海绵交通系统供需协同调蓄

汪怡然, 陈景旭, 丁闪闪, 王岳平, 刘志远

(1.东南大学 交通学院，南京 211189；2．华设设计集团股份有限公司 智能交通技术和设备交通运输行业研发中心，南京 210004；3．中交雄安投资有限公司，河北 保定 071700)

近年来，中国城镇化水平和私人小汽车保有量逐年增高，城市交通供需缺口不断加大。截至2020年底，我国私人小汽车保有量24 166.18万辆，以每年2 000余万辆的均速持续增长了5年[1]。而我国目前城镇化水平仅为61.4%，与新加坡、日本、英国、美国等发达国家之间仍有不小差距[2]，居民出行机动化程度刚刚步入快速增长阶段。与此同时，全国公共交通尤其是公交汽电车的市场占有率逐年下降，公交优先战略推行遭遇瓶颈：由于公交客流潮汐性，高峰期客流过饱和与客流总量低迷现象并存，交通拥堵与运输资源利用不均并存，交通供需矛盾十分突出。为缓解城市交通问题，杨涛等[3]从城市的总体规划出发，提出了公交都市建设框架。陆化普[4]结合交通强国战略要求，对中国城市交通面临的问题和符合中国城市特性的TOD模式进行了解读。Cheng等[5]指出应构建干支线协同的公共交通系统以应对弹性出行需求。Li等[6]定量分析了停车换乘与TOD两种不同策略下公交网络中的客流分布情况，并以我国成都市为例指出了不同情境下适宜使用的交通设施布局方法。交通强国建设时代，公交主导的绿色出行已成为公认的应对城市交通问题的有效策略。但与新加坡、丹麦、墨西哥等国家将公交系统建设与土地规划紧密结合并建立健全的公交运管体系相比[7-9]，中国缺乏对城市公交系统构建顺序的合理安排，部分地区盲目扩充公交运能，反而对城市交通系统的发展和公交服务水平改善产生了负面影响[10]。

随着出行需求多样化的发展，为应对日益显著的客流时空不均衡性，仇保兴[11]提出了“韧性城市交通”概念，指出应构建具备较强抗冲击能力和自我恢复能力的城市交通系统。在韧性城市概念引导下，张浩宏等[12]指出城市交通规划应遵循人本主义理念，通过丰富多模式交通提升绿色服务水平。杨超等[13]梳理了国外韧性交通建设概况，并基于我国国情总结了建设经验。事实上，在国内学者提出“韧性城市交通”概念前，已有国外学者针对交通系统韧性的相关概念与评价方法展开研究，但多集中在地震、飓风等灾后分析[14-15]，且大多以可达性为评价标准[16]，对交通系统韧性的概念解读较为局限，没有将交通系统建设与城市规划相结合。近年来，Goncalves等[17]将交通系统韧性的相关研究进行了梳理，阐述了这一概念的实际应用价值，并指明了该理论的研究方向，其中首要任务就是制定具有普适性的韧性交通系统建设方法。全球疫情爆发后，提高城市交通系统韧性和突发事件的应对能力受到更多学者关注。Thombre等[18]通过疫情发生前后的出行行为调查，说明了构建具有弹性的公交系统的必要性。李晔等[19]基于对疫情各阶段特征的差异性分析，给出了城市防疫交通系统韧性提升策略。徐珺[20]专门针对疫情状态下的公共交通系统提出了韧性治理策略。

虽然现有文献从规划、设计和运营层面对韧性交通展开了研究，但通常仅对交通系统中的特定要素(如路网结构或公共交通)进行分析，忽视了各要素的相互影响。城市规划对交通系统规划、设计和运营起到奠基作用，交通系统的瓶颈问题也能指导城市的未来规划，因此，需将城市规划和交通系统设计衔接起来，并兼顾交通系统各要素的一体化发展。文中类比“海绵城市”的创新思路，提出海绵交通系统建设理念，制定面向城市发展建设全过程、成体系、具有可操作性的实践方案，从“海绵”新视角丰富韧性交通系统内涵。

1 我国城市交通系统发展问题溯源

1.1 交通系统运力弹性不足

在城市交通治理过程中，交通拥堵是最受关注的问题。为解决拥堵问题，以往研究多是在进行需求管控的基础上，探寻交通供给能力提升和扩大运输能力的方式。实际上，由于客流具有随机性和时域分布的潮汐性，交通拥堵往往只发生在城市部分地区的客流高峰时期，在其他地区和时段，甚至还存在路网利用率低、系统运能浪费等现象，因此，仅靠提升供给能力并非解决问题的有效途径。

为提升交通系统的运输能力，基于公交主导的城市机动化发展思路，各城市在公交系统建设中投入了大量资金和精力，全国公共汽电车和轨道交通运营线路总长度持续快速增长，尤其是轨道运行线路，已经从2013年的81条增长到2019年的190条[21]，然而全国公共交通年运输总量却呈下降趋势(见图 1)，成倍的新线投入不仅没有吸引足够的客流，公交系统的建设和日常运营成本反而成为财政压力。相反，我国私人小汽车保有量不断增长，高峰期路网拥堵情况仍然存在。以2020年第三季度数据为例，在全国360个城市中，有7.48%的城市通勤高峰处于拥堵状态，58.17%的城市通勤高峰处于缓行[22]。

由此可见，盲目的扩张交通系统运力，无法从根本上解决问题，更重要的是实施交通供给侧改革，减少无效供给。关键要增强城市交通系统对客流随机性和时域不均衡性的适应能力，构建富有弹性的“自适应”型城市交通系统，使供给水平能够根据需求结构的变化灵活调整，在解决高峰期拥堵问题的同时，避免平低峰时期的运能浪费现象。

图 1 2013—2019年全国公共交通年运量与运能变化

1.2 忽视系统内在联动关系

随着“交通强国”战略的全面推进，交通现代化建设对城市交通系统的综合发展、相互联动构建提出了更高要求。然而许多地区在应对实际交通问题时，尤其在进行智能交通建设的过程中，为了尽快见到成效，通常只关注表象问题，缺乏对问题成因的深入思考和梳理；采用碎片化的优化设计方案，“就事论事”却没有考虑交通系统内在的联动影响，没能从根本上解决现有问题，造成了资源浪费。

城市交通系统的协同设计需要长远的发展眼光，在“规划-建设-运营”各个阶段有完整连贯的理念指导，相互支撑；强调大局观念，注重系统内部各个元素相互配合、各层次之间相互联系，构建联动的激励与反馈机制。为实现基础设施的衔接协调和深度融合，首先需要明确交通系统的结构框架，厘清系统内各组成部分之间的相互关系和影响机理，建立协同共治的观念；在此基础上，确定一个总体性、可量化的系统建设目标，并以此为基准，贯穿城市交通系统的规划、建设、管理和控制的全过程。

2 海绵交通内涵

“海绵城市”是指利用雨洪调蓄系统，对环境和气候变化导致的旱涝问题都具有良好适应能力的新一代城市建设理念[23]。“客流-运能管理”和“雨洪-水资源管理”之间存在诸多相似特性，例如，城市交通客流量与降雨量都具有波动性，但长期来看，总量会在一定范围内保持相对稳定。同时，客流的出行更具随机不确定性，相比于雨洪管理，交通系统的规划、设计与管理更为复杂。受“海绵城市”理念启发，提出海绵交通系统建设理念，通过交通系统运能的合理调配和高效协同，来应对客流复杂的时空特性，实现“自适应”的交通供需平衡。海绵交通系统以“分、督、蓄、渗、排”五大要素为支撑开发交通系统的“海绵”功能，赋予系统可灵活调节的运力弹性，使其在应对城市客流量的时空变化时，具有良好的感知和适应能力。

2.1 分(Split)

打破城市单中心“圈层式”结构，采用“组团-社区-邻里”三级生活圈逐层分散发展。将城市分成多个组团，组团空间布局结合组团特质与关联产业群发展考虑。不同产业群分散于不同组团，组团间通过快速交通走廊和大容量交通干线加强联系。组团内细分为多个社区，若干相邻的住宅区或产业区构成社区内部的邻里结构。整个社区是一个功能完善、职住均衡的独立空间单元，从空间结构上削减通勤交通量。

2.2 督(Supervise)

建设多源数据驱动的智能交通监控管理平台，利用数字孪生技术实现对城市交通系统运行态势的全网络、全时空精准感知。把握各级生活圈和各种交通设施的承载能力上限，杜绝城市无限扩张和系统超负荷运转。通过交通供需交互作用的精准分析，有助于对交通系统整体情况的掌控，及时预判并快速应对各种突发情况。基于交通系统运行态势的分析和研判，制定实时的联动信号配时方案、拥堵收费和车辆限行等调控策略，优化组团内部出行方式结构，达到“净化”交通流目的。在政策引导和规章约束的双重作用下，创建公交主导型的绿色优质出行环境。

2.3 蓄(Store)

强化交通系统中交通枢纽、交换中心等关键节点的管理，配置现代化停车设施，实现对路网车流量分车型的协同与管控。对停车场位置的科学合理选址和规模布局，实现高效便捷的停车换乘，同时，结合关键节点动态优惠停车收费政策，吸引并诱导个体出行者停车换乘集约型绿色出行方式。充分发挥停车场对低乘载车辆的容纳能力，通过多级停车换乘设施，逐步提升城市边缘区到城市中心区的集约化出行率和绿色交通分担率，优化组团内部的出行结构，改变目前因小汽车主导而形成的“车外拥挤，车内空荡”的低效道路使用现状。

2.4 渗(Seep)

施行窄路密网式的网络布局，配套高质量的慢行交通体系，提高路网的可达性。慢行交通系统是城市的“毛细血管”，它将与城市的公共交通等“主动脉”密切配合，为居民创造更便捷、更畅快的绿色交通出行体验。同时，慢行交通的路网布局更为灵活，能够与城市公共空间的景观建设完美融合，打造更舒适的乘车环境和候车空间，使出行者享受在途时间，增加城市居民的幸福感。

2.5 排(Sluice)

构建以“轨道线-公交干线-快线-支线-微循环线”为框架的多模式公交网络，兼顾客流运输能力和定制化服务水平。在客流高峰期，各层级公交实行集中调度，加快客流向轨道、干线、快线转移的速率；调节公交运营模式，部分定制化公交转为定线公交，帮助客流从拥堵区域向外围疏散。在客流平低峰期，提升定制化公交车辆比例，满足乘客多样化出行需求、提升服务品质。

海绵交通系统的实施理念实现了交通规划理念、监测管理、交通基础设施建设和出行结构调整4个维度的融合(见图 2)，将国内传统的“车本位”交通设计理念向“人本位”这一全新思路转变。海绵交通“5S”要素相互配合，实现了需求管理和运能供给的协同调控，其核心特点在于：客流高峰时期快速吸纳、疏散；客流平低峰提供多样化定制服务；交通供给能力具有“弹性”，能够通过系统内部各层次、各部分的协调联动，根据客流情况调节运力水平，实现对时域不均衡客流的调蓄。此外，海绵交通理念倡导以人为本的绿色出行，有助于打造城市交通“节约、洁净”的可持续发展态势。

图2 海绵交通系统理念框架

3 “海绵”功能支撑元素

海绵交通系统是交通需求管控与弹性交通供给相结合的协作系统，从容应对客流的随机变化、提供高质量运输服务是其“海绵”功能的重要体现。富有弹性的多孔隙结构是海绵蓄水能力的保证，而在海绵交通系统中，富有弹性的运力是系统调蓄客流的关键。停车场、多模式公交与换乘枢纽正是实现这种运力弹性的支撑元素，它们共同组成了“交通海绵”的孔隙结构。

3.1 停车诱导

路网中的车流好比水流，停车场特别是公共停车场是车辆的存放空间，因此也成为“交通海绵”中吸纳车流最主要的“孔隙”，“孔隙”对车流的吞吐能力需要依赖合理的停车收费方案来调节。结合路网流量情况，制定动态、分时分区的停车收费标准：客流高峰期(区)低价吸引停放，减少路网中私人小汽车的数量，以缓解拥堵；客流平低峰期(区)，结合周边区域的流量分布和停车场内的车辆停放情况，实施差异化收费，提高停车周转率。停车场的另一重要功能是实现对车辆的拦截。考虑到客流分布规律，从城市外围向城市中心区的小汽车使用限制会越加严格，城市中心区还可以划定小汽车禁止驶入的区域，由停车场为这些被拦截的车辆提供“车流积蓄”空间。同时，应注意停车场的合理布局，考虑停车场选址对客流流线的影响，尤其要避免因为车辆出入停车场对主要道路上正常行驶的车流产生大规模影响。

3.2 多模式公交

建设以专用快线和绿波干线为支撑、公交支线和微循环线为衔接补充的多模式公交网络(见表 1)，是改善目前国内公交系统层次单一、服务质量低下缺陷的根本途径。

专用快线沟通主要的枢纽站，如机场、高铁站、汽车站，提供点对点的直达运输服务，拥有专用公交车道，包括路段专用道和路口专用道及专用信号灯，着力提升公交运输速度。绿波干线贯穿城市中心区和城市边缘区，站间距大、总运距长，通过信号协同控制为公交车辆创造绿波通行条件，串联客流量大的车站，是公交运输主力军。在站点分布、运行速度、发车间隔等方面与轨道交通相互配合，缓解因盲目发展而导致的轨道交通超负荷运营现状。

表1 多模式公交网络协同构建

公交支线主要服务于中短距离的出行需求，服务范围覆盖两个相邻社区，起到加密公交网络的作用。微循环线是在社区内部各邻里单元间穿梭的小型巴士，重点服务短距离的出行需求，提高公交网络对支小路的利用率，极大地拓宽了公交网络的覆盖面积。这两种公交模式因为运距短、线路流量小，可以选用体积较小的车型，便于在人流密集的街区自由穿梭，采用需求响应式的线路设计和时刻表编排方案，提供定制化服务。而当某些区域出现客流积聚时，公交支线与微循环线即时转入可集中调配状态，以固定的小间隔发车，有编排的将客流从聚集区域向外围疏散，当该区域客流稳定在路网畅通的情况下后，再恢复常态下的定制化服务。正是这种灵活的服务模式赋予了多模式公交极富弹性的运输能力。

专用快线和绿波干线共同组成公交系统骨干，是城市组团内部和组团之间的纽带，采用定线运行方式，承担大运量运输服务。公交支线与微循环线起到为公交骨干线路饲喂客流的作用，提升了网络的可达性。各级公交线路有清晰的市场划分和明确的职能分工，这样井然有序又紧密配合的多层级公交网络对于支持“城市-组团-社区-邻里”分级发展框架、避免城市因为分散式发展而分崩离析起到重要作用。在公交系统分工时，应该明确各条线路的容量上限，防止某个层级的无限蔓延。公交骨干线路服务范围需合理划分，避免线路上的“过境交通”饱和度过高，导致中间站无人下车，更无法容纳乘客上车，反而大大降低了运量和服务质量。合理安排建设时序，按照先中心后郊区的顺序，逐步加密多模式公交网络，在具备一定客流基础的前提下，根据流量情况，选择合适的公交模式；重点发展灵活性的公交支线与微循环线，快速提升公交网络连通性的同时，可以积累乘客出行数据，便于分析客流规律，为后期建设公交骨干线路提供依据。

3.3 换乘枢纽

换乘枢纽功能是在市域内实现不同出行模式间的换乘衔接，尤其是向公交出行转换的衔接环节。换乘过程的便利性是影响出行者行为的关键因素，换乘枢纽的设计对出行选择的影响至关重要。呼应生活圈的分级发展模式，构建城市型、组团型、社区型和邻里型四级换乘枢纽体系，各级换乘枢纽同时是两个层级生活圈的联结纽带。城市型枢纽设立在城市外围，配套建设大型停车场，负责外来入城车辆的过滤和截流：控制外地车辆流入，避免过度占用城市内部道路资源；通过城市型枢纽实现市内外交通便捷换乘，将其打造为城市对外的多模式交通高效能一体化中转站。组团型枢纽沿组团边缘的骨干道路布设，综合布局快线、干线等大容量公交的首末站停车场和社会车辆停车场，便于组团间的联系。社区型枢纽结合社区中心选址布局，优先保障“公共交通—慢行交通”“干线公交—支线公交”的便捷换乘衔接。邻里型枢纽按照“小而密”的原则根据需求灵活布设，以解决末端路网可达性为目的，利用微循环公交服务实现邻里范围内的公交差异化时空服务全覆盖。鼓励社区型、邻里型枢纽与建筑的结合设置，集约用地并提供良好的室内候车条件。

4 低影响改造

城市海绵交通的实现需依托现代化科学技术与手段对现有交通系统进行智慧化改造，其改造过程中应尽可能地降低对整个城市的影响。低影响改造后可以实现并维持城市交通系统的“海绵”功能。低影响改造的实施需要分别从需求侧和供给侧着手，双管齐下。

4.1 交通需求过程控制

从交通需求发生的完整过程来看，要实现交通系统的“海绵”功能，需要从交通行为的源头、中途、末端三个阶段分别采取措施进行需求调控。

在交通行为的产生源头，通过优化土地结构、促进公共交通发展与混合土地利用的深度融合，营造职住均衡的城市布局形式，降低需求总量、缩短出行距离。对于职住均衡的理解不能固化成小范围内职位数和居住人口的均衡，这种思路过于局限，在规模较大的城市中难以实现。而分散组团式的城市框架和多模式公交网络拓展了职住均衡的布局思路：沿公共交通骨干线路，特别是沿轨道交通、绿波干线均匀对称地布设商业区、住宅区和工业区，控制各区到公交站点之间的平均距离在慢行交通可达的范围内，实现以交通骨干线为支撑的职住均衡，避免客流潮汐现象。在公交骨干线路周边高密度、高容积率地进行综合化土地开发，避免了大运量公交线路的潮汐化和客流单向化，充分利用系统运能。

在交通行为的进行过程中，采用多线引导的方式优化供需关系，以多模式公交和慢行交通系统为出行者提供丰富多样的个性化交通解决方案。对于目前各城市普遍存在的道路通行情况差、公交服务水平低的问题，采用“推拉”结合的方式引导出行结构调整：一方面，建立经济手段为主、行政手段为辅的需求监管政策，覆盖车辆购置、使用、停放、报废全过程的需求管理政策体系，引导小汽车理性拥有和使用，将低承载率的机动车尽可能从路网中“推出”；另一方面，加强公交和慢行基础设施建设，探索绿色出行激励制度，“拉动”出行需求向低碳方式的转移。

在交通行为末端，通过分散和转移需求的吸引地，以达到平衡路网流量、维持良好交通环境目的。通过停车诱导和无障碍换乘等关键节点过滤流量，实现对路网车流的“净化”。探索停车场选址和车位配建指标上限设置方法，控制商业办公、大型公共建筑的配套车位规模，通过收紧末端供给，限制私人小汽车的使用。探索分时分区的动态停车收费政策，以及停车换乘和长期停驶的停车优惠政策，以经济杠杆调控出行结构。

4.2 交通供给分级调配

在“城市-组团-社区-邻里”四级生活圈的架构下，设定4个层级的运力调配方案(见表 2)，分别对应不同客流水平下的交通供给管理策略。随着运力调配方案升级，参与的交通设施也逐渐增多，形成由点到线、由线到面、逐级参与、层层疏解的交通供需调控体系。

表2 四级运输能力调配管理方案构成

需要注意的是，这里的交通供给分级调配是指在海绵交通系统的常态化运行情况下，交通供给设施始终各司其职并相互配合；当通过监测交叉口延误时长、路段车辆运行速度和路段车流饱和度等参数，感知到某区域流量有短时激增趋势时，可以通过预设的阈值将运力供给设施转入对应的应急状态，而其他供给设施仍然正常运转。

5 海绵交通理念的意义及应用

建设现代化的城市交通运输网络是实现交通强国的基本要求，是全面构建现代化高质量国家综合立体交通网的重要一环。海绵交通理念为城市交通系统多中心、多层次的网络化布局提供了具体建设方案，通过优化存量资源配置，扩大优质增量供给，增强了系统弹性，与《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》精神紧密契合。

海绵交通理念实现了对运输资源的合理开发。海绵交通系统运力弹性评价体系注重对交通基础设施承载力的评判，以“资源环境承载力-开发现状-开发潜力”为导向，通过交通设施的需求负荷度评价供给弹性，确定城市交通系统海绵能力的瓶颈。根据交通设施的承载能力严格把控供需关系，严守城市的宜居容量上限，坚持绿色、可持续发展。

海绵交通理念可以为城市交通系统的建设、运营、管控和维护提供科学依据。海绵交通理念将城市交通系统从规划设计到运营管理再到升级发展的全过程串联了起来，城市交通系统中的各层级、各环节、各组成部分都在这一框架下紧密融合，为梳理城市交通系统的协同运行机制提供了全新角度。海绵交通理念不仅是针对城市交通供需的调蓄管控，更是影响城市生态格局构建和人民生活品质提升的交通体系建设新思路。

6 结 论

海绵交通对韧性交通系统理念进行了拓展与完善，对提升城市交通系统的供需调蓄能力提出了全面且具体的实施方法，具体包括：

1)海绵交通理念将城市交通系统从规划设计到运营管理、再到升级发展的全过程串联了起来，城市交通系统中的各层级、各环节、各组成部分都在这一框架下紧密融合，为梳理城市交通系统的协同运行机制提供了全新视角；

2)以多模式公交网络和停车换乘体系为交通系统“海绵”功能的主要支撑，从分、督、蓄、渗、排5个方面着手，实现全时域的客流均衡化调控，避免潮汐现象；

3)在目前的城市交通系统建设基础上，提出通过低影响改造实现绿色出行主导的海绵交通系统建设。