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排堵保畅良策:共享汽车+网格化智能立体停车库

时间:  2021-04-19 15:36   来源:  科学杂志1915    作者:  网络转载

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随着社会进步和观念更新,大多数乘用车已从显示身份地位的奢侈品回归为日常的代步工具。同时,云计算、大数据、手机App、共享单车、共享经济等的普及应用,以及大直径盾构技术、智能搬运机器人等的成熟,为城市交通拥堵和停车难问题带来了新的解决思路和方案。

城市化进程加快和私家车普及,致使世界各大城市都出现了交通危机,因车辆造成的交通拥堵和停车难已成为大城市尤其是现代化大都市共有的问题,城市交通时常无法正常运行,甚至瘫痪。城市交通是城市社会重要的循环系统,其运行顺畅与否不仅直接影响城市效率,同时还涉及环境污染、能源消耗、交通事故、市容风貌、市民的精神状态和幸福指数等方方面面。试图解决城市交通拥堵和停车管理问题的措施层出不穷,目标是打造全新、简捷、高效、可控的共享公共出行模式,彻底解决城市交通拥堵和停车难问题,充分满足人们的出行需求。

排堵保畅良策:共享汽车+网格化智能立体停车库

严峻的交通问题

据统计,全球每年因交通拥堵造成的经济损失大约占全球GDP的2.5%,由此可见,交通拥堵是阻碍社会经济增长的重要因素。解决城市交通拥堵和停车难已成为全球性的研究课题。随着我国经济的腾飞,汽车工业在繁荣的同时也带来了交通状况的恶化;“职商居”区域的分离加大了对城市道路的需求和潮汐通勤的峰谷冲击。

以上海市为例,截至2016年12月,机动车保有量为359.9万辆,其中小客车为283.7万辆(不含新能源车辆和外地车牌车辆) [1];全市道路总里程1.8万千米,交通量年均增长2%,市区主干道峰时出行车速低于10千米/时。全市居住区配建车位179万个,夜间停放需求为290万个;中心城区配建车位64万个,夜间停放需求为133万个,全市和中心城区车位缺口分别是38%和52%。车轮上的城市真的不堪重负。

排堵保畅一直是城市管理者需要直面的难题,世界各地治理城市交通拥堵和停车难的办法不断涌现,投入的经费数以万亿计。我国各大城市也先后借鉴采纳各国的管理手段和措施,但由于人口总量和生活习惯、道路规划和建设、交通管理水平和能力等方面存在差异,往往是没剖析出实际矛盾,无法系统性标本兼治,最后的结果事与愿违,不是排堵却是更堵。解决城市交通拥堵和停车难是保障和促进经济社会良性发展、改善民生的必然要求,也是政府必须履行的重要职责。国家在“十三五”现代综合交通运输体系发展规划 [2]中指出,要发展现代综合交通体系,减少交通能源消耗与环境污染,保证交通安全和缓解大城市交通拥堵等。

城市交通拥堵成因

引起城市交通拥堵有多种原因,现就主要原因逐一分析。

单一功能的城市区域设置是造成城市交通拥堵的根本原因

我国大城市采用高度混合的土地利用模式由来已久。当年,在计划经济体制下,土地市场尚未形成,住宅与工厂、政府机关通常是配套建设的,从而形成了住宅与其他设施混合建设的特点——就业与居住高度混杂。这种混杂的“职居”模式使得城市居民的出行距离较短。天津和北京1990年代初的调查显示,居民的出行距离多在3~5千米范围内。人们的日常生活范围基本在单位附近的小区域内,每天出行不需要花费很多时间 [3]。此时的城市交通拥堵完全是道路设施建设不足和公共交通工具欠缺造成的。

改革开放后,我国国家经济实力有了大幅提升,城市发展进程加快,城市规模得以扩张。城市的规划开始由“职居”混合模式转向“职商居”独立分隔模式,单一功能的城市建设规划对商业用地、工业用地、住宅用地等进行了严格划分,大量中央商务区(central business district,CBD)、金融中心、开发区、自贸区、大学城等单一功能的区域应运而生,同时还集中建设了功能更加单一的大型住宅小区。这些直接导致人们必须集中跨区域出行才能上下班、购物和生活等。需要指出,上述出行的时段性很强,潮汐通勤造成道路交通压力剧增,城市道路出现拥堵高峰 [4]。

城市交通基础设施与日益增长的交通需求严重不匹配

三十年来,随着城市规模不断扩大,各地地方政府在城市交通基础设施的建设上竭尽全力,除大规模修建地铁、轻轨等大容量的交通设施外,对城市的道路建设也不遗余力,不断拓宽马路、修建环路、建设高架和地下快速通道。城市内道路的开发已趋于饱和,但城市人口仍高速聚集,机动车保有量更迅速增加,其发展速度远超过道路的发展速度,致使现有的道路设施远远满足不了出行需求。这里的道路在不断拓宽,新的拥堵点却不停出现;那里的高架刚刚建成,转眼就变成了高架“停车场”。城市道路交通拥堵,已类同于沙尘暴、雾霾,所有出行者不得不被迫承受。道路拥堵不单制约着国家经济发展,更严重影响了每个出行者的身心健康。

停车难问题加剧了城市道路交通拥挤

某知名品牌汽车的调查显示,目前在各大城市中,30%的汽车能源浪费在寻找停车位的过程中,七成车主每天至少遭遇一次停车难。为寻找停车位,车辆只能继续徘徊在道路上,继续耗费有限的道路资源,更加剧了道路的交通拥堵程度 [5]。

交通管理水平欠缺,道路规划不合理

许多城市的交通管理仍处于经验性管理为主的状态,普遍存在整体的交通发展战略意识缺乏、政策法规不配套、交通规则实施不力、管理手段智能化不高、交通组织不合理等问题。不少城市道路划分不科学,尤其交通标识设置不明显、不规范、不统一。常见的情形有,直行车辆行驶至十字路口时向右变道以避开左转车道,过路口后再向左变道继续直行;很多道路全天禁止车辆左转弯,在高峰时段或许能减少某个方向上的道路通行压力,但在不拥堵时段仍禁止左转弯,势必造成车辆更长时间在道路上行驶,浪费道路资源且增加能耗和污染;信号灯配时不合理,有的地区红灯时间过长,智能化程度差,车辆在空闲的道路上行驶常因路口信号灯的影响不断停车、启动,影响道路通行能力;车道划分不合理,各个路口直行转弯车道设置不统一,容易造成临时紧急变道,既阻碍了后车的通行,又易发生事故;标志标线设置不合理,机动车非机动车混行,人车混行......另外,城市中大量全天候单行道的设置,人为造成了道路的“半身不遂”。原可直接通过这条道路的车辆只能绕行,从而增加其他道路的负担和堵车概率,降低道路通行能力,并浪费了有限的道路资源。很多老司机都不知道为啥违章,因为很多交通标志需要“猜”。

“优化城市功能,保障居民出行目的的实现”是解决城市交通拥堵问题的根本途径。遵循下述几项基本原则,有助于解决城市道路交通拥堵。第一,便捷出行是城市居民的基本权利,保障居民便捷出行是政府的重要责任。第二,城市道路是重要的公共资源,每个城市居民享有平等的共有权利。政府有义务保障城市道路的实时畅通。第三,城市公共交通工具是重要的公共产品,政府有责任提供多种方式和更多数量的公共交通工具保障居民出行。第四,居民有权自由选择自己的出行方式,政府应通过引导和调节,保障每个人出行权利的实现。

以往应对交通拥堵的方法

长期以来,为解决棘手的交通拥堵问题,各地各级政府都采取了不少举措,可惜成效甚微。

提倡限制轿车,优先发展公共交通

在过去的许多年,由于全球性的能源危机,石油短缺、用油成本增加以及汽车尾气污染日益严重,采用限制轿车及优先发展公共交通的治理方法,对缓解城市交通拥堵起到相当大的作用。但现有城市道路布局因早期规划遗留下的不合理在短时间内无法改变,人们仍旧必须每天长时间出行。无论是乘坐公共汽车、轻轨、地铁,还是P+R(park and ride)的停车换乘方式,经常会等待或长时间步行穿梭,相对出行不快捷是不争的事实。最典型的例子是在我国台湾高雄市,轻轨全天搭乘率非常低,轻轨站厅因蚊子比人多而被戏称为“蚊子馆”。当地人出行还是喜欢轿车和轻便摩托车,只因为更自由、更快捷。随着当今新能源汽车的不断完善,几乎完全解决车辆的能源和污染问题,用节能减排和保护环境限制轿车的理由已不再有说服性,人们有权利选择更自由、更私密的轿车快捷出行。

在城市规划方面,尤其在几乎无重工业生产的现代化大都市,应该摒弃“职商居”区域分隔的观念,借鉴如新加坡等国的经验,多采用混合用地模式,让绝大多数人的工作和生活能在一个不大的区域内,从而减少人们通勤出行的时距和跨距,减轻城市道路交通的压力,也让城市里的人生活得更加轻松,有更高的幸福指数。

增加大运量的公共交通工具,限制轿车出行

轻轨、地铁的迅速发展,对缓解城市交通拥堵确实起到很大作用。各地政府对城市道路的投资建设也是有目共睹的。但在控制机动车总量方面,往往采取简单粗暴的行政手段和强行抑制的短期行为,如车牌号拍卖、单双号限行、尾号限行、外地车牌限行等。这些急功近利的“惰政思维”弊多利少。限购限行的政策不单单抑制经济的发展,更是剥夺了人们出行的自由权和选择权,这种不是办法的“办法”,既不合理也不公平。

在大运量、准时便捷的轻轨、地铁不断增加和延伸的今天,不应继续大力提倡发展地面大型公共汽车、修建公共交通专用道路、推广快速公交系统(bus rapid transit,BRT)、开辟全天公交车专用车道,甚至推广不切实际的“巴铁”的做法。尽管这些方法确实加快了部分人的通行,但对改善整个城市道路交通拥挤的效果并不理想,甚至占用了有限的道路资源,使道路更加拥挤。公共汽车因低速、大体积以及乘客日益减少、不断停站、固定线路的绕行、等候时间不确定、换乘不方便等短板,逐渐失去了公共交通工具的主力地位。它的绝大部分功能已被不断完善的轻轨、地铁网络所取代。

属地政府各自为政,因地制宜将辖下道路划分作为停车场

由于历史原因和改革开放早中期对社会发展和城市规划的估计不足,停车难成为现代城市管理者无法忽视和回避的历史遗留难题。例如,20世纪八九十年代对停车问题不重视、不规划、不投资,缺少前瞻性眼光,当时许多兴建的高层住宅不配套建设地下停车库。另外,由于大型停车场库的占地面积和投资都很大,且城市中土地资源不足和投资收益周期长、风险大等,于是乎各地区、街道、小区都“八仙过海”,以牺牲有限的绿地、交通道路甚至人行道来解决停车难问题,绿地停车和马路停车是目前主要的停车方式。

近几年随着互联网的发展,为整合城市里有限的停车资源,推出了“停车诱导系统”,以期统一管理城市里的大型停车库。但总体来说,僧多粥少且网络布局不均衡,对缓解整体的道路交通拥堵只是杯水车薪。在城郊结合部鼓励企业投资的P+R大型停车换乘库,也多因为投资大、周期长,特别是使用不方便等成为空置的形象工程,造成了新的资源浪费。

临时应急、治标不治本的治堵做法

随着城市规模不断扩大,道路里程不断增加,各种道路管理手段也随即出现。就当今道路机动车通行的现状来说,一些道路管理的理念和手段,还是采用治标不治本的应急疏导局部拥堵,其结果往往是一个拥堵路段通过人为干预疏导通畅了,但新的拥堵点又会在另一个路段出现,这其实只是将拥堵路段做了转移和延续而已,对解决整体城市道路交通拥堵的作用很小。道路交通管理常常是“畅通时无感,拥堵时无效”。

现阶段的有效解决方案

要在短期内通过改变现有城市模式的方法来彻底解决城市道路交通问题,并不切合实际情况。只有将来在新开发的城市土地上采取混合用地模式,逐步优化城市格局,减少人们的出行需求,才能从根本上实现交通畅通。

在现有城市格局上,可采用共享汽车+网格化智能停车库系统来解决城市道路拥堵顽症。这种方法有效、合理、可行、经济,充分利用已有的道路资源,通过合理调配提高车辆的满载率和使用率,采用占地少、容量大的地下智能停车库以减少无效出行,降低路面行驶车辆总量,从而保证城市道路实时通畅,满足人们的出行需求。

科学分析大数据以挖掘道路资源的潜力

随着社会经济的发展和收入的提高,人们不断追求简单、快速、自由、私密的出行方式。同时,随着消费观念的成熟,轿车在大众心目中已从奢侈品变为实实在在的消费品,只要有需要就去购买。这造成了轿车拥有量的突飞猛涨,对城市道路和停车位的刚性需求迅速提升,出行道路拥堵的概率大幅增加。尽管轿车已成为家庭的消费品,但分析后发现,城市道路上行驶的绝大多数车辆,在大部分时间只是一个人使用,按照载员为五人计,此时车辆的空载率为80%;而80%的轿车仅在早晚上下班高峰时出行,可见车辆每天的使用频率相当低。估算工作日上下班代步出行平均用车4小时,其余20个小时都停在车位上,其中工作地停车时间约为8小时,居住地停车时间约为12小时。依据中华人民共和国国家标准《城市停车规划规范》 [6],一辆轿车及其辅助用地的平均占地面积约为15米2,计算出工作地停车位的使用率是33%,即67%的时间处于闲置状态;居住地停车位的使用和闲置各占50%;而车辆对道路的占用时间即在道路上的行驶时间,每天仅为17%。设想,某一高峰时段的某一段拥堵的道路上有400辆5座的轿车,依据国家标准平均车道宽度3.75米计算,单车道、双车道和三车道的拥堵长度分别是2800米、1400米和930米。若利用当代手机互联网技术、拼车软件等手段,让每辆车的乘客达4人,则只需要100辆轿车就能满足这些数量人群的出行,于是这一时段,道路上就会减少四分之三的行驶车辆。若改用体积更为小巧的共享汽车,道路状况将不言自明。经测算,1辆共享汽车能替代15辆左右的轿车,如此方式在高峰时段能减少的轿车总量很可观,同时也大幅减少了停车位的需求量。

其实,在我国大城市的交通出行高峰时段,不单单城市道路路面交通拥堵,轻轨和地铁等也非常拥挤,区别仅在于路面交通是车堵,轨道交通是人挤。2017年,上海搭乘轨道交通的日均人流量已达1000万人次。 [7]地铁A型车厢的设计定员是310人+130%即403人,车厢的面积是72.96 米2,车厢人员密度为5.52人/米2(未扣除座位占用面积),人均占用交通工具的面积仅为0.18 米2,远小于路面轿车乘员所占的面积。因此,单就舒适角度而言,共享汽车具有广阔的潜在市场。

所以,利用当前的云计算、大数据、手机App等现代科技手段实现汽车共享,并利用合理拼车等方法来减少对车辆的总需求量和空载率,充分利用道路资源的途径是完全可行的,拼车网、顺风网和滴滴顺风车等的兴起就是佐证。

城市发展共享汽车的关键

共享单车以其自由、便捷、环保等优点深受广大民众的欢迎,人们都期盼着共享汽车也能像共享单车一样火起来。实际上,共享汽车确实如大家期盼的那样,已在北京、上海、广州、深圳、成都等大城市出现,Car2Go、Car2Share、EVCARD、盼达用车、苏打出行等共享汽车品牌已为人知晓。从汽车生产角度看,设计制造安全、可靠、经济专用的共享汽车技术难度并不大,各大品牌的汽车公司都有实力设计生产以及提供售后的维修保障;从节约能源和道路资源的角度看,目前大多数的共享汽车都采用微型汽车模式。试想,当共享汽车的出行费用远低于出租车甚至家用轿车时,还会有多少人去买车养车,还会有多少人会选择私家车出行?

如今,城市共享汽车发展的关键即能否普及应用的瓶颈卡在共享汽车的存取停放上。目前,共享单车的单车围城现象已造成人行道的堵塞和视觉污染,地铁站、商务区等交通换乘点的共享单车车满为患,共享汽车不可能也不应该像共享单车那样随停随放,为城市再添堵。停车难是城市的顽疾,严重影响了共享汽车的便捷,因此,解决大量共享汽车的便捷存取和停放问题是共享汽车普及发展的先决条件。

地下大型立体停车库

目前,世界上现有的大型机械停车库的截面形状大多为矩形和圆形 [8],都采用周边停车、中间设一台升降机的田形或⊕形分布结构,均存在占地面积大、存取效率低、机动性能差等明显缺陷。很多智能停车库都宣称能快速存取车,但由于设计的原因,同时共用一个进出口,共用一台低速升降机,层数越多存量越大,行程越长效率也就越低。一旦升降机故障,整个停车库就会停止运作,所以机动性能很差。过少的进出通道、机械的运载方式、非智能的存取流程的停车库,完全不能满足共享汽车所需的存取快速便捷、储存容量大、机动性能好、自动化程度高等的需求。

现代城市寸土寸金,要在城市中网格化建造停车库,只有采用占地面积小的机械停车库形式。又由于景观等因素,城市中建筑物的高度会受到严格限制。因此,在地面上建造的机械停车库,蓄车能力受到限制,大容量的本意无法体现,所以建造地面停车库并非良策,故此将眼光转向地下深层空间的开发。构建地下网格化、智能高效、大容量的立体停车库作为解决共享汽车停放难题的一种可行性方案,逐渐走进现实生活。

经过近二十年的发展,目前我国的隧道盾构技术已超越德、日等国。国产盾构机的最大盾构外径已达15.7米,筒体最大内径可达15米;垂直挖掘最大深度可达地下110米。利用垂直盾构技术构建停车库的主要优势有二:一是占地面积小,停车库的主体建筑只是一个直径15米、深100米的圆形地下建筑,出入口的设计和数量可以因地制宜进行分布处理,对地面景观的影响不大,适合在大城市里网格化分布;二是施工周期短,可针对不同的地质结构。盾构机的掘进速度每天可达10环15米左右,一个100米深的地下停车库的主体掘进仅需要70环约一周时间即可完成,所以适合在主城区及其周围进行施工。与高架道路、地下通道建设相比,网格化大型智能立体停车库的建设,不但对环境影响小、建设周期短,而且建设成本低。

地下深度空间的利用解决了大型立体停车库面临的消防难题,避免停车库建设的噪声扰民,极大减少周边的路面停车和道路停车,大大改善周边生活环境,实现了“绿色停车”。

网格化大型立体停车库分布于城市地下,通过优化处理合理排列车辆,采用智能移动装备,停车库的单库容量可达450~500辆。单库配有4台高速汽车电梯,每个停车位单元同时对应2台汽车电梯的设计,能大幅提高车辆存取的机动性和可靠性。依据周边地面环境,提供8~24个(还可更多)可同时进出、互不干涉的存取车口,用户无需进入停车库就能完成车辆的存取,保障使用者的人身安全。

针对网格化智能立体停车库专门开发的手机App,不但能够完成就近“停车诱导”,实现停车、取车零等待,还具有“顺风拼车”等功能。在出发和行驶时,能对不同时段、不同路段进行智能分析,并提前自动进行出行干预和警示,城市管理者通过即时经济手段的调控,让出行者有更多的自主权和选择权,从而实现真正意义上的智慧交通。只有当全城范围内逐步健全距离小于一千米的网格化智能立体停车库,才能在最大程度上接近并进而满足人们日益增长的“门到门直通车式”出行需求。

共享汽车+网格化智能立体停车库系统是现代社会解决城市交通拥堵和停车难的有效方案,是城市实现排堵保畅简单且快捷的手段,能全面有效抑制城市高峰路面的轿车总量,并为未来的无人驾驶汽车提供发展可能。

在高铁跨出国门、载人飞船翱翔太空、大客机上天、大轮船下海的今天,新科技不断改变人们的生活,同时促进观念的更新。共享单车、共享汽车逐渐成为重要的城市公共交通工具,网格化智能立体停车库如同轻轨站、地铁站一样,将是重要的城市公共基础设施。

未来,城市中绝大多数人的出行方式会发生改变:短距离出行采用步行或共享单车;中长距离出行采用共享汽车、轻轨和地铁;私人汽车、出租车、公共汽车等将成为补充出行手段,不再作为出行的主体。只有这样,才能彻底有效地实现绿色畅行。
 

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