5.3 问题三的求解
5.3.1 小区结构类型分析
问题三中需要讨论小区开放对周边交通状况产生的影响,选取或构建不同类型的小区进行定量分析比较。类型的不同体现在各个小区的楼房的结构分布、道路分布、小区所处的地理位置以及车流量大小等因素。要利用一二两问中的模型研究小区开放化造成的影响就要求所选取的小区在各个因素上具有典型性和代表性。
1)a型：传统封闭式
目前中国传统的大多数小区都保持这一种道路结构形式,这一类小区一般都沿外部交通的主干道修有完全封闭的围墙,而且小区内部形成了以行车主干道为主线,部分人行道为支路的道路分布格局。这种小区结构具有较好的封闭性,好处就是车辆出入小区一般需要门禁,保证了居民的出行安全性,也使居民免受外部交通噪音的干扰。但是,由于主干道较少,能够行车的支路也较少,在车流量较大的地区容易造成交通的堵塞,成为街区的一个封闭型的障碍。
北京的胡同和四合院落基本就是这种构造,其中改造前的菊儿胡同便是其中的典型代表,下面会对其进行具体的讨论。
图4 传统封闭式小区(a型)
图5 道路平行分布式小区(b型)
2)b型：道路平行分布式
这种格局的小区是20世纪中后期建设的小区的常见格局。此种格局虽然看上去房屋分布井然有序,但是实际上会导致居民出行极为不便。由于小区内部与外部主干道相连接的交叉口极少,汽车很难进入此类小区。
这种小区的典型代表便是上海的里弄,例如分布在上海市中心的石库门里弄。市中心交通量极大,此种小区具有极高的封闭性,造成车流只能集中于外部交通的主干道上,最终导致严重的交通堵塞问题。
图6 开放街区式小区(c型)
3)c型：开放街区式
此种开放街区式小区是近年来在我国刚刚兴起的一种小区建设方式。其起源于西方的街区建设以及城市花园等小区建设理念。其中美国和日本在20世纪改造、建设了一大批此类街区型小区,解决了住房短缺、交通堵塞等一系列社会问题。在这类小区中,20世纪90年代建设的日本幕张滨城便是其中一个典型代表。
5.3.2 a型小区：北京菊儿胡同
1)研究对象背景
菊儿胡同是20世纪90年代旧居住区改造工程的一个典型案例。作为北京旧城改造的第一个试点工程,该项目由吴良镛院士主持,在项目竣工后,受到专家学者和政府居民的一致好评,同时也获得多项国际奖项。
菊儿胡同位于北京东城区南锣鼓巷的东北角,全长约438m,占地约8.2hm2,有200多户居民。改造之初环境极为破败,交通设施落后,虽然具有浓厚的传统文化色彩,但是由于周边经济发展以及胡同规划维护不当,早在20世纪80年代便已经被列为北京市危旧房改造项目。
图7 菊儿胡同
图8 菊儿胡同内景
图9 菊儿胡同俯瞰图
吴良镛先生提出过人居环境理论,而菊儿胡同的改造工程也是基于这一理论展开的。经过一系列的内、外部修整,菊儿胡同形成了一个功能复合、传统与新式建筑并存的多样化居民区。在原有的“胡同—四合院”的旧城区结构基础上,利用连接构造和跨院,与原有的传统四合院组成院落形成了“主干道—大街坊—小胡同”的新街坊格局。
下面根据相关资料给出菊儿胡同的格局示意图,以及改造前后的交通状况,利用第一二问中建立的相关模型对菊儿胡同开放之后对周围交通影响进行定量分析。清华大学建筑与城市研究所提供了改造前菊儿胡同的示意图(图10)。
图10 菊儿胡同街坊格局示意图
通过对上图及相关资料分析得到菊儿胡同内部具体道路的分布情况,下面通过参考相关文献给出改造后道路网络示意图。
图11 菊儿胡同道路网络示意图
2)小区开放程度的求解
通过分析上图,以及查阅相关资料,结合第一问和第二问中建立的评价模型,可以得到开放街区前后相关指标的参数变化情况。
表10 胡同开放前后各项指标变化表
利用第一问中的模型可以将上述四个指标无量纲化,根据相关系数矩阵可以得到四个指标对目标的权重。设交叉点数为xa1,接口数为xa2,路网密度为xa3,支路比为xa4,小区开放程度为ya,计算得到权重系数表如表11所示。
表11 权重系数表
通过数据的无量纲化之后,可以得出各指标对小区开放程度的评价结果,如表12所示。
表12 小区开放程度指标体系评价结果
根据上表可以看出,小区开放前后的平均综合评价指标值分别为0.40和0.57。
3)通行能力的求解
假设道路服务能力为ma1,单条道路通行能力为ma2,行人道路干扰量为ma3,平均速度为ma4,交通通行能力为na,关于通行能力的相关指标如表13所示。
表13 通行能力各项指标数据
在充分考虑Braess悖论之后,根据问题二中建立的相关系数矩阵可以得出各指标的权重值如表14所示。
表14 权重系数表
利用第二问中建立的交通通行能力的评估体系,根据无量纲化的指标数可以计算出通行能力指标体系最终的评估结果。
菊儿胡同开放前交通通行能力评估值为
菊儿胡同开放后交通通行能力评估值为
其结果如表15所示。
表15 通行能力指标体系评价结果
5.3.3 b型小区：上海石库门里弄
1)研究对象背景
石库门里弄是上海一种集中片式,典型的历史建筑。从19世纪末期到20世纪30年代,它成为上海城市住宅区中建造数量最大的住宅类型。它是一种典型的中国早期商品化住宅,由于当时各国租界在上海的扩张,里弄迅速且大量发展起来。但到了20世纪中期,由于各种原因,石库门里弄不再盛行,成为了时代性的产物,一直保留至今。
图12 石库门里弄实景图
从石库门建设特征来看,里弄中的建筑基本符合低层高密度的特点。建筑的单元性很强,一般整齐地呈现行列式布局,道路密度相对较小,尽最大努力增强了土地利用价值。基于这些特点,在如今私家车保有量迅速增长的形势之下,里弄的高度封闭性以及内部道路的低密度性会更加加剧城市交通的拥挤情况。
2)道路结构分析
对里弄的空间结构分析需要从道路、边界、节点三个方面入手进行分析。一般来说里弄包括宽敞的主弄和狭窄的支弄,对比于现在的一般居住小区,其道路结构为城市道路—小区主干道—小区支路,有着极大的相似性。狭窄的支弄和小区的支路一样几乎只提供居民步行,对于车辆的分流几乎没有太大的帮助。
通过相关文献的查找,可以得到改造前石库门里弄的平面构造图。
图13 石库门里弄平面图
从平面图的里弄构造中很容易就可以发现,里弄居民区的分布形态层次分明,形成了规律而又严谨的组织结构。主弄和支弄形成的空间结构基本呈现“丰”字形结构。
将石库门里弄中的道路结构抽象出来可以绘制出如下示意图。
图14 “丰”字形里弄结构图
3)小区开放程度的求解
通过分析上图,以及查阅相关资料,结合第一问和第二问中建立的小区开放程度评价模型,可以得到开放街区前后相关指标的参数变化情况。
表16 里弄开放前后各项指标变化表
假设交叉点数为xb1,接口数为xb2,路网密度为xb3,支路比为xb4,小区开放程度为yb。由于里弄的评价小区开放程度的指标与菊儿胡同指标体系一致,故可直接采用求解菊儿胡同各指标的权重,由此得到权重系数表17：
表17 权重系数表
通过数据的无量纲化之后,可以得出各指标对小区开放程度的评价结果,如表18所示。
表18 小区开放程度指标体系评价结果
根据上表可以看出,小区开放前后的平均综合评价指标值分别为0.43和0.48。
4)通行能力的求解
假设道路服务能力为mb1,单条道路通行能力为mb2,行人道路干扰量为mb3,平均速度为mb4,交通通行能力为nb,关于通行能力的相关指标如表19所示。
表19 通行能力各项指标数据
同样的,上海里弄使用的车辆通行模型与北京菊儿胡同相同,故可以得出各指标的权重值如表20所示。
表20 权重系数表
利用第二问中建立的交通通行能力的评估体系,根据无量纲化的指标数可以计算出通行能力指标体系最终的评估结果。
上海石库门里弄开放前交通通行能力评估值为
上海石库门里弄开放后交通通行能力评估值为
其结果如表21所示。
表21 通行能力指标体系评价结果
5.3.4 c型小区：日本幕张滨城
1)研究对象背景
幕张滨城住区位于东京以东25km,千叶以西10km的东京湾填海地区。该街区在日本来说首次采用了街区型的住区模式,解决了当时日本住房短缺、交通不畅等一系列问题,值得中国一些现代大型小区借鉴。
幕张滨城的主要设计理念是将都市住宅区当做都市街区来设计,而不是开发当时主流的“住宅团地”。规划设计了源于欧洲的沿道中庭型住宅,突破了日本一贯的独立式或者行列式居住区的模式,在当时的日本是一种新型的居住区形态。幕张滨城的开发始于1987年,在1995年基本建成,日本国内外许多报刊对其进行了介绍和评价,获得了普遍的好评。
图15 幕张滨城实景图
2)道路规划
在道路规划方面,幕张滨城采取了完全开放式的街区设置,而非传统的以主干道为核心的分块式团地住宅形式。在充分考虑了住户密度与路网密度之间的制约关系之后,幕张滨城沿街道和道路配置居住楼房,使得两两楼房之间都能较为便利地直达。
根据下面的幕张滨城的各个功能区的分布图可以大致将整个街区划分为七个相对集中的功能区。通过功能区的划分,又可以得到街区的主干道、次主干道以及支路等不同类型的道路的分布情况。
图16 幕张滨城土地利用规划图
在原有的幕张滨城平面规划图以及街区功能区的分布图的基础上,可以将街区中的交通规划情况抽象出来。查找了当时建设幕张滨城时的建设规划设计书之后,得到了街区内道路分布的模拟图。图片中道路颜色的深浅表征的是街区内外道路以及主干道、支路等不同类型的道路。
图17 街区道路分布模拟图
对图片中信息进行充分挖掘之后,可以得到交叉路口的数目,街区内部交通与外部城市交通的连接情况等信息。在查找了相关资料和研究文献之后,可以得到幕张滨城周边的交通情况,据此可以对幕张滨城开放程度对周围交通的影响进行定量分析。
鉴于日本的幕张滨城是直接基于全新的街区设计理念而建设成功的一个典范,在这一案例中不存在小区开放前的交通状况的好坏。在这一先进而较为特殊的小区模式中,仅仅对当前小区开放程度以及小区开放之后对周围交通的贡献进行评价。
3)小区开放程度的求解
首先,根据图17可以得到评价小区开放程度的相关指标参数。
表22 街区道路相关指标
分析上表,街区内部交叉点数远远大于街区与外部交通的接口数,表明街区内部交通网非常发达,居民出行便利性得到较大保障。
假设交叉点数为xc1,接口数为xc2,路网密度为xc3,支路比为xc4,小区开放程度为yc。由于评价小区开放程度的指标与菊儿胡同指标体系一致,故可直接采用求解菊儿胡同各指标的权重,由此得到权重系数表23。
表23 权重系数表
通过数据的无量纲化之后,可以得出各指标对小区开放程度的评价结果,如表24所示。
表24 小区开放程度指标体系评价结果
4)通行能力的求解
假设道路服务能力为mc1,单条道路通行能力为mc2,行人道路干扰量为mc3,平均速度为mc4,交通通行能力为nc,关于通行能力的相关指标如表25所示。
表25 通行能力各项指标数据
同样的,幕张滨城使用的车辆通行模型与北京菊儿胡同相同,故可以得出各指标的权重值如表26所示。
表26 权重系数表
利用第二问中建立的交通通行能力的评估体系,根据无量纲化的指标数可以计算出通行能力指标体系最终的评估结果。
日本幕张滨城交通通行能力评估值为
结果如表27所示。
表27 通行能力指标体系评价结果
5.3.5 三个小区开放前后综合评价
结合上文对三个小区的综合评价,可以得到最终三个小区开放前后评价结果如表28所示。
表28 三个小区开放前后评价结果
由表中评价结果可以得到根据道路通行能力排序后,开放后的石库门里弄交通通行能力综合评价值居首位,菊儿胡同的交通通行能力综合评价值次之,幕张滨城的交通通行能力综合评价值居于第三位,菊儿胡同及石库门里弄开放前的交通通行能力综合评价值居于最后两位。
5.3.6 评价结果横向分析
上述三个实例已经分别根据第一二两问建立的模型得出了小区开放程度评价结果以及小区开放前后的道路通行能力的评价结果。在每种类型的小区分析之下已经对各个小区开放前后进行了对比,得出结论：小区开放后对小区周围的道路的通行能力有明显的促进作用。下面综合考虑三个类型小区的开放程度评价指标值与道路通行能力之间的关系,以得出小区开放程度对道路通行能力的影响。
综合上述几种类型小区的计算数据,以表示小区开放程度,以表示道路通行能力,可以得到表29。
表29 开放程度与通行能力数据表
图18 通行能力随小区开放程度变化图
对表中数据进行分析,将小区的开放程度看作自变量,将周边道路的通行能力作为因变量,得到一组坐标(yi,ni),再利用最小二乘法进行曲线拟合,可以得到图18。
图中A点表征北京菊儿胡同改造前的点;B点表示上海石库门里弄改造前的点;C点表示上海石库门里弄改造后的点;D点表示北京菊儿胡同改造后的点;E点表示日本幕张滨城的点。从道路的通行能力来看,由高到低依次是D点、E点、C点、B点、A点。即如果按照道路通行能力进行排序,则是改造后的石库门里弄最优,菊儿胡同次之。
对上图中拟合的函数图像分析可得结论：曲线整体满足上升趋势,但在达到一个极值点后会有下降的趋势。当小区的开放程度较小时,道路的通行能力随着小区开放程度增大而增大,但是当小区开放程度增大到接近0.6时,通行能力会随小区开放程度增大而减小。这一现象也恰好符合了Braess悖论中关于交通通行能力的相关描述,同时也证明了模型的可信度较高。