路面積、道路運(yùn)輸影響因子3個(gè)參數(shù)通過(guò)中位數(shù)進(jìn)行61 d的累加平均，并參照《城市交通管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》中的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分?jǐn)?shù)百分化處理，其他影響因子，通過(guò)《城市交通管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》中的相關(guān)指標(biāo)結(jié)合評(píng)估區(qū)域的實(shí)際情況計(jì)算。根據(jù)以上單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)椴蓸訁^(qū)域，統(tǒng)計(jì)并計(jì)算各單項(xiàng)指標(biāo)得分，結(jié)果見(jiàn)表2.

以長(zhǎng)安大學(xué)渭水校區(qū)為中心方圓5 km區(qū)域?yàn)椴蓸訁^(qū)域，采用和湘子廟區(qū)域相同的評(píng)價(jià)計(jì)算方式，統(tǒng)計(jì)并計(jì)算各單項(xiàng)指標(biāo)得分，結(jié)果見(jiàn)表3.

表2 湘子廟單項(xiàng)指標(biāo)得分Table 2 Single index score of Xiangzimiao

表3 長(zhǎng)安大學(xué)渭水校區(qū)單項(xiàng)指標(biāo)得分Table 3 Single index score of Weishui campus of Chang’an University

在重點(diǎn)保護(hù)歷史遺跡的前提下，西安市道路交通規(guī)劃對(duì)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(luò)影響因子，道路運(yùn)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(xiàng)數(shù)據(jù)均小于80，屬于開(kāi)發(fā)難度大的區(qū)域，難以進(jìn)行新的交通規(guī)劃予以開(kāi)發(fā)。而長(zhǎng)安大學(xué)渭水校區(qū)的道路規(guī)劃中，主干道網(wǎng)絡(luò)影響因子，道路運(yùn)輸影響因子，歷史遺跡影響因子，道路網(wǎng)與對(duì)外交通設(shè)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(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)得分均大于80分，并且其中5項(xiàng)指標(biāo)均大于90分，具有高度的可擴(kuò)展性，有利于當(dāng)?shù)亟煌ㄒ?guī)劃的開(kāi)展。通過(guò)文中所提出的自適應(yīng)反饋評(píng)價(jià)方法依據(jù)規(guī)劃值對(duì)單項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行修正，能夠得到更加準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。為改善城市道路交通狀況，保護(hù)歷史遺跡遺址，走可持續(xù)發(fā)展道路，提供切實(shí)可行的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

5 結(jié) 論

1)城市道路交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)中，所構(gòu)建的主干道網(wǎng)絡(luò)影響因子、道路運(yùn)輸影響因子和歷史遺跡影響因子相互關(guān)聯(lián)，有效的從道路擁堵，交通通行率，交通流量等多個(gè)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(lèi)多，遺跡保護(hù)等級(jí)較高且不易移動(dòng)的特點(diǎn)，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(yīng)道路交通系統(tǒng)規(guī)劃評(píng)價(jià)方法，可以有效得到西安城市基于歷史遺跡保護(hù)的道路交通發(fā)展評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)西安地區(qū)的整體道路交通評(píng)價(jià)；

3)自適應(yīng)反饋評(píng)價(jià)方法通過(guò)規(guī)劃值對(duì)單項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行修正，從而提出了新的歷史遺跡保護(hù)下的道路交通評(píng)價(jià)方法優(yōu)化，不僅有效的解決了原有道路交通評(píng)價(jià)方法對(duì)歷史遺跡保護(hù)的忽視，同時(shí)也合理的解決了城市交通系統(tǒng)與歷史遺跡保護(hù)同步發(fā)展所導(dǎo)致的客觀矛盾。