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停车场出入口通道通行能力与服务水平研究论文
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「，曹影，孙文博
指导教师：
杨静张蕊
（北京建筑工程学院'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讣算方法，引入闸机服务时间和离开时间，计算评佔闸机通行能力；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，汁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岀的交通问题，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，并建立了相应讣算模型，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）中指岀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。
模糊控制的设讣尚缺乏系统性，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讣办法，这在U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讣算方法》【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汁规范。
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
水泥碍磋
10%
单向
2
北京站
470
刷卡
曲线
水泥碍磋
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
水泥碍磋
8%
单向
2
大悦城
820
刷卡
螺旋
水泥碍磋
10%
单向
1
百安居
1000
电子识別
直坡
水泥
9%
双向
2
3、停车场通道设计
3.1通道的宽度
汽车库内的坡道可釆用直坡式、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，绞链车
直线单行
单车宽+0.8
3.0
3.5
直线双行
双车宽+2.0
5.5
7.0
曲线单行
单车宽+1.0
3.8
5.0
曲线双行
双车宽+2.2
7.0
10.0
注：
1.资料来源：
《汽车库建筑设讣规范》2.此宽度不包括道牙及其他分隔带宽度
3.2通车道的最大纵向坡度和最小转弯半径
汽车库内通车道的最大纵向坡度和汽车的最小转弯半径应符合表3
表3汽车库内通车道的最小转弯半径及最大纵坡
车辆类型
最小转弯半径（m）
最大纵坡（％）
直线纵坡
曲线纵坡
微型车
4.5
15
12
小型车
6.00
15
12
轻型车
6.50—8.00
13.3
10
中型车
8・00—10.00
12
10
大型客车/货车
10.50—12.00
10
8
狡接客车/货车
10.50—12.50
8
6
注：
1.资料来源：
《汽车库建筑设计规范》2.曲线坡道坡坡度以车道中心线计
4.停车场出入口通道通行能力的概念及计算
4.1通行能力相关概念
道路通行能力概念：
《道路通行能力手册》（美国）中将道路通行能力定义为：
“一定时段和通常的道路、交通与管制条件下，人和车辆通过车道和道路上的一点或均匀断面的最大小时交通量，通常以辆/h或人/h表示。
”
本文中将停车场出入口能力定义为：
“一定时段和通常的停车场出入口通道条件下,车辆通过岀入口和出入口通道的一点或均匀断面的最大小时交通量，通常以pcu/h表示。
”这里车辆多指小汽车，当有其他车辆混入时，均釆用等效通行能力的当量小客车为单位。
4.2停车场出入口通道通行能力
停车场出入口通道通行能力分为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。
参考高速公路收费站通行能力计算公式，引入闸机服务时间和离开时间，计算闸机通行能力；参考城市路段通行能力，通过观察记录饱和流时最小平均车头时距，计算坡段通行能力。
4.2.1收费闸机通行能力
通过参考高速公路收费站收费闸机的通行能力计算公式，得到收费闸机的通行能力计算公式，如下：
厂3600
Ch=
Ts+Tg
式中：
Cb—收费闸机的通行能力（pcu/h）；Ts—平均服务时间，（s）；Tg—平均离开时间,
表4平均服务时间、平均离开时间与闸机通行能力
地点
平均服务时间（S）
平均离开时间（s）
闸机通行能力（pcu/h）
入口
岀口
入口
岀口
入口
出口
儿童医院
5.4
26.5
4.5
4.3
364
117
北京站
6.0
25.4
3.0
5.2
400
118
鼎好
LL
6□
24.7
4.2
5.0
371
121
北大门诊
5.3
20.6
3.5
4.1
409
146
银泰中心
5.2
23.4
3.1
4.5
434
129
大悦城
60
23.3
3.7
3.9
391
132
北京西站
8.7
30.3
4.2
3.4
279
107
百安居
7.0
16.4
3.6
3.2
340
184
平均值
6.1
23.8
3.7
4.2
374
132
山表4可以看出平均离开时间进出口大致相等，进口总平均服务时间为6.1（s）小于出口总平均服务时间23.8（s）,因此进口闸机通行能力总平均值大于出口闸机通行能力总平均值。
由以上分析可知，出口闸机为制约通道能力的重要因素。
4.2.2坡道通行能力
参考城市道路路段通行能力计算方法，进出口坡段通行能力讣算公式：
小3600
C,=
bH・
min
式中：
Cb—坡段通行能力，（pcu/h）；H如一达到饱和流的最小平均车头时距（s）表5平均饱和车头时距与坡段通行能力平均饱和车头时距（s）坡段通行能力（pcu/h）
入口
出口
入口
岀口
儿童医院
5.4
5.1
667
700
北京站
4.9
4.8
734
750
鼎好
5.6
5.8
643
621
北大门诊
5.3
5.1
679
705
银泰中心
4.6
4.5
782
800
大悦城
5.2
5.0
692
720
平均值
5.2
5.5
699
716
4.3通行能力计算分析
对于停车场出入口通道的通行能力，分为收费闸机通行能力和坡段通行能力两种,出入口通道最终通行能力决定于其中的较低者。
表6闸机通行能力与坡段通行能力对比
地点
闸机通行能力（pcu/h）
坡段通行能力（pcu/h）
入口
出口
入口
出口
儿童医院
364
117
667
700
北京站
400
118
734
750
鼎好
371
121
643
621
北大门诊
409
146
679
705
银泰中心
434
129
782
800
大悦城
391
132
692
720
平均值
395
127
699
716
山表6对比收费停车场闸机通行能力与坡段通行能力可以发现，闸机通行能力小于坡段通行能力，因此，在本文中收费停车场出入口通道通行能力主要山闸机通行能力决定。
5、停车场出入口通道通行能力影响因素分析
5.1收费方式
常见的停车场收费方式分别有：
人工、刷卡、电子识别。
下面将对实地调查的收费方式的数据进行比较与分析：
表7收费方式与通行能力
地点
收费方式-
平均服务时间（S）
闸机通行能力（pcu/h）
入口
出口
入口
出口
北京西站
人工
8.7
30.3
279
102
大悦城
刷卡
5.5
23.2
391
132
百安居
电子识別
7.0
16.4
340
184
从表7中的数据可以看出进出口闸机收费方式影响了服务时间，进而影响了进出口的闸机通行能力。
人工收费方式是较为原始的的一种方式，效率较低，现多用于路边停车场及小型路面停车场。
与人工收费方式相比较刷卡方式的服务效率高，快捷方便。
车辆进出停车场出入口时，车辆进出停车场出入口时，只需要刷一下电子卡片即可记录信,这种方式减少了以前在人工收费中可能出现的时间记录不准确的情况或者收费纠纷。
因此，在口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III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，岀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
岀口
大悦城
螺旋
10%
5.2
5.0
692
720
北京站
曲线
10%
4.9
4.8
734
750
儿童医院
直坡
10%
5.4
5.1
667
700
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
岀口
进口
岀口
银泰中心
8%
螺旋
4.6
4.5
782
800
大悦城
10%
螺族
5.2
5.0
692
720
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。
列外在调查中，山于铺装材料均为水泥碣磋，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
5.6
5.8
643
621
北京站
曲线
10%
单向
5.2
5.0
692
720
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、驾驶自山度、交通中断、舒适和方便等条件来度量这种服务指标来描述。
口前，《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
负荷度乂称为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。
山此作为参考，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
行车延误是山于道路与环境条件、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。
地下停车场岀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：
厶
d,~-行车延误；7；-一排队消耗时间；无阻塞时的行程时间；“-一有效到
达率；2-—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
岀、入口延误（s）
A级
W0.3
W47
B级
0.3—0.48
47—70
C级
0.48—0.66
70—94
D级
0.66—0.84
94—118
E级
0.84—1.0
118—142
F级
21.0
M142
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
0.93
145.5
F
0.82
132.5
E
北京站
0.88
137.3
E
0.76
97.3
D
鼎好
0.86
119.3
E
0.69
102.5
D
北大门诊
0.67
94.8
D
0.53
72.9
C
银泰中心
0.62
80.4
C
0.45
65.1
B
大悦城
0.72
114.6
D
0.65
90.6
C
6.4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。
铺装采用水泥碣磋，坡度为10%0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，铺装采用水泥礦磋，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。
山于闸机位置不合理，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礦磋。
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，应在以下儿点做出改进：
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山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，则既占用土地乂浪费资源。
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乂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
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