347-城市交通容量分析技术与应用研究

1 城市交通容量分析技术与应用研究 马小毅 周志华 金安 【摘要】交通问题的本质是公共决策问题，解决交通拥堵实际上是解决公众的交通权益分配 问题。从上世纪九十年代开始，广州以设施扩容为宗旨，狠抓道路交通和轨道交通两张网， 创造了世界一流的城市交通环境。如今，在资源增长受限的情况下，如何对有限的交通资源 重新划分成为治堵工作的关键。 继中山大道 BRT系统之后， 广州继续夯实 “常规公交为主体” 发展思路， 从运力和路权两方面入手， 进一步挖掘系统潜能， 从根本上提升公共交通竞争力， 为城市交通发展寻求新的转机。 【关键词】交通容量；公交路权；出行耗时 1 引言 新的历史起点下，公众权益越来越受到广泛地关注，人们开始注重出行的品质和政策的 合理性，开始质问社会的公平和城市的价值取向。经验告诉我们，交通问题其实就是供需间 的关系处理问题，任何城市的出行结构都是与城市所能（或者愿意）提供的服务水平相关： 如果刻意于个人自由而不追求整体效率，私人交通工具一定是首选，如开罗城；但通常一个 有序的城市是不会完全放开交通市场，都会针对不同群体提供相应的服务系统，通过个体交 通与公共交通的成本差让那些对时间和舒适度要求不高的出行自觉选择公共交通， 为其他出 行腾出空间，如目前大多国内城市；如果这种服务水平仍不能满意，就需扩大成本差，用强 制手段进行调控，限小放大，提高个体出行成本并切实解决公交服务能力，如新加坡、香港。 因此，城市选择何种交通模式，根源是对交通自由度的接受程度，让哪种（多大规模的）群 体享有什么样的服务，这就是城市的价值取向，任何管制措施均应在这个基础上制定。 目前，上海、北京的实际人口都超过 2000 万，广州也接近 1800 万，都已超过 2020 年 的总规控制规模。人口规模的增加意味着人均资源的减少，因此，城市所选择的主流交通方 式应该是低占有率、高集成的公交方式。实例显示，世界上但凡以公交优胜战略建城的城市 均把发展常规公交作为提升城市交通水平的首要任务，地面公交客运比例一直占据主体地 位。国内从 2004 年提出优先发展公共交通的政策建议，以此提升城市整体交通质量，但至 今未能达到预期，即使在公交比例较高的北京（33%） 、广州（34%）等城市，道路车速也只 维持在 23km 的水平，其原因在于公交的服务意识跟不上市场需求，所提供的服务使得公交 市场仍局限在中低消费群体，难以与小汽车形成竞争。 2012 年广州全市小客车保有量 174万辆 [1] ，为了改善交通水平，7 月开始对中小客车拥 有量进行限制， 虽然小汽车的增长速度得到有效遏制， 但并没有切实改善交通水平。 事实上， 限制个体交通的拥有量并不重要，根本应是限制出行量。要想对个体交通出行有所限制，就 应大力提升常规公交的竞争能力， 关键是运力和路权的保证， 其中运力是基础， 路权是关键， 二者缺一不可。只有关注路权分配和运力建设，给予地面公交足够的优势，才可切实改善交2 通服务品质。 2 容量测算 路权的分配实际上就是道路交通资源的分配，要制定出合理的路权分配方案，就必须摸 清家底，搞清楚城市交通系统所能提供的总容量，通过逐步调优获得最佳资源分配方案，实 现城市交通的发展目标。 交通容量的概念最早由美国交通工程学者在上世纪五十年代提出，历经几十年的研究 后，国内外学者们对路网容量的概念定义、研究方法都有不同的理解。基于不同的目的，研 究重点也不相同。规划部门侧重于交通容量下的土地开发模式研究，交管部门则关注容量限 制下的机动车规模和交管办法的研究。 广州在 2012年 12 月完成了《广州市主城区交通系统容量分析》课题 [2] ，该课题专注两 项工作：①完善交通容量的理论基础与计算方法，从出行的可控性和舒适性两个方面建立评 价体系，以综合交通模型为平台构建容量分析模型；②计算广州市主城区交通容量，重新划 分各子系统的交通资源占有率，旗帜鲜明地提出了地面公交优先的思路，并对公交路权提出 保障建议。 2.1定义 在特定服务水平和既定供需特征下，单位时间内城市交通系统所能服务的最大出行数。 （1）特定服务水平：城市所能接受的交通服务水平，对交通容量达到最大时的状态进行界 定，建立评价体系； （2）既定供需特征：体现供需平衡关系，在既有道路网、轨道网基础上 展开工作，需求的迭代规则； （3）城市交通系统：不仅包括道路交通，也须将其他客运交通 一并纳入。 2.2评价指标 谈及容量，就避不开饱和，何为饱和？衡量出行质量好坏，不是以通行路径上某几个节 点的拥堵情况来判断，而是对出行全过程的总体评价，需要建立共识性的指标，能融入供需 平衡概念，能代表整个系统的吸纳能力。 我们认为， 影响出行质量的指标主要有两点： 出行的可控性 （时耗） 和旅途的舒适性 （车 内拥挤度） 。社会车辆主要考虑车速水平，公交则同时考虑车厢拥挤度、候车时间等。 2.2.1 时耗 人的一天活动可以做如下简单分配 [3] ：8 小时工作学习、8 小时睡眠、餐饮和家务等日 常基本活动 4 小时、 娱乐休闲 2-2.5小时， 那么花费在交通上的时间大约在 1.5-2 小时之间， 如果超过这个限制，其他生活需求将受到压制，生活质量下降。另外有学者从交通的角度对 居民出行时耗进行了研究，时耗与城市规模相关，出行时耗占日常时间比例相对稳定，一次 出行最大时间有容忍上限，其中特大城市约为 60 分钟 [4] 。对比广州实际情况，在道路平均 车速 23km/h 时 [1] ，出行时耗维持在 1 小时左右，为此提出单程出行时耗控制在 1~1.5 小时 的标准。 3 2.2.2 小汽车与公交车时耗比 公交优先实质上是向小汽车索取资源，在一定水平下，二者的时耗比越低，公交发展水 平越高。国内学者对此有过专门研究，得出公交与平均出行时耗比在 1.15～1.56 倍之间 [4] [5] 。广州目前实际调查结果为 1.51，与这些研究结论基本接近。 2.2.3 车厢拥挤度 参考《城市轨道交通工程项目建设标准》 [6] 并结合广州实际情况，我们采用 5 人/平方 米作为公共交通车厢度的极限标准。在容量测算时，该指标作为初始值输入，用拥挤分配模 型对溢出客流进行二次加载。基于上述研究，建立广州交通饱和的评判标准见表 1。 表1 交通系统评价指标 指标 值 可控性 人均出行时耗（分钟） 60 90%位出行时耗（分钟） 90 公交车与小汽车时耗比 1.5 舒适性 公交车内单位面积站立人数 5 （人/平方米） 轨道交通车厢内单位面积站立人数 5 2.3计算方法 我们所研究的容量函盖了交通供需关系，用来计算的模型就不能仅局限于设施物理容 量，须考虑供应与需求的匹配关系和系统服务水平的认定。最终选择在传统的综合交通模型 [7] 基础上搭建，希望能让交通容量的研究从实验室脱离出来，进入应用领域。 总体技术流程见图 1。先设定初始公交运力和路网（路权）方案，再逐步调整交通需求、 路权分配等，其中由于对路权的分配涉及到实际可行性的判断，需要人工加以检验后再纳入 循环迭代。总体上有两个判断过程：①检验平均时耗。不达标时对可变地区开发规模进行调 整（人口、就业） ，重新纳入循环迭代；②检验地面公交与小汽车时耗比。不达标时调整公 交路权和运力，纳入循环测试。在具体的测算过程中，一些技术细节列举如下。 2.3.1 矩阵调整 容量最终反映的是能容纳多少出行人次，在循环中首要处理的就是对矩阵的放大或缩 小。对矩阵的处理体现了对城市未来不同区域发展速度的判断，可结合城市近期发展的重点 地区（城中村改造、轨道站点周边）设定调整优先次序。 2.3.2 候车时间 先设定车厢的标准容量，在容量限制下通过公交拥挤分配获得未加载矩阵，转入下一次 分配，未能上车的乘客候车时间：T=(未加载客流 Q*发车间隔 M+小时消散能力 N）/2，由此 计算公交出行的总候车时间。 2.3.3公交专用道甄选 公交专用道有三类：路内（BRT） 、路侧和混行三种，这三种专用道的小汽车与公交车速4 比分别为 1.38、1.55 和2.0。 在模型中，对资源的重新分配其实就是对公交专用道的不断调整。选取公交车速低于 17 公里/小时的道路作为调整对象，分三种情形进行判断：①若不是公交专用道，调整为路 侧专用；②已是路侧专用道，且公交客流≥20000 人次/小时，调为路内专用；③已是路内 专用道，不做调整。由于模型给出的专用道方案并不具备实际可操性，需要人工介入判断， 确定公交专用方案，纳入模型循环测试。 通过上述的不断调整优化，最终获得在指定服务水平下的矩阵总量、方式结构、路权分 配方案和用于启动相关措施的车速阈值，这是整个容量测算的核心内容，用于指导各项交通 改善方案。 图1 交通系统容量分析流程 5 3 广州案例 3.1交通形势 广州主城区面积 222 平方公里，道路里程 1311 公里（见图 2） ，路网密度 5.9km/km2， 车行道总资源 5128 车道公里，其中主干道所占比例最高，达到 35%，其次是快速路和支路， 分别 19%和18%。公交专用道（含 BRT 在内）总里程达到 239公里（双向计） ，主要分布在主 干道上（见图 3） ，占道路总资源 4.7%。所有通行公交车的道路总里程达到 587 公里，其中 混行模式占 80%，路内专用仅占 2%，达 20 公里。 图2 主城区干道等级图 图3 现状公交专用道分布 城区内现状运营公交线 437 条（不包括夜班线） ，站点 500 米范围覆盖率 87%，公交配 车 1.16 万标车。 3.2资源占用 主城区内现状总出行 124 万人次/小时，系统最大可容纳 135 万人次/小时，仍有 8%的 提升空间。在分配上，小客、出租和大客用 88%的道路资源解决了 57%的地面出行，公交则 用 12%的道路资源解决了 43%的地面出行，对应的道路车速水平为 23km/h，平均单程时耗 52 分钟。 至 2020 年，城区道路里程达到 1677Km，总资源 6804 车道公里，虽然公交专用道（新 型有轨电车+快速公交 BRT+公交专用道）规模增加 31%，达到 313 公里，但同时小客车保有 量也将达到 330 万辆 [8] ，若不将道路资源重新向公交倾斜，城市交通将陷入低水平平衡，据 测算，公交与非公交的地面资源分担比将达到 17：83，干道车速仅为 17.6 公里/小时。作 为国家中心城市，未来道路车速不应比现状 23 公里/小时的水平还低，且从城市空间拓展的 角度看，如果时间消耗不变，那么出行距离一旦增加，车速水平应该更高才能合理。因此， 必须对交通资源进行重新分配，提高整体服务水平。 3.3资源分配 交通问题本身具备弹性特征，解决交通问题的办法不应剥夺市民拥有小汽车的基本权 力，限购只是用时间换空间的过渡行为，不会使交通服务水平得到本质改善。影响交通运作 状况的根本是机动车的出行量而不是拥有量，要使得路面上的机动车控制在可接受的水平， 最根本的还是改善市民出行结构，必须让更多的人采取公共交通出行，可从三点着手： 6 3.3.1重新划分道路资源，保证通行优先权 划定公交专用道不应只考虑客流，应从解决交通拥堵的本质出发。先划定个体交通走廊 和公共交通走廊，区分快慢；再检查交通拥挤区段，按路段专用道、路口专用道的先后次序， 重新划定公交专用道，逐步加大路权倾斜。 要保证公交运营效果，就必须对实际运作状况进行跟踪完善。广州目前已拥有道路交通 实时检测系统，可以对交通运作状况进行全方位监控和反应。具体调整办法为：当高峰时期 某条公交的车速在 1 周内连续低于 17 公里/小时，说明该线路沿途受到了严重干扰（小汽车 干扰、信号干扰、上下车延误等） ，就必须从两方面作出优化：①检查沿线经由路段的专用 道设置情况；②检查运力配置和实际车厢拥挤情况。此处，公交车速指个体自身的全程车速 （不考虑候车和步行时间，路径长与车上时间比） ，是与平均出行时耗对应的车速概念，跟 公交车运营车速、点速度不同，但实际很难监测。可采取折中办法，对线路采用公交客流矩 阵对运营车速进行加权平均。 3.3.2 加强公交自身建设，提升竞争能力 首先，加大运力建设，这是提升公交水平的根本，不能保证发车频率，准点率和车厢内 拥挤度等均不可能得到保证，给予再多路权也无济于事；其次，优化公交网络，提升站点覆 盖率，降低换乘率；再次，加强信息发布，对所有公交站点提供车辆到站信息、车上满载情 况，确保交通信息透明化；最后，规范行车秩序，尤其要保证拥堵点处的公交路权。对公交 专用道的监管可从两点着手：①将公交部门的监管系统与交警部门对接，对违章的个体交通 予以重罚（扣分） ；②规定左侧第二条车道的让行规则，给汇入车辆插入空间。 3.3.3提高社会车辆成本，差别化停车供给 划定交通敏感区，保证住宅区的停车需求，但对公共建筑实行停车位从紧策略，必要时 可统一管理，分时段收取高额差价费，用经济手段人为提高小汽车的出行成本。 在合理分配路权后， 将地面公交与社会车辆的资源占有比从目前的12:88增加到25:75， 公交车速从现状 15 公里/小时升至 17 公里/小时，此时广州主城区干道平均车速将维持在 23～25 公里/小时左右水平， 主城区交通运作将处于一个较为理想的状态。 要达到上述目标， 要求公交专用道里程达到 444 公里，公交配车数增至 1.63 万，并对公交路权予以全程监控。 4 结语与展望 本文结合广州当前交通形势，提出了“重新划分交通资源，确保地面公交优先”的发展 思路。为解决资源分配问题，文章同时对交通容量的计算方法进行研究，以城市综合交通模 型为平台，从出行的可控性和舒适性两方面重新构建模型，丰富了交通容量的研究方法。 但凡以公交优胜战略建城的城市，都对小汽车的出行成本提出较高的要求，交通政策作 为政府的一项公共决策，不应直接干预自由市场，应立足于交通基础设施的经营利用，让市 民能自发地作出理性选择。近十年来，国内城市相继掀起地铁建设的浪潮，希望通过地铁来 缓解地面交通压力，而逐渐忽略了地面公交建设。地面公交以其灵活、便捷在三类主要交通7 方式（地铁、小汽车、公交车）中占有重要作用，且直接参与个体交通的路权竞争。交通政 策要展示一种姿态，地面公交是最好的切入点，只有给公交发展以信心，从根本上提升竞争 力，才是当前特大城市交通问题的解决之道。 【参考文献】 [1] 金安， 周志 华， 刘明敏， 等. 2012 年广州城市交通运行报告[R]. 广州： 广州市交通规划研究所, 2013.2 ； [2] 马小毅，金 安，周志华，等. 广州市主城 区交通系统容量分析[R]. 广州：广州市交通规划研究所， 2012.12 ； [3] 吴良镛. 人居环境科学导论[R]. 中国建筑工业出版社，2001.10 ； [4] 陆建，王炜. 城市居民出行 时耗特征分析研究[J], 公路交 通科技，2004（10） ； [5] 吴子啸，宋 维嘉，池利兵，等. 出行时耗 的规律及启示[J], 城市交通，2007（1） ； [6] 沈景炎，秦 国栋，等. 城市 轨道交通工程项目建设标准[S],2008.7 ； [7] 金安， 陈先 龙， 周志华， 等. 2011 年广州交通模型修正与校核报告[R]. 广州： 广州市交通规划研究 所, 2012.5 ； [8] 贺崇明，马 小毅，王波，等. 广州市综合 交通规划[R]. 广州：广州市交通规划研究所, 2011.3 ； 【作者简介】 马小毅，男，硕士，广州市交通规划研究所，副所长，教授级高级工程师。电子信箱： pow2006@163.com 周志华，男，学士，广州市交通规划研究所，高级工程师。电子信箱：382360095@qq.com 金安，男，硕士，广州市交通规划研究所，室主任，高级工程师。电子信箱： 604757660@qq.com