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本文目錄一覽：

1、什么能代替學(xué)校的刷卡機

什么能代替學(xué)校的刷卡機

『運籌OR帷幄』轉(zhuǎn)載

作者：Citipedia

文章轉(zhuǎn)載自微信公眾號：一覽眾山小-可持續(xù)城市與交通（ID：SustainableCity），原文鏈接：公交線網(wǎng)革命︱Daganzo院士之可替代小汽車的公交線網(wǎng)設(shè)計

編者按：

本文分析了如何打造可媲美小汽車的公共交通服務(wù)，以及什么樣的城市形態(tài)能夠在較低的成本下實現(xiàn)這種公交組織模式。可替代小汽車的公交系統(tǒng)，要能滿足城市中任一點到任一點之間的出行需求，提供高品質(zhì)、全天候的服務(wù)，并且易于乘客辨識和上手。只有這樣，才能促使私家車主放棄開車，滿足日益復(fù)雜的出行鏈和隨機的出行需求。

編輯團隊

原文/ Carlos F. Daganzo

翻譯/ 沈帝文 文獻/ 沈帝文

編輯/ 眾山小 排版/ 孫為

2016年，國家印發(fā)了《關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》，其中明確了要樹立“窄馬路、密路網(wǎng)”的街區(qū)制路網(wǎng)、進一步提高公共交通分擔(dān)率、打造公共服務(wù)生活圈等新要求，緩解日益加重的“城市病”。這些理念在雄安新區(qū)等一些新城的規(guī)劃建設(shè)中得到充分體現(xiàn)，城市空間形態(tài)正逐步向密度適中、用地混合、緊湊布局、職住均衡的新方向發(fā)展。不過，在新形勢下，對城市公共交通系統(tǒng)規(guī)劃（特別是地面公交線網(wǎng)的組織）的討論卻很少，特別是在軌道交通發(fā)展門檻提高之后，實現(xiàn)綠色低碳目標(biāo)的路徑尚不清晰。同時，隨著MaaS和按需響應(yīng)式公交的出現(xiàn)，常規(guī)地面公交如何“改革再出發(fā)”，更是需要思考的問題。

面對目前公共交通競爭力不足、客流下降，且前景未卜的困境，世界多個城市正在開展備受矚目的“公交線網(wǎng)革命”，通過重新審視公交（特別是地面公交）發(fā)展過程中的一些傳統(tǒng)觀念，改革創(chuàng)新、打破瓶頸，大幅提高公交吸引力和運營效率。

“公交線網(wǎng)革命”的主旨是通過重構(gòu)城市公交線網(wǎng)，為公交乘客提供最大化的出行可達性，使其相對于小汽車擁有最大的競爭力。發(fā)車頻率極高、換乘高度自由、引導(dǎo)標(biāo)識清晰，擁有類似于國內(nèi)城市軌道交通的“棋盤+放射型”簡潔線網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是成功案例城市的公交線網(wǎng)的共同特征。這不僅是許多城市公交部門勇于探索和創(chuàng)新的結(jié)晶，在學(xué)術(shù)領(lǐng)域也得到了交通泰斗、美國工程院Carlos F. Daganzo院士的支持。

本文引進Daganzo院士2009年的研究論文《最具競爭力的公交線網(wǎng)設(shè)計》，利用模型論證了可替代小汽車的公交線網(wǎng)設(shè)計要點。本文的成果已經(jīng)應(yīng)用于西班牙巴塞羅那的高品質(zhì)公交線網(wǎng)設(shè)計。為符合閱讀需求，本文對部分段落進行了簡化和轉(zhuǎn)述，具體論證過程請見英文原文。

背景介紹

巴塞羅那高品質(zhì)公交

（一覽眾山小-可持續(xù)城市與交通提供）

本文多次以巴塞羅那公交線網(wǎng)改革為案例，譯者在此作簡要介紹。巴塞羅那是西班牙第二大城市，市區(qū)面積101 km2，人口162萬人，密度1.6萬人/km2；都市圈人口規(guī)模約547萬人。巴塞羅那擁有歐洲最大規(guī)模的方格街區(qū)路網(wǎng)形態(tài)，由數(shù)千個約130m x 130m的圍合街區(qū)組成，每隔數(shù)個街區(qū)就布設(shè)了市場、學(xué)校、醫(yī)院等公共服務(wù)設(shè)施。由于用地充分混合，巴塞羅那核心區(qū)的平均出行距離僅3.1 km，平均出行時長僅16 min，小汽車出行比例15%，多次上榜全球最宜居城市。

圖一、巴塞羅那的城市肌理和社區(qū)公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

職住平衡、密度均勻、有著規(guī)則方格路網(wǎng)的巴塞羅那城區(qū)，沒有其他城市那樣顯著的大客流公交廊道，這對公共交通的運營組織提出了更高的挑戰(zhàn)。

2012年，Daganzo院士為他老家巴塞羅那設(shè)計了一種創(chuàng)新的公交系統(tǒng)——“公交網(wǎng)格”（Orthogonal Bus）。這種公交系統(tǒng)提供了類似地鐵的高品質(zhì)出行體驗——長達24米的低地板雙鉸接公交車輛，穿梭在由8條橫線、17條縱線、3條對角線組成的“棋盤+放射型”快速公交線網(wǎng)中，每條線路服務(wù)一條主要街道、貫穿城市，配以精細(xì)化的換乘設(shè)計、4-6分鐘的超高發(fā)車頻率、完善的信息指引，有效滿足乘客從城市“任一點到任一點”、隨到隨走的出行需求。

圖二、巴塞羅那的新公交線網(wǎng)概念（Nova Xarxa）

從效果來看，新公交線網(wǎng)中雖然換乘有所增加，但經(jīng)過與土地利用充分契合，90%的出行換乘次數(shù)可控制在一次以內(nèi)。

因為線路更加順直、發(fā)車間隔大幅壓縮，配以積極的公交優(yōu)先措施，新線網(wǎng)中大部分OD間的出行時間顯著縮短，部分線路客流漲幅達19%以上；同時，新線網(wǎng)需要的配車數(shù)從此前的761輛減少到573輛，顯著節(jié)省運營成本。

巴塞羅那的成功經(jīng)驗，證明了當(dāng)公交發(fā)展所需要的有利條件都能得到滿足時，地面公交系統(tǒng)是能夠提供類似地鐵、甚至媲美小汽車的高品質(zhì)出行服務(wù)的。這一結(jié)論為公共交通更好地發(fā)揮作用奠定了基礎(chǔ)——近幾年在世界多個城市開展的“公交線網(wǎng)革命”，就是基于這種理念開展的，并已經(jīng)成為城市交通領(lǐng)域的新潮流。

圖三、2017年11月Daganzo院士在北京“特大城市未來交通系統(tǒng)規(guī)劃與管理”國際研討會上，介紹這種創(chuàng)新的公交線網(wǎng)組織模式。

譯者的觀察與思考：

結(jié)合國內(nèi)實際情況，譯者初步總結(jié)出本文對國內(nèi)公交發(fā)展具有參考意義的幾個核心觀點：

（一）縮短乘客全過程出行時間、提供最大化的出行可達性，仍然是公交發(fā)展的首要任務(wù)。根據(jù)Daganzo院士，乘客出行付出的時間成本，是公交系統(tǒng)運作中最大的成本（遠(yuǎn)大于公交系統(tǒng)的建設(shè)和運營成本）。公共交通若要提供可有效替代小汽車的出行服務(wù)，首先需要提供媲美小汽車的出行可達性，而不是提供Wifi等附加服務(wù)。在可達性的測算過程中，不只要考慮乘客在車內(nèi)的在途時間，更要囊括乘客等車和步行接駁的時間成本。隨著人們出行需求日益多樣化，特別是在用地混合、職住均衡、密度勻稱的宜居城市形態(tài)之下，出行呈現(xiàn)多樣化、隨機化特征，公交系統(tǒng)規(guī)劃要追求線網(wǎng)整體的競爭力，特別是注重對全線網(wǎng)發(fā)車間隔和換乘節(jié)點的設(shè)計，而非依賴單一某條線路的作用，才能盡可能實現(xiàn)小汽車用戶能夠輕易完成的自由出行。隨著未來按需響應(yīng)式公交逐步承擔(dān)傳統(tǒng)公共交通中的一些高峰期、高消費以及低密度、分散性出行需求，固定線路的常規(guī)公交和軌道交通可以更加專注為份額最大的“中間市場”提供高品質(zhì)服務(wù)。

（二）公共交通不只是軌道交通，城市公共交通制式選擇要考慮如何在有限的財政預(yù)算下提供最大化的可達性——地面公交往往是最佳選擇。Daganzo院士通過多種情景模擬說明，如果地面公交能夠得到發(fā)揮最佳優(yōu)勢所需要的條件，采用類似國內(nèi)軌道交通形式的“棋盤+放射型”高品質(zhì)公交線網(wǎng)可以有效替代地鐵乃至小汽車出行。這是因為軌道交通高昂的基建成本，限制了其覆蓋能力，接駁距離遠(yuǎn)大幅增加了全程出行時間，而在相同預(yù)算之下地面公交制式可以服務(wù)數(shù)十倍的人群。小汽車出行時間通常還需要加上步行至停車場和找車位的耗時，并且還要考慮停車費、擁擠收費等額外成本（可根據(jù)當(dāng)?shù)毓べY水平換算成出行時間），因此很多情況下小汽車與高品質(zhì)公共交通相比并無明顯優(yōu)勢。如果多層次地面公交和軌道合理分工、相互協(xié)同，可以最大發(fā)揮公共交通相對于小汽車的比較優(yōu)勢。

（三）智慧手段和人性化管理措施如果優(yōu)先應(yīng)用于公共交通而非小汽車交通，可以有效化解公交運營中常見的很多問題。當(dāng)前公共交通規(guī)劃和運營的整體效率不高、信息不對稱，而通過智慧化、有針對性的管理手段可以達到意想不到的改善效果。例如，設(shè)置“動態(tài)優(yōu)先”公交專用道，通過道路設(shè)備引導(dǎo)社會車輛動態(tài)避讓公交車輛；配備車載GPS設(shè)備，實時監(jiān)測前后車輛運行間隔，引導(dǎo)司機動態(tài)調(diào)節(jié)行車節(jié)奏和停站；將車載刷卡設(shè)備放置于車廂中部或采用無感支付，縮短上車排隊時間；建立基于公交乘客全過程出行可達性的智慧公交線網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度平臺等。當(dāng)智能手段優(yōu)先應(yīng)用于公共交通而非小汽車出行的時候，公交出行的效率和品質(zhì)也就能得到提高；相反，如果決策者因為偏好特定技術(shù)而對某種公交制式產(chǎn)生排斥，城市的整體出行可達性就會降低。

以下是一覽眾山小-可持續(xù)城市與交通

為您提供Daganzo院士論文的全本翻譯

摘 要

《最具競爭力的公交線網(wǎng)設(shè)計》描述了什么樣的公交線網(wǎng)形態(tài)和運營特征可以為乘客提供媲美小汽車的出行可達性。為面向不同規(guī)模和密度的城市提供具有普適性的結(jié)論，文章假設(shè)城市是一個出行需求均勻分布的正方形，這樣的城市形態(tài)通常對公共交通發(fā)展不利，因此這里對公交系統(tǒng)提出了很高的要求。廣泛參照現(xiàn)實城市案例，假設(shè)可選的公交線網(wǎng)形式為“棋盤型”和“放射型”線網(wǎng)概念的某種混合體。文章最后會描述這樣簡單的模型如何應(yīng)用于真實城市的公交系統(tǒng)規(guī)劃。

通過分析，文章得出了既能很好滿足城市出行需求，又能使建設(shè)運營成本和乘客出行成本最低的公共交通線網(wǎng)結(jié)構(gòu)和制式（譯者注：文章討論了常規(guī)公交、快速公交（主要指公交專用道）、輕軌和地鐵等制式）。結(jié)論如下：1）以市中心為原點的“放射型”公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要適用于土建成本較高的制式（譯者注：而地面公交等土建成本較低的制式宜采用“棋盤型”線網(wǎng)結(jié)構(gòu)）。2）采用“棋盤+放射型”線網(wǎng)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的快速公交系統(tǒng)（經(jīng)過優(yōu)化后）可以很好地與小汽車競爭。3）如果城市路網(wǎng)足夠完善，常規(guī)公交和快速公交制式比地鐵制式更具競爭力，即便是在人口密集的大城市。4）公交企業(yè)付出的基建和運營成本（譯者注：等同于乘客付出的票價+政府的財政補貼）遠(yuǎn)比乘客付出的時間成本低，因此更應(yīng)該關(guān)注后者。5）公共交通站點密度超過一定閾值時，公交企業(yè)運營成本和乘客時間成本都會增加，不應(yīng)過度追求站點覆蓋。

01

前言

本文分析了如何打造可媲美小汽車的公共交通服務(wù)，以及什么樣的城市形態(tài)能夠在較低的成本下實現(xiàn)這種公交組織模式。可替代小汽車的公交系統(tǒng)，要能滿足城市中任一點到任一點之間的出行需求，提供高品質(zhì)、全天候的服務(wù)，并且易于乘客辨識和上手。只有這樣，才能促使私家車主放棄開車，滿足日益復(fù)雜的出行鏈和隨機的出行需求。

為滿足上述需求在時空上的彈性和隨機性特征，公交系統(tǒng)必須做到時間和空間全覆蓋，包括設(shè)置合理的站間距，以及提供高頻次、可靠的服務(wù)。空間的高覆蓋減少了人們步行接駁至目的地的時間，時間的高覆蓋確保了較短的等候和換乘時間。這種時空覆蓋要達到足夠高的水平，使得人們走路、等車、換乘的時間之和與開車人步行至停車場和找車位的時間相當(dāng)——即不多于10分鐘。公交線路的設(shè)計還要保障車內(nèi)行程時間和小汽車基本相當(dāng)，并具有一定的成本優(yōu)勢和可靠性。如果以上這些標(biāo)準(zhǔn)都滿足了，那么公共交通就能成為可行的小汽車替代選擇，大部分小汽車完成的出行鏈就可以用公共交通來完成了。

雖然此前也有學(xué)者對公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行研究，包括棋盤型、放射型、走廊型、樞紐型等等，但是它們所分析的結(jié)構(gòu)類型對于我們想要回答的問題來說太過狹隘。我們需要更加普適性的結(jié)論。

02

具有普適性的“棋盤+放射型”公交線網(wǎng)

假設(shè)城市是一個邊長為D（單位：km）的正方形，高峰期每小時生成出行需求Λ（單位：乘客/h），全天平均每小時生成出行需求λ（單位：乘客/h）。假設(shè)人們出行需求的起訖點均衡、隨機地分布在該區(qū)域內(nèi)——采用這樣的假設(shè)，不需要引入更多的變量，而且這樣通常對公共交通發(fā)展不利，因此對公交發(fā)展設(shè)定了一個很高目標(biāo)。

假設(shè)公交服務(wù)由標(biāo)準(zhǔn)化的公交車輛或軌道車輛提供，參數(shù)如下：

o車輛的設(shè)計載客量為C（單位：乘客）

o行駛速度（含交通擁堵和行人干擾）為v（單位：km/h）

o 每次停站損失時間（含開關(guān)門、加減速）為τ（單位：h/站）

o 每名乘客登降所需的時間是τ\'（單位：h/乘客）

o人們步行的速度為w（單位：km/h）

假設(shè)車輛可以按照目標(biāo)行駛速度均勻行駛，且前后車間隔可以保持相對均勻（控制行車間隔的方法見文章最后）。我們可以計算得出車輛在高峰期的旅行速度，包括所有停站，為vc（單位：km/h）。

我們想提出具有普適性的公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型。假設(shè)圖四代表城市的扇形一角。為了提供均勻的空間覆蓋，我們在城市中以s（單位：km）為間隔布設(shè)公交站點。為了提供較好的時間覆蓋，我們假設(shè)市中心區(qū)——也是大部分換乘發(fā)生的地區(qū)——的行車間隔統(tǒng)一為H（單位：h），而城市外圍地區(qū)的行車間隔可以稍大一些。為了提供媲美小汽車的出行服務(wù)，我們可以選取站間距s=0.5km、行車間隔H=3min作為基準(zhǔn)，但在現(xiàn)實中公交企業(yè)通常會采取更小的s和更大的H（譯者注：公交站間距過短是國外很多城市的通病）。

圖四、可能的公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式（放射型、棋盤型、混合型）

參照現(xiàn)實城市案例，公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以劃分為棋盤型和放射型兩大類。在放射型線網(wǎng)中（所有線路通向市中心），每個公交站點對應(yīng)的運營里程是s km,而在棋盤型線網(wǎng)中，每個站點對應(yīng)的運營里程是2s km。因此，棋盤型線網(wǎng)需要更多的基礎(chǔ)設(shè)施和運營里程，所對應(yīng)的建設(shè)和運營成本也更高。但是，棋盤型線網(wǎng)提供了更好的服務(wù)，因為乘客可以從城市任何位置出發(fā)按最短路徑到達任意目的地。因此，當(dāng)有足夠的乘客可以分擔(dān)成本——也就是λ足夠高的時候，棋盤型線網(wǎng)是推薦的線網(wǎng)形式。

我們假設(shè)城市會采用介于棋盤型和放射型之間的一種混合型線網(wǎng)形態(tài)（這樣可以囊括所有可能性），如圖四c：其中市中心采用邊長為d的棋盤型線網(wǎng)，而外圍地區(qū)為放射型線網(wǎng)。在這種線網(wǎng)模式中，所有的線路均貫穿整個城市。市中心的行車間隔為H，而外圍地區(qū)的行車間隔隨著線路分叉而增加。通過改變α≡d/D的值（放射型線網(wǎng)α=s/D，棋盤型線網(wǎng)α=1），我們可以找到符合城市特征的最佳混合型線網(wǎng)形態(tài)。

這樣的線網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常直觀、易于上手。公交線路可以按照方向來編號，比如南北向線路以A、B、C……進行編號，東西向線路以1、2、3……進行編號，支線則在主線編號后添加a、b、c等等。

03

模型建立

以上描述了“棋盤+放射”型公交線網(wǎng)的主要指標(biāo)。以下假設(shè)出行需求隨時間變化，但OD規(guī)律不隨時間變化。為了保證全天服務(wù)水平穩(wěn)定，假設(shè)自變量α、s、H不隨時間變化。

（一）公交企業(yè)角度

對于公交企業(yè)來說，主要的成本指標(biāo)包括：

o基礎(chǔ)設(shè)施長度L（單位：km），代表基礎(chǔ)設(shè)施成本

o每小時車輛運營里程V（單位：車km/h），代表運營成本

o高峰小時配車數(shù)M（單位：輛），代表運營成本和車隊規(guī)模

各項成本的計算公式見英文原文，可知成本隨著α增加而增加。

（二）乘客出行角度

除了旅行速度vc以外，對于乘客來說重要的成本指（平均到每一位乘客）包括：

o換乘次數(shù)eT

o步行時間A（單位：h）

o等車時間W（單位：h）

o車內(nèi)行程里程E（單位：km）

o車內(nèi)行程時間T（單位：h）

o高峰車輛滿載率O（單位：乘客/車輛）

這些乘客成本取決于乘客如何選擇出行路線。我們假設(shè)人們：1）使用最近的站點，2）按換乘最少、距離最短原則出行，3）盡早換乘，4）當(dāng)有兩種路徑時，隨機選擇。這些行為特征簡單且符合現(xiàn)實，由此可以得到近乎最短的出行路徑和時長。我們不必糾結(jié)人們是否做出了最優(yōu)選擇，因為決策沒有這么復(fù)雜，且對最終路徑分配沒有明顯影響。

各項成本的計算公式見英文原文。

我們發(fā)現(xiàn)，最大客流斷面通常會出現(xiàn)在進出中心城的邊緣地帶，這是符合現(xiàn)實的。我們還看到，滿載率隨著α增加而降低，說明棋盤型線網(wǎng)對分散車輛滿載率有著很好的效果。

04

不同城市形態(tài)下的最優(yōu)公交線網(wǎng)

（一）問題描述

下面我們尋找使公交企業(yè)和乘客出行總成本z最小化的s、H和α值。我們選取步行速度w=2 km/h。這比現(xiàn)實中5-6 km/h的步行速度低，反映了步行對體力的消耗和過馬路產(chǎn)生的延誤。同時，我們假設(shè)步行和等待時間擁有同樣的時間價值，因為我們會確保公交系統(tǒng)中等車時間短且可靠，不會使乘客煩躁。我們將公交企業(yè)的成本換算成乘客時間，換算比率μ=20（單位：$/h）選取自當(dāng)?shù)孛啃r平均工資。我們假設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施和車輛運營的單位成本$L、$V、$M為已知。

每座城市都有自己的邊長D和平均出行生成率λ（單位：乘客/h）。假設(shè)高峰系數(shù)Λ/λ=2.5（來自巴塞羅那數(shù)據(jù)）。我們考慮三種交通方式：常規(guī)公交、快速公交和地鐵。假設(shè)常規(guī)公交和社會車輛混行，這時公交不受停站干擾時的行駛速度等同于小汽車；快速公交擁有獨立路權(quán)和信號優(yōu)先；地鐵位于地下并擁有完全獨立的路權(quán)和更高的速度。我們假設(shè)快速公交和地鐵采用先進的票務(wù)系統(tǒng)，使得每位乘客登降對停站的時間影響很小，取τ\'=1s。地鐵和快速公交的工程造價參照中國北京和成都數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)匯總?cè)绫硪凰尽?/p>

表一、各種交通方式的參數(shù)

考慮地鐵加減速所需的時間，我們假設(shè)地鐵停站損耗時間τ比公交更長。假設(shè)公交的行駛速度v，反映了城市的擁堵狀態(tài)。假設(shè)換乘距離δ，其中公交換乘距離較短，而地鐵換乘距離較長。針對地鐵出行，乘客從地面下到站臺也需要額外時間，但我們沒有將這一因素納入模型當(dāng)中。后三列為換算成時間以后，基礎(chǔ)設(shè)施和車輛運營的單位成本。

最終的優(yōu)化問題是：

其中，第一項是公交企業(yè)成本zA（相當(dāng)于乘客支付的票價成本+政府財政補貼），第二項是乘客成本zU。根據(jù)已知的λ和D，因為只有三個自變量，易得出最優(yōu)解。每個最優(yōu)解可以告訴我們不同制式下的最佳線網(wǎng)形態(tài)和運營指標(biāo)，并輸出公交企業(yè)和乘客的成本。這一結(jié)果也可以讓我們對不同制式進行比較。

（二）模型驗證

為了測試這種模型與現(xiàn)實的吻合度，我們利用巴塞羅那的數(shù)據(jù)進行測試。需求方面，全天需求為Λ=50,000 乘客/h，高峰小時需求為λ=20,000 乘客/h，城市邊長為 D=10 km。供給方面，見表1中的第一行（有兩個例外：現(xiàn)實中，因為交通擁堵，巴塞羅那的實際公交行駛速度為v=21.4 km/h（無停站情況下），且因為基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)存在，實際上$L=0）。巴塞羅那現(xiàn)狀的公交線網(wǎng)特征可以描述為：站間距s=0.2 km，棋盤型線網(wǎng)范圍α=0.88，行車間隔H=12 min。

模型輸出結(jié)果（vs. 實際數(shù)據(jù)）如下：V=9332（vs. 10,400）車km/h，L=887（vs. 895）km，M=853（vs. 891）輛。公交旅行速度為vc=10.9（vs. 11.7）km/h。預(yù)測運營成本為$2.6/乘客，平均出行時長為A=6 min（步行）、W=12.3 min（等車）、T=37 min（車內(nèi)），（δ/w）eT=0.9 min（換乘），門到門出行時間為56.2 min。這些出行時間數(shù)據(jù)基于公交運行穩(wěn)定可靠的假設(shè)，現(xiàn)實中會稍微長一些。這些結(jié)果與巴塞羅那公交出行數(shù)據(jù)基本吻合。不過，這里的巴塞羅那公交線網(wǎng)還未被優(yōu)化，下面我們將做這件事。

（三）優(yōu)化結(jié)果：巴塞羅那和其它典型城市

優(yōu)化結(jié)果如表二所示。我們假設(shè)常規(guī)公交行駛速度（不包括停站時間）可以提高到v=25 km/h（這一取值比巴塞羅那現(xiàn)狀的21.4 km/h更為正常）。當(dāng)然，即便采用更低的旅行速度，對公交企業(yè)的成本影響不大，對常規(guī)公交乘客的出行時間只會增加3 min，達到47 min，仍比現(xiàn)狀快9 min。如果采用快速公交，出行時間的節(jié)省就更多了，比現(xiàn)狀節(jié)省17 min，達到39 min。

表二、情景測試---巴塞羅那現(xiàn)狀

從表中的第一項可以得到α2，代表城市中棋盤型公交線網(wǎng)的適用面積范圍。常規(guī)公交為88%，快速公交為66%，地鐵為14%。可以看到，它隨著基礎(chǔ)設(shè)施造價提高而縮小。第二項是站間距，可以看到公交的站間距比巴塞羅那現(xiàn)狀大得多，因為更大的站間距可以使車輛運行速度提升，而縮減的行程時間大于人們增加的步行時間。第三項是行車間隔，可以看到三種制式的行車間隔都非常頻密，但是對于地面公交制式來說，尚不足以完全利用一整條公交車道。因此，公交車道上的富余空間可以用來允許社會車輛進入，操作方法見Eichler and Daganzo (2006)。結(jié)果表明，兩種地面公交制式都明顯優(yōu)于地鐵。

快速公交和小汽車相比具有相當(dāng)?shù)母偁幜Α？焖俟坏拈T到門出行時間為39 min，而小汽車為26 min（在巴塞羅那現(xiàn)狀交通條件下為28 min）。快速公交的基建和運營成本為$3.3（相當(dāng)于10 min），與小汽車每公里的出行成本$2.2相仿（參考分時租賃價格）。算上所有成本，小汽車比快速公交擁有$4.9（相當(dāng)于14.7 min）的成本優(yōu)勢。但這里的小汽車成本不算停車費、車庫維護成本、基建稅、擁堵收費等成本，這些費用很容易超過$5。因此，快速公交是有競爭力的。

表三至表五描述的是城市密度增長（城市更新）、城市面積增長（城市蔓延）、和城市規(guī)模擴張（出行量和城市面積均增長）等不同城市發(fā)展情景之下的最優(yōu)公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)。表三中，城市出行總量增加到現(xiàn)在的四倍，反映了巴塞羅那5年以后可能出現(xiàn)的出行需求；表四中，城市出行總量不變，但是城市面積擴張到現(xiàn)在的四倍，反映了美國一些蔓延的中等城市形態(tài)；表五中，出行總量和城市面積均擴大到現(xiàn)在的四倍，代表了巴黎等大城市的形態(tài)。

值得注意的是，在所有的情形中，乘客出行的時間成本遠(yuǎn)比公交企業(yè)的基建和運營成本要高。這是因為公交企業(yè)的成本可以通過無限制擴大發(fā)車間隔H和站間距s來調(diào)節(jié)，但是乘客的出行時間成本受出行距離影響永遠(yuǎn)是存在的，無論交通如何組織。

表三體現(xiàn)了人口密度帶來的紅利。人口密度的增加使得公交票價和門到門出行時間都得到縮短。地鐵競爭力提升，但快速公交仍然是贏家。快速公交的優(yōu)勢將顯著大于小汽車，特別是考慮到高密度城市小汽車行駛速度更低、停車成本更高。從表2到表3變化最大的是公交行車間隔，而其他指標(biāo)沒有出現(xiàn)明顯變化。這是件好事，因為其他結(jié)構(gòu)性指標(biāo)難以隨著城市需求的變化而改變。這說明隨著城市出行需求變化，公共交通只需要調(diào)整不同線路的發(fā)車頻率即可。考慮到地鐵和快速公交對周邊用地發(fā)展的積極影響，線網(wǎng)形態(tài)就更不需要進行大的調(diào)整了。因此，預(yù)測出行需求對線網(wǎng)設(shè)計并不是很重要（譯者注：這里顯然不考慮國內(nèi)超大城市會出現(xiàn)的運力不足的情形）。

表四和表五描述的是城市空間面積增長的影響，前者保持人口總量不變，也就是說人口密度降低；后者保持人口密度不變，也就是說人口總量增長。這些情景下，公交線網(wǎng)形態(tài)顯著改變，因為平均出行距離隨著D的增長而增長了。在給定的人口總量之下，增加城市面積會降低α；而當(dāng)人口密度不變時，α反而會增長。在這兩種情形下，因為城市變大，公交站間距都比此前有所擴大。同時也可以看到，地鐵仍然是最不具競爭力的制式，而快速公交是最佳制式。

在大城市（參照巴黎），快速公交比在小城市更具有競爭力。表五中，快速公交的出行成本為66 min（相當(dāng)于$22），而小汽車出行成本為55.2 min，包括步行至車位10 min、駕車時間32 min、每公里成本13.2 min。快速公交和小汽車的出行成本差異小于11 min（相當(dāng)于$3.7）。和之前一樣，這一比較不包括停車費用——這在大城市是一個顯著的成本。

表三、情景測試---出行需求增加，城市面積不變

表四、情景測試---出行需求不變，城市面積擴張（參照美國城市蔓延）

表五、情景測試---出行需求增加，城市面積擴張（參照巴黎）

不過，表四和表五也說明，如果我們的城市開始蔓延（面積增長而人口不增長），快速公交的競爭力將降低16 min（相當(dāng)于$5.3），也就是說公共交通不再具有競爭優(yōu)勢。

（四）點評

1. 快速公交對小汽車出行的改善作用：在我們的例子中，快速公交最大斷面客流約為1300-3000 乘客/h。這樣的運輸效率比一條社會車道的運能要明顯提高。因此，如果有足夠多的快速公交乘客來自于小汽車，那么快速公交的成功將為給小汽車騰出了更多空間。如果我們將快速公交車道在空閑時向小汽車開放（在保證小汽車不干擾公交車輛的前提下），這種效果會更加顯著。

2. 快速公交相交的路口：我們假設(shè)快速公交能夠達到40km/h的平均行駛速度（不考慮停站），這在城市外圍是合理的。假設(shè)公交車輛的延誤只發(fā)生在信號燈處，且公交限速為45 km/h。有測算表明，如果設(shè)立公交信號優(yōu)先，即便是路口密度達到100 m，快速公交也可以保持41 km/h以上的行駛速度。不過，這些測算忽略了棋盤型公交線網(wǎng)中，快速公交線路縱橫交錯，互相干擾的因素。所幸的是，公交線路交叉產(chǎn)生的延誤不會很顯著，因為信號優(yōu)先可以每隔一條路設(shè)置，快速公交車輛只需要在每2s km讓行其他車輛。根據(jù)我們的數(shù)據(jù)，這種額外延誤小于1 km/h。

3. 空間覆蓋：通過模型可以看出，隨著s增加，公交企業(yè)的成本會下降，但是乘客出行時間會增加。合理的站間距可以使得乘客出行總時間最小化。因此沒有理由采取更小的站間距（譯者注：這是針對巴塞羅那現(xiàn)狀過小的站間距而說的）。最優(yōu)站間距sc與行車間隔H無關(guān)，但隨著τ和D增長。當(dāng)?shù)墙敌矢⒊鞘忻娣e更大時，sc會隨之增加。

4. 軌道交通的角色（地鐵和輕軌制式）：我們模型中的兩個假設(shè)對大運量軌道交通不利：均衡的出行需求和較低的步行接駁速度。我們可以放寬這些假設(shè)。放射型的線網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以最好地服務(wù)向心的出行需求。這種線網(wǎng)結(jié)構(gòu)將大量客流集中在樞紐周圍，適合使用軌道交通。表六描述了對這種場景的分析結(jié)果。我們還考慮了輕軌制式（LRT），這種制式行駛速度與地鐵一樣（v=60 km/h），但車輛容量更小（C=400 p），運營成本更低（$V=4 $/車km、$M=80 $/車h）,基礎(chǔ)設(shè)施成本也更低（$L=400 $/km h），考慮它的地上段會更長。結(jié)果顯示，快速公交仍然優(yōu)于所有軌道交通制式，這是因為軌道的高造價導(dǎo)致不能提供很高的空間覆蓋，而這種缺陷不能通過更快的運行速度和更大的容量來彌補。

表六、情景測試---出行需求為“向心型”，線網(wǎng)為“樞紐+放射型”

不過，到目前為止我們假設(shè)人們只能通過步行接駁。如果人們可以通過更快的交通方式接駁，平均接駁速度將遠(yuǎn)大于2 km/h，這樣也就不需要如此密的覆蓋率了。這種方式在大城市特別適用。表七中描述了這種場景的測試結(jié)果。我們假設(shè)城市形態(tài)如同表五（參考巴黎）。可以看到，現(xiàn)在輕軌已經(jīng)勉強達到了快速公交的服務(wù)水平，且優(yōu)于小汽車。但是，當(dāng)在低密度蔓延的城市（參考美國城市）測試時，軌道交通不再具有優(yōu)勢。

表七、情景測試---大城市情景（參照巴黎），假設(shè)接駁速度更快

以上的情景測試表明，即便是在非常利于軌道交通的條件下，快速公交基本上仍然是最高效的公共交通制式。那么，為什么在現(xiàn)實中軌道交通如此普遍？可能是因為政治因素。軌道交通，不管怎么樣，是一種“酷炫”的交通方式，且需要大量前期投資，這些對政治家很具吸引力。當(dāng)然，論證不足和歷史遺留也可能是其中的原因。但是這些還是不能解釋為什么我們看到地鐵如此普及。最可能的因素是城市沒有足夠的意愿（地面公交污染、噪音、交通事故造成的民眾反對）和能力（缺乏合適的路網(wǎng)）去將路權(quán)分配給公交車輛。后者在巴塞羅那和中國成都是很現(xiàn)實的問題。不過，我們可以修改模型來反映這些額外成本，包括提高成本參數(shù)來反映因為占用城市空間導(dǎo)致的外部性，以及根據(jù)城市路網(wǎng)限定可選的公交走廊數(shù)量。加上這些以后，軌道交通在很多大城市就成為了最優(yōu)選擇。

05

討論

（一）實施層面的問題

雖然本文提出的模型具有普適性，但是我們假設(shè)了公交車輛能夠維持高效率運行，即：1）前后車行車間隔浮動不會大于1分鐘；2）與社會車輛混行時可以達到和社會車輛一樣的行駛速度，而擁有獨立路權(quán)時比社會車輛行駛速度更快；3）公交車輛進出站時不受其他公交和社會車輛影響；4）乘客登降迅速。這種高效率其實很容易實現(xiàn)。通過適應(yīng)性控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)可以實現(xiàn)公交車輛速度均勻、行車間隔浮動小于1分鐘（Daganzo, 2009a）。當(dāng)沒有公交車輛行走時，公交車道可以靈活開放給社會車輛使用（Eichler and Daganzo, 2006）。交管部門可以禁止小汽車在公交車站超越公交車輛，并可以通過車載監(jiān)控攝像頭進行執(zhí)法。刷卡機可以放在公交車身內(nèi)部，配以監(jiān)控錄像，防止排隊刷卡的乘客阻擋車門關(guān)閉。

（二）模型預(yù)測與現(xiàn)實世界

雖然我們的模型非常簡單，但是它可以較好地模擬出現(xiàn)實世界中的一些規(guī)律。例如，模型結(jié)果顯示案例城市適宜采用棋盤型的公交線網(wǎng)，而一些現(xiàn)實中的城市（如芝加哥）采用的就是類似的線網(wǎng)結(jié)構(gòu)。模型還顯示，中小城市中地鐵和輕軌系統(tǒng)應(yīng)采用放射型線網(wǎng)為主，只在市中心區(qū)域提供棋盤狀覆蓋（如斯德哥爾摩）。特別是，本文提出的混合型線網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如果根據(jù)地理條件進行形變，能夠較好地描述很多現(xiàn)實中的公共交通系統(tǒng)。

（三）模型調(diào)整

增加新的變量可以提升模型的實用性。例如，我們可以按照站間距的整數(shù)倍調(diào)整線路密度。以巴塞羅那為例，可以保持東西向線路數(shù)量不變，南北向線路每隔一條線路削減一條（譯者注：巴塞羅那是東西向的長條城市）。同樣也可以考慮將東西向、南北向的線路全部每隔一條削減一條——這樣的線網(wǎng)成本顯著降低，雖然不能覆蓋全部站點，但是不會明顯增加步行距離。

我們也可以試圖放寬其他的一些結(jié)構(gòu)性假設(shè)。例如，我們可以試圖建立不需換乘的公交系統(tǒng)。但是，這種公交系統(tǒng)中，每個站點需要D/s條線路經(jīng)過而并不是1-2條，成本將會非常高。另外一種選擇是棋盤線網(wǎng)中引入斜穿的線路，但這同樣需要很高的成本。其他假設(shè)也可以考慮放寬，比如說基于主干路設(shè)置同臺換乘的干線加支線體系，當(dāng)然這樣也會導(dǎo)致公交出行的直達性變差、線網(wǎng)更加復(fù)雜、線路長度更長。

對于大城市來說，最佳的公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含多層次的服務(wù)，每個層級分別有不同的s和v，分別作為長距離出行、短距離出行、通勤出行、行動不便人士出行等出行特征的最優(yōu)方式。本文中的模型可以用于設(shè)計這樣的高品質(zhì)公交系統(tǒng)。

（四）真實城市的公交線網(wǎng)規(guī)劃

本文模型可以用于真實城市的公交線網(wǎng)規(guī)劃，主要分為三個步驟：1）概念方案，2）線路設(shè)計，3）彈性實施。

第一步是針對城市形態(tài)，尋找合適的s、H、α目標(biāo)范圍，繪制線網(wǎng)概念方案示意圖。根據(jù)城市實際情況，可以對模型進行調(diào)整。例如，有些城市更適合用長條矩形而非正方形。這樣的模型可能需要增加一到兩個變量。同樣，模型也可以考慮將市中心地區(qū)的出行生成和吸引率提高。根據(jù)具體情況，可設(shè)置限制條件，例如確保公交走廊的數(shù)量和城市實際道路數(shù)量相符。最后，雖然線網(wǎng)的設(shè)計應(yīng)滿足高峰期的出行需求，我們同樣也需要關(guān)注非高峰期的服務(wù)水平，包括夜間和周末。

第二步是設(shè)計具體公交線路，盡可能滿足第一步中明確的設(shè)計目標(biāo)，包括編制發(fā)車間隔計劃。這一步中，盡可能將公交站點和線路布局在關(guān)鍵節(jié)點和需求生成地區(qū)，例如火車站等。因為現(xiàn)實中的出行需求不是均勻分布的，應(yīng)保障行車間隔有足夠的彈性，在需求旺盛的路段和時間加密車次。在需求最旺盛的地區(qū)，也可以適當(dāng)減少線路和站點之間的間距。通過將公交線網(wǎng)概念圖進行形變——盡量保持站點數(shù)量、線路里程和市中心區(qū)的面積不變——就可以得到實際公交線路圖。這就好像是給人一坨意大利面，在盤子中盡可能均勻地重新擺放，保證它們：1）經(jīng)過關(guān)鍵的節(jié)點，2）盡可能不重復(fù)，3）沿著可通行的道路布設(shè)。雖然最終設(shè)計可能與概念方案看起來不同，但是模型預(yù)測的結(jié)果依然基本成立，因為公交企業(yè)的運營成本取決于這盤意大利面的重量，而乘客的出行成本取決于意大利面布局的均勻程度——這些特性我們都試圖保留。

第三步是實施。如果采用循序漸進的實施策略，應(yīng)選擇對既有線網(wǎng)補充作用最大、客流潛力最高的線路實施。線路的調(diào)整要符合第一步概念方案提出的總體要求，否則后期可能出現(xiàn)相反效果。當(dāng)然，雖然遵循概念方案很重要，可以隨著實施效果進行調(diào)整。

（五）未來研究建議

本文提出的理念，可以城市從全局出發(fā)、系統(tǒng)地思考公共交通和城市的發(fā)展。這種簡單的公共交通模型，可以更好地幫助城市制定城市運營（如擁堵收費）、實操（如弱勢群體保護）、戰(zhàn)略（如引導(dǎo)土地開發(fā)）等相關(guān)政策。未來可考慮開發(fā)輔助具體線路設(shè)計的電腦軟件（譯者注：目前美國Remix軟件已實現(xiàn)類似功能）——這在運籌領(lǐng)域已經(jīng)獲得了顯著成功，沒有理由不能應(yīng)用在公共交通規(guī)劃中。

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