基于綜合集成研討廳的高架橋可持續(xù)發(fā)展研究基于HWME的大城市中心區(qū)高架橋可持續(xù)發(fā)展方案以上海南北高架橋?yàn)槔?/p>

近年來(lái)，隨著城市化的加劇，道路交通量迅速增加，已成為人們主要的交通工具。同時(shí)，它給城市交通帶來(lái)了更大的壓力。為了緩解城市交通的交通堵塞，高架橋出現(xiàn)了。橋大大緩解了城市交通的交通堵塞，改善了城市的交通狀況，作為衡量城市現(xiàn)代化的象征。然而，經(jīng)過(guò)大約20年的橋梁建設(shè)，這些弊端逐漸暴露出來(lái)。城市橋梁不僅涉及交通問(wèn)題，還涉及城市生態(tài)環(huán)境、人和社會(huì)復(fù)雜的社會(huì)問(wèn)題。面對(duì)日益嚴(yán)重的橋梁?jiǎn)栴}，專家和科學(xué)家提出了“橋可持續(xù)發(fā)展”的概念。這不僅符合社會(huì)發(fā)展的要求，而且不僅要確保橋運(yùn)輸體系內(nèi)和綜合交通體系的協(xié)調(diào)發(fā)展，還要長(zhǎng)期協(xié)調(diào)發(fā)展經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)體系。為了實(shí)現(xiàn)橋梁的可持續(xù)發(fā)展，專家和科學(xué)家提出了許多計(jì)劃，如擴(kuò)建橋墻并將其拆除，但沒(méi)有有效的計(jì)劃。作者以上海南北高架橋?yàn)槔?基于綜合集成研討廳的方法,從復(fù)雜系統(tǒng)綜合集成的角度,對(duì)大城市中心區(qū)高架橋的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行探討,并提出了把高架橋改造為橋上慢行交通系統(tǒng)、橋下快行交通系統(tǒng)的方案.經(jīng)過(guò)論證,把高架橋改造為橋上慢行交通系統(tǒng)、橋下快行交通系統(tǒng)的方案,實(shí)現(xiàn)了南北高架橋的交通、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)層面的整體最優(yōu)化,也就是實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展,為中西部地區(qū)城市規(guī)劃和建設(shè)提供一種借鑒.1高架與城市環(huán)境在過(guò)去的20年里,我國(guó)眾多大中城市都在大量興建高架橋以緩解交通擁堵.但是,高架橋給小汽車提供交通便利的同時(shí),也誘導(dǎo)了交通量的急劇增長(zhǎng).與其他交通系統(tǒng)銜接的不合理,更加劇了高架橋的交通擁堵、交通事故等問(wèn)題.如:改造前的美國(guó)波士頓中央干道每天擁堵時(shí)間超過(guò)10h,事故發(fā)生率是全國(guó)平均水平的4倍.高架橋日益嚴(yán)重的交通問(wèn)題不僅違背了緩解交通擁堵的初衷,還派生出其他的社會(huì)問(wèn)題,引起了廣泛的爭(zhēng)議和討論.高架橋遮住了陽(yáng)光,在橋下形成陰影區(qū),汽車廢氣不能疏散,噪音大等,這些因素嚴(yán)重影響著高架橋周邊居民生活的品質(zhì).如:廣州內(nèi)環(huán)路建成后,沿線臨街地區(qū)環(huán)境質(zhì)量下降,2000～2010年的10年中,CO,NOx,CH分別增加了30%～50%,150%～200%,50%～60%.另外,高架橋的建設(shè)擠壓了周圍的商業(yè)空間,使臨街商鋪無(wú)法擴(kuò)充,又沒(méi)有停車場(chǎng),必然造成人流、車流的減少,并最終導(dǎo)致高架橋沿線商業(yè)的衰退.高架橋?qū)τ诔鞘猩畹母纳仆窒抻诮煌ǚ矫?甚至只是對(duì)私家車及出租車有較大的改善,對(duì)于公共交通則便利性不大.高架橋本身體量巨大,形象突兀,難以與周邊建筑協(xié)調(diào),高架橋不但沒(méi)有給城市帶來(lái)一道風(fēng)景,反而破壞了原有的城市環(huán)境風(fēng)格.另外,城市高架橋的封閉性使其具有通道和屏障的功能,對(duì)兩側(cè)的城市肌理產(chǎn)生空間上的壓迫并生硬地割裂城市空間,造成城市景觀碎裂化的加劇.而且還在一定意義上阻礙了城市空間文化的橫向脈絡(luò)聯(lián)系,限制了周邊傳統(tǒng)城市空間形態(tài)向廣大城市地域的文化輻射.由以上對(duì)高架橋現(xiàn)狀的分析可知,高架橋問(wèn)題已經(jīng)從技術(shù)層面上升到社會(huì)層面,涉及生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)人文、城市景觀和文化等方面.因此,僅局限于交通問(wèn)題的規(guī)劃方案無(wú)法解決高架橋的問(wèn)題,應(yīng)該從城市層面綜合考慮高架橋交通與商業(yè)、路權(quán)、環(huán)境、景觀、文化的相互影響和相互作用.實(shí)際上,高架橋問(wèn)題的產(chǎn)生及其改善涉及很多復(fù)雜的因素,是典型的開(kāi)放復(fù)雜巨系統(tǒng)的問(wèn)題.因此,應(yīng)當(dāng)用復(fù)雜性理論的研究思路和方法,從系統(tǒng)整體行為生成的角度,深入系統(tǒng)地研究大城市中心區(qū)高架橋的有效解決方案,以實(shí)現(xiàn)大城市中心區(qū)高架橋的可持續(xù)發(fā)展.2綜合集成研討廳體系綜合集成研討廳體系是解決復(fù)雜性問(wèn)題的一種有效方法,是由我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森于20世紀(jì)90年代初提出的.就其實(shí)質(zhì)而言,是將專家群體、數(shù)據(jù)和各種信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),把各種學(xué)科的科學(xué)理論和人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)結(jié)合起來(lái),構(gòu)成一個(gè)高度智能化的人機(jī)結(jié)合系統(tǒng).這個(gè)方法的成功應(yīng)用,就在于發(fā)揮這個(gè)系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)、綜合優(yōu)勢(shì)和智能優(yōu)勢(shì).綜合集成研討廳的思想方法正好為大城市中心區(qū)高架橋的問(wèn)題提供了思路和可行性解決方案.大城市中心區(qū)高架橋可持續(xù)發(fā)展綜合集成研討廳體系如圖1所示.2.1基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)專家體系是由城市高架橋相關(guān)各領(lǐng)域的12位專家組成,包括交通運(yùn)輸專家、城市規(guī)劃專家、政策專家、環(huán)境評(píng)估專家和成本控制專家等.知識(shí)體系主要涉及計(jì)算機(jī)軟件、高架橋、交通運(yùn)輸和城市規(guī)劃等相關(guān)知識(shí).機(jī)器體系是高架橋可持續(xù)發(fā)展綜合集成研討廳的基礎(chǔ)設(shè)施,主要由網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)終端以及為整個(gè)系統(tǒng)提供服務(wù)的軟硬件設(shè)備組成.數(shù)據(jù)庫(kù)采用異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù),包括專家數(shù)據(jù)庫(kù)、法律法規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)和方案數(shù)據(jù)庫(kù)等,數(shù)據(jù)庫(kù)支持專家存儲(chǔ)和搜索所需數(shù)據(jù).方法庫(kù)包括支持專家建模、問(wèn)題量化和計(jì)算機(jī)綜合求解的各種方法,如:支持決策的德?tīng)柗品椒?支持方案評(píng)價(jià)的范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度法;支持計(jì)算機(jī)求解的人工智能法、模擬方法;城市交通量預(yù)測(cè)的方法,如:GA-PSO等.模型庫(kù)包括交通流量分析模型,如:VISUM模型.案例庫(kù)中包括高架橋改造的一些成功案例和失敗的案例,如:紐約高線公園改造;韓國(guó)清溪川恢復(fù)工程等,供研討廳學(xué)習(xí)和借鑒.上述體系在綜合集成方法的指導(dǎo)下,動(dòng)態(tài)結(jié)合,構(gòu)成一個(gè)人·機(jī)、人·網(wǎng)絡(luò)一體化的大城市中心區(qū)高架橋可持續(xù)發(fā)展綜合集成研討廳.2.2通過(guò)研討,提出最優(yōu)方案首先,研討廳體系應(yīng)明確目前大城市中心區(qū)高架橋存在的問(wèn)題,即如何通過(guò)對(duì)高架橋的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)大城市中心區(qū)高架橋的可持續(xù)發(fā)展.然后,搜集大量的有關(guān)文獻(xiàn)資料,并召集各領(lǐng)域?qū)＜夜餐醚杏憦d體系的軟硬件平臺(tái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行研討(如圖2所示).通過(guò)研討,結(jié)合專家們的經(jīng)驗(yàn)性判斷,提出對(duì)問(wèn)題的初步認(rèn)識(shí).依靠專家的經(jīng)驗(yàn)和形象思維,在問(wèn)題求解知識(shí)的幫助下,提出對(duì)問(wèn)題的分析方案.根據(jù)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合知識(shí)系統(tǒng)中相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)和國(guó)內(nèi)外前人經(jīng)驗(yàn),把問(wèn)題分析逐步定量化.在定量化或者半定量化的情況下,在計(jì)算機(jī)上建立局部模型或者全局模型,基本得到專家群體的認(rèn)可后,通過(guò)討論合成這些模型并最終生成系統(tǒng)模型.模型建立后,通過(guò)計(jì)算機(jī)的測(cè)算程序和專家群體的評(píng)價(jià)來(lái)驗(yàn)證模型的正確性及可靠性.如果專家群體對(duì)模型不滿意,需要重復(fù)上述的各項(xiàng)步驟,或者其中的某幾個(gè)步驟,直到專家群體基本滿意,建模過(guò)程才能結(jié)束.然后利用系統(tǒng)模型生成方案,用范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度法評(píng)價(jià)方案.最后選擇最優(yōu)方案.3高架可持續(xù)發(fā)展方案設(shè)計(jì)根據(jù)將綜合集成研討廳體系應(yīng)用于大城市中心區(qū)高架橋可持續(xù)發(fā)展的方案和實(shí)施過(guò)程,結(jié)合相關(guān)調(diào)研結(jié)果,作者提出了大城市中心區(qū)高架橋可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案.3.1大立交橋改造在大城市中心區(qū)高架橋可持續(xù)發(fā)展研討廳的運(yùn)作過(guò)程中,各領(lǐng)域?qū)＜一ハ嘟涣鳌⒓紡V益,提出了100多個(gè)方案,如:維持高架橋現(xiàn)狀;拆除高架橋;拆除高架橋建地下隧道;高架橋上設(shè)置BRT系統(tǒng);把高架橋改造為步行廊道;建設(shè)地下隧道;高架橋下打造步行街;把高架改造為高架橋上慢行交通系統(tǒng)、橋下快行交通系統(tǒng)等等.經(jīng)過(guò)初步分析,篩選出6個(gè)較為有研究?jī)r(jià)值的方案(如表1所示).高架橋立面改造示意圖如圖3所示.3.2范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度法大城市中心區(qū)高架橋的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題涉及因素繁多,有些因素能定量化處理,如:高架橋的交通通行能力;有些因素只能定性化處理,如:高架橋?qū)Τ鞘形幕挠绊?范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度法是基于灰色系統(tǒng)理論的一種有效的方案評(píng)價(jià)方法,可用于對(duì)方案進(jìn)行全方位、多角度的綜合分析評(píng)價(jià),尤其適用于評(píng)價(jià)指標(biāo)不能全部定量化處理的方案評(píng)價(jià),所以采用范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)各方案中高架橋的可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行評(píng)價(jià).1區(qū)間值化算子范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度法是在鄧聚龍先生提出的鄧氏灰關(guān)聯(lián)度法的基礎(chǔ)上改進(jìn)的方法,其應(yīng)用于方案評(píng)價(jià)時(shí),是將各備選方案評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)構(gòu)成比較數(shù)列,將評(píng)價(jià)指標(biāo)的最佳值構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列,用關(guān)聯(lián)度表示比較數(shù)列和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的接近程度.關(guān)聯(lián)度越大的比較數(shù)列,表明與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列越接近,即相對(duì)最優(yōu)的方案.關(guān)聯(lián)系數(shù)和范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度的計(jì)算方法如下.①用區(qū)間值化算子將序列無(wú)量綱化后得到區(qū)間值象:X0=(x0(1),x0(2),…,x0(n)),Xi=(xi(1),xi(2),…,xi(n)).②計(jì)算比較數(shù)列與參考數(shù)列對(duì)應(yīng)元素的差值:Δi(j)=|X0(j)-Xi(j)|,i=1,2,?,n；j=1,2,?,m.Δi(j)=|X0(j)?Xi(j)|,i=1,2,?,n；j=1,2,?,m.③求出Δi(j)的最大值Δmax和最小值Δmin.④計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù):ri(j)=Δmin+λΔmaxΔi(j)+λΔm,x.ri(j)=Δmin+λΔmaxΔi(j)+λΔm,x.式中:λ為分辨系數(shù),一般取0.5.⑤計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)理想列與負(fù)理想列r-:r+={{maxiri(j)|i=1,2,?,n；j=1,2,?,m|}.r-={miniri(j)|i=1,2,?,n；j=1,2,?,m|}.⑥計(jì)算各比較序列的近距d+i與遠(yuǎn)距d-i:d+i=√m∑j=1(ri(j)-r+)2,d-i=√m∑j=1(ri(j)-r-)2.⑦計(jì)算范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度:εi=d-i/(d+i+d-i).2確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系大城市中心區(qū)高架橋的可持續(xù)發(fā)展,就是實(shí)現(xiàn)高架橋交通與生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)綜合效益的最大化,其影響因素可以歸納為社會(huì)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和交通效能四個(gè)層面.每一層面下又有很多因素,且各影響因素的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同.結(jié)合各指標(biāo)的特點(diǎn)以及在方案評(píng)價(jià)中的實(shí)用性和可操作性,最終確定大城市中心區(qū)高架橋可持續(xù)發(fā)展的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(如表2所示),其中,定量指標(biāo)有運(yùn)載能力、通行能力和方案實(shí)施費(fèi)用;定性指標(biāo)有高架橋沿線商業(yè)、路權(quán)平等情況、對(duì)城市景觀的影響效果和對(duì)城市文化的影響效果.3各方案的造價(jià)及定性分析為了方便對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行比較,作者以上海南北高架橋的徐家匯—淮海中路段為例進(jìn)行分析.上海南北高架橋建成于1995年,貫穿上海中心城區(qū),主要服務(wù)于機(jī)動(dòng)車中長(zhǎng)距離的出行,是城市交通運(yùn)輸?shù)闹鲃?dòng)脈.南北高架橋的徐家匯—淮海中路段長(zhǎng)1.6km,高架橋距地面19m,寬度為25.5m,設(shè)六車道,設(shè)計(jì)時(shí)速60km,匝道平均間距為1.2km,單向設(shè)計(jì)通行能力為4800pcu/h.根據(jù)《上海市市政工程預(yù)算定額(2000)》及《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》,計(jì)算出各方案的造價(jià)和路段通行能力如表3所示.另外,根據(jù)上海市南北高架橋的實(shí)地調(diào)查可知,公交車占交通流量的10%左右,公交車大多為30～40座居多,據(jù)此可將各方案的路段通行能力換算成運(yùn)載能力(如表3所示).對(duì)于定性指標(biāo),采用專家打分法進(jìn)行評(píng)價(jià),1～5分別代表很不理想、不理想、還行、理想、很理想.首先由12位專家分別對(duì)各方案的定性指標(biāo)打分,然后取其平均值作為該指標(biāo)的得分.各方案對(duì)高架橋沿線商業(yè)發(fā)展情況、城市路權(quán)、城市景觀及城市文化的影響效果的評(píng)分如表3所示.利用Excel軟件計(jì)算得到6個(gè)方案的范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度分別為:0.479,0.353,0.506,0.500,0.490,0.672.由表3的數(shù)據(jù)可知,從交通或景觀的層面來(lái)看,方案3為最優(yōu)方案,但是造價(jià)太高;從環(huán)境層面來(lái)看,方案1和方案5為最優(yōu)方案,但是道路運(yùn)載能力很低,會(huì)造成交通擁堵;從方案造價(jià)層面來(lái)看,方案2為最優(yōu)方案,但是環(huán)境污染嚴(yán)重,并且對(duì)沿線商業(yè)的發(fā)展、城市景觀和文化的影響效果不利.方案6的范數(shù)灰關(guān)聯(lián)度最高,即實(shí)現(xiàn)了交通、環(huán)境、路權(quán)、商業(yè)、景觀、文化和造價(jià)等各個(gè)層面的綜合最優(yōu),所以方案6為最優(yōu)方案.改造后的高架橋的公共活動(dòng)空間如圖4所示.3.3解決部分高架的可達(dá)性,促使“親水”的發(fā)展把高架橋改造為橋上慢行交通系統(tǒng)、橋下快行交通系統(tǒng)的方案(方案6),其運(yùn)載能力是目前的126%,設(shè)計(jì)車流量是目前的70%.此方案不僅能在一定程度上緩解交通擁堵,而且能減少汽車廢氣排放,降低噪音污染,保障高架橋周邊居民的健康.由于高架橋上只有慢行交通系統(tǒng),行人不僅在享有平等路權(quán)的同時(shí),也能享受陽(yáng)光、清新空氣和良好視野.此時(shí)的高架橋已經(jīng)成為人們休閑娛樂(lè)的場(chǎng)所(見(jiàn)圖4),促進(jìn)了人文交流.高架橋改造后,高架周邊的可達(dá)性有所提升,沿線建筑表面將有部分功能上升到與高架橋接壤,底層建筑可作為停車場(chǎng),這些將促使高架橋沿線商業(yè)的發(fā)展繁榮,甚至使之成為城市的地標(biāo)——“空中商業(yè)街”.此外,改造后的高架橋也促進(jìn)了兩側(cè)的橫向聯(lián)系,增強(qiáng)了城市景觀的協(xié)調(diào)和文化的交流、輻射.此方案不僅保留了高架橋,更發(fā)展了高架橋,使之成為綠色、人文和可持續(xù)的高架橋.4城市