乐投城市形态是如何影响小汽车发展的?

  既然小汽车对污染的贡献令人瞩目,那么,我们的城市是怎样变成纵容“罪犯”的帮凶的?我们的城市经历了怎样的过程,最终进入了当下的状况?

  这里,笔者试图通过各种城市形态,来探索不同的小汽车发展模式,以此揭开一些小汽车发展的问题。

  我们可以将城市形态的定义理解为:一个城市的全面实体组成,或者说,实体环境以及各类活动的空间结构。具体到研究城市形态和小汽车发展的相互影响,我们可以把城市形态高度概括为:城市的结构特征,以及城市居民的意识形态和经济形态。如下所示,这是深刻影响城市机动车发展历程的几个关键因素。

  从城市结构特征的角度分析,我们会发现,交通系统与城市形态的关系很有意思,类似英语中的“trade-off”,是相互“讨价还价”的:城市的原始空间形态,对交通系统发展形成一定约束,又为其指明了方向,至少勾勒出其应有的大体形态。与此同时,交通系统,包括道路网、轨道网以及各交通节点,是划分城市结构和物理形态的重要元素。在这一系列相互影响中,每个城市逐渐找到符合自身特征的方向。

  无论中国的城市,还是欧洲或北美的城市,若高度概括和区分其城市结构特点,可采用两个指标:向心集中度(Centralization)和区域聚集度(Clustering)。它们又往往通过有附加价值活动的出行行为界定,可简单理解为出行的可达性和集中性。通过这两个指标的组合,我们同样可把中国的城市形态和出行活动进行联系和区分开来。

  下图一目了然地展现了四种组合形式。中国大部分城市处在A类和B类中,如果换成“单中心”和“多中心”,可能更好理解。不过,传统上,单中心和多中心是从城市规划的角度得出的结论,这里我们是将城市规划和出行活动的聚集度结合来看。

  北美的城市群或城市结构特点,更像C类和D类。当然,不同类别直接导向不同的交通发展战略,自然而然地,形成各自的小汽车发展特点。

  A类-单中心化强,中心集聚度高:中国A类城市的代表,非北京莫属。对北京交通,有许多大牛学者和机构进行长期研究,笔者不敢说自己理解更透彻,这里只是从这类城市形态的特点,分析北京小汽车的发展。

  北京现在正在经历“京津冀城市群”的发展热潮,或许可以类比伦敦在一段时期的高度向心化发展之后的退中心化过程。

  在1840-1850年间,大约33万移民涌入伦敦,占当时伦敦人口的17%,德国、法国和波兰等国的移民也在19世纪晚期相继进入,这相应带动了伦敦人口的爆炸性增长。1850年,伦敦人口大约为250万,1881年增至450万,1901年已上升到660万。

  在人口增长、城市经济迅速发展的同时,伦敦原有的城市空间不堪重负,交通堵塞频发。在1939年伦敦人口达到高峰891万、内核人口密度已超过10000人/平方千米后,城市开始遭遇一系列问题:一方面,由于工业和铁路铺设,原有城市居住区域遭到破坏,而外围郊区发展被带动起来;另一方面, 城市人口过于密集,引发了市中心土地、住房、供水、交通拥挤等问题。

  正是在这一时期,一系列新城规划开始实施。伦敦甚至为此提出《新城法案》,在离伦敦市中心50公里的半径内,建设了8座卫星城,同时改造了20座旧城。但伦敦市政府发现,尽管建立卫星城可以适度退中心化,由历史而来的高度向心的辐射交通网络,却不可能拆除。这些网络已深刻影响城市交通形态,虽然以退中心化的政策引导,但伦敦最核心的中心城就业密度仍在增加,人口未见太明显的变化。

  可以猜测,这或许正是迫使伦敦在百般无奈的情况下,提出举世闻名的“伦敦交通拥挤收费”举措的原因之一。

  北京面临同样的问题。在“条条大道通罗马”的指导方针下,早已形成了高度向心形态的北京方格路网,对于京津冀城市群,这种格局将会起到何种作用,是值得关注的。

  北京有着规整的方格状+多环疏散形态的道路网格局,从交通疏散和效率角度,这是不错的路网形态:可转换度高,道路级配合理,路网密度高,点点之间的可选择路径多。这种强中心的路网形态可高度抽拟成下图;

  所有的高效路网状态,都基于可控的交通需求。当北京的小汽车保有量超过500万,加上出行者对小汽车的非理性使用,这种路网形态反而成为致命问题:方格路网的交叉口数量过多,路段容量较低,故随处可见的是已失效的交叉口转换能力,早晚高峰的拥堵变成了全天的常态拥堵。

  很多人质疑,北京交通大量拥堵在环路上。究其根本,这也与这种路网形态在高需求量下的崩溃有关。道路分级服务功能已完全消失,环路在城市交通网络中的作用,多是为了中远距离的机动车疏散,类似上海的高架。

  在需求强度极高的拥堵状态下,联络路网的所有节点都会出现排队溢出和信号灯周期失效的状况。也就是说,无论怎么调整交叉口的信号配时,现有的路网通行能力也很难在1个甚至多个周期内,将本该疏散的小汽车疏散出去。直接导致的就是各个节点的瘫痪。一旦节点瘫痪,所有环路就变成上不去、下不来的大转盘。因此,我们会在北京看到人为控制的环路上下匝道开关。

  上海则比较智慧,由于高架和地面道路错层发展,完全堵死的状态很难出现;至少高架的匝道开关可保证不同道路服务于不同的出行距离,确保上海的小汽车路网具备起码的运行效率。

  在城市交通里,要应对特大通行需求——尤其是机动车需求的状态下,所有技术手段都是无力的。

  北京的控车政策实属无奈,也来得稍显晚了点。北京城市蔓延至哪里,拥堵就跟随至哪里。这种城市形态下的道路网,很难通过改造提高效率。

  所以,北京的小汽车从内堵到外,从主干道堵到次支干道,交叉口的联动拥堵效应显现无遗,直接导致北京单次平均出行距离高达19.2公里,出行时间超过52分钟,被冠以“全国首堵”的Title。

  也有很多人会说,这体现了中国城市,尤其是北京这种大城市,与GDP对应的人均可支配收入迅速提高,使得车辆购置能力提高。是的,GDP增长一定会对应小汽车保有量提高,在发展中国家体现得更加明显。

  21世纪前十年,北京市机动车年均增长25.1万辆。仅2009年就净增54万辆,这一年的增量,几乎与香港机动车保有量相当;在北京2011年限购之前,2008-2010这三年,北京市人均GDP分别为9600美元、10300美元、11200美元,期间北京市汽车保有量分别为314万辆、401万辆、480万辆,可谓增速惊人。

  北京机动车还有高强度使用、高密度聚集的特征。北京私人小汽车年均行驶里程为1.5万公里,这个数字是伦敦的1.5倍、东京的2.2倍。与世界一些大城市机动车分布“中心城区低、外围高”的情况相反,北京市80%的机动车集中在六环以内,中心城区户均私人小汽车保有量是巴黎同等可比区域的1.8倍、纽约同等可比区域的2.3倍。

  对此,已有众多学者从经济角度、城市规划角度来分析,但一个交通领域的问题似乎没有得到重视,那就是“交通需求诱增”。这里所说的诱增,很大程度上源于北京四通八达的方格道路网。在初始可控需求之内,这种方格路网的高度转换,和高密度路网的形态,确实会给机动车出行者带来足够的信心,鼓励其买车开车。

  C类-多中心化,多中心集聚度高:多中心和多中心集聚,在中国最有代表性的城市,我想非重庆莫属。当然,重庆也是我个人比较了解的例子——我在那里生活,工作和学习了若干年。

  和北京不同的是,重庆受到自然条件严重制约。许久以前,中国还没有出现多中心和退中心浪潮,由于对资源高度整合和经济发展联动的需要,大家都希望能有一个“摊大饼”的城市,但不巧的是,重庆在两江两山阻隔之下,自然形成多个片区,技术和经济尚不发达时,人们从其他片区进重庆的CBD解放碑,实在很不方便。在一系列因素之下,重庆形成了多中心的城市形态,与北京的强单中心格局比,重庆的出行格局更有多方向性,除了单个中心对其组团内的吸引之外,也有组团之间的交流。

  庆也面临着组团边界越来越模糊的问题,城市格局带来的路网形态和出行特征极易遭遇瓶颈,这或许是多中心组团城市未来发展都会遇到的问题。

  •重庆的城市形态和路网形态:重庆以其居山傍水的地理条件闻名于世,而其依自然条件形成的多个片区,在城市功能和规模上虽各有差异,却一直坚守各中心的职责。观音桥作为北部片区的中心;南坪作为南部片区的中心;沙坪坝作为西部片区的中心;杨家坪的服务功能可归纳为中部片区;解放碑作为重庆传统的中心区,现在其中心的服务职能和辐射半径越发模糊,至少不如观音桥和南坪明显。

  多中心、多组团相对割裂的城市形态,带来的是以点带面式的路网形态发展,即组团内部需要向心式的交通网络,而组团与组团之间需要联系能力强的通道。重庆的麻烦就在这儿,组团内部的向心交通和跨组团的交换通道功能往往并未剥离。举例说,从北部进入观音桥中心和从北部跨组团进入解放碑中心的通道往往高度重合,理论上重合并非不可,但这个比例需要控制;

  •多中心聚集以及组团交换状态下的机动车发展特点:单从交通工程学角度看,以重庆的路网特点论,其路网结构并不好:通道有限,点到点之间的备选路径十分少,可替代机动化出行的非机动化模式几乎没有;道路密度不高,受地形条件影响,通过联动技术手段增加道路供给的可能也较低。

  当然,并非所有多中心城市都有这样的地形特点。但值得注意的是,相比中国很多城市,重庆的交通运行条件却不差。很多人会说,这全因重庆小汽车保有量低。但实际上,重庆的道路资源有限,人均可利用道路面积极低;之所以重庆的交通运行条件却不算差,很大一部分要归功于重庆的节点通过和转换能力较强。

  在美国道路通行能力手册中,计算道路通行能力的关键指标,是交叉口密度。因为,在可控需求下的道路网主要延误,都发生在节点上。与平原城市不同的是,重庆的平面交叉口数量不算多,而立交的定向匝道功能较强。

  重庆路网节点转换能力较强的另一个不可忽视的原因,恰是其城市形态,重庆主城区总体是南北走向的条形状,主城区内的交通流量基本以南北向为主导。相比北京交通流向极其复杂的情况,重庆在早高峰通勤交通时,主要节点处理的基本是南北转换。

  过去几年间,重庆的小汽车保有量增速一直保持在20%,这在国内是一个较高的数字,也给重庆交通的未来带来了重大挑战。

  首先,重庆和北京一样,诱增交通迅猛,新建或打通的主要干道很快被塞满了车。随着机动化能力增强,过去遥不可及或出行距离较长的跨组团,现在已不再是问题,这就造成重庆内环以内越来越多的跨江需求。

  对多中心组团城市而言,值得担心的是中心间的融合,或称多中心状态的消散。重庆整个内环以内,越来越像是一个大中心,一旦这样巨大的一个中心完全形成,对交通造成的灾难将不可估量。有着自然阻隔作用的重庆,短时无需担心这个问题,但其他缺乏自然阻隔作用的多中心组团城市,一定要控制好组团之间的交通出行行为。

  对多中心组团城市的另一个挑战,是功能性通道缺乏明确的功能分层。从技术角度,我们应适度剥离前往中心和跨组团的需求,明确不同通道的作用,但现实中这很难彻底实现,这就造成重庆的主干道在完成次支干道的功能作用,无论到达交通还是转换交通,都高度拥挤在有限的通道上。设想如果重庆各区之间有一套类似高架可控制匝道的交通系统,或将会对现有的交通分层分级有一定积极影响。

  •积极主动型交通需求管理:北京这类特大型城市,试图通过大力发展公共交通短时间内降低拥堵,这在当下很不现实。

  如众多学者研究所示,此消彼长的Logit 出行方式概率选择模型,在中国的实用度并不高。LOGIT出行选择模式是基于理性的出行效用选择模式,即计算所有可选择的出行模式的效用,如小汽车、公交车、轨道,效用计算包括燃油费用、停车费用、公交车舒适度等。所以大力发展公共交通的基本愿景,就是加大公交车的效用,增加公交车对大家的吸引度,但由于目前中国大部分城市的拥车者对小汽车出行的选择很顽固,或说对效用的敏感度不高,这就导致单纯通过提高公交车的效用,短时间内达不到大家期待的效果。

  这类城市现在要做的,必须是控制需求,降低机动车出行需求。500万辆车,对任何一个城市的道路网容量,都是极大的挑战,不控制小汽车需求,又哪里有空间推进公交的效用?

  北京近期频频发布要实行交通拥挤收费(Congestion Charging)的消息。我看到不少相关评论,大家都觉得,确实要走收费这一步,更应该关心的问题,是其采取何种方式。

  我一直认为:任何交通政策必须要有足够的公平性,公平才能持久,才有调整空间;同时,还要考虑技术的可行性。

  是走伦敦路线,还是新加坡路线?我倒有一个大胆的设想,学界也已有很多人就此进行了深入研究,那就是,建立类似碳交易准则的一个小汽车出行交易法则,建立层级关系。

  举个例子,A城市一年只运行10万公里的小汽车公里数,我们控制住这个总量,并均分(或采用某种加权平均的方式)给所有出行者,每个人都公平享有同样的小汽车出行距离和权利,如果对小汽车依赖度极高的出行者,用完了属于自己的里程数,那么可以选择交易他人的里程数,其中产生的税收,全额补贴给城市的公共交通和非机动交通发展。当然,这一方式也可与拥堵分区结合,比如进入到高拥堵区,车主消耗的使用里程将加倍;通过对总量的控制,可保证城市的高效运转,又具备充分的公平,同时会给公共交通发展创造财政来源;从技术上,无论对比伦敦还是新加坡,这种方式对软硬件的投入均不算高。以上是对北京这种急需控车和减少需求城市的交通需求管理的展望。

  •相对温和型交通需求管理:大部分城市在选择交通需求控制政策时,必须充分参考自身特点。当然,北京走到了必须全面控车的局面,已不必太过多考量城市形态;但其他城市还应尽量采取在关键区域、效果最明显且影响人群最少的政策。

  对组团城市,在控制跨组团出行的同时,提高组团内部的非机动出行比例,可能是相对普遍的考虑,但如何才能适合自身城市形态和出行特征,是一个需仔细琢磨的问题。还以重庆来说,控制效果最明显的,肯定是控制两条江上所有桥梁的通行需求。

  对此,曾有人设想过重庆内环以内桥梁的单双号限行。我们先不考虑拥堵转移,即从内向外转移,仅考虑重庆的路网特点,就会发现,这非明智选择。

  正如之前分析的,重庆的交通特点是南北通行,道路网功能并不明确,并且所有主要干道基本最后都接上了桥梁,组团内核跨组团出行的通道高度重合。试想,如果仅对过桥的交通需求单双号管理,效果不会特别明显,因为组团内部出行和其可能带来的停车换乘需求,照样在跨江桥梁的连接段上消耗了所有通行能力。

  参考伦敦和巴黎的新城交通体系,不难发现,发展组团间高速和高品质的公交,辅以组团内可定制公交,并给予公交高峰时段的绝对路权,这些方式的确适用。在重庆还具备温和型调整空间的时候,是应该被考虑的。这可以解决公交多模式化,解决公交最后一公里问题,同时在早高峰时段提速公交,使其效用函数远高于同行的小汽车,尤其在南北干道上采用快速的多模式公交系统,将对重庆未来的可持续交通模式起到有益的推进作用;

  •通过调整城市形态来引导交通形态:规划人和交通人,对此一直不断尝试和不停努力。但在我看来,在中国的城市机制内,对职住平衡的研究和TOD的研究,都显得太乌托邦。

  因为,这其中有一个基本的理想假设,即人会选择在理想的规划范围内住、在理想的产业功能布局中工作。但考虑当前少则百八十万、高则上千万的居住成本,加上中国人居者有其屋的传统观念,这种规划理念,是否真能引导交通的平衡状态,需要打个大大的问号。

  我曾关注过一个很有意思的理论,早在2000年左右,当时还在吉林大学任教的王殿海就曾提出,居民出行分布的概率密度曲线与氢原子基态电子在核外出现的概率密度曲线极为相似,运用量子力学中的电子云分布模型,可以很好地解释居民出行分布特性。

  原子核就像我们城市的CBD,每个居民的居住地选择就类似围绕原子核分布的电子,而原子核和电子的能量作用,类似城市规划里CBD对出行者的吸引,多中心组团城市就有多原子核,原子核的能量差异,导致组团大小不一样。不过,当时有限的家访调查数据不能很好地支撑模型的建立和标定,但是现在随着大体量数据,比如手机、社交数据的出现,我们有可能将这个物理模型引入城市科学中。

  举这个有点抽象、过于学术的例子,是告诉所有研究人员,思维可以发散,如果我们能通过这样一种物理模型,找到城市规划尤其是CBD规划对居民出行的吸引能量,找到居民居住和各种城市功能之间的能量关系,或许我们就有希望,从改变城市形态上,来改变城市的交通特征。

  就调整交通形态而言,规划手法当然并非无力。交通需求根本上是用地布局的差异性所致。所以,如果真要在根源上推进可持续化交通发展,就得换个角度思考,即在规划阶段就影响人们的出行选择,不要把城市规划成为小汽车服务的形态。

  这其中包括,在规划方案内加入对公共交通的考量因素和对小汽车的限制因素。比如在所有规划层面,包括总规、控规、分区规划,都加入不同的公交线网的初始布设,或可变公交线路的设想。对公交内容的执行,也必须参照对土地规划内容的执行,要进行调整,必须经过专项研究,且调整方案只能加强公共交通而不是减弱。同时严格控制停车面积的规划,加强对绿道和自行车系统的规划内容,从源头上增加绿色交通模式的效用,减少小汽车出行的效用。

  •通过城市形态调整,最大化路网效率和通行能力:这其实不是一个可持续的交通发展政策,但短期内或可增加现有网络的能力。前面我们已经分析了,重庆是一个南北向交通极其发达的城市。而有学者利用多天的上海GPS数据,分析出上海是一个东西向出行相对发达的城市,这或许暗示了我们一些调整空间。

  但这些空间或许不适用于通勤交通的调整,前面提到,我们难以一厢情愿地想象人们对居住和工作地的选择。这里可以调整的,是日益增加的弹性交通,即购物、娱乐等需求,这部分需求最易调整,也最具备被调整的可能性。而这部分交通,在城市主体出行中正在占据越来越重要的空间,很多城市弹性交通量已超过35%。那么,我们是否可以考虑将部分城市功能,比如小型商业广场、小的吸引点,调整至城市道路网能力尚有富余的方向?例如,重庆尽量引导弹性交通量做东西向的流动,而上海尽量做南北向的流动?

  城市形态与小汽车发展之间,紧密相关又相互影响。每个城市,尤其是具备调整空间的城市,如果能从比较完善的同类城市身上吸取经验,无疑会极大推进未来的可持续发展;同时,无论交通系统如何发展,只有符合城市的特点,才会带来最持久的效用。

  (李欣,美国威斯康星大学密尔沃基分校交通工程博士,现任美国威斯康星州立大学密尔沃基分校城市交通中心博士后研究员,主要研究方向:公共交通效率考评,交通模型与公交系统优化,数据挖掘,尤其是人工智能语言在交通大数据中的应用。硕士毕业于英国南安普顿大学交通规划与工程专业,曾供职于英国PBA工程咨询集团、重庆市城市交通规划研究院。)


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