寧波市公共交通現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)

楊金龍

（大連市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116021）

0 引 言

居民出行需求的增長及小汽車保有量的急劇上升，導(dǎo)致城市公交分擔(dān)率相對(duì)下滑。鑒于此，政府出臺(tái)公交優(yōu)先政策，大力扶持公共交通行業(yè)的發(fā)展。因此，有必要建立數(shù)學(xué)模型，評(píng)價(jià)公交優(yōu)先發(fā)展政策實(shí)施多年后的城市交通現(xiàn)狀及該政策的實(shí)施效果。

公交優(yōu)先政策是指針對(duì)由小汽車發(fā)展而導(dǎo)致的城市交通阻塞，按照公眾利益優(yōu)先和效率最優(yōu)原則制定的城市交通政策。其內(nèi)容包括用地優(yōu)先、資金優(yōu)先、運(yùn)營優(yōu)先、換乘優(yōu)先等，形成以公交為主、個(gè)體交通為輔的城市交通格局。世界各國普遍倡導(dǎo)在大城市中實(shí)行公交優(yōu)先政策。

在國外針對(duì)城市交通系統(tǒng)的研究中，Kim Youngseo等[1]研究了移動(dòng)即服務(wù)下私家車和公共交通使用者的比較分析，對(duì)如何增加公共交通出行者提出了建議。Dawda Nandan H.等[2]從個(gè)體和系統(tǒng)兩個(gè)層面研究了基于效率的公共交通系統(tǒng)和副公交系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)方法。Ahmed Farhana等[3]從擴(kuò)展的計(jì)劃行為理論理解年輕通勤者采用私家車或公共交通的方式選擇決策。國內(nèi)的研究發(fā)展起步較國外稍晚。溫旭麗等[4]用公交分擔(dān)率來研究交通需求對(duì)政策的敏感性，分析得出政策對(duì)于交通需求的影響。吳翱翔等[5]歸納總結(jié)了國內(nèi)一些大城市公交分擔(dān)率的變化、比較及經(jīng)驗(yàn)借鑒。姜毅等[6]研究了公共交通優(yōu)先發(fā)展的策略在一些中等城市（以泰州市為例）中的實(shí)施效果。

1 寧波市公共交通基礎(chǔ)概況

本文以寧波市北侖區(qū)、鎮(zhèn)海區(qū)、鄞州區(qū)、海曙區(qū)、江北區(qū)5個(gè)區(qū)為調(diào)查對(duì)象，其中海曙區(qū)與江北區(qū)已經(jīng)形成緊密的聯(lián)系，故將其共稱為老二區(qū)。

本次調(diào)查在查閱《寧波市城市綜合交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查》[7]和滾動(dòng)調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提取與公交分擔(dān)率相關(guān)的數(shù)據(jù)。2017年3月15日當(dāng)日出行約12 052 000人次，以小時(shí)為單位統(tǒng)計(jì)24 h內(nèi)4種出行方式的出行量（萬人次），如圖1所示。

圖1 2017年3月15日24小時(shí)內(nèi)各交通方式出行量

分擔(dān)率α指的是市民在出行方式選擇中選擇某種出行方式的出行量占市民總出行量的比率，可由式（1）計(jì)算得到。分擔(dān)率α是一種宏觀概念，可用于衡量城市交通結(jié)構(gòu)合理性及城市公共交通發(fā)展?fàn)顩r。將寧波市民的出行方式概括為4種，即i=1時(shí)為公交車出行，i=2時(shí)為軌道交通出行，i=3時(shí)為小汽車出行，i=4時(shí)為非機(jī)動(dòng)出行，其中公交車和軌道交通均為公共交通出行方式。

式中：α為分擔(dān)率；Ni為選擇某種方式出行的市民出行量；Nt為市民出行總量。

由計(jì)算可得，寧波市2017年3月15日公交分擔(dān)率α為31.15%，4種交通方式各自分擔(dān)率如圖2所示。

圖2 24小時(shí)內(nèi)各出行方式分擔(dān)率

寧波市市民選擇4種出行方式的日均出行距離及速度見表1。

表1 4種交通方式日均出行距離及平均速度表

2 博弈模型的建立

2.1 S tackelberg博弈模型的概念

博弈論（對(duì)策論），即采用數(shù)學(xué)理論和方法用于計(jì)算分析理性決策者們之間存在的沖突競爭與合作共贏現(xiàn)象的一門科學(xué)。博弈論有三大要素：局中人I、策略集S和贏得函數(shù)。

Stackelberg博弈是一種用來描述領(lǐng)導(dǎo)者與被領(lǐng)導(dǎo)者相互之間的競爭關(guān)系的雙層規(guī)劃模型。領(lǐng)導(dǎo)者需要接收被領(lǐng)導(dǎo)者以領(lǐng)導(dǎo)者命令為基礎(chǔ)發(fā)出的信息，并修改決策進(jìn)行反饋，直到通過若干次競爭二者效益均獲得最優(yōu)的狀態(tài)。Stackelberg博弈是一種雙目標(biāo)最優(yōu)化問題，可以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表述。

2.2 博弈模型的建立

選取4種出行方式來構(gòu)建雙層規(guī)劃模型，可得城市各出行方式分擔(dān)率即為旅客交通方式選擇的宏觀概率。出行者和管理者對(duì)交通方式的選擇的概率與各個(gè)交通方式的出行成本息息相關(guān)。

將雙層博弈模型主體和參與者設(shè)定為管理者和出行者。以公交運(yùn)營商和政府為管理者，排除基礎(chǔ)建設(shè)投入，評(píng)價(jià)4種出行方式資源配置時(shí)在交通經(jīng)濟(jì)等方面管理者的效益成本，利用國民經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算方法，將指標(biāo)轉(zhuǎn)化為具體的貨幣指標(biāo)，包括客流票價(jià)收益、能源消耗成本等方面。居民進(jìn)行選擇決策時(shí)，總是傾向于對(duì)自己最有益的方式，影響出行效用的因素很廣泛，調(diào)查要考慮從經(jīng)濟(jì)性、效率兩個(gè)角度考量。雙層博弈模型[8]如式（2）：

式中：RB為城市中交通管理者的社會(huì)成本，元/d；ENi為城市中第i種交通方式的能源成本，元/次；WRi為城市中第i種交通方式污染治理成本，元/次；ETi為城市中第i種交通方式的經(jīng)濟(jì)效益，元/次；Fi為第i種交通方式運(yùn)營頻次，次/d；Hi為第i種交通方式平均載客量，人/次；i為i＝1，2,3，4時(shí)分別代表公交車、軌道交通、小汽車和非機(jī)動(dòng)出行方式；RC為出行人一天的出行成本，元/d；ECi為選擇第i種出行方式的市民出行經(jīng)濟(jì)成本，元/次；TCi為選擇第i種出行方式的市民出行時(shí)間成本，元/次；Pi為第i種交通方式的分擔(dān)率，%；O為4種出行方式日出行總量，次/d。

3 博弈模型的分析

3.1 交通管理者的成本計(jì)算

（1）能源成本

運(yùn)營各種交通工具時(shí)消耗的單位資源稱為能源成本，主要的集中能源有汽油、電能等[9]。小汽車出行的能源成本由出行者承擔(dān)，故管理者對(duì)小汽車出行的能源成本為0。其余交通方式的能耗成本可由式（3）計(jì)算：

式中：ei為第i種交通方式單位能耗，L/（人·km）；k為能量的影子價(jià)格，元/L；Li為第i種出行方式居民日平均出行距離，km。

計(jì)算得公交車的能源成本為4.9×109元，軌道交通的能源成本為2.8×108元，非機(jī)動(dòng)出行的能源成本為4.4×108元。

參考文獻(xiàn)[9]中的機(jī)動(dòng)車污染排放模型，如式（4）所示：

式中：EFi為各交通方式尾氣的排放因子，g/km；CFi為治理各交通方式的排放物所需成本，元。

計(jì)算得公交車的污染治理成本為493 748 645元，軌道交通的污染治理成本為4 028 859.61元，小汽車的污染治理成本為8 002 051.2元，非機(jī)動(dòng)出行的污染治理成本為0元。

（2）經(jīng)濟(jì)收益

選擇公共交通方式出行的旅客為達(dá)到出行目的，會(huì)付出相應(yīng)的費(fèi)用，管理者所獲得的收益主要來自票價(jià)收益，但是對(duì)管理者來說，私家車出行不會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，因此用公共交通線路票價(jià)收益作為管理者的經(jīng)濟(jì)收益，如式（5）：

式中：fi為不同公交出行票價(jià)，元/人。

由計(jì)算得公交車出行方式的經(jīng)濟(jì)收益為1 783690.46元，軌道交通的經(jīng)濟(jì)收益為3 203 362.48元，小汽車的經(jīng)濟(jì)收益為0元，非機(jī)動(dòng)出行的經(jīng)濟(jì)收益為278 474.12元。

3.2 市民出行的成本計(jì)算

（1）經(jīng)濟(jì)成本

選擇公交出行的市民，可以依據(jù)各自行程距離，求得所需支付票價(jià)費(fèi)用，調(diào)查得：公交車出行的經(jīng)濟(jì)成本為3.5元，軌道交通出行的經(jīng)濟(jì)成本為5.5元。選擇小汽車出行的市民，其成本應(yīng)包括燃油費(fèi)、車險(xiǎn)、泊車費(fèi)、保養(yǎng)費(fèi)、檢修費(fèi)、罰款、折舊費(fèi)等，參照文獻(xiàn)[9]，定為20.69元。選擇非機(jī)動(dòng)出行的市民，其經(jīng)濟(jì)成本視為0.9元。

（2）時(shí)間成本

定義一次出行中所花費(fèi)所有時(shí)間（包括行程時(shí)間和候車時(shí)間兩部分），將時(shí)間成本參考時(shí)間價(jià)值成本來貨幣化，得到出行者時(shí)間成本，如式（6）:

式中：Ti為各交通方式出行者的行程時(shí)間，h；ti為城市各交通方式平均候車時(shí)間，h；Sk為時(shí)間價(jià)值，元/h。

行程的時(shí)間則由對(duì)城市居民進(jìn)行的調(diào)查中的出行距離Li、速度大小Vi確定，如式（7）所示：

由表1計(jì)算得：T1=0.2 h；T2=0.11 h；T3=0.188 h；T4=0.35 h。

候車時(shí)間可用各種公交的運(yùn)營時(shí)間與運(yùn)營頻次來簡化估計(jì)，候車的時(shí)間可由式（8）計(jì)算:

式中：THi為各交通方式一天運(yùn)營的時(shí)間，h。

計(jì)算得：t1=0.002 34 h；t2=0.203 h；t3=0.003 h；t4=0.000 397 h。

旅客的時(shí)間價(jià)值以城市地區(qū)GDP和調(diào)查時(shí)間區(qū)間的城市所有從業(yè)人員的工作時(shí)間AT來進(jìn)行估算。由寧波市的GDP為10 750億元，AT為329億小時(shí)，得到時(shí)間成本如式（9）：

式中：GDP為地區(qū)生產(chǎn)總值，億元；AT為計(jì)算年間城市全部居民的工作時(shí)間，h。

經(jīng)計(jì)算得：TC1=6.611元；TC2=10.227元；TC3=6.241元；TC4=11.437元。

（3）居民出行總成本

居民各出行方式出行總成本可由式（10）計(jì)算：

計(jì)算得:C1=8.61元；C2=13.227元；C3=26.931元；C4=12.337元；

由計(jì)算結(jié)果分析，4種交通方式的出行成本中，公交出行成本最低。非機(jī)動(dòng)出行成本與地鐵出行相近，這可能是由于短距離出行非機(jī)動(dòng)出行方式成本低，長距離出行軌道交通出行方式成本低所導(dǎo)致。駕駛小汽車出行的成本最高。

3.3 博弈模型的計(jì)算

聯(lián)立得最優(yōu)解表達(dá)如式（11）：

解得此時(shí)最優(yōu)解模型成立，求解時(shí)先得下層主體2017年3月15日的成本指標(biāo)是14.890元，然后把下層主體的成本指標(biāo)當(dāng)作約束帶入到上層的目標(biāo)函數(shù)中，得2017年3月15日管理者效益指標(biāo)為58.990元。

4 結(jié)論與建議

（1）經(jīng)博弈建模求解得，在31.15%的公交分擔(dān)率前提下，2017年3月15日居民出行成本指標(biāo)為14.890元，管理者效益指標(biāo)為58.990元，與2019年寧波市居民日出行成本指標(biāo)（14.05元）和管理者效益指標(biāo)（63.307元）的實(shí)際情況出入不大，較為符合，故博弈模型得出的結(jié)果是較為合理的。

（2）由寧波市的公交分擔(dān)率31.15%可以看出，其城市交通結(jié)構(gòu)較為合理，但與國外典型的交通都市公交分擔(dān)率大都在40%以上的情況相比，仍存在很大的提升空間。

（3）城市交通結(jié)構(gòu)會(huì)隨著城市結(jié)構(gòu)和道路交通的相繼建設(shè)、交通政策的實(shí)時(shí)變化而改變。本文僅以2017年3月15日一天的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算分析，略為片面，不具有良好的普適性。為了準(zhǔn)確地把握寧波城市交通結(jié)構(gòu)合理性的變化規(guī)律，應(yīng)增強(qiáng)對(duì)寧波市公共交通系統(tǒng)的流動(dòng)調(diào)查，建議在條件許可的情況下，展開滾動(dòng)調(diào)查，以便于更合理地布設(shè)符合寧波實(shí)際情況的公共交通網(wǎng)絡(luò)。