“雙碳”目標(biāo)下新能源公交系統(tǒng)發(fā)展與實(shí)施路徑探討1

范 瑞，劉劍鋒，丁 漪，王 琦

1.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，2.北京順捷興宏工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司

0 引 言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段我國(guó)能源相關(guān)二氧化碳排放構(gòu)成中，交通運(yùn)輸領(lǐng)域每年碳排放量約8.6億t，占能源活動(dòng)碳排放的9%，預(yù)計(jì)2030年交通用能量和碳排放還將增長(zhǎng)50%以上[1]。從全球范圍來(lái)看，世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，均把低碳交通系統(tǒng)構(gòu)建作為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重點(diǎn)，如2019年美國(guó)波士頓發(fā)布碳中和交通系統(tǒng)規(guī)劃，提出構(gòu)建零碳交通運(yùn)輸系統(tǒng)，從優(yōu)化交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、提高清潔能源車輛使用、整合土地利用開發(fā)等方面提出技術(shù)方案和政策指引[2]。地面公交系統(tǒng)集約高效、綠色低碳的天然屬性，承擔(dān)著城市交通運(yùn)輸領(lǐng)域減碳的重要使命。近年來(lái)，地面公交系統(tǒng)呈現(xiàn)電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化加速發(fā)展態(tài)勢(shì)，但短板和問(wèn)題依然很突出，缺少“雙碳”語(yǔ)境下的系統(tǒng)整體構(gòu)建思路和實(shí)施路徑的探討。本文首先分析了當(dāng)前我國(guó)公交系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題，提出“雙碳”語(yǔ)境下公交系統(tǒng)的戰(zhàn)略定位是作為城市交通碳中和主力，核心任務(wù)是在城市交通體系中建立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。然后以戰(zhàn)略定位和核心任務(wù)為導(dǎo)向，圍繞能源、設(shè)施、運(yùn)行、服務(wù)四要素，提出基于“四網(wǎng)融合”的新能源公交系統(tǒng)建設(shè)框架。最后，從車輛電氣化、基礎(chǔ)設(shè)施智慧化、運(yùn)營(yíng)模式創(chuàng)新、行業(yè)政策引導(dǎo)和碳激勵(lì)碳交易機(jī)制建設(shè)等五個(gè)方面提出了實(shí)施路徑和政策建議。

1 當(dāng)前我國(guó)公交系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

（1）高運(yùn)力投入與低客流效益形成巨大反差

對(duì)2010年至2019年十年間（新冠疫情前）的公交運(yùn)輸效率指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，車均年運(yùn)營(yíng)里程、單位運(yùn)營(yíng)里程載客量、車均日載客量三項(xiàng)指標(biāo)均出現(xiàn)大幅下降（見表1）。以車均日載客量為例，2010年為401人次/d/標(biāo)臺(tái)，至2019年僅為239人次/d/標(biāo)臺(tái)，降幅達(dá)40%之多。公交運(yùn)輸指標(biāo)下降的背后反映出公交系統(tǒng)人均能耗和碳排放的不降反升，這種現(xiàn)象應(yīng)該引起足夠的重視。

表1 2010—2020年我國(guó)公交運(yùn)輸效率指標(biāo)變化

（2）服務(wù)水平與實(shí)際需求仍存在較大差距

根據(jù)高德地圖《2019年中國(guó)主要城市交通分析報(bào)告》，高峰期間小汽車的運(yùn)行速度與公交運(yùn)行速度之比普遍在1.9以上，如果算上公交出行兩端的接駁和候車，公交/小汽車出行時(shí)耗比在2倍以上（見表2）。出行時(shí)耗過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題是公交不具備吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力的主要原因之一，也是公交整體服務(wù)水平不高的直接體現(xiàn)[3]，嚴(yán)重制約公交系統(tǒng)在城市客運(yùn)體系中競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的構(gòu)建。

表2 公交-小汽車出行時(shí)耗比分級(jí)（TCQSM）

（3）智慧化水平不足且面臨技術(shù)瓶頸

智慧手段已成為公交系統(tǒng)提質(zhì)增效、節(jié)能減排的重要支撐。我國(guó)公交信息化雖然歷經(jīng)近二十年的發(fā)展（見圖1），但整體水平依然不足，關(guān)鍵領(lǐng)域仍存在技術(shù)瓶頸。硬件方面的投入主要集中在前端車輛和后端平臺(tái)，缺少對(duì)智能場(chǎng)站、智慧車站、智能道路等新型基礎(chǔ)設(shè)施的改造和升級(jí)；軟件方面對(duì)決策支持系統(tǒng)建設(shè)重視程度不足，缺少運(yùn)力動(dòng)態(tài)評(píng)估、線網(wǎng)仿真評(píng)價(jià)、公交線網(wǎng)優(yōu)化、定制公交選線等可以幫助公交企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)組織、提高生產(chǎn)效率的智慧解決方案。

圖1 我國(guó)公交信息化發(fā)展歷程回顧

2 “雙碳”語(yǔ)境下公交系統(tǒng)發(fā)展定位的再認(rèn)識(shí)

（1）戰(zhàn)略定位是作為城市交通碳中和主力

在城市機(jī)動(dòng)化出行方式中，按照單位距離和人均碳排放強(qiáng)度從高到低依次是小汽車、出租車、商務(wù)/單位車、公共交通（軌道和地面公交）。根據(jù)交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年全國(guó)公共汽電車客運(yùn)量691.76億人次，在城市客運(yùn)交通中占比54.08%。雖然近年來(lái)受軌道交通、新業(yè)態(tài)交通方式的影響，占比有下降趨勢(shì)，但公交在客運(yùn)結(jié)構(gòu)中依然處于主導(dǎo)地位。因此，對(duì)于有軌道交通的城市，公交與軌道應(yīng)協(xié)同發(fā)展，共同作為城市交通碳中和主力；無(wú)軌道交通的城市，公交應(yīng)作為城市交通碳中和的絕對(duì)主力。

（2）核心任務(wù)是在城市交通體系中建立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

城市交通減碳的關(guān)鍵任務(wù)是轉(zhuǎn)變交通發(fā)展模式、優(yōu)化出行方式結(jié)構(gòu)，將高碳排放的私人機(jī)動(dòng)化出行方式向低碳排放的公共交通或慢行交通吸引，逐步形成公共交通主導(dǎo)型交通發(fā)展模式。而要實(shí)現(xiàn)公交主導(dǎo)型交通發(fā)展模式，最核心的任務(wù)是構(gòu)建公交在城市交通體系中的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)加強(qiáng)清潔能源的利用和系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率的提升，在不斷提高服務(wù)水平和出行品質(zhì)的前提下，確立公交系統(tǒng)在城市交通體系中的優(yōu)先地位，從而尋求財(cái)務(wù)效益平衡以及社會(huì)生態(tài)效益的最大化，最終實(shí)現(xiàn)低碳城市、零碳公交的發(fā)展目標(biāo)。

3 基于“四網(wǎng)融合”的公交系統(tǒng)建設(shè)框架

“十四五”期間公交進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展期，新階段將以綠色新能源、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、高品質(zhì)服務(wù)為關(guān)鍵詞，因此對(duì)公交系統(tǒng)發(fā)展內(nèi)涵、技術(shù)創(chuàng)新、個(gè)性化服務(wù)等方面提出了更高要求。本文結(jié)合新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，從提高公交系統(tǒng)運(yùn)行效率、構(gòu)建公交競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、確立碳中和主體地位的核心要義出發(fā)，圍繞能源、設(shè)施、運(yùn)行、服務(wù)四要素，提出“四網(wǎng)融合”型新能源公交系統(tǒng)建設(shè)框架，包括基于V2G技術(shù)的能源互聯(lián)網(wǎng)、場(chǎng)-站-路一體化智慧設(shè)施網(wǎng)、基于車路協(xié)同的運(yùn)行控制網(wǎng)和以MaaS系統(tǒng)為核心的出行服務(wù)網(wǎng)（見圖2）。

圖2 “四網(wǎng)融合”型新能源公交系統(tǒng)框架

（1）基于V2G技術(shù)的能源互聯(lián)網(wǎng)

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）是惡性腫瘤轉(zhuǎn)移的先決條件，目前TGF-β1被認(rèn)為是誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的最重要的生長(zhǎng)因子。

據(jù)生態(tài)環(huán)境部公布數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)公交車電動(dòng)化比例已達(dá)60%（保有量預(yù)計(jì)超過(guò)40萬(wàn)），公交電動(dòng)化呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢(shì)。在純電動(dòng)公交車保有量龐大的情況下，充電設(shè)施和能源網(wǎng)絡(luò)安全是未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)。公交系統(tǒng)參與下的能源互聯(lián)網(wǎng)是改變現(xiàn)狀充電樁的離線單機(jī)模式，利用V2G技術(shù)（Vehicle to Grid，電動(dòng)汽車到電網(wǎng)的雙向互動(dòng)技術(shù)）[4]，將其作為智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)施加入電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度控制系統(tǒng)，將負(fù)荷側(cè)鏈接的電動(dòng)公交車等所有服務(wù)充電車輛作為儲(chǔ)能調(diào)峰設(shè)施，納入城市電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)，發(fā)揮削峰填谷作用。未來(lái)，應(yīng)大力推廣V2G充電樁、V2G協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)應(yīng)用，打造以配電網(wǎng)系統(tǒng)、充電樁設(shè)備和新能源公交車輛組成的能源互聯(lián)網(wǎng)，讓新能源公交系統(tǒng)深度參與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度，這不僅有利于公交企業(yè)以更低的價(jià)格獲取電力資源，降低運(yùn)營(yíng)成本，還有助于區(qū)域?qū)用骐娏W(wǎng)絡(luò)的均衡和穩(wěn)定，保障能源網(wǎng)絡(luò)安全。

（2）場(chǎng)-站-路一體化智慧設(shè)施網(wǎng)

構(gòu)建公交競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)最重要的一項(xiàng)指標(biāo)是降低公交出行時(shí)耗，使公交/小汽車出行時(shí)耗比控制在1.5左右，公交才相對(duì)具有吸引力[5]。實(shí)踐證明要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，除了合理制定線網(wǎng)方案、科學(xué)安排運(yùn)營(yíng)計(jì)劃、提升公交智能化水平以外，更需要對(duì)公交場(chǎng)站、中途站點(diǎn)、道路載體等硬件設(shè)施進(jìn)行提升改造，構(gòu)建高效率、智慧型、共享化的公交運(yùn)行載體網(wǎng)絡(luò)。具體包括以下三個(gè)方面：①打造智慧型、復(fù)合性、共享化的公交場(chǎng)站體系。提升傳統(tǒng)公交場(chǎng)站智慧化水平，構(gòu)建集合車輛出入管理、入侵警報(bào)、場(chǎng)區(qū)視頻監(jiān)控、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自助收銀柜等于一體的云控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)公交場(chǎng)站業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，未來(lái)甚至可以實(shí)現(xiàn)公交場(chǎng)站的無(wú)人值守、自動(dòng)充電。②建立廣覆蓋、高品質(zhì)、智能化的公交站點(diǎn)系統(tǒng)。有研究指出，候車時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是造成公交在與小汽車競(jìng)爭(zhēng)中處于弱勢(shì)的重要因素。針對(duì)候車時(shí)間的縮減（包括乘客心理上的），除了增加發(fā)車頻率、提高準(zhǔn)點(diǎn)率外，有關(guān)研究表明候車環(huán)境、車站休憩設(shè)施、實(shí)時(shí)信息服務(wù)的提升也至關(guān)重要[6-7]。一方面通過(guò)改善乘客候車體驗(yàn)，從微觀層面提升公交吸引力；另一方面通過(guò)車站感知設(shè)備實(shí)時(shí)獲取站點(diǎn)客流信息、異常事件，為動(dòng)態(tài)運(yùn)營(yíng)調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。③構(gòu)建公交路權(quán)優(yōu)先、慢行接駁順暢的道路網(wǎng)絡(luò)。公交路權(quán)優(yōu)先是提升車內(nèi)時(shí)間效率的重要手段，完善公交路權(quán)優(yōu)先路網(wǎng)體系，有助于扭轉(zhuǎn)私人小汽車主導(dǎo)的道路資源分配格局，同時(shí)也為無(wú)人駕駛公交線路的落地應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

（3）基于車路協(xié)同的運(yùn)行控制網(wǎng)

公交車路協(xié)同系統(tǒng)利用5G、V2X、車聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，通過(guò)公交車載單元OBU與路側(cè)單元RSU實(shí)時(shí)通訊，感知道路環(huán)境信息并實(shí)時(shí)上傳車輛位置、速度等狀態(tài)信息，通過(guò)車路協(xié)同中央控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)路口信號(hào)優(yōu)先、公交車輛編組與優(yōu)化調(diào)度等功能，從而可以大幅提升公交運(yùn)行效率和安全水平[8]。根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)和無(wú)人駕駛整體技術(shù)發(fā)展的成熟度，應(yīng)優(yōu)先推進(jìn)專用路權(quán)環(huán)境下公交車路協(xié)同的技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用。隨著社會(huì)整體車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和軟硬件環(huán)境的發(fā)展進(jìn)階，再逐步實(shí)現(xiàn)混合路權(quán)環(huán)境下的應(yīng)用與推廣。專用路權(quán)環(huán)境下的公交車路協(xié)同系統(tǒng)主要由自動(dòng)駕駛公交車輛、智慧公交專用道設(shè)施和公交車路協(xié)同運(yùn)行控制平臺(tái)組成。在區(qū)間運(yùn)行時(shí)，智能網(wǎng)聯(lián)公交車輛與路側(cè)單元組網(wǎng)可以形成智能網(wǎng)聯(lián)車隊(duì)，協(xié)同控制不同線路公交運(yùn)行速度、停靠車站秩序，防止車站串車以及行人、非機(jī)動(dòng)車交織帶來(lái)的安全隱患。在通過(guò)交叉口時(shí)，可以通過(guò)車載單元OBU與路側(cè)單元RSU的交互，優(yōu)化信號(hào)配時(shí)、提供車速建議，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)先通行。

（4）以MaaS系統(tǒng)為核心的出行服務(wù)網(wǎng)

目前我國(guó)公交智慧出行服務(wù)已經(jīng)在路徑規(guī)劃查詢、公交運(yùn)行實(shí)時(shí)信息獲取、多樣化移動(dòng)支付等方面具備良好基礎(chǔ)，但是在面向乘客提供全過(guò)程出行鏈的交通整合服務(wù)方面仍存在巨大發(fā)展空間[9-10]。未來(lái)公交系統(tǒng)需要構(gòu)建類似小汽車“門到門”的出行服務(wù)優(yōu)勢(shì)，重要抓手就是打造以MaaS為核心的智慧出行體系，將公交系統(tǒng)作為出行即服務(wù)的主體來(lái)打造一體化出行MaaS平臺(tái)。以公交為核心的MaaS平臺(tái)發(fā)展重點(diǎn)包括以下三個(gè)方面：①基于MaaS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)軌道與公交的服務(wù)協(xié)同。利用交通大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)掌握乘客出行特征，在軌道網(wǎng)和公交網(wǎng)資源整合與供需匹配的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)軌道-公交實(shí)時(shí)信息服務(wù)一體化、全過(guò)程支付一體化，從而實(shí)現(xiàn)軌道交通和常規(guī)公交資源配置綜合最優(yōu)，促進(jìn)城市公共交通系統(tǒng)整體性節(jié)能減碳。②基于MaaS平臺(tái)提供響應(yīng)式公交服務(wù)支持特殊場(chǎng)景下的交通出行。包括提供“門到門”服務(wù)的通勤通學(xué)定制班車服務(wù)、城市郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)的低頻率按需服務(wù)、城際或跨區(qū)域出行過(guò)程中提供交通樞紐銜接服務(wù)、殘障人士等特殊人群的人性化服務(wù)等。此舉一方面可以作為網(wǎng)約車、出租車等的補(bǔ)充或者競(jìng)爭(zhēng)方式，促進(jìn)高碳排放交通方式轉(zhuǎn)移；另一方面有助于充分利用平峰時(shí)間的公交閑置運(yùn)力資源，改善現(xiàn)狀高運(yùn)力投入低客流效益產(chǎn)出的問(wèn)題。③基于MaaS平臺(tái)的出行數(shù)據(jù)建立個(gè)體碳排放價(jià)值量化體系。交通出行是個(gè)體層面碳排放的重要方面，通過(guò)MaaS平臺(tái)提供的全過(guò)程出行數(shù)據(jù)，建立個(gè)體層面的交通碳排放激勵(lì)或交易機(jī)制，促進(jìn)社會(huì)大眾踐行綠色低碳出行理念。

4 實(shí)施路徑和政策建議

（1）大力推進(jìn)公交車電氣化

提高公交領(lǐng)域用能電氣化水平是實(shí)現(xiàn)公交“雙碳”目標(biāo)的首要任務(wù)。目前公交車輛電氣化水平仍有較大發(fā)展空間，尤其是經(jīng)濟(jì)實(shí)力偏弱的中小城市。應(yīng)加大財(cái)務(wù)支持力度，持續(xù)推進(jìn)公交領(lǐng)域電氣化，加快氫燃料電池車輛的研發(fā)和工程示范。另外，應(yīng)發(fā)展新能源汽車與智能電網(wǎng)交互，推進(jìn)V2G能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

（2）加快公交新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

推進(jìn)公交設(shè)施智慧化是提升公交系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)水平的關(guān)鍵手段。建議加快推進(jìn)公交場(chǎng)站（充電站）、中途?？空?、智慧道路等在內(nèi)的一體化智慧設(shè)施網(wǎng)建設(shè)，加快三四線城市公交運(yùn)行服務(wù)與應(yīng)急指揮中心建設(shè)，推動(dòng)公交專用路權(quán)環(huán)境下公交車路協(xié)同應(yīng)用和推廣，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)公交基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向以數(shù)字化、智能化為特征的新型公交設(shè)施的轉(zhuǎn)變。

（3）依托新技術(shù)促進(jìn)公交運(yùn)營(yíng)模式創(chuàng)新

公交運(yùn)營(yíng)模式創(chuàng)新是改善公交系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)低效的重要抓手。建議依托5G車路協(xié)同、無(wú)人駕駛公交、MaaS出行服務(wù)平臺(tái)等新技術(shù)大膽創(chuàng)新公交運(yùn)營(yíng)模式。應(yīng)對(duì)客流下降趨勢(shì)，積極改變運(yùn)輸組織模式；依托公交車路協(xié)同發(fā)展小型車輛編組運(yùn)行，適應(yīng)城市中心區(qū)高峰/平峰客流不均衡問(wèn)題；依托MaaS平臺(tái)發(fā)展需求響應(yīng)式公交，適應(yīng)郊區(qū)和城鄉(xiāng)低密度、低頻率、個(gè)性化需求等。

（4）加大公交行業(yè)政策支持力度

鼓勵(lì)有條件的城市對(duì)燃油車置換為新能源汽車安排專項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)資金支持，落實(shí)免征購(gòu)置稅和車船稅政策，進(jìn)一步擴(kuò)大公共交通工具電氣化規(guī)模。制定充電樁建設(shè)財(cái)稅支持政策，保障公交場(chǎng)站（充電站）用地供應(yīng)，鼓勵(lì)公交充電站對(duì)社會(huì)共享、錯(cuò)峰經(jīng)營(yíng)。繼續(xù)堅(jiān)持新能源公交車運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼，逐步落實(shí)車輛購(gòu)置補(bǔ)貼向運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)補(bǔ)貼傾斜。

（5）建立交通出行碳排放激勵(lì)和交易機(jī)制

國(guó)家戰(zhàn)略下的“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)將引領(lǐng)社會(huì)生產(chǎn)和生活方式發(fā)生深刻變革，個(gè)體層面深度參與對(duì)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)意義重大。建議加快推動(dòng)個(gè)體交通出行碳排放激勵(lì)和交易體系建設(shè)，以交通出行大數(shù)據(jù)、MaaS平臺(tái)為依托，建立交通出行碳排放價(jià)值量化體系，并在立法層面賦予居民交通碳排放權(quán)，鼓勵(lì)居民參與碳激勵(lì)和碳交易市場(chǎng)。