基于軌道交通的快速公交系統運營計劃研究

王正彬 張麗娟

0 引 言

隨著我國城市化的不斷發展，交通需求持續增長，城市交通問題日趨嚴重，許多大城市普遍面臨交通擁堵、事故頻發、環境污染等諸多交通問題，城市交通面臨著前所未有的壓力[1]。大力發展以大運量快速客運交通系統為骨干的城市公共交通系統是解決當前城市交通問題的根本途徑。而城市大運量快速客運交通系統主要由軌道交通（地鐵和輕軌）和快速公交（Bus Rapid Transit，簡稱BRT）系統兩種方式構成。目前，我國許多大城市在進行城市軌道交通規劃和建設的同時，也在進行BRT 的規劃和建設。雖然兩者在建設周期、投資、客運能力、靈活性等方面各有優勢，但 BRT系統在構成、特征等方面都與軌道交通有相似之處，因此我們可以在分析 BRT系統的構成要素、特征基礎上，將軌道交通的運營組織特性運用到BRT系統上來對其進行研究。

1 BRT系統簡介

BRT是一種介于快速軌道交通（RRT）與常規公交（Normal Bus Transit，簡稱NBT）之間的新型公共客運系統[2]。它利用改良型的公交車輛，運營在專用的道路空間上，保持軌道交通運營性能且具備常規公交靈活性的一種便利、快捷的公共交通方式[3]。

BRT系統與軌道交通類似，主要包括專用車道、專用車輛、車站、售檢票形式、靈活的運營調度、智能交通系統（ITS）等六個基本組成要素。

BRT系統的公交車輛主要運營在專設的公共交通專用車道或具有保護路權的道路（路面、高架或隧道）上[4]，這樣運行車輛可以免受其他車輛的影響，從而提高了運營速度、通行能力和準點率；BRT系統的車輛一般采用大容量、低排放、配置空調和乘客實時信息系統的低地板鉸接公交車[5]，可以有效提高車輛容量和車站通行效率，從而提高運輸能力及降低運營成本；BRT系統車站的設計吸收了許多軌道交通站點的服務特點，在站臺上設置收費系統和公交運營信息管理系統，為了方便乘客上下車，設置與車輛地板等高的站臺等，可以有效減少車輛停站時間和乘客上下車時間；BRT系統的售檢票一般采用與軌道交通類似的形式，即采用車外售檢票方式[6]，通過設置站外售票、站點閘口的自動售檢票ACF(Automatic Fare Collection)系統，在BRT車輛進站前完成收費，使得乘客可以利用停靠車輛的所有車門同時上下車，提高了乘客上下車速度；BRT系統以合理的發車時間和發車間隔調度和組織運輸，提供全天候、高頻率的服務，最大限度的滿足乘客需求，而且服務線路和班次可以根據季節、日期和時間進行隨時調整以適應乘客的不同需求[7-9]；ITS應用于 BRT系統，主要是將通訊和電子技術與BRT的基礎設施結合起來，使BRT的運營效率和方便程度顯著提高，較先進的BRT系統采用全球定位系統（GPS)和車輛自動定位系統（AVL）來調整管理運行信息，實時發布BRT車輛到站、離站信息[10]。

綜上所述，我們可以得出 BRT系統具有快速、高容、舒適、安全、靈活等類似軌道交通的特點，可以用軌道交通的行車組織方法來研究 BRT的運營調度問題，即確定全日行車計劃及運用車配備計劃。

2 根據軌道交通運營組織特性編制BRT系統全日行車計劃

根據上述分析，BRT快速公交系統作為城市重要的公共交通基礎設施，具有與軌道交通相似的構成和特點。雖然目前我國各大城市都在大力發展 BRT快速公交系統，但 BRT在我國尚處于起步階段，屬于一個全新的交通方式，在研究方面，還只是對系統的大體研究，在對運輸組織和運營管理方面的研究還比較少，而且不夠具體和深入。而軌道交通的發展比BRT系統要早很多年，對軌道交通各方面的研究也比較系統和深入。鑒于它們之間的相似性，我們可以將城市軌道交通的運營組織及管理方法運用到 BRT系統上來對其進行探討和研究。以下就是依據城市軌道交通中根據客流計劃編制全日行車計劃的方法來編制BRT系統的全日行車計劃。

2.1 BRT系統的客流計劃

計劃期間 BRT系統線路客流的計劃稱為客流計劃，這是其他計劃編制的基礎和依據。因為BRT線路一般都是新修的線路，所以可以根據以往公交線路運營的統計資料和客流預測資料來編制。它主要包括沿線各站到發客流數量、各站分方向別發送人數、全日分時段斷面客流的分布、全日分時段最大斷面客流圖等[11]。

以站間發、到客流量數據作為 BRT系統客流計劃的原始資料，首先計算出各站上下車人數，然后計算出斷面客流量數據。如果要分上下行，則需要看車站的排列順序[12]。

BRT系統各區間的斷面客流量可以根據各站上下車人數統計表生成，斷面客流量等于上一斷面流量加上車站的上車人數再減車站的下車人數。斷面客流也可以用線路斷面客流圖來表示。

求出 BRT系統全日斷面客流量數據后，高峰小時的斷面客流量可以按占全日斷面客流量的一定比例來估算出，比例系數的取值可通過客流調查來確定。BRT系統全日分時段最大斷面客流量也可在求出高峰小時斷面客流量的基礎上，根據 BRT系統全日客流分布模擬圖來確定[12]。

2.2 根據客流計劃編制BRT系統全日行車計劃

由于快速公交系統和軌道交通系統具有相似性，所以可以在快速公交運營中借鑒軌道交通多車編組運營的形式，以更高效的利用停靠位資源，提高系統的通行能力。編組運營是指在運營調度時，有意識地將運營車輛編為一組，形成“公交列車”整體運營的形式，但是編組數量不應大于停靠站的停靠位數。北京快速公交南中軸一線，高峰期就采用兩輛18 m鉸接公交車編組發車的形式運營[7]。

BRT系統全日行車計劃主要指BRT系統營業時間內各個小時開行的BRT“公交列車”組數計劃，它規定了BRT線路的日常作業任務，也決定著BRT系統的輸送能力和設備（車輛）使用計劃，是快速公交系統科學地組織運送旅客的方法，同時也可以為后續編制公交車輛運行計劃提供依據。

根據軌道交通行車計劃編制方法來編制 BRT系統全日行車計劃的步驟如下：2.2.1 資料[13,14]：

（1）營運時間計劃，即 BRT系統全日營業時間的范圍，這與每個城市居民的出行生活習慣和文化背景有關。營業時間的設置首先要考慮方便乘客，滿足城市生活的需要，其次應考慮滿足 BRT系統各項設備檢修和維護的需要。目前，大多數城市的公交運營時間在18小時左右，一般為5:00～23:00，根據季節變化稍微有所調整。

（2）全日分時最大客流斷面分布可根據上述客流數據推算。

（3）BRT系統“公交列車”運載能力，主要涉及BRT系統的一組“公交列車”所編組運營的車輛數和車輛定員等數據。“公交列車”編組輛數可以根據高峰小時最大斷面的客流量來確定，車輛定員數的大小取決于車輛的尺寸、車門數和車廂內座位布置方式等。一般來說，車輛越大，長寬尺寸越大，則載客越多，車廂內車門區較座位區載客數量要多，車廂內座位縱向布置比橫向布置載客數要多。

（4）設計實際滿載率，指實際載客量與設計載客容量之比，它反映了BRT系統的服務水平。一般地，高峰小時滿載率為120%，其他時間為90%。

2.2.2 程序[15]：

（1）計算營業時間內各小時應開行“公交列車”組數：

式中： ni——第i小時內應開行的“公交列車”組數（組）；

pmax——第i小時最大客流斷面乘客數量（人）；

β——車輛滿載率。

（2）計算發車間隔時間公式如下：

或

（3）最終確定全日行車計劃。

在計算出各小時應開行 BRT“公交列車”組數和行車間隔后，若發現某段時間內發車間隔時間過長，應進行適當調整，以免乘客候車時間過長，降低乘客的出行速度，不利于吸引客流。為了方便乘客，提高BRT系統的服務水平，高峰時段應該滿足客流需要，非高峰時段不低于一定的服務水平。

3 BRT系統運用車配備計劃

為完成乘客運送任務，BRT系統必須保有一定數量的車輛，借鑒軌道交通車輛分類的方法，我們可以將BRT車輛根據運用上的區別，分為運用車、檢修車和備用車三類。相對應BRT系統的車輛配備計劃就是指為完成全線全日行車計劃 BRT系統所需要的車輛保有數量計劃。根據BRT車輛的分類，車輛保有數量計劃包括運用車輛數、在修車輛數和備用車輛數[13,14]。

3.1 運用車輛數

運用車輛數是指為完成 BRT系統的日常運輸任務所必須配備的技術狀態良好的可用車輛數量。運用車的需要數量與高峰小時開行的最大“公交列車”組數、“公交列車”開行速度及在折返站停留時間等因素有關，可按下式計算：

式中：n高峰——高峰小時開行的“公交列車”組數（組）；

Θ列——“公交列車”周轉時間(min)；

m——平均每組“公交列車”編成輛數（輛）。

式中“公交列車”周轉時間是指 BRT“公交列車”在線路上往返一次所消耗的全部時間。它包括“公交列車”在途中運行時間、在途中各站停站時間以及在折返站作業停留時間（若“公交列車”是環線運行，就是在首末站作業停留時間）。即

式中：∑t運——“公交列車”在線路上往返一次在途中運行時間之和(min)；

∑t站——“公交列車”在線路上往返一次在途中各站停站時間之和(min)；

∑t折停——“公交列車”在折返站或首末站停留時間之和(min)。

3.2 在修車輛數

車輛經過一段時間的運營后，各部件會產生磨耗、變形或損壞，為保證車輛技術狀態良好和延長使用壽命，車輛需要定期進行檢修，以預防故障或事故的發生。在修車輛則是指處于定期檢修狀態的那部分車輛[14,15]。

車輛定期檢修包括車輛檢修級別和車輛檢修周期，它們根據車輛設計的性能、各部件在正常情況下的使用壽命以及車輛運用環境等因素綜合考慮確定。

在修列車數量根據運用列車數量綜合維修能力等取得，一般為運用列車數量的10%～15%。

3.3 備用車輛數

備用車輛是為了適應客流變化，確保完成臨時緊急的運輸任務，以及預防運用車發生故障，BRT系統必須準備的技術狀態良好的車輛數。一般來說，這部分車輛可控制在運用車數的10%左右，但對于投產不久的新線來說，由于車輛狀態較好，當客流量不大時，為節約投資，備用車輛數量可適當減少。

4 算 例

4.1 已知條件

假設表1是某條快速公交線路上10個車站間到發客流量表，BRT系統運營時間為 5:00～23:00，全日分時最大斷面客流分布比例見表 2第二列，BRT系統一組“公交列車”編組2輛公交車輛運營，車輛定員數為160人，高峰小時為早7:00～8:00，晚17:00～18:00，高峰小時滿載率為120%，其他時間為90%，“公交列車”周轉時間為70min。

表1 各站間到發客流量Tab.1 Volumes of arrival-departure passenger flow among stations

4.2 編制全日行車計劃

（1）根據表1我們可以推算出各站上下車人數，如表3所示。每行之和對應該車站的上車人數，每列之和對應該車站的下車人數，并記A—J為下行，J—A為上行。

根據各站上下車人數（見表 3），計算出各站上下行斷面客流量，見表4所示。斷面客流也可以用線路斷面客流圖來表示。

（2）根據以上條件，編制BRT系統全日行車計劃

根據各站上下行斷面客流量（見表4）可知，早高峰小時最大斷面客流量為23034人。根據全日分時最大斷面客流分布比例（表2第二列）可計算出分時最大斷面客流量，如表2所示。

表2 全日分時最大斷面客流量Tab.2 Volumes of maximum passenger flow cross section by time all day

表3 各站上下車人數統計表Tab.3 Statistics of passenger number getting on and off train at each station

表4 各站上下行斷面客流量Tab.4 Volumes of up and down BRT passenger flow cross section at each station

根據已知條件計算可知：

高峰小時BRT系統每組“公交列車”的乘客人數：160×2×1.2=384（人）

其他時間BRT系統每組“公交列車”的乘客人數：160×2×0.9=288（人）

然后就可以根據公式（1）計算營業時間內應發出的BRT“公交列車”組數，根據公式（2）或（3）計算發車間隔時間，并進行適當的調整，最終確定全日行車計劃，見表5所示。

表5 全日行車計劃Tab.5 Full-day BRT operation scheme

4.3 確定運用車配備計劃

根據公式（4）計算運用車輛數：

所以在修車輛數為 140×10%=14（輛），車輛檢修級別和檢修周期可根據實際情況具體確定。備用車輛數為140×10%=14（輛），總共需要配備的BRT車輛為 140+14+14=168(輛)。

5 結 論

本文通過對 BRT系統的定義、構成和特點的分析，根據 BRT系統與軌道交通的相似性關系，借鑒軌道交通運營組織方法，提出了 BRT系統全日行車計劃的編制方法和確定BRT運用車配備計劃的方法，并結合實例，給出了 BRT線路編制全日行車計劃和需要配備車輛數的具體計算方法。但本文只是簡單的根據BRT客流計劃確定出了BRT系統全日行車計劃中 BRT列車編組運營應開行的“公交列車”組數和發車間隔以及所需要配備的車輛數。從實例計算的結果可以看出，按照此方法計算出的BRT“公交列車”發車間隔較小，因此乘客等候時間較短，有利于吸引客流，提高 BRT系統服務水平和運營效益，但是所需要配備的車輛數較多，增大了 BRT系統的投資和運營成本。而且采用編組運營對BRT系統調度的要求較高，本文未考慮 BRT系統的調度能力等因素，對于發車間隔時間、停站時間、車站停靠能力之間的關系仍然需要進一步的深入和完善。

[1] 汪 玨. 成都快速公交（BRT)系統研究[D]. 成都：西南交通大學，2006.

[2] 陸錫明. 快速公交系統[M]. 上海：同濟大學出版社，2005：1-18．

[3] 孫傳嬌，王元慶，周 偉，宮俊濤. 快速公交行車系統方案決策研究[J]. 交通運輸工程與信息學報,2007, 5(2)：44-51.

[4] 美國國家科學院運輸委員會. 巴士快速交通實施指南[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2009：10-17.

[5] 李智宏. 快速公交系統的適應性分析與實踐研究[D]. 成都：西南交通大學，2006.

[6] 郭 鈺，宋 瑞. 快速公交中間站設施設計研究[J].交通運輸工程與信息學報, 2006, 7(2)：120-126.

[7] 徐康明，蔡建臣，孫魯明，馮 俊. 快速公交規劃與設計[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2010：2-4，38-40.

[8] 魏海磊.我國城市快速公交系統規劃方法研究[D].上海：同濟大學，2008.

[9] 常成志. 快速公交組合調度優化及仿真評價研究[D]. 北京：北京交通大學，2010.

[10] 孫傳嬌. 快速公交調度優化研究[D]. 西安：長安大學，2008﹒

[11] 毛保華，姜 帆，劉 遷，等. 城市軌道交通[M]．北京：科學出版社，2001：162-172．

[12] 彭 輝. 城市軌道交通系統[M]．北京：人民交通出版社，2008：5-211．

[13] 慕 威. 城市軌道交通運營組織[M]．北京：人民交通出版社，2012：29-40.

[14] 張國寶. 城市軌道交通運輸組織[M]．北京：中國鐵道出版社，2000：45-57.

[15] 毛保華，李夏苗，王明生. 城市軌道交通系統運營管理[M]．北京：人民交通出版社，2006：92-98．