基于综合集成研讨厅的高架桥规划研究

基于综合集成研讨厅的高架桥规划研究

近年来，城市桥梁的弊端逐渐出现，不仅涉及交通方面的技术问题，还涉及城市生态环境、人文学科等复杂社会问题。面对日益严重的高架桥问题,专家学者提出了高架桥可持续发展的概念,即在满足社会发展对其更高要求的同时,既要保证高架桥交通运输体系内部及综合交通体系的协调发展,又使其与经济、环境、社会大系统的长期动态协调发展［１］。为了实现高架桥的可持续发展,专家学者们提出了众多的方案,如拓宽高架桥路面、简单拆除高架桥等,但均未见有效的方案付诸实施。本文将基于综合集成研讨厅的方法,从复杂系统综合集成的角度,对大城市中心区高架桥的可持续发展方案进行探讨。1高架问题的现状分析在过去的20年里,我国众多大中城市都在大量兴建高架桥以缓解交通拥堵,但是高架桥给小汽车提供交通便利的同时也诱导了交通量的急剧增长,与其他交通系统衔接的不合理更加剧了高架桥的交通拥堵、交通事故等问题,如改造前的美国波士顿中央干道每天拥堵时间超过10h,事故发生率是全国平均水平的4倍［２］。高架桥日益严重的交通问题不仅违背了缓解交通拥堵的初衷,还派生出其他的社会问题,引起了广泛的争议和讨论。高架桥遮住了阳光,在桥下形成阴影区,汽车废气不能疏散,噪声大等,这些因素严重影响着高架桥周边居民生活的品质。如广州内环路建成后,沿线临街地区环境质量下降,2000年~2010年的10年中,CO、NOＸ、CH分别增加30%~50%、150%~200%、50%~60%［３］。另外高架桥的建设挤压了周围的商业空间,使临街商铺无法扩充,又没有停车场,必然造成人流、车流的减少,并最终导致高架桥沿线商业的衰退［４］。高架桥对于城市生活的改善往往局限于交通方面,甚至只是对于私家车及出租汽车有较大改善,对于公共交通则便利性不大［５］。高架桥本身体量巨大,形象突兀,难以与周边建筑协调,高架桥不但没有给城市带来一道风景,反而破坏了原有的城市环境风格。另外,城市高架桥的封闭性使其具有通道和屏障的功能,对两侧的城市肌理产生空间上的压迫并生硬地割裂城市空间,造成城市景观碎裂化的加剧［６］,而且还在一定意义上阻碍了城市空间文化的横向脉络联系,限制了周边传统城市空间形态向广大城市地域的文化辐射［４］。由以上对高架桥现状的分析可知,高架桥问题已经从技术层面上升到社会层面,涉及生态环境、经济发展、社会人文、城市景观和文化等方面,因此仅局限于交通问题的规划方案无法解决高架桥的问题,我们应该从城市层面综合考虑高架桥交通与商业、路权、环境、景观、文化的相互影响和相互作用。实际上,高架桥问题的产生及其改善涉及很多复杂的因素。因此,我们应当用复杂性理论的研究思路和方法,从系统整体行为生成的角度,深入系统化地研究［７］大城市中心区高架桥的有效解决方案,以实现大城市中心区高架桥的可持续发展。2智能思考系统的应用综合集成研讨厅体系是解决复杂性问题的一种有效方法,是由我国著名科学家钱学森于20世纪90年代初提出的,就其实质而言,是将专家群体、数据和各种信息与计算机技术有机结合起来,把各种学科的科学理论和人的经验知识结合起来,构成一个高度智能化的人机结合系统。这个方法的成功应用,就在于发挥这个系统的整体优势、综合优势和智能优势［８］。综合集成研讨厅的思想方法正好为大城市中心区高架桥的问题提供了思路和可行性解决方案。2.1基础设施数据库专家体系是由城市高架桥相关各领域的12位专家组成,包括交通运输专家、城市规划专家、政策专家、环境评估专家、成本控制专家等。知识体系主要涉及计算机软件、高架桥、交通运输、城市规划等相关知识。机器体系是高架桥可持续发展综合集成研讨厅的基础设施,主要由网络设施、服务器、存储系统、计算机终端以及为整个系统提供服务的软硬件设备组成,如图1所示。数据库采用异构的数据库,包括专家数据库、法律法规数据库、方案数据库等,数据库支持专家存储和搜索所需数据［９］。方法库包括支持专家建模、问题量化、计算机综合求解的各种方法,如支持决策的德尔菲方法,支持方案评价的范数灰关联度法,支持计算机求解的人工智能法、模拟方法,城市交通量预测的方法,如GA-PSO等;模型库包括交通流量分析模型,如VISUM模型［１０］。案例库中包括高架桥改造的一些成功案例和失败的案例,如纽约高线公园改造、韩国清溪川恢复工程等,供研讨厅学习和借鉴。上述体系在综合集成方法的指导下,动态结合,构成一个人·机、人·网络一体化的大城市中心区高架桥可持续发展综合集成研讨厅。2.2专家群体的定量化模型首先,研讨厅体系应明确目前大城市中心区高架桥存在的问题,即如何通过对高架桥的改造以实现大城市中心区高架桥得到可持续发展,然后搜集大量的有关文献资料,并召集各领域专家共同来利用研讨厅体系的软硬件平台对问题进行研讨,如图2所示。通过研讨,结合专家们的经验性判断,提出对问题的初步认识。依靠专家的经验和形象思维,在问题求解知识的帮助下,提出对问题的分析方案。根据问题的结构特点,结合知识系统中相关领域知识和国内外前人经验,把问题分析逐步定量化。在定量化或者半定量化的情况下,在计算机上建立局部模型或者全局模型,基本得到专家群体的认可后,通过讨论合成这些模型最终生成系统模型。系统模型建立后,通过计算机的测算程序和专家群体的评价来验证模型的正确性及可靠性,如果专家群体对模型不满意,那么需要重复上述的各项步骤,或者其中的某几个步骤,直到专家群体基本满意,建模过程才能结束［１１］。然后利用系统模型生成方案,用范数灰关联度法评价方案,最后选择最优方案。3高架可持续发展方案设计根据将综合集成研讨厅体系应用于大城市中心区高架桥可持续发展的方案和实施过程,结合相关调研结果,我们提出了大城市中心区高架桥可持续发展的设计优化方案。3.1下滩段高架改造方案在大城市中心区高架桥可持续发展研讨厅的运作过程中,各领域专家互相交流、集思广益,提出了100多个方案,如拆除高架桥,建设地下隧道,高架桥上设置BRT系统,把高架桥改造为步行廊道,高架桥下打造步行街,……,等等,经过初步分析,筛选出6个较为有研究价值的方案,见表1。3.2城市文化因素大城市中心区高架桥的可持续发展问题涉及因素繁多,有些因素能定量化处理,如高架桥的交通通行能力;有些因素只能定性化处理,如高架桥对城市文化的影响。范数灰关联度法是基于灰色系统理论的一种有效的方案评价方法,可用于对方案进行全方位、多角度的综合分析评价,尤其适用于评价指标不能全部定量化处理的方案评价,所以我们采用范数灰关联度分析法对各方案中高架桥的可持续发展能力进行评价。3.2.1确定比较确定的关联系数和范数灰关联度范数灰关联度法是在邓聚龙先生提出的邓氏灰关联度法的基础上改进的方法,其应用于方案评价时,是将各备选方案评价指标参数构成比较数列,将评价指标的最佳值构成标准数列,用关联度表示比较数列和标准数列的接近程度,关联度越大的比较数列表明与标准数列越接近,即相对最优的方案［１２］。关联系数和范数灰关联度的计算方法如下。(1)用区间值化算子将序列无量纲化后得到区间值象如下。(2)计算比较数列与参考数列对应元素的差值:(3)求出Δi(j)的最大值Δmax和最小值Δmin。式中:λ为分辨系数,一般取0.5。(6)计算各比较序列的近距dｉ＋与远距dｉ－:(7)计算范数灰关联度:大城市中心区高架桥的可持续发展,就是实现高架桥交通与生态环境、经济社会综合效益的最大化,其影响因素可以归纳为社会效益、环境效益、经济效益、交通效能4个层面,每一层面下又有很多因素,且各影响因素的评价标准不同［１２］。结合各指标的特点以及在方案评价中的实用性和可操作性,最终确定大城市中心区高架桥可持续发展的评价指标体系见表2。其中,定量指标有运载能力、通行能力和方案实施费用,定性指标有高架桥沿线商业、路权平等情况、对城市景观的影响效果、对城市文化的影响效果。3.2.3各方案的造价及范数灰关联度分析为了方便对方案进行比较,我们将以上海南北高架桥的徐家汇~淮海中路段为例进行分析。上海南北高架桥建成于1995年,贯穿上海中心城区,主要服务于机动车中长距离的出行,是城市交通运输的主动脉。南北高架桥的徐家汇~淮海中路段长1.6km,高架桥距地面19m,宽度为25.5m,设六车道,设计速度60km/h,匝道平均间距为1.2km［１３］,单向设计通行能力为4800pcu/h。根据《上海市市政工程预算定额(2000)》及《城市道路设计规范》,我们计算出各方案的造价和路段通行能力见表3。另外,根据在上海市南北高架桥的实地调查可知,公交车占交通流量的10%左右,公交车大多为30~40座居多,据此可将各方案的路段通行能力换算成运载能力,见表3。对于定性指标,我们采用专家打分法进行评价,1、2、3、4、5分别代表很不理想、不理想、还行、理想、很理想。首先由12位专家分别对各方案的定性指标打分,然后取其平均值作为该指标的得分。各方案对高架桥沿线商业发展情况、城市路权、城市景观及城市文化的影响效果的评分见表3。利用Excel软件计算得到6个方案的范数灰关联度分别为:0.479、0.353、0.506、0.500、0.490、0.672。由表3中的数据可知,从交通或景观的层面来讲,方案3为最优方案,但是造价太高;从环境层面来说,方案1和方案5为最优方案,但是道路运载能力很低,会造成交通拥堵;从方案造价层面来说,方案2为最优方案,但是环境污染严重,并且对沿线商业的发展、城市景观和文化的影响效果不利。方案6的范数灰关联度最高,即实现了交通、环境、路权、商业、景观、文化、造价各个层面的综合最优化。另外,方案6需要其他交通系统分流快速交通,并致使大城市中心区的慢性化,符合城市交通的发展方向,所以方案6为最优方案。3.3进行人文交流把高架桥改造为桥上慢行交通系统、桥下快行交通系统的方案(方案6),其运载能力是目前的122%,设计车流量是目前的70%。此方案不仅能一定程度缓解交通拥堵,而且减少汽车废气排放、降低噪声污染,保障了高架桥周边居民的健康。由于高架桥上只有慢行交通系统,行人不仅在享有平等路权的同时,也能享受阳光、清新空气和良好视野。此时的高架桥已经成为人们休闲娱乐的场所,如图4所示,促进了人文交流。高架桥改造后,高架周边的可达性有所提升,沿线建筑表面将有部分功能上升到与高架桥接壤,底层建筑可作为停车场,这些将促使高架桥沿线商业的发展繁荣,甚至使之成为城市的地标———“空中商业街”。此外,改造后的高架桥也促进了