《1 前言》
1 前言
目前, 已成为有识之士共识的是“世界上的城市没有一个真正做到可持续发展”, 有一位英国专家更告诫:“如果发展中国家的城市重蹈发达国家城市模式的覆辙, 那么人类社会将会出现大规模的生态灾难”, 并指出“正是目前的城市是不可持续发展的元凶”
早在1933年《雅典宪章》就提出了“要寻找新的街道系统”
破解这十大难题的基本公式, 是城市发展客观规律的数学表达, 它的重要价值有二:一是它指明了破解难题的方向和途径, 以便科学地构想城市新模式;二是提供了判断和筛选城市模式优劣的标尺, 用以甄选最优化城市新模式。只要找到能够同时通过十项基本公式要求的城市新模式, 就可以准确地推定, 十大难题肯定能够得到满意的解决, 一种全面可持续发展的城市, 必将在全球范围内逐步取代已经处于发展困境中的目前所有城市。
搞设计最怕的是只有一个方案, 或是漏掉任何一个可能的方案, 因为只有穷尽所有的方案, 才有把握找到一个最优方案。城市空间模式可能有多少种方案呢?答案是上百种!从数学意义上说, 架空、地面、地下这3层空间就可以有7种组合;另外, 步行、自行车、汽车、轨道交通等4种交通方式又可以有15种组合。两者相乘, 可以得到105种可能的方案, 当然, 其中很多方案可能是不切实际的。在现实生活中, 很难说清楚哪些设想是不切实际的, 不是已经有人设计并制造出了带折叠翅膀的汽车, 为的是堵车时可以飞过去;在巴西的圣保罗, 由于堵车严重, 确实已经正式在市内采用了直升机, 并建立了市内空中交通管制塔;有人提出了要建设连接高楼屋顶的架空高速公路;还有要在高楼之间栓上钢缆, 构成空中公交系统的方案;也有人提出要建设地下高速公路系统……等等。这些设想, 有些已经超出了上面105种可能方案的范围。可见, 城市堵车之苦激发出了人们多么丰富的想象力!
寻找城市新模式是一个涉及多学科的复杂问题。基于破解城市十大难题的基本公式, 设计和筛选各种可能的城市模式方案。经过长期筛选的结果是, 只有一种方案能够全面通过十项筛选, 这就是“节约·生态·畅通城市新模式 (简称JD模式) ”——一个全面满足破解十大难题要求的城市新模式
目前, 城市交通的困境, 是多年来在一个复杂系统中无序叠加的结果, 而JD新模式实现了一个复杂系统中的有序组合, 其JD结构简洁化了。JD模式就像物流运输中的集装箱一样, 其之简单, 是在经历了长期复杂的过程以后, 由复杂升华而形成的简单, 也会像集装箱改变全世界物流面貌一样, 将会改变全世界城市的面貌。
“研究的方法和叙述的方法是不同的”。这是一位伟大哲人的名言, 笔者愿借用它, 做为本论文基本公式部分叙述方法的说明。
《2 破解城市交通拥堵的基本公式》
2 破解城市交通拥堵的基本公式
科学理论的发展过程往往是一个证伪过程
一是, 现有交通工程学只是在现行城市形态的基础上进行研究的, 未触动城市空间结构的根本性缺陷。没有触动空间结构的无序性, 有背于城市交通与城市空间相互决定的规律
二是, 城市交通是否拥堵, 并不取决于城市道路的总量, 单位土地面积上路网的交通供给量, 也就是交通供给密度是决定交通是否拥堵的基本因素。目前城市中, 每平方公里土地面积上所产生的最大交通需求, 即交通需求密度极限, 约为50 000 (车·km/h)
三是, 将城市道路分为快速路、主干路、次干路和支路四级, 这种道路网基本上是间断流交通特性的道路网, 违背了汽车为连续流交通的本性, 道路通行能力的利用率极低, 只发挥了15%左右
《2.1破解城市交通拥堵的基本公式一》
2.1破解城市交通拥堵的基本公式一
交通供给密度>交通需求密度
消除交通拥堵的所有努力, 都应该集中在使上述不等式变为现实。同时, 公式一也可以作为城市交通拥堵与否的判别方程式。在文献
《2.2破解城市交通拥堵的基本公式二》
2.2破解城市交通拥堵的基本公式二
交通供给密度极限>交通需求密度极限
《2.3破解城市交通拥堵的基本公式三》
2.3破解城市交通拥堵的基本公式三
交通供给密度极限90 000>交通需求密度极限50 000
式中单位为“车·km/km2·h”
公式三是以公式二为基础, 将JD模式的数据代入后所得的不等式。从数学意义上讲, 这个不等式告诉我们, 城市交通拥堵这个难题的“解”是存在的, 美国专家斯岱尔所断言的“靠修路解决城市交通拥堵是不可能的”
在JD模式中
《2.4破解城市交通拥堵的基本公式四》
2.4破解城市交通拥堵的基本公式四
目前, 大城市在交通高峰时段, 市区道路成了“移动停车场”, 道路通行能力利用率极低, 可挖掘的潜力很大, 判断道路通行能力利用率的公式, 也是破解交通拥堵的基本公式。
道路通行能力利用率=车道通行能力利用率×车道面积占道路面积的比例
现行城市中, 在繁华市区, 车道通行能力约为450车/h, 车道通行能力利用率为25%, 车道面积占道路面积的比例按60%计算, 现行城市繁华区道路通行能力利用率为15%
JD模式中, 车道通行能力约为1 800车/h, 车道通行能力利用率为100%, 车道面积占道路面积的比例按90%计算, JD模式繁华区道路通行能力利用率为90%
《2.5破解城市交通拥堵的基本公式五》
2.5破解城市交通拥堵的基本公式五
城市汽车保有量
式中人均GDP超过17 000美元时, 仍按17 000美元计算;系数依城市情况的不同, 可在0.8～1.2范围选取。
公式五用于城市逐年汽车保有量的预测, 以保持道路建设与汽车数量增长同步, 否则就会出现修路赶不上汽车增长的现象。
《2.6结论》
2.6结论
排除城市交通拥堵是完全可能的;逐年汽车保有量的预测是可以搞准的, 城市规划必须同时满足上列基本公式, 才能满足排除交通拥堵的要求。
《3 破解城市“摊大饼”大量占用土地难题的基本公式》
3 破解城市“摊大饼”大量占用土地难题的基本公式
《3.1破解城市“摊大饼”基本公式一汽车保有量密度极限=》
3.1破解城市“摊大饼”基本公式一汽车保有量密度极限=
交通供给密度极限÷ (日均出行距离×高峰小时流量比11%
《3.2破解城市“摊大饼”基本公式二》
3.2破解城市“摊大饼”基本公式二
日均出行距离=|市区名义直径|×相关系数=|市区面积1/2|×相关系数 (km/d)
相关系数的值, 依城市布局不同而不同, 团块式布局时, 相关系数取1。
《3.3破解城市“摊大饼”基本公式三》
3.3破解城市“摊大饼”基本公式三
(汽车时代) 城市市区面积=市区汽车保有量÷汽车保有量密度极限=市区汽车保有量÷[交通供给密度÷ (日均出行距离×高峰小时流量比11%×交通量不均匀系数) ]=市区汽车保有量÷[ (道路面积率×车道面积率÷3.75 m车道宽度×通行能力) ÷ (市区面积1/2×相关系数×高峰小时流量比11%×交通量不均匀系数) ]=市区汽车保有量÷道路面积率÷车道面积率×3.75 m车道宽度÷通行能力×市区面积1/2×相关系数×高峰小时流量比11%×交通量不均匀系数;
等式两边同除以 (市区面积1/2) , 可得:
市区面积1/2=市区汽车保有量÷道路面积率÷车道面积率×3.75 m车道宽度÷通行能力×相关系数×高峰小时流量比11%×交通量不均匀系数 (km) ;
城市名义直径=市区面积1/2;
市区面积=[市区汽车保有量÷道路面积率÷车道面积率×3.75 m车道宽度÷通行能力×相关系数×高峰小时流量比11%×交通量不均匀系数]2 (km2) 。
举例1:设一团块状布局城市, 人口为1 000万人, 汽车保有量为6 000 000车 (辆) , 道路面积率按全市平均为21%, 远离快速路的繁华市区道路面积率为11%, 车道面积率按60%, 车道宽度按0.003 75 km, 除快速路以外, 其他道路通行能力按450车/h, 快速路通行能力按1 800车/h, 全市道路平均通行能力按788车/h, 相关系数按1, 高峰小时流量比按11%
城市市区面积1/2=54.84 km;
城市名义直径=54.84 km;
城市市区面积=54.84×54.84=3 007 km2。
举例2:与例1为同一城市, 但采用JD模式, 道路面积率21%, 车道面积率按90%, 通行能力全部按1 800车/时, 其他城市参数同例1。则:
繁华市区交通供给密度极限=90 720 车·km/km2·h。
市区面积取下列3种计算结果中最大者:
市区面积1/2 (按汽车保有量计算) =16 km;
市区面积 (按汽车保有量计算) =256 km2;
市区面积 (按停车密度极限计算) =655 km2;
市区面积 (按人口密度计算) =667 km2;
取最大值, 城市市区面积为667 km2;
城市名义直径为6671/2=25.8 km。
《3.4结论》
3.4结论
1) 例2与例1相比, 同样城市规模, 汽车拥有量达到饱和水平时, 采用JD模式, 市区面积减少至原来的22% (667/3 007=22%) 。
2) 我国完成城市化和城市机动化的全过程中, 采用JD模式, 城市用地将节约0.2×108 hm2。
《4 破解城市汽车燃油难题的基本公式》
4 破解城市汽车燃油难题的基本公式
2004年, 我国汽车保有量2 100万辆, 汽车燃油消耗 6 600×104 t。如果全国汽车保有量2020年达1.5～2.0亿辆, 2050年可能达到6亿辆, 汽车燃油问题将是一个根本无法解决的问题。
下述公式表明, 只要城市形态实施JD模式
《4.1破解燃油难题的基本公式一》
4.1破解燃油难题的基本公式一
城市模式优化后, 油耗降低效果按下式计算:
城市紧凑后行程缩短的比例×取消红绿灯后汽车油耗降低的比例×JD模式中 (公交优先自然实现、步行环境改善、出行距离缩短等造成) 小汽车出行分担率降低的比例×城市中汽车减少后备功率、降低经济时速指标、消除堵车时怠速和空调油耗等损失所形成的节油比例=45%×54%×50%×70%
《4.2破解燃油难题的基本公式二》
4.2破解燃油难题的基本公式二
公式一等号右边的4项因素均由城市紧凑和畅通所产生, 所以也可以采用下述形式的公式估算:
系数取值:0.5～1.0, 依据城市具体情况取值。
《4.3结论》
4.3结论
如果2020年全国汽车保有量为2亿辆, 按JD模式, 汽车燃油年需求不会超过1×108 t, 每年可节约大量燃油。
《5 破解城市巨额交通投资难题的基本公式》
5 破解城市巨额交通投资难题的基本公式
《5.1破解交通投资难题基本公式一》
5.1破解交通投资难题基本公式一
大城市交通投资总额=地铁投资+公交投资+道路建设投资+其他。
举例1:目前的大城市, 人口1 000万, 3～5万市民平均建1 km地铁;每400人一辆公共汽车;每辆汽车平均道路面积80 m2。
交通投资总额=6 800亿元 (其他投资忽略不计) 。
举例2:实施JD模式的大城市, 人口1 000万, 15万市民平均建1 km地铁;每2 000人一辆公共汽车;每辆汽车平均道路面积20 m2。
交通投资总额=1 683亿元 (其他投资忽略不计) 。
《5.2破解交通投资难题基本公式二》
5.2破解交通投资难题基本公式二
紧凑型城市交通投资总额=现行城市交通投资
总额
现行城市道路交通投资总额×22%×系数。
式中系数按城市布局和地形情况确定, 数值范围约在0.8～1.5之间。
引用“5.1”中的数据可得:
紧凑型城市交通投资总额=1 197～2 244 亿元。
《5.3结论》
5.3结论
实施JD模式后, 城市直径与面积分别缩小为原来的45%和22%, 城市总面积只相当于现行城市道路的总面积, 上述交通方面的数据均相应减少, 道路交通投资总额将降低至原来的1/4左右。以北京为例, 若实施JD模式, 当汽车增加至800万辆时, 市区面积仍可以控制在1 000 km2以内, 道路投资的大幅度降低是很自然的事情。
《6 破解城市停车难的基本公式》
6 破解城市停车难的基本公式
城市停车位数量的规划目标是个动态的数据, 应该满足两个要求, 一是以城市中每年汽车保有量的准确预测为基础, 随时保证停车位数量为汽车数量的1.2倍左右;二是最终满足汽车拥有率千人600辆的饱和水平, 最终可实现千人720个停车位。
解决停车难的关键在于对逐年停车位需要的预测是否准确。
《6.1破解城市停车难的基本公式一》
6.1破解城市停车难的基本公式一
《图1》
式中人均GDP超过17 000美元时, 仍按17 000美元计算。
《6.2破解城市停车难的基本公式二》
6.2破解城市停车难的基本公式二
最大需要停车位数量=720 (车位/千人) ×城市人口。
《6.3破解城市停车难的基本公式三》
6.3破解城市停车难的基本公式三
从城市空间结构合理性的角度出发, 在汽车数量达到饱和水平以后, 80%的汽车应该停在地面, 20%的汽车停在建筑物的人防地下室内。地面停车库的面积按下面的公式确定:
每平方公里地面上停车库面积=
人口密度×0.72 (车位/人) ×
35×10-6 (km2/车位) ×80%=0.302 (km2) 。
城市市区地面面积的30%～35%用于停车, 建地面停车库, 地面停车库每个车位的成本比地下室的车位要节约30%, 而且停车库屋顶自然形成了占市区面积30%～35%的架空平台 (无需额外投资) , 各个架空平台之间用通道连接, 可以在整个城市形成与机动车完全隔离的、宜人的步行和户外活动空间。
《6.4结论》
6.4结论
只要拿出城市地面30%～35%建设地面停车库, 就恰好满足9 000辆/km2汽车的要求 (人口密度可以为15 000人/km2) 。地面建停车库是最经济、最方便的, 可以就近停车, 然后乘电梯上下楼, 避免了钻入地下停车的麻烦。
《7 破解城市交通制约经济发展难题的基本公式》
7 破解城市交通制约经济发展难题的基本公式
城市交通制约经济发展表现在4个方面, 一是堵车造成城市人流和物流的周转效率急剧降低;二是造成城市“摊大饼”, 半小时经济圈只能涵盖200万人口, 造成特大型城市经济运行的外部成本急剧增加, 抵消了特大型城市的聚集效益;三是城市容纳不了大量的汽车, 作为国家支柱产业的汽车工业的发展受到严重威胁, 将严重削弱整个国家经济发展的消费拉动力, 产生难以估量的战略损失;四是堵车造成巨大的经济损失。
破解城市交通制约经济发展难题的基本公式:
《7.1基本公式一》
7.1基本公式一
0.5 h经济圈的半径=平均车速×0.5 h。
《7.2基本公式二》
7.2基本公式二
0.5 h经济圈的面积=3.14× (半小时经济圈的半径) 2。
《7.3基本公式三》
7.3基本公式三
城市汽车市场容量=城市最大汽车保有量×系
数=城市面积×汽车容量密度×系数。
在现行城市模式中:
0.5 h经济圈半径=20 km/h×0.5 h=10 km;
0.5 h经济圈的面积=314 km2;
0.5 h经济圈汽车市场容量=314 km2×2 000辆/km2=63万辆。
在JD模式中:
0.5 h经济圈半径=60 km/h×0.5 h=30 km;
0.5 h经济圈的面积=2 826 km2;
0.5 h经济圈汽车市场容量=2 826 km2×9 000辆/km2=2 500万辆。
《7.4基本公式四》
7.4基本公式四
实施JD模式所避免的堵车直接损失, 可以按下式进行计算:
按北京年堵车损失60亿元计算:
年堵车损失=城市汽车保有量×2 500元/辆。
按美国年堵车损失630亿美元计算, 美国汽车保有量为2.1亿辆, 平均每辆汽车年堵车损失300美元计:
年堵车损失=城市汽车保有量×315美元/辆。
按我国汽车保有量2020年2亿辆计算, 每年可避免堵车损失估计可达数千亿元。
《7.5结论》
7.5结论
与现行城市模式相比, 采用JD模式, 半小时经济圈面积增加9倍, 人口密度至少可增加3倍, 城市最佳规模可以从200万人增加至3 000万人以上;城市交通制约城市人流、物流周转速度, 以及城市交通制约城市最佳规模的问题, 都得到了满意的解决。
由前述7.3中的数据可知, 与现行城市模式相比, 在城市面积相同时, JD模式汽车容量密度增加4.5倍左右, 城市汽车市场容量也相应增加4.5倍左右。因此, 城市交通制约汽车产业发展的问题可以得到解决。
《8 破解城市交通事故频发难题的基本公式》
8 破解城市交通事故频发难题的基本公式
2005年8月, 深圳龙华的交通事故一次撞死19人、撞伤30人。城市中的恶性交通事故多数表现为汽车撞伤和撞死行人。据报道, 交通事故中80%为车撞人。因此, 将城市中车的运行空间和人的活动空间完全隔离
破解城市交通事故频发的基本公式:
城市交通事故率=车撞车的事故+车撞人的事故=总事故率×20%+总事故率×80%。
其他事故比例很低, 在本公式中忽略不计。
采用JD模式, 实现车的运行空间与人的活动空间完全隔离。
JD模式城市交通事故率=现行城市交通事故率×20%。
在交叉路口取消交通冲突点 (取消红绿灯) 以后, 车撞车的事故也会有所降低。
《9 破解大城市治安差难题的基本公式》
9 破解大城市治安差难题的基本公式
城市警力密度=城市警员总数÷城市市区面积
治安管理有效半径=城市市区半径。
与现行城市模式相比, 实施JD模式后, 市区半径缩小至原来的45%, 市区面积缩小至原来的20%。根据上面两个公式, 实施JD模式后, 治安管理半径缩小至原来的45%, 警力密度增加到原来的5倍, 如果原来每平方公里只有2个警力, 现在可以增加到10个警力。
另外, 在JD模式中, 人的活动空间与机动车的运行空间完全隔离, 可以杜绝驾车抢劫行人的案件;在人的活动空间中, 由于每个街区都可以封闭成一个独立的大院, 禁止闲杂人员入内, 也为治安管理创造了较好的硬件条件。
《10 破解城市人居环境日益恶化难题的基本公式》
10 破解城市人居环境日益恶化难题的基本公式
城市宜居指数 (满分100分) =人居绿地指数+人均户外无汽车威胁的自由活动空间指数+人均污染物指数+交通畅通指数+交通安全指数+治安状况指数+抗灾能力指数。
人居绿地指数:人均每1 m2绿地, 指数加1, 最高为15;
人均户外无汽车威胁的自由活动空间指数:人均每2 m2户外活动空间, 指数加1, 最高为20;
人均污染物指数:人均年交通油耗100 kg时, 指数最高为15 min, 每增加100 kg油耗, 指数减1, 最低为0;
交通畅通指数:平均车速50 km/h, 指数最高, 为20分, 车速每减少2 km/h, 指数减1, 最低为0;
交通安全指数:最高15分, 杜绝车撞人的事故得15分, 交通事故率低于世界城市平均水平, 得10分, 高于得5分, 出现恶性交通事故一次扣减5分, 最低为0分;
治安状况指数:警力密度达到大城市平均水平得5分, 每提高一倍加1分, 最高分10分, 每低于平均水平20%, 扣减1分, 最低0分。
抗灾能力指数:畅通城市模式中, 全市所有道路畅通, 有利于抗灾救灾, 同时, 全市人行道路网架高至6 m左右, 发生水灾时, 人行和救灾车辆行驶不受影响, 所以抗灾能力指数定为5分;现行城市模式定为3分。
举例:按现行城市中等水平计算, 可得:
城市宜居指数=人居绿地指数12分+人均户外自由活动空间指数8分+人均污染物指数11分+交通畅通指数4分+交通安全指数10分+治安状况指数5分+抗灾能力指数3分=50分。
按JD模式计算, 可得:
城市宜居指数=人居绿地指数15分+人均户外自由活动空间指数20分+人均污染物指数15分+交通畅通指数20分+交通安全指数分15+治安状况指数9分+抗灾能力指数5分=99分。
《11 破解步行难基本公式》
11 破解步行难基本公式
步行系统宜人系数 (满分为1) =
绕行系数×等待系数×安全感系数。
绕行系数:现行城市模式需要绕行斑马线和过街天桥, 使步行举例增加25%左右, 绕行系数定为0.8, 畅通城市模式无需绕行, 系数定为1.0;
等待系数:现行城市模式过路口时需等待, 等待系数定为0.8, 等待延长时间增加25%左右, 畅通城市模式无需等待, 系数定为1.0;
安全感系数:现行城市模式人车混杂, 交通事故频发, 安全感差, 本系数定为0.5, 畅通城市模式中人车彻底分离, 系数定为1.0。
现行城市步行系统宜人系数=0.32;
JD模式步行系统宜人系数=1.0。
《12 可持续发展城市规划理念的探索——城市泛中心论》
12 可持续发展城市规划理念的探索——城市泛中心论
如果说现在的城市格局与象棋棋盘相似, 无法适应各个中心位置和边界的发展与变化, 那么城市的格局应该像围棋棋盘一样, 并不锁定哪里是“中心城”, 哪里是“界河”, 各个中心的位置在发展中形成和调整, 城市到处都具备形成中心的支撑条件, 这就是我们所提出的城市泛中心论。
正是泛中心的理念, 促成了伟大互联网的产生, 城市泛中心化是否也应该成为可持续发展城市规划的新理念?
JD模式的路网中, 每一个点都同样可以满足在该处形成中心的交通需求, 路网是均质的。JD模式的均质路网是城市泛中心化的前提条件。
如果道萨迪亚斯关于城市规模必然不断扩大的观点是对的话, JD模式的均质路网将是逻辑上的必然选择。
京公网安备 11010502051620号
