城市最優(yōu)路權(quán)分配方法模型解析

馬小毅，周志華

(廣州市交通規(guī)劃研究院，廣州510030)

0 引言

公交優(yōu)先作為緩解中國大城市交通擁堵問題的理念早在20世紀(jì)90年代就已在業(yè)界得到公認(rèn)，從2005年9月23日正式頒布的《國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)建設(shè)部等部門關(guān)于優(yōu)先發(fā)展城市公共交通意見的通知》(國辦發(fā)［2005］46號)到2012年12月29日正式頒布的《國務(wù)院關(guān)于城市優(yōu)先發(fā)展公共交通的指導(dǎo)意見》(國發(fā)［2012］64號)，公交優(yōu)先從理念到政策到實(shí)施一步步得到了夯實(shí)，公交優(yōu)先在城市、尤其是在大城市中都取得了非常明顯的效果，國內(nèi)北京、上海、廣州三大城市都基本實(shí)現(xiàn)了國發(fā)［2012］64號文件中提出的公共交通占機(jī)動化比例60%的目標(biāo).然而，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)并沒有意味城市交通狀況良好，相反卻面臨越來越嚴(yán)峻的形勢.無論是兩個國務(wù)院的文件，還是各城市綜合交通規(guī)劃文本中，有關(guān)公交優(yōu)先的政策、機(jī)制、措施已非常全面，國內(nèi)各城市在實(shí)施中也都有涉及，但從城市交通的現(xiàn)狀來看效果卻不明顯.理論上，如果各項政策、機(jī)制、措施都能到位，城市應(yīng)該可以擺脫交通擁堵的窠臼.囿于目前城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，一下子達(dá)到理想狀態(tài)不現(xiàn)實(shí)，那么能否把握住諸多公交優(yōu)先措施中的關(guān)鍵點(diǎn)，著重加以實(shí)施，希冀起到事半功倍的作用，在當(dāng)下這個時間節(jié)點(diǎn)上顯得尤為重要.

1 交通擁堵成因解析

自從交通擁堵上升為國內(nèi)大城市的一種“病”后，業(yè)界對交通擁堵特性的研究逐漸深入，形成了全面的認(rèn)識，提出諸多解決的方法，并建議城市政府和社會用從容的心態(tài)去面對［1］.判斷交通擁堵在業(yè)界有很多指標(biāo)，最直觀最廣為各界所接受只有一個，即機(jī)動車高峰運(yùn)行速度.數(shù)據(jù)見表1，歷史悠久的特大中心城市機(jī)動車速普遍在20 km/h左右，這與J.M.湯姆遜［2］在20世紀(jì)80年代提出有關(guān)16 km/h的論點(diǎn)描述基本一致.

表1 2011年部分超千萬人口城市中心區(qū)晚高峰干道機(jī)動車速 km/h

大城市的客運(yùn)交通結(jié)構(gòu)主要由3種交通方式組成，即地鐵、地面公交和小汽車(含出租車).為了緩解交通擁堵，國內(nèi)大城市普遍在高峰時段將貨車限制在中心城區(qū)以外，因此機(jī)動車高峰運(yùn)行速度基本上由3種主要客運(yùn)交通方式互相博弈而形成.其中，地鐵獨(dú)立運(yùn)行，與另外2種交通方式在道路資源上沒有競爭，實(shí)施中民間爭議相對較少，而且見效較快，因此國內(nèi)大城市普遍將建設(shè)地鐵作為緩解交通擁堵的首要抓手，目前國內(nèi)三大城市北京、上海、廣州地鐵運(yùn)營長度已進(jìn)入世界先進(jìn)城市行列［3］，到2020年，國內(nèi)的深圳也很有可能進(jìn)入十強(qiáng)名單.但是由于地鐵造價昂貴，不可能比照道路網(wǎng)絡(luò)一樣覆蓋全城，因此不能單獨(dú)解決交通問題.其運(yùn)營速度雖然能達(dá)到35 km/h，但考慮換乘、等待、起終點(diǎn)與站點(diǎn)距離等因素，與目前城市晚高峰機(jī)動車速基本接近.據(jù)相關(guān)研究，上海采用地鐵方式出行的總平均速度只有其運(yùn)營速度一半(18 km/h)左右.

正如戰(zhàn)爭一樣，無論性質(zhì)多現(xiàn)代，最后都要靠地面部隊解決，交通亦然.地鐵的特性決定了其只能對機(jī)動車速形成一定的影響，機(jī)動車速最終還得由地面上的2種交通方式來決定.一方面，大城市尤其是中心區(qū)的道路資源受土地資源稀缺性的限制，道路供應(yīng)很難有大的提升.另一方面，按照規(guī)劃界的一句俗話:“路寬了，車自然多了”，人們會按照寬路所能容納的最大限度來使用道路.除非對車輛的使用進(jìn)行管理，不然修再多的路也無濟(jì)于事.小汽車自由、私密、舒適、快速、門到門的特點(diǎn)是地面公交無法比擬的，只有科學(xué)管理小汽車的使用，才能從根本上解決城市交通擁堵.目前北京、上海、廣州共同的小汽車管理政策是限制小汽車的擁有和分時使用，但是國家中心城市的定位決定了這個政策不可能如孤島城市(香港、新加坡等)一樣取得明顯而較長期的效果.只有將“人們會按照寬路所能容納的最大限度來使用道路”中的“最大限度”定位在“人”而不是“車”，交通擁堵問題才可能得以徹底解決.根據(jù)“木桶原理”，地面公交的運(yùn)行質(zhì)量直接決定了客運(yùn)系統(tǒng)的整體服務(wù)水平，在市區(qū)道路資源十分有限的情況下，地面公交和小汽車在路權(quán)分配上非此即彼，路權(quán)分配必須秉承“抬一頭，壓一頭”(抬公交，壓小汽車)的原則，越擁擠的道路越應(yīng)考慮設(shè)置公交專用道，廣泛實(shí)施公交路權(quán)優(yōu)先［4］.

2 路權(quán)分配

路權(quán)分配就是道路交通資源的分配，最優(yōu)的路權(quán)分配方案應(yīng)該在城市交通系統(tǒng)所能提供的總?cè)萘康那疤嵯拢ㄟ^逐步調(diào)優(yōu)獲得.交通容量的概念最早由美國交通工程學(xué)者在20世紀(jì)50年代提出，歷經(jīng)幾十年的研究后，國內(nèi)外學(xué)者們對路網(wǎng)容量的概念定義、研究方法都有不同的理解.基于不同的目的，研究重點(diǎn)也不相同.規(guī)劃部門側(cè)重于交通容量下的土地開發(fā)模式研究，交管部門則關(guān)注容量限制下的機(jī)動車規(guī)模和交管辦法的研究.

2.1 容量定義

在既定供需基礎(chǔ)上，確定服務(wù)水平目標(biāo)，通過模型迭代，尋找最優(yōu)路權(quán)分配下單位時間內(nèi)城市交通系統(tǒng)所能服務(wù)的最大出行量.1)既定供需基礎(chǔ):既有道路網(wǎng)絡(luò)、軌道網(wǎng)絡(luò)和出行需求;2)服務(wù)水平目標(biāo):政府及大多數(shù)市民能夠接受的交通服務(wù)水平，對交通容量達(dá)到最大時的狀態(tài)進(jìn)行界定，建立指標(biāo)評價體系.

2.2 評價指標(biāo)

出行質(zhì)量的好壞，不應(yīng)以通行路徑上某幾個節(jié)點(diǎn)的擁堵情況來判斷，而是對出行全過程的總體評價，需要建立共識性的指標(biāo)，融入供需平衡概念，代表整個系統(tǒng)的吸納能力.影響出行質(zhì)量的指標(biāo)主要有2個:出行的可控性(時耗)和旅途的舒適性(車內(nèi)擁擠度).社會車輛主要考慮車速水平，公共交通則還需考慮車廂擁擠度、候車時間等.

2.2.1 時耗

人一天的活動時間可以做如下簡單分配［5］:8 h工作學(xué)習(xí)、8 h睡眠、餐飲和家務(wù)等日?；净顒? h、娛樂休閑2～2.5 h，那么花費(fèi)在交通上的時間大約在1.5～2 h之間，如果超過這個限制，其他生活需求將受到壓制，生活質(zhì)量下降.另外有學(xué)者從交通的角度對居民出行時耗進(jìn)行了研究，時耗與城市規(guī)模相關(guān)，出行時耗占日常時間比例相對穩(wěn)定，一次出行最大時間有容忍上限，其中特大城市約為60 min［6］.

2.2.2 小汽車與公交車時耗比

公交優(yōu)先實(shí)質(zhì)上是在系統(tǒng)最優(yōu)前提下，公共交通通過管理從小汽車那里取得應(yīng)得的道路資源，在一定服務(wù)水平下，二者的時耗比越低，公交發(fā)展水平越高.國內(nèi)學(xué)者對此有過專門研究，得出公交與平均出行時耗比1.15～1.56倍［6-7］.

2.2.3 車廂擁擠度

與小汽車相比，公共交通要具備一定的競爭力，應(yīng)適當(dāng)提高現(xiàn)有擁擠度的標(biāo)準(zhǔn)，建議結(jié)合城市實(shí)際情況自行確定，在容量測算時，該指標(biāo)作為初始值輸入，用擁擠分配模型對溢出客流進(jìn)行二次加載.

2.3 運(yùn)算方法

容量涵蓋了交通供需關(guān)系，用來運(yùn)算的模型不能僅局限于設(shè)施物理容量，應(yīng)考慮供應(yīng)與需求的匹配關(guān)系和系統(tǒng)服務(wù)水平的認(rèn)定.可考慮在傳統(tǒng)的綜合交通模型［8］基礎(chǔ)上搭建，讓交通容量的研究從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域.總體技術(shù)流程如圖1.先設(shè)定初始公交運(yùn)力和路網(wǎng)(路權(quán))方案，再逐步調(diào)整交通需求、路權(quán)分配等，其中由于對路權(quán)的分配涉及到實(shí)際可行性的判斷，需要人工加以檢驗(yàn)后再納入循環(huán)迭代.總體上有2個判斷過程:①檢驗(yàn)平均時耗.不達(dá)標(biāo)時對可變地區(qū)開發(fā)規(guī)模進(jìn)行調(diào)整(人口、就業(yè))，重新納入循環(huán)迭代;②檢驗(yàn)地面公交與小汽車時耗比.不達(dá)標(biāo)時調(diào)整公交路權(quán)和運(yùn)力，納入循環(huán)測試.通過上述過程的不斷調(diào)整優(yōu)化，最終獲得在指定服務(wù)水平下的矩陣總量、方式結(jié)構(gòu)、路權(quán)分配方案和用于啟動相關(guān)措施的車速閾值，這是整個容量測算的核心內(nèi)容，用于指導(dǎo)各項交通改善方案.

3 案例:廣州

3.1 現(xiàn)狀運(yùn)行特征

主城區(qū)(環(huán)城高速公路以內(nèi)，222 km2)內(nèi)總出行124萬人次/h，在路權(quán)分配上，小客、出租和大客用88%的道路資源解決了57%的地面出行，公交則用12%的道路資源解決了43%的地面出行，對應(yīng)的道路車速為23 km/h，平均單程時耗52 min.按照1 h的平均單程時耗控制，系統(tǒng)仍有8%的提升空間，最大可容納 135 萬人次/h［9］.

3.2 2020年“基本情形”

至2020年，主城區(qū)道路里程達(dá)到1 677 km，總資源6 804車道km，雖然公交專用道(新型有軌電車+快速公交BRT+公交專用道)規(guī)模增加31%，達(dá)到313 km，但同時小客車保有量也將達(dá)到330萬輛［10］，若不加大道路資源向公交傾斜的力度，城市交通將陷入低水平的平衡.據(jù)測算，地面公交與小汽車的地面資源分擔(dān)比將達(dá)到17∶83，干道車速僅為17.6 km/h.作為國家中心城市，未來道路車速不應(yīng)比現(xiàn)狀23 km/h的水平還低，且從城市空間拓展的角度看，如果時間消耗不變，那么出行距離一旦增加，車速水平應(yīng)該更高才有可能維持相應(yīng)的服務(wù)水平.因此，為滿足城市的發(fā)展需求，必須對道路資源進(jìn)行重新分配，提高整體服務(wù)水平.

3.3 改善方案

劃定公交專用道不應(yīng)只考慮客流，應(yīng)從解決交通擁堵的終極目標(biāo)出發(fā).首先劃定個體交通走廊和公共交通走廊，區(qū)分快慢;再檢查交通擁擠區(qū)段，按路段專用道、路口專用道的先后次序，重新劃定公交專用道，逐步加大路權(quán)傾斜.本方案共在主城區(qū)內(nèi)提出專用道444 km，其中路內(nèi)119 km，路側(cè)326 km.

公交運(yùn)營的效果必須通過對實(shí)際運(yùn)作狀況進(jìn)行跟蹤完善才能保證，目前廣州已擁有道路交通實(shí)時檢測系統(tǒng)，具備對交通運(yùn)作狀況進(jìn)行全方位監(jiān)控和反應(yīng)的能力.具體調(diào)整辦法為:當(dāng)高峰時期某條公交的車速在1周內(nèi)連續(xù)低于17 km/h，說明該線路沿途受到了嚴(yán)重干擾(小汽車干擾、信號干擾、上下車延誤等)，可以從2個方面加以優(yōu)化:①檢查沿線經(jīng)由路段的專用道設(shè)置情況;②檢查運(yùn)力配置和實(shí)際車廂擁擠情況.此處，公交車速指個體自身的全程車速(不考慮候車和步行時間，路徑長與車上時間比)，是與平均出行時耗對應(yīng)的車速概念，跟公交車運(yùn)營車速、點(diǎn)速度不同，但實(shí)際很難監(jiān)測.可采取折衷的辦法，采用公交客流矩陣對運(yùn)營車速進(jìn)行加權(quán)平均:

圖1 交通系統(tǒng)容量分析流程

其中:Trip為公交客流站間矩陣，通過羊城通數(shù)據(jù)獲得;Cost為運(yùn)營線路的站間時間消耗矩陣;Distance為站間距離矩陣.

3.4 模型運(yùn)作

3.4.1 關(guān)鍵指標(biāo)

見表2。

3.4.2 運(yùn)作結(jié)果

通過模型運(yùn)作，地面公交與社會車輛的合理路權(quán)分配應(yīng)該由現(xiàn)狀的12∶88增加到25∶75，公交車速將由現(xiàn)狀15 km/h升至17 km/h，此時廣州主城區(qū)干道平均車速將維持在23～25 km/h水平，主城區(qū)交通運(yùn)作將處于一個較為理想的狀態(tài).

4 結(jié)束語

大城市中心區(qū)發(fā)展到現(xiàn)在，通過基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來擴(kuò)充容量已相當(dāng)困難，而通過交通管理的杠桿來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)是切實(shí)可行的路徑.隨著民生觀念的深入，交通管理應(yīng)更多地引導(dǎo)，而不是限制，才能更好地體現(xiàn)政府執(zhí)政水平和技巧.保證地面公交的路權(quán)，踐行了公交優(yōu)先的理念，實(shí)施既不復(fù)雜又相對經(jīng)濟(jì)，更占領(lǐng)了道德的制高點(diǎn)，保證其具備較強(qiáng)的可行性.理論研究證明:只要輔之于相應(yīng)的監(jiān)控處罰措施，實(shí)施效果相當(dāng)可觀.有理由相信:地面公交路權(quán)的優(yōu)先是現(xiàn)時大城市交通問題的解決之道.

表2 模型運(yùn)作所需的相關(guān)指標(biāo)數(shù)值

［1］黃偉.直面城市交通擁堵［J］.城市交通，2011(1):1-2.

［2］J.M.湯姆遜.城市布局與交通規(guī)劃［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1982.

［3］馬小毅.后亞運(yùn)時期的廣州市軌道交通規(guī)劃［J］.都市快軌交通，2012(1):26-29.

［4］賀崇明.新時期廣州城市交通改善策略綱領(lǐng)芻議［J］.城市觀察，2010(8):70-77.

［5］吳良鏞.人居環(huán)境科學(xué)導(dǎo)論［R］.中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［6］陸建，王煒.城市居民出行時耗特征分析研究［J］.公路交通科技，2004(10):102-104.

［7］吳子嘯，宋維嘉，池利兵，等.出行時耗的規(guī)律及啟示［J］.城市交通，2007(1):20-23.

［8］金安，陳先龍，周志華，等.2011年廣州交通模型修正與校核報告［R］.廣州:廣州市交通規(guī)劃研究所，2012.

［9］馬小毅，金安，周志華.廣州市主城區(qū)交通系統(tǒng)容量分析［R］.廣州:廣州市交通規(guī)劃研究所，2012.

［10］賀崇明，馬小毅，王波，等.廣州市綜合交通規(guī)劃［R］.廣州:廣州市交通規(guī)劃研究所，2011.