城市最优路权分配方法模型解析

马小毅，周志华

(广州市交通规划研究院，广州510030)

0 引言

公交优先作为缓解中国大城市交通拥堵问题的理念早在20世纪90年代就已在业界得到公认，从2005年9月23日正式颁布的《国务院办公厅转发建设部等部门关于优先发展城市公共交通意见的通知》(国办发［2005］46号)到2012年12月29日正式颁布的《国务院关于城市优先发展公共交通的指导意见》(国发［2012］64号)，公交优先从理念到政策到实施一步步得到了夯实，公交优先在城市、尤其是在大城市中都取得了非常明显的效果，国内北京、上海、广州三大城市都基本实现了国发［2012］64号文件中提出的公共交通占机动化比例60%的目标.然而，实现目标并没有意味城市交通状况良好，相反却面临越来越严峻的形势.无论是两个国务院的文件，还是各城市综合交通规划文本中，有关公交优先的政策、机制、措施已非常全面，国内各城市在实施中也都有涉及，但从城市交通的现状来看效果却不明显.理论上，如果各项政策、机制、措施都能到位，城市应该可以摆脱交通拥堵的窠臼.囿于目前城市的经济实力，一下子达到理想状态不现实，那么能否把握住诸多公交优先措施中的关键点，着重加以实施，希冀起到事半功倍的作用，在当下这个时间节点上显得尤为重要.

1 交通拥堵成因解析

自从交通拥堵上升为国内大城市的一种“病”后，业界对交通拥堵特性的研究逐渐深入，形成了全面的认识，提出诸多解决的方法，并建议城市政府和社会用从容的心态去面对［1］.判断交通拥堵在业界有很多指标，最直观最广为各界所接受只有一个，即机动车高峰运行速度.数据见表1，历史悠久的特大中心城市机动车速普遍在20 km/h左右，这与J.M.汤姆逊［2］在20世纪80年代提出有关16 km/h的论点描述基本一致.

表1 2011年部分超千万人口城市中心区晚高峰干道机动车速 km/h

大城市的客运交通结构主要由3种交通方式组成，即地铁、地面公交和小汽车(含出租车).为了缓解交通拥堵，国内大城市普遍在高峰时段将货车限制在中心城区以外，因此机动车高峰运行速度基本上由3种主要客运交通方式互相博弈而形成.其中，地铁独立运行，与另外2种交通方式在道路资源上没有竞争，实施中民间争议相对较少，而且见效较快，因此国内大城市普遍将建设地铁作为缓解交通拥堵的首要抓手，目前国内三大城市北京、上海、广州地铁运营长度已进入世界先进城市行列［3］，到2020年，国内的深圳也很有可能进入十强名单.但是由于地铁造价昂贵，不可能比照道路网络一样覆盖全城，因此不能单独解决交通问题.其运营速度虽然能达到35 km/h，但考虑换乘、等待、起终点与站点距离等因素，与目前城市晚高峰机动车速基本接近.据相关研究，上海采用地铁方式出行的总平均速度只有其运营速度一半(18 km/h)左右.

正如战争一样，无论性质多现代，最后都要靠地面部队解决，交通亦然.地铁的特性决定了其只能对机动车速形成一定的影响，机动车速最终还得由地面上的2种交通方式来决定.一方面，大城市尤其是中心区的道路资源受土地资源稀缺性的限制，道路供应很难有大的提升.另一方面，按照规划界的一句俗话:“路宽了，车自然多了”，人们会按照宽路所能容纳的最大限度来使用道路.除非对车辆的使用进行管理，不然修再多的路也无济于事.小汽车自由、私密、舒适、快速、门到门的特点是地面公交无法比拟的，只有科学管理小汽车的使用，才能从根本上解决城市交通拥堵.目前北京、上海、广州共同的小汽车管理政策是限制小汽车的拥有和分时使用，但是国家中心城市的定位决定了这个政策不可能如孤岛城市(香港、新加坡等)一样取得明显而较长期的效果.只有将“人们会按照宽路所能容纳的最大限度来使用道路”中的“最大限度”定位在“人”而不是“车”，交通拥堵问题才可能得以彻底解决.根据“木桶原理”，地面公交的运行质量直接决定了客运系统的整体服务水平，在市区道路资源十分有限的情况下，地面公交和小汽车在路权分配上非此即彼，路权分配必须秉承“抬一头，压一头”(抬公交，压小汽车)的原则，越拥挤的道路越应考虑设置公交专用道，广泛实施公交路权优先［4］.

2 路权分配

路权分配就是道路交通资源的分配，最优的路权分配方案应该在城市交通系统所能提供的总容量的前提下，通过逐步调优获得.交通容量的概念最早由美国交通工程学者在20世纪50年代提出，历经几十年的研究后，国内外学者们对路网容量的概念定义、研究方法都有不同的理解.基于不同的目的，研究重点也不相同.规划部门侧重于交通容量下的土地开发模式研究，交管部门则关注容量限制下的机动车规模和交管办法的研究.

2.1 容量定义

在既定供需基础上，确定服务水平目标，通过模型迭代，寻找最优路权分配下单位时间内城市交通系统所能服务的最大出行量.1)既定供需基础:既有道路网络、轨道网络和出行需求;2)服务水平目标:政府及大多数市民能够接受的交通服务水平，对交通容量达到最大时的状态进行界定，建立指标评价体系.

2.2 评价指标

出行质量的好坏，不应以通行路径上某几个节点的拥堵情况来判断，而是对出行全过程的总体评价，需要建立共识性的指标，融入供需平衡概念，代表整个系统的吸纳能力.影响出行质量的指标主要有2个:出行的可控性(时耗)和旅途的舒适性(车内拥挤度).社会车辆主要考虑车速水平，公共交通则还需考虑车厢拥挤度、候车时间等.

2.2.1 时耗

人一天的活动时间可以做如下简单分配［5］:8 h工作学习、8 h睡眠、餐饮和家务等日常基本活动4 h、娱乐休闲2～2.5 h，那么花费在交通上的时间大约在1.5～2 h之间，如果超过这个限制，其他生活需求将受到压制，生活质量下降.另外有学者从交通的角度对居民出行时耗进行了研究，时耗与城市规模相关，出行时耗占日常时间比例相对稳定，一次出行最大时间有容忍上限，其中特大城市约为60 min［6］.

2.2.2 小汽车与公交车时耗比

公交优先实质上是在系统最优前提下，公共交通通过管理从小汽车那里取得应得的道路资源，在一定服务水平下，二者的时耗比越低，公交发展水平越高.国内学者对此有过专门研究，得出公交与平均出行时耗比1.15～1.56倍［6-7］.

2.2.3 车厢拥挤度

与小汽车相比，公共交通要具备一定的竞争力，应适当提高现有拥挤度的标准，建议结合城市实际情况自行确定，在容量测算时，该指标作为初始值输入，用拥挤分配模型对溢出客流进行二次加载.

2.3 运算方法

容量涵盖了交通供需关系，用来运算的模型不能仅局限于设施物理容量，应考虑供应与需求的匹配关系和系统服务水平的认定.可考虑在传统的综合交通模型［8］基础上搭建，让交通容量的研究从实验室进入应用领域.总体技术流程如图1.先设定初始公交运力和路网(路权)方案，再逐步调整交通需求、路权分配等，其中由于对路权的分配涉及到实际可行性的判断，需要人工加以检验后再纳入循环迭代.总体上有2个判断过程:①检验平均时耗.不达标时对可变地区开发规模进行调整(人口、就业)，重新纳入循环迭代;②检验地面公交与小汽车时耗比.不达标时调整公交路权和运力，纳入循环测试.通过上述过程的不断调整优化，最终获得在指定服务水平下的矩阵总量、方式结构、路权分配方案和用于启动相关措施的车速阈值，这是整个容量测算的核心内容，用于指导各项交通改善方案.

3 案例:广州

3.1 现状运行特征

主城区(环城高速公路以内，222 km2)内总出行124万人次/h，在路权分配上，小客、出租和大客用88%的道路资源解决了57%的地面出行，公交则用12%的道路资源解决了43%的地面出行，对应的道路车速为23 km/h，平均单程时耗52 min.按照1 h的平均单程时耗控制，系统仍有8%的提升空间，最大可容纳 135 万人次/h［9］.

3.2 2020年“基本情形”

至2020年，主城区道路里程达到1 677 km，总资源6 804车道km，虽然公交专用道(新型有轨电车+快速公交BRT+公交专用道)规模增加31%，达到313 km，但同时小客车保有量也将达到330万辆［10］，若不加大道路资源向公交倾斜的力度，城市交通将陷入低水平的平衡.据测算，地面公交与小汽车的地面资源分担比将达到17∶83，干道车速仅为17.6 km/h.作为国家中心城市，未来道路车速不应比现状23 km/h的水平还低，且从城市空间拓展的角度看，如果时间消耗不变，那么出行距离一旦增加，车速水平应该更高才有可能维持相应的服务水平.因此，为满足城市的发展需求，必须对道路资源进行重新分配，提高整体服务水平.

3.3 改善方案

划定公交专用道不应只考虑客流，应从解决交通拥堵的终极目标出发.首先划定个体交通走廊和公共交通走廊，区分快慢;再检查交通拥挤区段，按路段专用道、路口专用道的先后次序，重新划定公交专用道，逐步加大路权倾斜.本方案共在主城区内提出专用道444 km，其中路内119 km，路侧326 km.

公交运营的效果必须通过对实际运作状况进行跟踪完善才能保证，目前广州已拥有道路交通实时检测系统，具备对交通运作状况进行全方位监控和反应的能力.具体调整办法为:当高峰时期某条公交的车速在1周内连续低于17 km/h，说明该线路沿途受到了严重干扰(小汽车干扰、信号干扰、上下车延误等)，可以从2个方面加以优化:①检查沿线经由路段的专用道设置情况;②检查运力配置和实际车厢拥挤情况.此处，公交车速指个体自身的全程车速(不考虑候车和步行时间，路径长与车上时间比)，是与平均出行时耗对应的车速概念，跟公交车运营车速、点速度不同，但实际很难监测.可采取折衷的办法，采用公交客流矩阵对运营车速进行加权平均:

图1 交通系统容量分析流程

其中:Trip为公交客流站间矩阵，通过羊城通数据获得;Cost为运营线路的站间时间消耗矩阵;Distance为站间距离矩阵.

3.4 模型运作

3.4.1 关键指标

见表2。

3.4.2 运作结果

通过模型运作，地面公交与社会车辆的合理路权分配应该由现状的12∶88增加到25∶75，公交车速将由现状15 km/h升至17 km/h，此时广州主城区干道平均车速将维持在23～25 km/h水平，主城区交通运作将处于一个较为理想的状态.

4 结束语

大城市中心区发展到现在，通过基础设施建设来扩充容量已相当困难，而通过交通管理的杠杆来实现系统最优是切实可行的路径.随着民生观念的深入，交通管理应更多地引导，而不是限制，才能更好地体现政府执政水平和技巧.保证地面公交的路权，践行了公交优先的理念，实施既不复杂又相对经济，更占领了道德的制高点，保证其具备较强的可行性.理论研究证明:只要辅之于相应的监控处罚措施，实施效果相当可观.有理由相信:地面公交路权的优先是现时大城市交通问题的解决之道.

表2 模型运作所需的相关指标数值

［1］黄伟.直面城市交通拥堵［J］.城市交通，2011(1):1-2.

［2］J.M.汤姆逊.城市布局与交通规划［M］.北京:中国建筑工业出版社，1982.

［3］马小毅.后亚运时期的广州市轨道交通规划［J］.都市快轨交通，2012(1):26-29.

［4］贺崇明.新时期广州城市交通改善策略纲领刍议［J］.城市观察，2010(8):70-77.

［5］吴良镛.人居环境科学导论［R］.中国建筑工业出版社，2001.

［6］陆建，王炜.城市居民出行时耗特征分析研究［J］.公路交通科技，2004(10):102-104.

［7］吴子啸，宋维嘉，池利兵，等.出行时耗的规律及启示［J］.城市交通，2007(1):20-23.

［8］金安，陈先龙，周志华，等.2011年广州交通模型修正与校核报告［R］.广州:广州市交通规划研究所，2012.

［9］马小毅，金安，周志华.广州市主城区交通系统容量分析［R］.广州:广州市交通规划研究所，2012.

［10］贺崇明，马小毅，王波，等.广州市综合交通规划［R］.广州:广州市交通规划研究所，2011.