基于系统动力学的城市低碳交通情景模拟研究——以乌鲁木齐为例

钟 莲，李 莉，宋 阳 （新疆农业大学 机械交通学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

ZHONG Lian,LI Li,SONG Yang (Mechanics Transportation College,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

低碳交通是在满足不断增长的交通需求的基础上降低交通工具碳排放量，减少温室气体排放，实现交通与人类低能耗、低排放、低污染的可持续发展交通模式[1]。城市低碳交通发展取决于城市公共交通建设力度以及城市交通政策与交通管理是否合理有效[2]。

乌鲁木齐是新疆的首府，是新丝绸之路经济带途经的重要城市与中国向西开放的重要门户。乌鲁木齐城市交通出行方式包括步行、公交出行、出租车出行与私家车出行，其中公交有普通公交与快速公交两种。截止2012年，乌鲁木齐城市公交运营车辆为3 914辆，出租车汽车为10 046辆，而乌鲁木齐私家车以每年10万辆的增长速度于2014年7月到达70万辆。

1 数据来源

在问卷调查的基础上进一步整理、分析、计算得出车辆出行信息与居民出行信息，其中包括各类车辆平均出行距离、百公里油耗、日均出行次数、日均载客量、空驶率等。经济、人口数据主要来源于《乌鲁木齐市统计年鉴——2013》，燃料相关信息来自于《IPCC—各种燃料CO2排放系数》。

2 城市公路交通碳排放模型的建立

本文采用系统动力学建模软件Vensim PL建立动态模型，在系统结构分析的基础上，用图形化的箭头连接各变量建立系统流程图，并将各变量、参数的关系用适当的方程写入模型进行计算、模拟[3]。

在假定城市公路满足城市交通发展的前提下，保持现有城市发展基数不变，基于系统动力学模型对乌鲁木齐2020年城市公路交通碳排放趋势进行预测。该预测值在此称为“原情景”预测值，并将作为判断情景模拟方案是否低碳的评价指标。

基于乌鲁木齐城市公路系统结构分析的基础上建立交通系统结构流程图如图1所示，并得出系统动力学模型中乌鲁木齐城市公路碳排放数据如表1所示。本文将人口、公交客运量与公交分担率等指标的模型输出值与实际数据进行比较，三者误差均控制在10%以内[4]，由此表明，模型模拟精度良好，可进一步进行情景预测。

图1 交通系统结构流程图

表1 模型碳排放状况

3 情景模拟

在结合乌鲁木齐实际的基础上改变城市公路交通模型相关参数重新进行预测，目的在于判断参数变化是否低碳效应。

情景1 私家车出行次数

私家车出行次数管理可以通过调整小汽车燃油价格、停车管理、征收拥堵费用等措施达到降低私家车出行次数的目的。在此将私家车日均出行次数由1.8次改为1.3次。

情景2 私家车出行距离

通过完善停车管理系统，城区周边设立大型停车场，提倡城区公交出行，城区内增加停车收费等方式以缩短私家车出行距离。模型中将私家车平均出行距离由7公里缩至5公里。

情景3 私家车保有量

通过提高小汽车购置税，限制小汽车登记牌照等方式降低私家车增长速度。本文拟将私家车的增长速度下降40%。

情景4 公交优先

增加公交车数量、减少公交发车间隔，提升公交客运能力；淘汰老旧车型，提高居民出行舒适度；合理调整公交路网结构，提高公交覆盖率与可达性；严格管理交通信号系统，减少公交停车次数；增加公交快速通道，提高公交运营速度[8]。模拟过程中将公交车保有量年增长速度提高3辆，公交日出行次数增加1次，公交平均载客量增加2人。

情景5 慢行交通

设置慢行交通专用车道，解决短距离出行问题，在一定程度缓解公交拥挤，提高公交出行吸引力。慢行车道的设置会占用一定比例的城市道路，为私家车出行带来不便，模型中将私家车出行次数降至1.5次。

情景6 技术减排技术减排的方式包括提高燃油利用率、汽车尾气控制与再处理、开发利用新能源等。模型中假定私家车燃料均为较为清洁的天然气。

情景7

综合情景1、2、3，降低私家车使用频率以达到低碳减排的目的。

情景8

综合情景4、5，完善城市公共交通、慢行交通建设以提高低碳出行客运能力。

情景9

综合情景4、5、6，在健全城市公共交通体系的同时，利用低碳技术降低私家车污染物排放。

情景10

综合情景1～6，大力发展减排技术，积极建立健全城市公交体系，严格控制私家车发展与出行。

各类情景在系统动力学中的预测结果如图2与表2所示。

图2 乌鲁木齐城市交通碳排放情景模拟趋势图

图2 显示，预测曲线1与4较为接近，均为碳排放较低水平，两者分别对应情景10与情景7。预测模型中碳排放量高的曲线为7与0，曲线7对应情景4，曲线0代表按原有发展趋势所对应的预测值。曲线7略高于曲线0的原因在于情景4在没有限制城市车辆发展的前提下加大了公交车投放力度。

表2显示，除情景4之外，其余模拟情景城市交通碳排放均低于按原有发展趋势的预测值，低于原情景预测值的模拟情景均符合低碳需求。从交通结构来看，私家车是城市交通碳排放的主要贡献者，即使为私家车出行设置苛刻条件，其交通碳排放比例仍高于60%。情景7与情景10对私家车进行了综合管理，两者交通碳排放量均低于原情景预测值的50%。

在诸多低碳模拟情景中，情景7、10、3、2、1的低碳效果更为显著，他们的共同特征是不同程度地控制了私家车碳排放，情景10与情景7控制力作用最强。相比之下，情景10更满足城市健康发展要求，在控制私家车发展的同时提高公交客运能力以弥补出行需求。

4 结论

通过系统动力学对乌鲁木齐城市交通碳排放各类情景模拟得知，伴随居民生活水平的提高，私家车是城市交通污染的罪魁祸首，是低碳减排措施的聚焦点。除低碳技术之外，可通过如下措施控制私家车碳排放：调控汽车燃油价格增加私家车出行成本；规范停车管理，城区入口处规划大规模停车设施，城区内设置停车限制以减少市区小汽车数量；提高私家车购置税、限制私家车牌照登记以控制私家车增长速度；提高公交覆盖率、增加公交出行舒适度，发展慢行交通，一定程度减少私家车出行次数。

表2 2020年乌鲁木齐城市交通碳排放情景模拟数据表

[1] 北京市交通委员会，北京交通发展研究中心.北京交通发展纲要（2004～2020）[Z].2004.

[2] 周干峙.应该重视城市综合交通规划[J].城市规划，1993(3):5-6.

[3] 李亚璐.城市低碳发展过程的系统动力学分析[D].天津：天津大学（硕士学位论文），2012.

[4] 刘爽.基于系统动力学的大城市交通结构演变机理及实证研究[D].北京：北京交通大学（博士学位论文），2009.