用運(yùn)籌學(xué)解決北京的交通擁堵問題

文/宋泓均

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用運(yùn)籌學(xué)解決北京的交通擁堵問題

文/宋泓均

城市就像一臺超級大型機(jī)器，超大城市交通擁堵會使這臺機(jī)器癱瘓。北京的交通問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到我們的正常生活。解決這個問題迫在眉睫。本人通過對瑞士、德國、日本的九個城市進(jìn)行實地考察，依靠對運(yùn)籌學(xué)理論的理解，根據(jù)北京的實際情況，做出了一個基本不增加投入，在原有基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上稍加改動，就可以解決北京擁堵難題的方案。

運(yùn)籌學(xué)文獻(xiàn)綜述

1909—1920年，丹麥數(shù)學(xué)家、電氣工程師愛爾朗（A.K.Erlang）用概率論方法研究電話通話問題，從而開創(chuàng)了這門應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科，并為這門學(xué)科建立許多基本原則。他在熱力學(xué)統(tǒng)計平衡理論的啟發(fā)下，成功地建立了電話統(tǒng)計平衡模型，并由此得到一組遞推狀態(tài)方程，從而導(dǎo)出著名的埃爾朗電話損失率公式。日常生活中存在大量有形和無形的排隊或擁擠現(xiàn)象，如汽車擁堵問題。20世紀(jì)50年代初，堪道爾（D.G.Kendall）對排隊論作了系統(tǒng)的研究，他用嵌入馬爾柯夫（A.A.Markov）鏈方法研究排隊論，使排隊論得到了進(jìn)一步的發(fā)展。是他首先（1951年）用3個字母組成的符號A/B/C表示排隊系統(tǒng)。其中A表示車輛到達(dá)時間分布，B表示道路服務(wù)時間的分布，C表示城市道路中的服務(wù)能力的個數(shù)（極限）。

研究交通過程中有限資源，如道路承載、車輛數(shù)量、時間、信息等的計劃、組織、分配、協(xié)調(diào)和控制，以期達(dá)到最佳效率和效益，而城市道路管理所呈現(xiàn)的復(fù)雜性也不是簡單算術(shù)能解決的，以計算機(jī)為手段的運(yùn)籌學(xué)理論是未來支撐城市交通管理的有效工具。

運(yùn)籌學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域已滲透到服務(wù)、搜索、人口、對抗、控制、時間管理、資源分配、定位、設(shè)計、可靠性等各個方面。它作為一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，在城市交通運(yùn)輸管理中有著廣泛的應(yīng)用。

運(yùn)籌學(xué)的具體內(nèi)容有：規(guī)劃論（包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃）、流程圖論、決策論、對策論、排隊論理論等。

（1）數(shù)學(xué)規(guī)劃論

數(shù)學(xué)規(guī)劃論主要包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃。研究內(nèi)容與生產(chǎn)活動中有限資源的分配有關(guān)，在組織生產(chǎn)的經(jīng)營管理活動中，具有極為重要的地位和作用。它們解決的問題有一個共同特點，即在給定的條件下，按照某一衡量指標(biāo)來尋找最優(yōu)方案，求解約束條件下目標(biāo)函數(shù)的極值（極大值或極小值）問題。線性規(guī)劃可解決物資調(diào)運(yùn)、配送和人員分派等問題；整數(shù)規(guī)劃可以求解完成工作所需的人數(shù)、最優(yōu)路徑等問題。一般可以歸納為在滿足既定的要求下，按某一衡量指標(biāo)來尋求最優(yōu)方案的問題。如果目標(biāo)函數(shù)和約束條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式都是線型的，則稱為“線型規(guī)劃”；否則稱為“非線型規(guī)劃”。如果所考慮的規(guī)劃問題可按時間劃為幾個階段求解，則稱“動態(tài)規(guī)劃”。

（2）流程圖（網(wǎng)絡(luò)）論

流程圖和地圖論廣泛應(yīng)用于解決工程系統(tǒng)和管理問題，將復(fù)雜的問題用流程圖與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行描述簡化后再求解。流程圖與網(wǎng)絡(luò)理論有很強(qiáng)的構(gòu)模能力，描述問題直觀，模型易于計算實現(xiàn)，很方便地將一些復(fù)雜的問題分解或轉(zhuǎn)化為可能求解的子問題。

（3）博弈論、決策論

博弈論也是對策論，對策即是在競爭環(huán)境中做出的決策，決策論即研究具體方法的問題，對策論可歸屬為決策論范疇。城市交通流程中的決策就是在占有充分資料的基礎(chǔ)上運(yùn)用數(shù)學(xué)方法研究有利害沖突的雙方在競爭性的活動中是否存在自己制勝矛盾的最優(yōu)策略，以及如何找出這些策略的問題解法。

（4）排隊論

或稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論， 是通過對服務(wù)對象到來及服務(wù)時間的統(tǒng)計研究，得出這些數(shù)量指標(biāo)（等待時間、排隊長度、忙期長短等）的統(tǒng)計規(guī)律，然后根據(jù)這些規(guī)律來改進(jìn)服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或重新組織被服務(wù)對象，使得服務(wù)系統(tǒng)既能滿足服務(wù)對象的需要，又能使機(jī)構(gòu)的費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)或某些指標(biāo)最優(yōu)，它是數(shù)學(xué)運(yùn)籌學(xué)的分支學(xué)科。

30多年來，城市大發(fā)展后，我們遇到的問題越來越多。以北京市為例：

1、城市工業(yè)轉(zhuǎn)型、遷移成本高、難度大；產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型慢；

2、人口過度密集、資源已經(jīng)支撐不了人口生活；

3、交通擁擠、經(jīng)常出現(xiàn)交通癱瘓；

4、汽車常年被限號出行、群眾意見大；

5、霧霾越來越嚴(yán)重。

這些問題使超大城市這臺機(jī)器經(jīng)常癱瘓。已經(jīng)嚴(yán)重影響到我們的正常生活。解決這個問題迫在眉睫。根據(jù)北京的實際情況，基本不增加投入，在原有基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上僅投入部分人力就可以讓超大城市大幅度解決交通擁堵問題，并通過解決交通擁堵問題實現(xiàn)GDP增長。

解決城市擁堵的設(shè)計方案

（1）互聯(lián)網(wǎng)時代要有互聯(lián)網(wǎng)思維。對全市工作時段進(jìn)行錯峰分布式設(shè)計。在各個不同的工作區(qū)域、政府、企事業(yè)單位、商業(yè)、服務(wù)業(yè)可以按照需求分為以下時段上班，或?qū)嵭袕椥怨ぷ髦疲ㄔO(shè)計依據(jù)為24小時）；

例如：A時：8：00-17:00；B時9：00-17:00；C時：10：00-18:00；D時：11：00-20:00；E時：20：00-次日4：00；F時4：00-12:00；G時12：00-20:00；H時8：00-16:00；I時：16：00-24:00；J時：0：00-8：00；也可以做微調(diào)，前后加減半小時。這樣可以利用錯峰工作減少交通出行，降低現(xiàn)在的交通高峰。類比電網(wǎng)的峰谷電價調(diào)整城市交通壓力和乘用車流量。

（2）建設(shè)按國際時差工作的商業(yè)地產(chǎn)小區(qū)。互聯(lián)網(wǎng)時代的互聯(lián)網(wǎng)適配模式就是沒有時差概念。引入國際分工和互聯(lián)網(wǎng)思維工作方式，對口按照服務(wù)國的時差調(diào)整工作時間。從而形成南、北美洲工作區(qū)，歐、非洲工作區(qū)、亞、澳、太洲工作區(qū)；

（3）全市公共交通24小時通車。城市公共交通需要統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一核算。實現(xiàn)地鐵、城鐵、公共汽車24小時通車。全市平均只需增加司乘人員幾千人就可以執(zhí)行到位。結(jié)果是將目前的經(jīng)濟(jì)格局全局搞活。

地鐵23點后至06點每小時一個方向保持4趟；

沿地鐵主要車站的公共汽車每小時保持2趟；

區(qū)、縣到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的公共汽車保持40分鐘一趟；

鄉(xiāng)級鎮(zhèn)到大村、小鎮(zhèn)的汽車保持1小時1趟；

我們利用公共交通網(wǎng)的不停頓運(yùn)行，使很多原來睡覺的人們都動了起來?？梢栽黾印⒃鲩L廣大群眾活動空間和活動時間，提高了生產(chǎn)和消費(fèi)人群基數(shù)，一定會促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。瑞士、德國已有實證結(jié)果。

（4）車站地區(qū)的生活服務(wù)設(shè)施配套要先行先試。

全天候式的消費(fèi)服務(wù)體現(xiàn)在生活服務(wù)設(shè)施配套和全天服務(wù)；車站即服務(wù)中心，所有地鐵和汽車站都會有咖啡館和餐廳；政府要求它們24小時必須營業(yè)，保證未來新顧客群體的心理服務(wù)安全需求。要求車站附近的ATM機(jī)漢語和英語都能用；地鐵售票機(jī)可以選擇漢語和英語，收紙幣或硬幣；售票機(jī)售月票、周票、三天票、兩天票、一天票；也可以售一天的旅游地鐵、汽車、城鐵通票。

（5）城鄉(xiāng)交通全程治安管理。夜晚乘警上車執(zhí)勤；大站有武裝警察配合警犬執(zhí)勤；全程高清攝像機(jī)監(jiān)控。汽車站附近有紅外攝像監(jiān)控系統(tǒng)配合事后調(diào)查。保安公司配合兼顧本職工作。

（6）道路交通的嗓子眼兒疏通。例如：疏通G6到二環(huán)的接口；西直門西向南的通道；復(fù)興門西向北的轉(zhuǎn)向通道；標(biāo)準(zhǔn)化右轉(zhuǎn)標(biāo)識；京津二高速5環(huán)進(jìn)京通線；三環(huán)到機(jī)場方向四元橋右轉(zhuǎn)到四環(huán)等等；

使用全線24小時通車的以上辦法會使私家車出行大大減少，讓一般平民的生活空間大大提升，工作機(jī)會得到增加。

（7）對城市乘用汽車交通管制與管理。

1、對北京的主要干（2環(huán)、3環(huán)、4環(huán)、5環(huán)線和東、西、南、北主要干線）道路實行時段管理和車牌尾號限行；三、四級道路和輔道不限行；輔路上安排應(yīng)付事故的清障車、救護(hù)車、消防車、事故處理車；

2、控制北京中軸線（按微積分的概念北京四環(huán)是中軸線）的車輛流量。用每個人的汽車牌照尾號實行自組織控制的排隊系統(tǒng)，達(dá)到自組織管理與社會交通管理的自然結(jié)合。以北京四環(huán)為中軸線（全長44.6公里），一般上下班在四環(huán)上最多走22.3公里下路。以每小時40公里的行車速度均算，61.8%的車程為平均值為13.8公里，即最多用時平均18分鐘就會下路。因此設(shè)計車輛在主路的行駛時間僅為15或18分鐘。我們預(yù)留30分鐘足夠。對超時段的行車，按時段禁行政策由電子警察拍照、罰款。

A 6：30-7：00，車牌尾號1、2、3、4上路30分鐘；

B 7：00-7：30，5、6、7車牌尾號上路；

C 7:30-8：00，8、9、0車牌尾號上路；

A 8：00-8：30尾號1、2、3、4車牌尾號上路；

B 8:30-9:00，5、6、7車牌尾號上路；

C 9；00-9：30，8、9、0車牌尾號上路。

9:30以后后全線放行；下午從5:00開始，8:00結(jié)束，道理同上；用此辦法可以將原來預(yù)案每天的單雙號限制車輛減少的50%，降低到66%左右。因此，不必限號、限行。

為保證《綱要》確立的各項原則和制度得到切實貫徹實施，早日實現(xiàn)建設(shè)法治政府的目標(biāo)，《綱要》指出依法行政的六個基本要求：合法行政、合理行政、程序正當(dāng)、高效便民、誠實守信、權(quán)責(zé)統(tǒng)一。同時著重部署了相應(yīng)的具體任務(wù)。國務(wù)院辦公廳隨即發(fā)布《關(guān)于貫徹落實全面推進(jìn)依法行政實施綱要的實施意見》（國辦發(fā)〔2004〕24號），明確了各項工作任務(wù)、工作重點，并對各部門各單位重點工作任務(wù)作出具體分工。

3、遇有急事上路，每次高峰罰100元，不扣分；有錢可以任性；

4、一級、二級道路由交警管理；三級、四級道路由轄區(qū)派出所管理；協(xié)警負(fù)責(zé)管控輔路亂停車制造擁堵問題；警隊主要任務(wù)是疏導(dǎo)交通干線出口。

5、早、晚高峰要求警隊領(lǐng)導(dǎo)兩到位、四不走。即：早、晚高峰期兩次到位；1車輛擁堵時不能走；2有車輛事故時不能走；3有警衛(wèi)任務(wù)時不能走；4值班民警不到崗不能走。

6、對北京城區(qū)五環(huán)內(nèi)車輛實行ETC卡管理（法國巴黎的車輛管理有范例）。北京五環(huán)內(nèi)的車輛全部安裝ETC卡，除五環(huán)內(nèi)車輛，其他地區(qū)車輛進(jìn)入五環(huán)在控制時段內(nèi)要交費(fèi)。高峰期間，郊、縣車輛原則不允許進(jìn)入5環(huán)內(nèi)。（也可以根據(jù)實際情況適當(dāng)擴(kuò)大范圍）。

7、將2環(huán)、3環(huán)、4環(huán)增加兩層高架橋。路減緩交通壓力。五環(huán)加一層橋路，白天主要通行小客車。（學(xué)習(xí)日本東京經(jīng)驗）

8、改造車庫。強(qiáng)行改造城區(qū)車庫。要實行立體多層車庫，（日本東京的技術(shù)與制造設(shè)備已經(jīng)多年，可以學(xué)習(xí)，全面接受）

9、輔助政策措施：

A、持北京市戶口的居民每人最多只能擁有3輛車，多者不予年檢；多余車輛北京市公安局負(fù)責(zé)幫助外遷；

B、持外地戶口居住人員，在北京沒有房產(chǎn)證、交稅證明的，車輛不予年檢；擁有車輛由北京市公安局負(fù)責(zé)幫助外遷；

C、持外地戶口居住人員在北京有房產(chǎn)證或5年繳稅證明的，但其擁有車輛超過兩輛的；第三輛以上車輛不予年檢；多余車輛北京市公安局負(fù)責(zé)幫助外遷；

D、持外地或本地戶口人員擁有5個以上車庫的，要勸其出讓，過期將課重稅；

10、停車管理。

A、學(xué)習(xí)日本東京的經(jīng)驗，倒車入庫就會鎖車。取車投幣或刷卡才放行，避免管理人員貪污。

B、拆除路障。停車場廢除專用車位。

C沒有泊車位置不能購車。

D、取消不合理的停車場。

結(jié)語

通過分配城市交通密度和24小時全天候公共交通服務(wù)，會立即加快我們的大城市國際化水平；延長工作的彈性空間；不間斷的公共交通流動會使人們改變現(xiàn)有的生活節(jié)奏，會提高各個產(chǎn)業(yè)的效率，拉動消費(fèi)，每年能提高CPI和GDP若干百分點，而且不需增加任何投入。

（作者系中國人民銀行研究員、博士）