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user: 2. 不同类型小区开放对路网通行能力影响评估 区域拥堵指数是评判路网通行能力的标准。小区类型结构、小区周边道路结构以及小区附近的车流量是评价路网通行能力的主要指标。小区结构的分类可以根据小区内道路的通达度 [ 10 ] 作为分类依据，通达度高的地域往往可以化解大的车流量。因此首先使用各区域内道路的拥堵指数对城市各区域进行初步分类，进而根据区域内部各个小区内交通的通达度对不同的区域进行进一步分类以判别该区域的总体路况通行能力。 2.1. 基于TPI的区域路网状况分类 首先，道路拥堵程度依据路段的车辆平均速度进行划分。拥堵情况下划分标准如表1所示。 其次，路段车辆公里数 反映路段车辆的饱和程度，计算公式如下： 其中 表示第 个路段 内汽车数量， 表示该路段长度。进而统计各路段 数据，用数据之间的比例作为各个路段拥堵程度所占比例，最后按路网拥堵比例与TPI关系 [ 3 ] 计算方法将其转化为TPI值，两者之间的数值转化关系如表2所示。 最后根据TPI数值将被评估城市的各区域进行分类。以北京市为例，查找相关数据，将相应区域以拥堵程度为标准进行分类。数据来源于北京市交通委员会网站，数据统计如表3所示。 Table 1 Road congestion classification standar 道路等级 快速路 主干道 次干道 车速(km/h) ≤20 ≤15 ≤10 表1. 道路拥堵划分标准 Table 2 The Relationship between road congestion ratio and TPI transformatio 路网拥堵比例(%) 值 路网拥堵比例(%) 值 [0，4] [0，2] (11，14] (6，8] (5，8] (2，4] (14，24] (8，10] (8，11] (4，6] ≥24 10 表2. 道路拥堵比例与TPI的转化关系 Table 3 Traffic data statistics of three days from March 1， 2016 to 3 in Beijin 区域名称 交通运行指数TPI 拥堵等级 平均车速 全路网 8.3 严重拥堵 22.1 km/h 二环内 9.5 严重拥堵 17.7 km/h 二环至三环 9.1 严重拥堵 19.7 km/h 三环至四环 8.4 严重拥堵 21.3 km/h 四环至五环 8.1 严重拥堵 21.8 km/h 东城区 9.4 严重拥堵 16.9 km/h 西城区 9.4 严重拥堵 17.6 km/h 海淀区 7.7 中度拥堵 22.3 km/h 朝阳区 8.8 严重拥堵 21.1 km/h 丰台区 4.9 轻度拥堵 27.3 km/h 石景山区 2.5 基本畅通 32.5 km/h 表3. 北京市2016年3月1日至3日三天交通数据统计 2.2. 基于通达度的小区路网状况分类 依据2.1节数据，根据小区的内部路网结构数据统计进而对各个区域进行二次分类。本文以小区内道路的平均通达程度 [ 5 ] 为标准来区分道路的结构类型。记小区开放后各个与干道相连的主要节点间的平均通达度即道路交通网中单个节点与其他节点相连的边数为 ，当 时表明该小区通达度较高，为I类小区；当 时表明该小区通达性较低，为II类小区。 为了避免不同小区的面积大小差异对数据分析造成的影响，先计算出小区内的道路面积率，进而将小区面积统一以该区域的20%来进行换算，计算公式如下： 本文据此标准选取北京畅通区和拥堵区两种区域总计4个不同类别小区为代表来进行分析。4个小区群结构如图1所示。 小区群内路网通达度及小区类型数据统计如表4所示。 通过数据对比可以发现区内道路长度越长、道路数量与节点数越多的小区的平均通达度越大。比如石景山区的海特花园小区群平均通达度达到了8.76，远大于云岗北区西里小区群的平均通达度3.96。由此可以看出，利用平均通达度作为划分不同小区类型的标准是合理的。 2.3. 基于路阻函数的路网通行能力评估 通过对网络数据的整合以及百度地图实地测距，得出各类小区的道路长度、道路密度等相关数据，使用美国联邦公路局路阻函数(BPR函数)计算出各个小区相应的BPR函数值。计算公式如下式所示： 其中 为路程行驶时间， 为自由行驶的最短时间， 为机动车的通行量， 为路程中机动车的通行能力，为 参数，实验中一般可取 。 图1. 四个样本小区群路网结构示意图 Table 4 District road access degree and plot type data statistic 小区名称 平均通达度D 小区类型 北京市东城区南门仓胡同小区群 6.87 I类 北京市二环内牛街东里小区群 3.54 II类 北京市石景山区海特花园小区群 8.76 I类 北京市丰台区云冈北区西里小区群 3.96 II类 表4. 小区道路通达度及小区类型数据统计 进而依据不同种类小区在开放前后的BPR值，分析小区开放前后对周边道路通行的影响。具体数据统计如表5所示。 2.4. 数据分析及小区开放优化路网结构建议 从上表中的数据不难发现，对于大多数区域来说，小区的开放能够有效地提升该地区的道路交通优化指数并且路阻降低。但是在以上四个不同类别的地域中出现了一种特殊情况，即严重拥堵区域内的II类小区开放后，虽然道路交通优化指数有细微的提升，但是该区域的路阻BPR值反而有所升高。这样的情形意味着该小区的开放虽然能够在一定程度上为该地域增加一定量的道路节点，提升可达性系数、道路密度等指标，但同时车辆的延误时间也大大的提高，导致BPR值提高，车辆通行受到影响。因此不是所有类型的小区开放都能够优化路网结构，特别是属于严重拥堵区域内的第II类型小区开放并不能改善路网状况提高道路通行能力。 Table 5 Data statistics of the surrounding road capacity before and after the opening of different types of residential area 严重拥堵区域I类小区开放后各指标变化情况(北京市东城区南门仓胡同小区群) 区域面积：2.48 km 2 区域人口：3.4万人 小区面积：0.36 km 2 小区内道路长度4.7 km 小区内道路密度：13.23 km/km 2 标准化小区道路长度：6.56 km 道路长度(km) 道路密度 (km/km 2 ) 人均道路长度 (km/万人) 连接度 系数 非直线 系数 可达性 系数 延误 时间 Z 路阻 开放前 31.56 12.73 9.28 4.10 1.40 2.00 46.00 2.64 17.05 开放后 38.12 15.37 11.21 4.50 1.10 2.20 38.00 3.40 13.22 增量 6.56 2.65 1.93 0.40 −0.30 0.20 −8.00 0.77 −3.83 提升比例 20.80% 20.80% 20.80% 9.76% −21.43% 10.00% −17.39% 29.00% −22.48% 严重拥堵区域Ⅱ类小区开放后各指标变化情况(北京市二环内牛街东里小区群) 区域面积：2.48 km 2 区域人口：3.60万人 小区面积：0.45 km 2 小区内道路长度4.67 km 小区内道路密度：10.20 km/km 2 标准化小区道路长度：5.06 km 道路长度(km) 道路密度 (km/km 2 ) 人均道路长度 (km/万人) 连接度 系数 非直线 系数 可达性 系数 延误 时间 Z 路阻 开放前 33.65 13.57 9.35 4.20 1.40 2.00 47.00 2.86 15.74 开放后 38.71 15.61 10.75 4.30 1.30 2.10 45.00 3.45 17.37 增量 5.06 2.04 1.41 0.10 −0.10 0.10 −2.00 0.59 1.64 提升比例 15.03% 15.03% 15.03% 2.38% −7.14% 5.00% −4.26% 道路通畅区域Ⅰ类小区开放后各指标变化情况(北京市石景山区海特花园小区群) 区域面积：2.48 km 2 区域人口：2.2万人 小区面积：0.975 km 2 小区内道路长度15.56 km 小区内道路密度：15.96 km/km 2 标准化小区道路长度：7.92 km 道路长度(km) 道路密度 (km/km 2 ) 人均道路长度 (km/万人) 连接度 系数 非直线 系数 可达性 系数 延误 时间 Z 路阻 开放前 16.76 6.76 7.62 3.70 1.50 1.70 39.00 1.50 30.00 开放后 24.67 9.95 11.21 4.20 1.10 2.20 31.00 1.89 21.16 增量 7.91 3.19 3.60 0.50 −0.40 0.50 −8.00 0.39 −8.84 提升比例 47.20% 47.20% 47.20% 13.51% −26.67% 29.41% −20.51% 26.00% −29.45% 轻度拥堵区域Ⅱ类小区开放后各指标变化情况(北京市丰台区云岗北区西里小区群) 区域面积：2.48 km 2 区域人口：2.3万人 小区面积：0.66 km 2 小区内道路长度8.9 km 小区内道路密度：13.58 km/km 2 标准化小区道路长度：6.74 km 道路长度(km) 道路密度 (km/km 2 ) 人均道路长度(km/万人) 连接度 系数 非直线 系数 可达性 系数 延误 时间 Z 路阻 开放前 14.56 5.87 6.33 3.80 1.50 1.70 39.00 0.97 46.39 开放后 21.30 8.59 9.26 4.20 1.10 2.20 31.00 1.45 38.06 增量 6.74 2.72 2.93 0.40 −0.40 0.50 −8.00 0.48 −8.33 提升比例 46.27% 46.27% 46.27% 10.53% −26.67% 29.41% −20.51% 48.97% −17.95% 表5. 不同种类小区开放前后对周边道路通行能力影响数据统计 1968年意大利数学家Dietrich Braess提出了关于路网通行能力的Braess悖论 [ 11 ] 。该理论指出在道路交通网中存在着一种看似矛盾的现象，即在原有的道路交通网络中增加一条道路反而会使所有人的出行时间都增加，这种为了改善通行能力的投入不但没有减少交通拥堵，反而降低了整个交通网络的水平。上述数据分析验证了严重拥堵区域内的II类小区开放前后路网状况的优化程度与Braess悖论的一致性。 根据不同类型的小区采取不同的路网结构设计，开放符合2.2节划分的适宜于优化路网的小区。是可以达到提高道路通行能力的目的。同时小区内部及周边的路网设计的协调性是提高道路通行能力的有效手段。比如处于拥堵区的小区应尽量开放道路较宽、路况较好的道路以疏通车辆；处于畅通区的小区则应多考虑小区内道路的通达性，避免车辆的绕路；再者道路走向的选择应充分利用原有道路，或者将端头道路进行连接，但应尽量避免不必要的拆迁。开放的道路与城市道路的连接点，应尽量选在小区原有的出入口位置。同时还要充分考虑小区的非机动车辆及行人较多的因素，保证行人的安全，所以道路设置不应太宽，图2是城市常见的矩形小区内部路网优化方案效果图。 图2. 小区开放道路前后道路对比图 小区开放政策持续推进之后，在未来新开发或者正在规划之中的小区，其建设应符合小区开放可以有效改善周边交通并且同时兼顾小区自身的交通、安全利益。由于小区的用地存在限制，因此在规划小区内的道路时应首先充分利用原有的道路，或者充分利用现存的道路节点，主动参考小区内的单位用地红线。道路要兼顾行人的安全，进行限宽、限高、限速。其次小区道路与主要干道进行衔接时，由于同一条道路上的开口数目过多会导致该道路的通行能力下降，因此要充分考虑道路之间合理相交，尽量正交，以此来减少过大的车流量带来的不良效应。