公交專用道全壽命周期成本效益分析＊

馬書紅 王 瑤 劉 瓊

（長安大學(xué)公路學(xué)院 西安 710064）

目前國內(nèi)外對公交專用道效益的研究主要集中于2個方面：（1）交通效益的計算，主要從單點交叉口、通道的效益或路段與交叉口運行條件改善的交通效益等方面進(jìn)行分析［1－2］；（2）交通影響分析，從微觀和宏觀等不同角度對公交專用道的設(shè)置對交通的影響及其效果進(jìn)行分析［3－4］．全壽命周期理論（LCT）在交通領(lǐng)域的研究主要集中在軌道交通與高速公路方面，包括成本分析、環(huán)境影響分析、能耗和碳排放研究等［5－7］，對公交專用道整個壽命周期內(nèi)的成本效益缺乏研究．鑒于此，本文引入全壽命周期理論對公交專用道的成本與效益展開研究，以便為公交專用道的改造提供決策參考，在其規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)實施過程中充分考慮運營的情況下，創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)與社會價值．

1 公交專用道全壽命周期分析

公交專用道全壽命周期是指公交專用道從壽命開始到壽命結(jié)束所經(jīng)歷的各個階段，包括規(guī)劃設(shè)計階段（項目決策和方案設(shè)計）、建設(shè)實施階段（項目施工和竣工驗收）、運營管理階段（運營維護(hù)、項目管理）和結(jié)構(gòu)拆除階段（殘值），如圖1．

圖1 公交專用道全壽命周期階段劃分

2 公交專用道全壽命周期成本分析

2．1 公交專用道全壽命周期成本組成

公交專用道全壽命周期成本包括內(nèi)部成本和外部成本2部分．內(nèi)部成本包括：

1）規(guī)劃設(shè)計成本 包括決策成本和方案設(shè)計成本，前者指項目策劃、信息收集、方案選擇、可行性研究的費用，后者包括初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、概預(yù)算編制及方案修改的費用．

2）建設(shè)實施成本 包括施工成本和竣工驗收成本，前者主要指路面改造、交通標(biāo)志標(biāo)線遷移、交通護(hù)欄設(shè)置、路燈信號燈改遷、公交候車亭改造等費用，后者包括進(jìn)行項目建設(shè)效益考核、整理分析各階段資料的費用．

3）運營管理成本 包括路面、路燈、信號燈、交通標(biāo)志標(biāo)線、監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)的費用和對公交專用道進(jìn)行交通管制的一切費用．

4）殘值 指公交專用道在整個壽命期末的純價值．

外部成本包括：（1）建設(shè)實施階段占道所引起的擁擠成本．（2）運營管理階段，由于公交專用道的設(shè)置減少了社會車輛可利用車道數(shù)，從而引起擁擠產(chǎn)生相應(yīng)的外部成本．擁擠所產(chǎn)生的外部成本主要包括出行時間增加成本、車輛運營增加成本、交通安全成本．

2．2 公交專用道全壽命周期成本計算方法

2．2．1 建設(shè)實施階段外部成本 鑒于在單個路段上實施公交專用道耗時較短，假設(shè)建設(shè)公交專用道過程中道路車流量、公交車行駛路線、載客量均不變．

1）出行時間增加成本 假設(shè)公交專用道在建設(shè)實施過程中僅占用一條現(xiàn)有車道，采用美國BPR路阻函數(shù)計算路段行駛時間t

式中：t0為自由行駛時間，min；v為路段機(jī)動車交通量，輛／h；c為路段實用通行能力，輛／h；α，β為參數(shù)，一般取α＝0．15，β＝4．

則設(shè)置公交專用道前出行者總時耗為

式中：n為該路段單向機(jī)動車道數(shù)；q1，q2分別為單向公交車、非公交車流量，輛／h；c為單車道通行能力，輛／h；a，b分別為公交車、非公交車平均載客量，人／輛．

公交專用道在建設(shè)實施過程中占用1條現(xiàn)有車道，路段飽和度變?yōu)椋╭1＋q2）／（n－1）c，將（q1＋q2）／（n－1）c代入式（2）替換（q1＋q2）／nc得建設(shè)實施階段出行者總時耗T＇0．因此，建設(shè)實施階段單個路段上所有出行者出行時間增加量（T0＝T0′－T0，則建設(shè)實施階段出行時間增加成本為

式中：ΔT0j為所有出行者在路段j上所增加的出行時間，min；m為根據(jù)全市城鎮(zhèn)居民人均可支配收入計算的人均每分鐘收入，元．

2）車輛運營增加成本 根據(jù)世界銀行的經(jīng)驗公式［8］，將車輛運營成本簡化為與交通負(fù)荷及車速有關(guān)．此時，單車每公里運營成本模型為

對單個研究路段而言，設(shè)路段長度為L，設(shè)置公交專用道前路段平均車速s0，將所有車輛簡單劃分為公交車與非公交車．此時路段上所有車輛的運營成本為

公交專用道建設(shè)實施時，路段平均車速s1，飽和度（q1＋q2）／（n－1）c代入式（5）分別替換s0，（q1＋q2）／nc得該路段所有車輛運營成本C′total0．故建設(shè)實施階段車輛運營增加成本為

3）交通安全成本 公交專用道建設(shè)實施過程中占用了現(xiàn)有車道，造成道路擁擠、交通事故率增加．對建設(shè)實施階段安全成本計算如下．

式中：pi為交通事故平均損失費，元／次；J＇i為建設(shè)實施階段事故率，次／（萬車·km）；Ji為公交專用道修建前的事故率，次／（萬車·km）；Mi為建設(shè)實施階段車輛行駛量，萬車·km．i＝1為公交車，i＝2為非公交車．

2．2．2 運營管理階段外部成本 假定居民在選擇出行方式時主要考慮出行時間、出行費用、個人收入等因素，本文構(gòu)建一個廣義時間變量來反映確定性效用V［9］．

in

式中：Tin為個體n選擇出行方式i的出行時間，min；Cin為個體n選擇方式i的出行費用，元．

將可選出行模式看作可選的出行路線，廣義出行時間作為路權(quán)，可采用Logit型的路徑選擇模型［10］來計算各種出行方式被選用的概率．

式中：P（k）為出行者n選擇第k種出行方式的概率；t（k）為第k種出行方式的路權(quán)，用廣義出行時間來表示各出行方式的平均路權(quán)；θ為分配參數(shù)，2路徑時一般取3．00～3．50．

為避免誤讀、誤會，釋義，便成了首要功課?！叭s”之雜，為多種多樣、豐富多彩意，決非雜亂之雜……大凡雜文家，一定會有相應(yīng)的知識儲備、文體實踐和人生閱歷——如此之“三”以“三雜”謂之，不算離奇、搞怪吧？

假設(shè)實施公交專用道前后路段出行總?cè)藬?shù)不變；公交車為固定票制，票價γ元；公交專用道實施前后，公交車交通量不變，載客量增加，非公交車載客量不變．應(yīng)用式（9）計算公交車、非公交車被選擇的概率，相關(guān)參數(shù)及計算過程見表1．

表1 運營管理階段出行方式選擇

1）出行時間增加成本 運營管理階段，出行時間增加主要體現(xiàn)在（未轉(zhuǎn)移到公交車出行）仍采用非公交車出行的出行者路段運行時間和交叉口延誤的增加．

根據(jù)式（1）得設(shè)置公交專用道前后，采用非公交車出行的出行者在路段上所增加的時間．

計算交叉口出行時間增加量時主要考慮人均停車延誤的變化．對設(shè)置公交專用道前后交叉口停車延誤進(jìn)行調(diào)查，得采用非公交車出行的出行者在交叉口上總延誤的變化量．

式中：d2為設(shè)置公交專用道前非公交車交叉口平均延誤，s／輛．

因此，運營管理階段仍采用非公交車出行的出行者時間增加成本為

2）車輛運營增加成本 設(shè)置公交專用道前，非公交車運營成本為

設(shè)置公交專用道后，非公交車交通量為q＇2，車道飽和度為q＇2／（n－1）c，平均車速為s3，用q＇2，q＇2／（n－1）c，s3分別替換式（13）中的q2，（q1＋q2）／nc，s0得非公交車運營成本C′total2．因此，運營管理階段非公交車運營成本增加量為

3）交通安全成本 運營管理階段非公交車安全成本為

式中：J2″為運營階段非公交車事故率，次／（萬車·km）；M2′為運營管理階段非公交車行駛量，萬車·km．

2．3 公交專用道全壽命周期成本分析方法

在考慮時間因素的情況下，不同時間相同數(shù)額的資金具有不等的價值．因此，在進(jìn)行公交專用道成本分析時需要將不同時刻的貨幣值折算成現(xiàn)值．

以現(xiàn)值為目標(biāo)函數(shù)，得到公交專用道全壽命周期成本數(shù)學(xué)模型如下．

式中：CJ為公交專用道備選方案J全壽命周期成本的現(xiàn)值；CJt1，CJt21，CJt31，CJ4分別為備選方案J第t年的規(guī)劃設(shè)計費用、建設(shè)實施費用、運營管理費用、殘值；T1，T2分別為公交專用道的規(guī)劃設(shè)計年限、建設(shè)實施年限；T為公交專用道的壽命周期；n為計算期；i為折現(xiàn)率．

3 公交專用道全壽命周期效益分析

3．1 公交專用道全壽命周期效益計算方法

1）出行時間節(jié)約效益 以式（1）為基礎(chǔ)，得設(shè)置公交專用道前后單個路段上原采用公交車出行的出行者出行時間節(jié)約量．

由非公交車轉(zhuǎn)移到公交車上的出行者出行時間節(jié)約量為

在交叉口停車延誤調(diào)查的基礎(chǔ)上，計算運營管理階段采用公交車出行的出行者在交叉口上總延誤的變化量

式中：d1為設(shè)置公交專用道前公交車在交叉口的平均延誤（s／輛）．

運營管理階段采用公交車出行的出行者時間節(jié)約效益為

2)車輛運營成本節(jié)約效益 很據(jù)式（4可得設(shè)置公交專用道前，公交車的運營成本為

設(shè)置公交專用道后，將公交車平均車速s2，公交專用道飽和度q1／c代入式（21）分別替換s0，（q1＋q2）／nc得設(shè)置公交專用道后公交車輛運營成本C＇total1．因此，運營管理階段研究路段上公交車運營成本節(jié)約效益為：

3）安全效益 公交專用道的實施一定程度上緩解了道路的擁擠程度，降低了城市的交通事故．因此，對修建公交專用道的安全效益計算如下．

式中：J″1為運營階段公交車事故率，次／萬車·公里；M＇1為運營管理階段公交車行駛量，萬車公里．

3．2 公交專用道全壽命周期效益分析方法

在考慮時間因素的情況下，得公交專用道全壽命周期效益：

式中：BJ為公交專用道備選方案J全壽命周期效益的現(xiàn)值；BJt1，BJt2，BJt3分別為備選方案J 第t年的出行時間節(jié)約效益、車輛運營成本節(jié)約效益、安全效益．

4 案例分析

以某條公交專用道為例，總長4．2km，5車道，5交叉口，自由流速度50km·h－1，單車道通行能力1 600輛·h－1，其他參數(shù)見表2．該公交專用道的使用時段為早07：00～09：00，晚17：00～19：00，于2008年開始規(guī)劃設(shè)計，前期規(guī)劃設(shè)計費用342萬元；2010年進(jìn)行公交專用道改造，歷時3個月完成，建設(shè)實施費用578萬元；年運營管理費約18萬元；壽命期12年，期末殘值80萬元．以2008年為基年，社會折現(xiàn)率8%，該地區(qū)居民人均年可支配收入22 244元，公交車的平均事故損失3 212元，非公交車的平均事故損失2 491元．

表2 路段道路狀況表

該路段共有8個公交車站，公交車?？空緯r間取40s；公交票價采用1元1票制．調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實施公交專用道后13．2%的原采用非公交出行的出行者轉(zhuǎn)移為公交車出行．應(yīng)用前述方法，對該公交專用道全壽命周期成本效益進(jìn)行計算（成本參數(shù)見表3），效益值分別為：出行時間節(jié)約效益B1＝1 132．7萬元，車輛運營成本節(jié)約效益B2＝338．3萬元，安全效益B3＝11．7萬元．

以現(xiàn)值為目標(biāo)函數(shù)，將表3中的參數(shù)分別代入式（16）及（24），得公交專用道全壽命周期成本約647．5萬元，效益約8 529．7萬元．

表3 公交專用道全壽命周期成本 萬元

5 結(jié)束語

本文引入全壽命周期理論，分析了公交專用道全壽命周期成本、效益的構(gòu)成，定量計算了公交專用道全壽命周期的外部成本，采用“有無對比法”對城市道路設(shè)置公交專用道后所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行研究．考慮資金時間價值，分別構(gòu)建出計算公交專用道全壽命周期成本、效益的數(shù)學(xué)模型．最后，利用所建模型對某條公交專用道全壽命周期成本、效益進(jìn)行了計算．為了更加準(zhǔn)確的對公交專用道成本效益進(jìn)行估計，建立運營管理階段出行方式選擇模型時，應(yīng)考慮更多的影響因素，并依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)對參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，將是下一步研究的重點．

［1］白 玉，薛 昆，楊曉光．公交專用車道效益評價方法探討［J］．公路交通科技，2004，21（1）：102－105．

［2］陸 建，王 煒，陳學(xué)武．公交專用車道設(shè)置條件與效益分析［J］．東南大學(xué)學(xué)報，1998，28（3）：103－107．

［3］鐘永艷．公交專用道的交通影響分析［D］．成都：西南交通大學(xué)，2008．

［4］雷蓮桂，向 凱，王力劭，等．不同飽和度下交叉口公交專用進(jìn)口道運行效果研究［J］．交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2011，11（1）：90－96．

［5］陳進(jìn)杰，陳 峰，梁青槐，等．城市軌道交通全壽命周期成本分析［J］．交通運輸工程學(xué)報，2010，10（1）：82－87．

［6］陳進(jìn)杰，王興舉，高桂鳳．城市軌道交通阻斷成本模型［J］．交通運輸工程學(xué)報，2011，11（2）：102－107．

［7］潘美萍．基于LAC的高速公路能耗與碳排放計算方法研究及應(yīng)用［D］．廣州：華南理工大學(xué)，2011．

［8］Document of the World Bank．Project appraisal document on a proposed loan in the amount of US﹩100．0million to the people’s republic of China for the urumqi urban transport improvement project［R］．Report No：20157－CHA，Transport Sector Unit East Asia and Pacific Region：November 27，2000．

［9］馬書紅，孫傳嬌，周 偉，等．基于隨機(jī)效用模型的大城市與衛(wèi)星城市間交通模式配置研究［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2008，32（2）：316－319．

［10］王 煒，過秀成．交通工程學(xué)［M］．南京：東南大學(xué)出版社，2000．