停车场出入口通道通行能力与服务水平研究论文

PAGEPAGE6停车场出入口通道通行能力与服务水平研究设计者：冉墨文1，曹影，孙文博指导教师：杨静张蕊（北京建筑工程学院1土木与交通工程学院北京100044）【摘要】随着机动车数量的快速增长，城市“停车难”的问题日益加剧，如何提高停车场效率是解决“停车难”问题的重要手段之一。停车场出入口通道通行能力由闸机通行能力和坡段通行能力两方面构成，最终的能力取决于其中的低者。本文首先借鉴高速公路收费站通行能力计算方法，引入闸机服务时间和离开时间，计算评估闸机通行能力；之后参考城市道路路段通行能力计算方法，通过调查饱和流时最小平均车头时距，计算评估坡段通行能力。最后选取负荷度和行车延误作为停车场服务水平的评价指标。基于此对停车场出入口通道服务水平进行划分，并在此基础上最终提出一系列对停车场整体效率提高的措施，对于停车场的建设和优化改造具有现实意义。【关键词】停车场出入口通道；通行能力；服务水平；负荷度；延误；前言当今世界上许多大、中城市的停车难已经成为一个突出的交通问题，也可以说是城市现代化过程中必然出现的问题。新建大规模停车场在寸土寸金的城市是很困难的。通过观察发现，车辆经常堵塞在通道收费闸机以及坡段处。因此停车场出入口通道已经成为制约停车场运行的重要因素。本文通过数据调查与理论分析，首次提出停车场出入口通道通行能力的概念，并建立了相应计算模型，之后通过数据调查与分析对停车场出入口通道服务水平进行指标选取和分级研究，并针对性的提出提高停车场效率的措施。1.现有研究停车场出入口通道通行能力和服务水平是停车场建造的重要因素，对这两方面研究，现有一定量的文献资料。其中，《美国道路通行能力手册》【1】（HCM）中指出服务水平的定义为描述交通流运行情况的一种质量标准，通常是通过速度，行程时间等条件来度量这种服务指标。杨海飞在《关于提高城市公共停车场服务水平的研究》【2】中提出在停车行为和意向调查的基础上建立了提高停车场服务水平改建方案而选择的非集计模型，确定了建立停车场通行能力和服务水平的方法。另外，董红彦在《基于模糊理论的停车场服务水平评价》【3】中提出的利用模糊理论建立的模型对停车场的服务水平进行分析的方法，在停车厂建设过程中有一定的参考价值，同时，存在着很多问题。模糊控制的设计尚缺乏系统性，这对复杂系统的控制是难以奏效的。获得模糊规则及隶属函数即系统的设计办法，这在目前完全凭经验进行。此外，祝华婷在《大型专用停车库出入口数量与服务时间的计算方法》【4】中提出利用排队理论对停车场出入口车辆的排队等候问题进行描述，分析了停车场入口道的设计长度，研究、评价出口道的通行能力及服务水平。同时，我国停车场(库)相关设计规范对停车场出入口通行能力和服务水平两方面的研究和规定也存在不足，难以给停车场建设中提供更优化的设计规范。结合文献的研究，停车场的通行能管理和服务水平需要进一步的研究和改进。2.数据调查基本情况这一次的停车场调查，在调查样本的选择上由于考虑到样本的全面性和科学性，需要覆盖商场、医院、火车站、写字楼等地区的大型停车场，因此我们选择了儿童医院、北京西站、北京站、鼎好、北大门诊、银泰中心、西单大悦城、百安居这8个规模较大且能观察到出入口饱和流的停车场。表1部分样本基本情况地点泊位数量收费方式出入口形式铺装形式坡度单向/双向车道数儿童医院400刷卡直坡水泥礓磋10%单向2北京站470刷卡曲线水泥礓磋10%单向1鼎好600刷卡曲线水泥8%双向2北大门诊170刷卡直坡水泥10%单向1银泰中心1600刷卡螺旋水泥礓磋8%单向2大悦城820刷卡螺旋水泥礓磋10%单向1百安居1000电子识别直坡水泥9%双向23、停车场通道设计3.1通道的宽度汽车库内的坡道可采用直坡式、曲线式和螺旋式。可以采用单车道和双车道，其最小净宽应符合表2中的规定。表2坡道最小宽度坡道形式计算宽度最小宽度（m）微型、小型车中大型，铰链车直线单行单车宽+0.83.03.5直线双行双车宽+2.05.57.0曲线单行单车宽+1.03.85.0曲线双行双车宽+2.27.010.0注:1.资料来源：《汽车库建筑设计规范》2.此宽度不包括道牙及其他分隔带宽度此，在目前北京市的大部分停车场中均已经采用了这种快捷方便的刷卡收费方式。电子识别收费技术主要为车辆自动识别和有关收费数据的交换，通过计算机网路进行收费数据的处理，实现不停车自动收费的全电子收费系统。这种收费系统每车收费耗时不到2秒。在表7中，可以看到百安居采用了电子识别的方式，电子识别不需要停车取卡再启动离开，只要减慢车速同时前后车保证一定的车头时距进行电子识别即可通过。作为先进收费方式，电子识别应该较刷卡方式更加的快捷。但在实际调查过程中发现，由于饱和流状态下前后车跟车过于紧密，车头时距过小，无法满足电子识别要求，反而需要停车进行人工识别，增加了入口服务时间，降低了进口闸机通行能力。但在出口处由于电子收费系统，降低了出口收费时间，尽管部分车辆仍需现金缴费，但其出口通行能力是三种方式中最大的。5.2出入口通道形式在实际调查中，出入口通道形式主要分为三种，一种为螺旋形式，一种为曲线形式，另一种为直坡形式。表8坡段形式与通行能力地点出入口形式坡度平均饱和车头时距(s)坡段通行能力(pcu/h)进口出口进口出口大悦城螺旋10%5.25.0692720北京站曲线10%4.94.8734750儿童医院直坡10%5.45.1667700从表8中的数据可以发现，在坡度相同的情况下，曲线形式的坡段平均饱和车头时距较小，螺旋形式其次，直坡形式平均饱和车头时距最大，因此直坡形式坡段通行能力较低。5.3坡度与坡段铺装一般情况下，坡度对地下停车场的影响主要表现在，车辆在出口通道上坡时速度较慢，进口通道下坡时速度较快。表9坡度与道路通行能力地点坡度出入口形式平均饱和车头时距(s)坡段通行能力(pcu/h)进口出口进口出口银泰中心8%螺旋4.64.5782800大悦城10%螺旋5.25.0692720从表9中，可以看出当铺装形式，当出入口形式、铺装形式一致时，坡度越大，坡段通行能力越小。上坡时，当牵引力一定，在坡度较大的路段上车辆行驶速度会降低，车头时距会增加。研究表明当坡度较大时，下坡时驾驶员心理更容易紧张，能主动地降低车速，增加了平均饱和车头时距，降低进口通行能力。因此坡度是影响坡道通行能力的重要因素。另外在调查中，由于铺装材料均为水泥礓磋，因此坡段铺装材料对车辆行驶的影响并不明显。但铺装材料的影响主要表现为：不同材料的摩擦因素不同;相同的材料不同的路面形式对行驶车辆的摩擦力也不同。5.4单/双车道形式单/双车道对通行能力也有影响，由于双向车道相向的车流产生了相互的干扰，因此，单向车道一般比双向车道的通行能力要大。表10单/双车道与坡段通行能力地点出入口形式坡度单/双向平均饱和车头时距(s)坡段通行能力(pcu/h)进口出口进口出口鼎好曲线8%双向5.65.8643621北京站曲线10%单向5.25.0692720在表10中，可以看到鼎好停车场的坡度比北京站的坡度要小，根据5.3中分析结论是鼎好的通行能力应大于北京站的通行能力，但是，正是因为双向车道的存在相互干扰，对向车头灯会产生影响，并且在进出口处都存在车辆冲突，因此速度会降低。5.5出入口设置出口道设置的主要影响因素包括与停车场出口道连接道路的等级、停车场泊位规模、高峰小时驶出率以及出口处动态交通流量的组织状况。停车场、出口设在不同等级的道路上，对汽车的可达性有较大的差异。对停车场出口处车流通行能力的分析，不仅包括路段上己有车流的分析，还包括由停车场产生的附加交通流以及两种车流因相互干扰而造成的延误排队和道路通行能力的变化。停车场具有的泊位容量决定了高峰小时最大停车数量以及高峰小时停车的疏散速度，对停车场出口道的设置具有较大影响。停车场规模的设置不合理，不但可能导致出口处车辆的拥塞，干扰路上车辆通行，还会因为疏散时间过长而影响停车场的服务水平，降低停车场使用效率。6、停车场出入口通道服务水平的概念及划分6.1出入口通道服务水平概念 道路服务水平概念：《美国道路通行能力手册》中将道路服务水平定义为：服务水平（LOS）是描述交通流运行状况的一种质量标准，通常用速度、行程时间、驾驶自由度、交通中断、舒适和方便等条件来度量这种服务指标来描述。目前，《美国道路通行能力手册》未定义停车场出入口通道的服务水平，国内也没有相应的标准。因此本文定义停车场出入口通道服务水平是衡量交通流运行条件以及驾驶人和乘客所感受的服务质量的一项指标。6.2评价指标服务水平的评价指标通常包括密度、负荷度和延误。但是对于地下停车场出入口通道，并非所有指标都能够准确反映其服务水平。6.2.1密度出入口通道的密度变化范围很大，不同收费方式的通道其密度也不同。例如，电子收费方式可以有效的提高出入口通道的通行能力，减少延误，但是其密度则较高。所以，密度指标不能准确评价出入口通道的服务水平。6.2.2负荷度负荷度又称为V/C，它是在理想条件下，最大服务交通量与设计通行能力之比。在交通流状态与通行状况分析中，交通量和通行能力二者缺一不可，通行能力是指在现有的道路条件、交通条件、管制条件下保持规定的服务水平，在单位时间内，道路某一断面所能通过的最大标准车辆数。通行能力反映了道路的容量，实际是道路容纳性能的一种量度，它既反映了道路疏通交通的最大能力，也反映了在规定特性的前提下，道路所能承担车辆运行的极限值；而交通量反映了道路实际负荷交通的数量大小，它是交通体根据实际情况在道路上运行的具体体现。因此，我们常用交通量与通行能力的比值来表征道路的负荷度，确定服务质量或满意程度。由此作为参考，在停车场服务水平的划分中，我们引入了负荷度作为评价停车场的服务水平的指标之一。6.2.3行车延误行车延误是由于道路与环境条件、交通干扰以及交通管理与控制设施等驾驶员无法控制的因素所引起的行程时间损失。延误真实地体现了司机的不方便程度。在闸机处的延误包括排队延误、车头时距(队列中第一辆车到达闸机接受服务的时间)和服务时间(交费时间)。延误能够反映出收费方式的效率以及闸机上游交通拥堵状况对出入口通道的服务水平的影响。地下停车场出入口通道由坡段和收费闸机和出入口三部分组成，三部分分别造成行车延误，延误较大者为交通瓶颈，且决定服务水平。通过研究分析，车辆在收费闸机附近有排队现象，故表明收费闸机造成行车延误较大，因此将收费闸机延误作为地下停车场出入口通道服务水平的评价指标。停车场出入口通道来车符合泊松分布，因此利用M/M/1排队模型即可算出收费闸机部分的行车延误值：行车延误；排队消耗时间；无阻塞时的行程时间；有效到达率；服务率；停车场出入口通道设计速度6.3服务水平划分服务水平亦称服务等级，是用来衡量道路为驾驶员和乘客所提供的服务质量等级，其质量范围可以从自由运行、舒适、方便、完全满意的最高水平到拥挤、受阻、停停开开的最低水平。通过负荷度与行车延误，可分析当前交通流动的质量水平,评估现在停车场承受交通的适应程度,规划并改善现在停车场的停车状况。因此，停车场的服务水平可用负荷度与行车延误综合来衡量。表11为我们定义的停车场服务水平分级标准。表11停车场服务水平分级标准出入口通道服务水平等级出、入口负荷度出、入口延误(s)A级≤0.3≤47B级0.3—0.4847—70C级0.48—0.6670—94D级0.66—0.8494—118E级0.84—1.0118—142F级≥1.0≥142通过以上给出的服务水平分级标准，我们可以得到可以得到调查样本高峰时段内的服务水平，具体情况如表12所示。表12停车场服务水平地点出口负荷度出口延误(s)出口服务水平入口负荷度入口延误(s)入口服务水平儿童医院0.93145.5F0.82132.5E北京站0.88137.3E0.7697.3D鼎好0.86119.3E0.69102.5D北大门诊0.6794.8D0.5372.9C银泰中心0.6280.4C0.4565.1B大悦城0.72114.6D0.6590.6C6.4停车场通道服务水平分析如表12可知地下停车场出入口服务水平普遍较低，亟待改进。下面就北京站停车场、西单大悦城停车场、儿童医院停车场三个典型地下停车场展开分析：6.4.1．西单大悦城停车场（出口服务水平D入口服务水平C）西单大悦城停车场位于西单大悦城商场地下3层、4层，分布有820个泊位。停车场内设有一个入口和一个出口，为地下螺旋式，每个出入口外分别设有两个闸机。铺装采用水泥礓磋，坡度为10%。收费方式为刷卡收费。该停车场设置在停车需求很大的西单商业区，专门为购物顾客提供停车服务。停车场内交通组织较好，指示标识清晰，且实现人车分离。设有较多的泊车位，但由于多为逛商场顾客，因此周转率较低。值得一提的是该停车场在出口处布置了多个收费闸机窗口，使车辆排队时间降低，缩短了行车延误。但由于出入口较少，且与之相连道路都较为拥堵，因此出入口通道服务水平有所降低。6.4.2．北京站停车场（出口服务水平E入口服务水平D）北京站停车场坐落于北京站东侧，该地下停车场有两层，分布有470个泊车位。停车场内有一个入口和一个出口，形式为曲线式，铺装采用水泥礓磋，坡度为10%。收费方式为刷卡式。该停车场较为老旧，基础配套设施较差。停车场内交通组织及停车诱导设施混乱，大大降低了驾驶员的舒适度与方便性。因停车需求较大，停车场泊位布置较为密集，且多为接送旅客，因此周转率较高。由于闸机位置不合理，在出口通道工作人员实行移动收费，在一定程度上降低了出入口通道服务水平。建议在此基础上适当减少泊位，并加强配套设施建设。6.4.3．儿童医院停车场（出口服务水平F入口服务水平E）儿童医院停车场共有二层，分布有400个停车位。停车场设有直坡式双车道一个入口和一个出口，出入口坡道铺装形式为水泥礓磋。收费方式为刷卡收费。由于该地区停车场泊位较少，且多为父母带子女看病，因此停车周转率较低。由于进出口闸机位置布置不合理，造成了较大的延误，因此在就医高峰期常需要车辆等待很长时间。值得一提的是，为提高出入口通道通行能力，两层皆有彼此分隔的连接地面与停车场的通道。但该停车场仍不能满足过大的停车需求量。7.停车场整体提高方案由以上分析不难看出，为提高停车场出入口通道通行能力和服务水平，应在以下几点做出改进：7.1合理布设出入口通道位置、长度以及泊位和闸机数量良好的布局不仅可以为出入停车场的车辆提供高效服务，增加停车场的可达性，降低延误，同时也可以最大程度地减少由于出入口的设置而产生的对相关道路的交通干扰，提高通行能力。出口道设置的主要影响因素包括与停车场出口道连接道路的等级、停车场泊位规模、高峰小时驶出率以及出口处动态交通流量的组织状况。如果停车场的车辆驶入流量较大，入口道设计过短，会造成车辆排队等待，从而影响路段上车辆的通行，如果入口道设计过长，则既占用土地又浪费资源。地下停车场从入口到停车位有较长的距离，可以为车辆进入停车场的排队提供较为充分的驶入空间。停车场具有的泊位容量决定了高峰小时最大停车数量及周转率。停车场规模的设置不合理，不但可能导致出口处延误增大造成车辆的拥塞，干扰路上车辆通行，还会因为疏散时间过长而影响停车场的服务水平，降低停车场使用效率。充足的泊车位可以减少驶入驶出车位而造成的其他车辆等待，在停车需求预测时要考虑到停车场对周边区域的停车吸引，既要能满足停车需求又要保证一定的经济效益。同时，增加出入口可分散交通流，避免由于出入口服务时间过长而增大交通延误。尤其是在泊车需求量较高的商场，医院，火车站，增加出入口数量和闸机数量可以避免车流拥堵在停车场通道内，从而提高停车场的使用周转率。现阶段可利用交通仿真模拟，选择最合适的出入口布局。7.2采用电子识别收费方式电子识别收费方式减少了工作人员与司机交换停车卡的时间，以及闸机的服务时间，可以减少出入口通道的行车延误，提高停车场出入口通道整体的通行能力和服务等级。使用该系统，车主只要在车窗上安装感应卡并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，也无须停车，停车费将从卡中自动扣除。这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5到10倍。和以往的人工收费系统相比较，现行的电子识别系统运营具有以下优点：第一，交通更流畅。车主可以不用停车直接用电子识别系统就能进行缴费，此这样就很好的降低了收费通道的延误；第二，缴费更方便。车主不需要把车停下来进行缴费，这就意味着单位时间内通过的车辆数量会更多；第三，更加节能环保。电子识别减少了车辆在收费口的等待时间，也就减少了汽车损耗的油料恶化尾气排放，达到节约能源，保护环境的效果。第四，提高了收费的工作效率。利用电子识别电子收费系统，目前已经实现了收费工作的完全自动化，促使了收费操作可以与机器之间通过电子信号以极快的速度进行。7.3重点路段修建地下交通环廊随着城市交通的发展,地面道路面积已经非常有限。尽管各大建筑地下都建有停车库，但重要地段由停车困难产生的交通拥堵已经成为城市交通亟待解决的问题。城市地下交通的开发可适当净化地面交通,使地下、地上的交通互补,能提高土地集约化利用。因而修建地下环廊已成为城市现代化及可持续发展的必然趋势。城市地下交通环廊由环形的主隧道及多条出入口匝道组成，将地下空间综合利用。这种设计不仅将实现全面的人车分流，大大缓解地面的交通压力。