基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的城市低碳交通情景模擬研究
——以烏魯木齊為例

鐘 蓮，李 莉，宋 陽 （新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

ZHONG Lian,LI Li,SONG Yang (Mechanics Transportation College,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

低碳交通是在滿足不斷增長的交通需求的基礎(chǔ)上降低交通工具碳排放量，減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)交通與人類低能耗、低排放、低污染的可持續(xù)發(fā)展交通模式[1]。城市低碳交通發(fā)展取決于城市公共交通建設(shè)力度以及城市交通政策與交通管理是否合理有效[2]。

烏魯木齊是新疆的首府，是新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶途經(jīng)的重要城市與中國向西開放的重要門戶。烏魯木齊城市交通出行方式包括步行、公交出行、出租車出行與私家車出行，其中公交有普通公交與快速公交兩種。截止2012年，烏魯木齊城市公交運(yùn)營車輛為3 914輛，出租車汽車為10 046輛，而烏魯木齊私家車以每年10萬輛的增長速度于2014年7月到達(dá)70萬輛。

1 數(shù)據(jù)來源

在問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)一步整理、分析、計(jì)算得出車輛出行信息與居民出行信息，其中包括各類車輛平均出行距離、百公里油耗、日均出行次數(shù)、日均載客量、空駛率等。經(jīng)濟(jì)、人口數(shù)據(jù)主要來源于《烏魯木齊市統(tǒng)計(jì)年鑒——2013》，燃料相關(guān)信息來自于《IPCC—各種燃料CO2排放系數(shù)》。

2 城市公路交通碳排放模型的建立

本文采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模軟件Vensim PL建立動(dòng)態(tài)模型，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，用圖形化的箭頭連接各變量建立系統(tǒng)流程圖，并將各變量、參數(shù)的關(guān)系用適當(dāng)?shù)姆匠虒懭肽Ｐ瓦M(jìn)行計(jì)算、模擬[3]。

在假定城市公路滿足城市交通發(fā)展的前提下，保持現(xiàn)有城市發(fā)展基數(shù)不變，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)烏魯木齊2020年城市公路交通碳排放趨勢進(jìn)行預(yù)測。該預(yù)測值在此稱為“原情景”預(yù)測值，并將作為判斷情景模擬方案是否低碳的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

基于烏魯木齊城市公路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上建立交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖如圖1所示，并得出系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中烏魯木齊城市公路碳排放數(shù)據(jù)如表1所示。本文將人口、公交客運(yùn)量與公交分擔(dān)率等指標(biāo)的模型輸出值與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，三者誤差均控制在10%以內(nèi)[4]，由此表明，模型模擬精度良好，可進(jìn)一步進(jìn)行情景預(yù)測。

圖1 交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖

表1 模型碳排放狀況

3 情景模擬

在結(jié)合烏魯木齊實(shí)際的基礎(chǔ)上改變城市公路交通模型相關(guān)參數(shù)重新進(jìn)行預(yù)測，目的在于判斷參數(shù)變化是否低碳效應(yīng)。

情景1 私家車出行次數(shù)

私家車出行次數(shù)管理可以通過調(diào)整小汽車燃油價(jià)格、停車管理、征收擁堵費(fèi)用等措施達(dá)到降低私家車出行次數(shù)的目的。在此將私家車日均出行次數(shù)由1.8次改為1.3次。

情景2 私家車出行距離

通過完善停車管理系統(tǒng)，城區(qū)周邊設(shè)立大型停車場，提倡城區(qū)公交出行，城區(qū)內(nèi)增加停車收費(fèi)等方式以縮短私家車出行距離。模型中將私家車平均出行距離由7公里縮至5公里。

情景3 私家車保有量

通過提高小汽車購置稅，限制小汽車登記牌照等方式降低私家車增長速度。本文擬將私家車的增長速度下降40%。

情景4 公交優(yōu)先

增加公交車數(shù)量、減少公交發(fā)車間隔，提升公交客運(yùn)能力；淘汰老舊車型，提高居民出行舒適度；合理調(diào)整公交路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高公交覆蓋率與可達(dá)性；嚴(yán)格管理交通信號(hào)系統(tǒng)，減少公交停車次數(shù)；增加公交快速通道，提高公交運(yùn)營速度[8]。模擬過程中將公交車保有量年增長速度提高3輛，公交日出行次數(shù)增加1次，公交平均載客量增加2人。

情景5 慢行交通

設(shè)置慢行交通專用車道，解決短距離出行問題，在一定程度緩解公交擁擠，提高公交出行吸引力。慢行車道的設(shè)置會(huì)占用一定比例的城市道路，為私家車出行帶來不便，模型中將私家車出行次數(shù)降至1.5次。

情景6 技術(shù)減排技術(shù)減排的方式包括提高燃油利用率、汽車尾氣控制與再處理、開發(fā)利用新能源等。模型中假定私家車燃料均為較為清潔的天然氣。

情景7

綜合情景1、2、3，降低私家車使用頻率以達(dá)到低碳減排的目的。

情景8

綜合情景4、5，完善城市公共交通、慢行交通建設(shè)以提高低碳出行客運(yùn)能力。

情景9

綜合情景4、5、6，在健全城市公共交通體系的同時(shí)，利用低碳技術(shù)降低私家車污染物排放。

情景10

綜合情景1～6，大力發(fā)展減排技術(shù)，積極建立健全城市公交體系，嚴(yán)格控制私家車發(fā)展與出行。

各類情景在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中的預(yù)測結(jié)果如圖2與表2所示。

圖2 烏魯木齊城市交通碳排放情景模擬趨勢圖

圖2 顯示，預(yù)測曲線1與4較為接近，均為碳排放較低水平，兩者分別對(duì)應(yīng)情景10與情景7。預(yù)測模型中碳排放量高的曲線為7與0，曲線7對(duì)應(yīng)情景4，曲線0代表按原有發(fā)展趨勢所對(duì)應(yīng)的預(yù)測值。曲線7略高于曲線0的原因在于情景4在沒有限制城市車輛發(fā)展的前提下加大了公交車投放力度。

表2顯示，除情景4之外，其余模擬情景城市交通碳排放均低于按原有發(fā)展趨勢的預(yù)測值，低于原情景預(yù)測值的模擬情景均符合低碳需求。從交通結(jié)構(gòu)來看，私家車是城市交通碳排放的主要貢獻(xiàn)者，即使為私家車出行設(shè)置苛刻條件，其交通碳排放比例仍高于60%。情景7與情景10對(duì)私家車進(jìn)行了綜合管理，兩者交通碳排放量均低于原情景預(yù)測值的50%。

在諸多低碳模擬情景中，情景7、10、3、2、1的低碳效果更為顯著，他們的共同特征是不同程度地控制了私家車碳排放，情景10與情景7控制力作用最強(qiáng)。相比之下，情景10更滿足城市健康發(fā)展要求，在控制私家車發(fā)展的同時(shí)提高公交客運(yùn)能力以彌補(bǔ)出行需求。

4 結(jié)論

通過系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)烏魯木齊城市交通碳排放各類情景模擬得知，伴隨居民生活水平的提高，私家車是城市交通污染的罪魁禍?zhǔn)?，是低碳減排措施的聚焦點(diǎn)。除低碳技術(shù)之外，可通過如下措施控制私家車碳排放：調(diào)控汽車燃油價(jià)格增加私家車出行成本；規(guī)范停車管理，城區(qū)入口處規(guī)劃大規(guī)模停車設(shè)施，城區(qū)內(nèi)設(shè)置停車限制以減少市區(qū)小汽車數(shù)量；提高私家車購置稅、限制私家車牌照登記以控制私家車增長速度；提高公交覆蓋率、增加公交出行舒適度，發(fā)展慢行交通，一定程度減少私家車出行次數(shù)。

表2 2020年烏魯木齊城市交通碳排放情景模擬數(shù)據(jù)表

[1] 北京市交通委員會(huì)，北京交通發(fā)展研究中心.北京交通發(fā)展綱要（2004～2020）[Z].2004.

[2] 周干峙.應(yīng)該重視城市綜合交通規(guī)劃[J].城市規(guī)劃，1993(3):5-6.

[3] 李亞璐.城市低碳發(fā)展過程的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析[D].天津：天津大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2012.

[4] 劉爽.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的大城市交通結(jié)構(gòu)演變機(jī)理及實(shí)證研究[D].北京：北京交通大學(xué)（博士學(xué)位論文），2009.