城市中心区支路网合理密度研究

1. 研究背景
对具体的某个城市而言，现行的国标中对城市支路网密度级配的推荐值仅具备参考价值，而不能作为建设决策的依据。因此，很有必要从各个城市中心区人口经济特性及交通需求特性角度出发，确定本城市合理的支路网密度。
一般认为,道路网密度越大，交通联系越便捷，但密度过大，会造成城市用地不经济，增加城市道路建设投资，并且造成交叉口过多，反而影响车辆行驶速度和干道通行能力；道路网密度过小，会使车辆绕行，增加居民出行时间，还会造成道路交通拥挤。特别是在城市商业服务开发强度比较高的地区，土地价值寸土寸金，如何在使道路能够承载较强的开发强度下，尽量节约道路用地，提升用地空间价值值得深入研究。

2. 支路密度影响因素分析
城市支路建设置身于城市这个复杂的巨型系统，就必然受到各种纷繁复杂的外界环境因素的制约，这也就决定了城市支路网规模影响因素的多元化。概括起来，影响城市路网规模的主要因素取决于经济结构、自然地理环境以及政策措施等方面，这些影响因素主要有:城市人口、社会经济发展水平、土地价值、建设资金等。

2.1 社会经济条件
社会经济发展决定着道路建设发展规模，而道路的发展也同时影响和制约着社会经济和交通需求的发展，也就是说道路作为一个地区的交通基础设施，其建设的目标是满足社会经济发展的需要，改善交通运输环境和质量，因此道路网的发展与社会经济发展水平是密切相关的。

2.2 人口密度
城市交通的基本功能之一就是满足人的出行的需要。随着城市化进程的加快，城市人口比重迅速提高，大量的人口聚集城市，直接的影响就是人与人之间的交流日益增多，城市交通需求总量膨胀，需要有足够的道路设施来满足人们的出行需要。研究表明，人口数量与城市道路网规模的发展有着密切的关系，就我国各个城市来看，两者之间基本呈现出一种线性关系[1]。在绝对量上，城市道路设施的建设规模随着城市人口规模的扩大而扩大。

2.3 土地增值效益
在市场经济条件下，用地与道路是相互关联的，街区用地可以经营而道路是公共设施，道路与街区不是越大越好，而是用最少的道路投入获得最大的交通容量，作为无偿设施的道路，其效率越高越经济。同时，在市场经济条件下增加土地效益的关键是临街面的多寡和街区大小的比重。任何经济活动都需要临街面，无论是货物的运输、人流的出入、招牌的展示都是如此。棋盘式的高密度匀质路网由于提供最大的交通效率和最多的临街面儿成为市场经济下CBD的最佳选择[2]。
支路密度应当与城市所需要的有效“沿街面”长度相匹配，支路应当成为城市公共活动空间的主要载体。如果支路不能提供有效的“沿街面”，那么城市的各类公共活动就会集中在干路上，造成城市道路功能的紊乱[3]，金字塔式路网密度建议体现了这一原则，并在《城市道路交通规划设计规范(GB5022~95)》（以下简称《规范》）道路功能的条文中明确提出[4]。

3. 支路密度计算模型
3.1 模型原理
模型原理为基于支路建造利润最大的合理支路网密度计算。假设某区域干道的间距为1，支路呈方格网状分布其中，面积为1km2，设合理的支路网密度为X，CB为支路的建设费用，设支路的使用年限为N，BT为交通效益，即建成密度为X的支路后在使用年限内该区域内居民总出行费用减少额度，BL为使用年限内支路两侧临街面的土地升值额度。

图1 支路建造利润分析示意图

3.2 目标规划模型
基于综合建造利润B最大可以得到如下目标函数：
Max B=BT +BL-CB （1）
约束条件：
A. 各等级道路总里程的“金字塔”结构，干路里程应低于支路。即:
L主+L次< L支 （2）
B. 城市用地面积范围
《规范》中给出了城市道路用地面积应占城市建设用地面积的8%～15%的道路广场用地，8%～15%的绿化用地，15%～25%的工业用地，20%～32%的居住用地，上述四项合计占城市建设用地的60%～75%。从我国城市建设用地的统计情况来看，实际上用于道路广场的城市建设用地比例偏低。同时，从国家标准的要求来看，即便四大类用地中的其他三类取低值，可用于城市道路建设的用地比例一般也会低于30%，只有极少数容积率特别高的国外城市中心区的道路用地比例达到40%[5]。
假设快速路不通过城市中心区，主次干道的密度和红线宽度取《规范》中推荐值，即大城市主干道密度0.8~1.2 km/ km2、红线宽度45~55m,次干道密度1.2~1.4 km/ km2、红线宽度40~50m。这里取道路用地比例为30%，支路的平均红线宽度为13m，可以得到满足《规范》推荐路网条件的支路密度上限值:
X≤16.6km/km2 （3）
综合以上目标函数，约束条件以及目标函数的优先级顺序，得到支路合理密度的目标规划模型:
Max B= Max (BT +BL-CB) （4）
s.t. L主+L次< L支
X≤16.6 km/km2
（1） 支路的交通效益
BT= × P×p0×365×n×t （5）
L——居民由起讫点到干道网的平均距离（km），L0=0.5km
V——支路网内居民平均出行速度(km／h)
p0——当地居民的平均时间价值(元／h)
P——区域人口数（万人）
t——支路使用年限
n——居民平均出行次数
（2） 支路的土地效益
BL= S×α×F×X （6）
α——每公里支路对应的临街面面积（m2）
F——每平方米临街面的升值金额（元）
S——区域总面积（km2）
（3） 支路的建设费用
CB=S×P1×X （7）
P1——支路的平均建造单价(万元／km)
可以得出：
B=BT +BL-CB = ×P×p0×365×n×t + S×α×F×X - S×P1×X
=K-P×p0×365×n×t×0.5545（X/2+1）-0.2862/V +(α×F- P1) S×X
K=0.5× P×p0×365×n×t/V，为常数。
由函数关系推得，当X0取下列数值时，B可以取到最大值。
（8）
故合理的支路网计算密度应为：
（9）
其中N（km）为该区域实际干道间距。
此公式的计算结果即区域内支路网合理密度应大于主干路与次干路之和，同时应小于道路面积率的支路密度约束值。
由公式（9）可知，区域支路网的合理密度的影响因素有区域人口密度D、该城市居民时间价值p0、每平方米临街面的升值金额F等。随着城市社会经济的发展，这些影响因素将不断的发生显著的变化。因此，应根据规划年的不同影响因素的预测值来确定未来支路网密度。

3.3 模型参数的确定
(1) L——居民由起讫点到干道网的平均出行距离（km）
根据方格路网的特性，道路间距M与支路网密度X存在如下关系：
M=1/(X/2+1) （10）

图2 方格网布局图（初始密度为2km/km2） 图 3 方格网布局图（密度为无限大）
假设居民倾向于选择起讫点距离干道网较近的方向，即最短距离方向出行，且都是按照先到达支路再转而到达干道的方式。在1km2的区域内，在原本具有2km支路的情况下（如图2所示），居民由起讫点到达到干道的平均距离为L0=0.5km。如果街区内道路无限密(如图3所示)，那么居民由起讫点到达干道的平均距离为0.167km。根据数理推断及计算机拟合，得出L与支路网密度X存在如下函数关系：
L = 0.5545（X/2+1）-0.2862； R2 = 0.9739 （11）
(2) V——支路网内居民平均出行速度(km／h)
由于支路是连接居民出行起讫点与干道网的连杆，居民的部分出行方式特征便反映到支路上来，支路网内的居民平均出行速度与居民出行结构有关，机动化水平高的城市支路网出行速度就要较其他城市高。通过对我国部分大城市的居民出行方式结构分析，得出各出行方式的比例均值如下表所示。

表1 部分大城市居民出行方式结构^[6]

由于公交站点有相当一部分分布在干道网上，居民需要通过步行来到达站点，所以这一比例的出行是由步行来实现的。取V步行=6km/h，V自行车=15km/h，V摩托=20km/h, V小汽车=25km/h,支路网平均出行速度便由这几个出行方式速度与各自的出行比例加权平均得来，计算得到V=10 km/h.
(3) α——每公里支路对应的临街面面积（m2）
假设只有宽度大于等于7米的临街建筑土地才具有较明显的升值空间，为了确定这一指标，需要明确支路的长度、支路的沿街开发率、临街建筑纵深，这需要根据不同地区的实际情况进行参数标定。
(4) P1——支路的平均建造单价(万元／km)
建造每平米道路需要250元，取支路的平均红线宽度为12m,则支路的平均建造单价P1=300万元/km.
在各参数的确定过程中，由于假设居民沿最短距离方向出行，故L比实际值偏小，合理密度计算值X同样偏小；每公里支路对应的临街面面积α、每平方米临街面的升值金额F（元）及居民的平均时间价值p0 (元／h)等参数都需要根据各个城市不同地区的实际情况而定。

4. 案例计算
将根据公式（9）计算长沙市五一商圈的合理支路密度。在各参数中：五一商圈的人口密度D取1.5万人／km2，居民平均时间价值p0为8元／h；支路的平均建设成本P1为200万元／km，使用寿命t为8年，居民每天的平均出行次数n为2.53次；支路网内居民平均出行速度V取10km／h；在长沙市2009年五一商圈微循环和湘雅附二医院周边地区微循环的整治工程中，宽度大于等于7m的支路长度约占支路总长度的0.3[7]，这里取支路的沿街开发率为0.6，临街建筑纵深为5m,这样每公里支路对应的两侧临街面面积α为1800m2；每平方米临街面的升值金额取500元。五一商圈的平均干道间距N取500m。
可计算出现状人口密度取1.5km/km2时，五一商圈的计算合理支路网密度为6.4km／km2；未来规划年人口密度取2.5km/km2时，五一商圈的计算合理支路网密度为10.5km／km2。

图4 五一商圈支路建造利润分析图(人口密度D取1.5km/km2)

考虑到未来规划年五一商圈人口的增长，即根据人口密度D的增加，支路网合理密度随之增加。按照模型计算出如下与人口密度相对应的支路合理密度表格，并换算成支路合理间距(表2)。

表2 计算支路合理密度随人口密度增长变化表

5. 结论
本文以市场经济指导下土地微观利用模式为背景，以现阶段国家规范和城市实际现状为指导，通过将支路建设的交通效益与土地效益统一量化，得出了支路网合理密度的目标规划模型。对于指导城市支路网规划地方性标准建立具有理论与实际意义。

[参考文献]：
[1] 王炜,徐吉谦,杨涛. 城市交通规划[M] . 南京:东南大学出版社,1999.
[2] 杨俊宴,吴明伟.中国城市CBD量化研究[M] 东南大学出版社，2008
[3] 赵燕菁．从计划到市场：城市微观道路—用地模式的转变[J]．城市规划，2002，(11)
[4] 国标(GB5022—95).城市道路交通规划设计规范.北京:中国计划出版社，1995
[5] 蔡军.城市路网结构体系规划[M].中国建筑工业出版社，2008.1
[6] 石飞.城市道路等级级配及布局方法研究[D].东南大学博士论文，2006.3
[7] 五一商圈微循环整治方案研究,长沙市2009年城市道路交通整治工程研究报告.同济大学交通运输工程学院晏克非、张小宁课题组.2008

[作者简介]：
江玉 女 硕士 助理工程师 深圳蕾奥城市规划设计咨询有限公司