高架BRT系統通行能力分析

王曉輝

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 武漢 430063）

廈門市快速公交（BRT）系統是在國內首次采用獨立路權的高架BRT專用路、類似于軌道交通的“站廳層＋站臺層”的高架BRT車站，目前系統客流量已達33萬人次，已經成為廈門市交通的主動脈［1］。廈門BRT運營效果表明，高架BRT在運營速度、服務水平、系統穩定性等方面與常規BRT相比都體現出很大的優勢，本文以廈門高架BRT系統為例，對高架BRT系統通行能力及提升措施進行分析。

BRT系統通行能力是指在一定的運營環境和服務水平下，在BRT系統中的某個斷面，一段時間（通常是1h）內所能通過的乘客數量。目前較為成熟并廣泛應用的有北美模型、南美模型，以及國內相關研究。

北美地區關于公交系統通行能力的相關研究從上世紀60年代就開始了，至21世紀初已針對北美公共交通的特點形成一套完整的體系，其研究成果也被整理進了“Transit Capacity and Quality of Service Manual”［2］。北美模型的重要特征是假定公交車以較為均勻的間隔到達車站，同時停靠時間近似服從標準正態分布，這與北美地區低頻率、高穩定性、低客流的運營狀況是相適應的。在中國城市中，快速公交在主客流走廊上運營，總發車頻率較高，受橫向封閉性和縱向封閉性的影響，很難實現均勻到達。

南美巴西專家以排隊論模型和波哥大快速公交系統的實際經驗為基礎，提出了相應的快速公交通行能力計算方法［3］。這套方法較好地體現了編組和組合線路運營對提高系統上下客效率的作用，但沒有進一步研究常規發車形式下多停靠位車站的運營機理，也沒有分析平面交叉信號控制對系統通行能力的影響。

國內王煒等［4］認為公共汽車交通線路的通行能力受沿線各站通行能力的制約，而車站的通行能力取決于公交車占用車站的時間。馮浚、徐康明［5］利用排隊論模型提出了通行能力計算方法，并根據在多個城市的調查數據標定了相關參數。住建部2011年科技計劃項目“快速公交系統通行能力研究”在總結國內外近年研究成果的基礎上，通過對國內已開通的多個城市快速公交系統的調查，建立了單一停靠位、多停靠位快速公交車站通行能力計算模型，并對關鍵參數進行標定，更適用于國內BRT系統的運營特征［6］。

本文引用“快速公交系統通行能力研究”［7］成果，以廈門BRT系統為例，對高架BRT系統通行能力進行分析。

1 BRT通行能力計算模型

1.1 計算模型

根據“快速公交系統通行能力研究”，快速公交系統通行能力由瓶頸車站決定，計算模型如下。

（1）單停靠位通行能力

式中：B1為停靠位通行能力，人次／h；T為公交車平均總停靠時間，s；Cmax為公交車額定載客量，人；λ為公交車的平均滿載率；ρ為停靠飽和度，反映停靠位的繁忙程度，可按GI／G／1排隊論模型的Kingman公式推算。

式中：ca為公交車到達間隔波動系數；cs為公交車停靠總時間波動系數，T為停靠總時間標準差與均值之比；W 為對應一定通行能力的公交車平均進站排隊時間。

（2）車站通行能力。對于停靠泊位緊鄰且線性布設的多泊位車站，由于車輛停靠時相互阻擋、干擾，靠后的泊位利用率相對較低；隨著泊位的增加，停靠站通行能力的邊際增量遞減。停靠站通行能力

式中：Bs為車站通行能力，人／h；B1為停靠位通行能力，人／h；Nc為有效停靠位數量。

1.2 參數標定

（1）公交車額定載客量Cmax。根據國內快速公交系統運營經驗，12m單機車的額定載客量約為80～100人，18m鉸接公交車的額定載客量為140～160人。

（2）公交車的平均滿載率λ。在系統運營較為平穩的系統中，平均滿載率可取為0.9。

（3）平均總停靠時間T。公交車的整個停靠過程包括減速進站、開車門、上下客、關車門和加速出站這幾個環節，平均總停靠時間

式中：tc為前車起步離站至后車進站停穩的最短時距，12m單機車為6～8s，18m鉸接車為10～12s；td為公交車開門和關門的時間，通常取4～6 s；tb為最繁忙車門的登降總時間／s。

式中：p為車輛登降人數／人；φ為最繁忙車門登降人數占全車登降人數的比例，根據調查，12m單機車取60%，18m三開門單絞車取40%；tb為人均基準上下車時間，s，根據售檢票、車門寬度、登降形式的不同，取值范圍為1.5～2.5s；θ1為客流登降比例修正系數；θ2為車內站立區乘客密度修正系數；θ3為乘客行為特征修正系數。

（4）公交車到達間隔波動系數ca。依據對各地不同交通條件下公交車到達間隔分布的調查，公交車到達間隔波動系數可參照表1標定。

表1 公交車到達間隔波動系數

（5）公交車停靠總時間波動系數cs。反映停靠時間標準差與均值的比值，根據對國內各快速公交系統的調查，停靠總時間標準差與均值呈正相關關系：對于通過線路少、登降客流到達穩定、實施多車門同時登降的車站，可選取低值0.15～0.25；對于通過線路多、各線路間登降客流量差異較大、車站客流到達不穩定、前門刷卡／投幣上車的系統，可選取高值0.35～0.40；典型封閉式或半封閉式快速公交系統，缺省情況下可選取0.30。

（6）公交車平均進站排隊時間W。W 取值越大，系統越擁擠，車輛在車站排隊越嚴重，運營速度和準點率越低，但通行能力越大，反之亦然。根據本研究在廣州、廈門、鄭州等地的調查，建議取值在10s左右。

（7）有效停靠位數量Nc。通過國內多個城市實際調查分析，多泊位車站的有效停靠泊位數可參照表2標定。

表2 線形布設的多停靠泊位車站有效停靠泊位數 個

2 高架BRT系統通行能力

廈門高架BRT系統除了具有傳統BRT的公交專用道、新型大容量公交車輛、水平登乘、車外售檢票、智能化運營管理等特征外，還具有以下特點。

（1）采用雙向2車道，獨立路權的高架BRT專用路，沒有橫向和縱向干擾，BRT車流比較穩定。

（2）高架BRT車站采用類似于軌道交通的“站廳層＋站臺層”的形式，二層為站廳層，實現售票、檢票、客流集散功能；三層為站臺層，增加了車站可利用空間和乘客集散能力，提高了車站通行能力。車站設有2個停靠位，沒有設置超車道。

（3）廈門BRT系統在線路起終點、多種交通方式交匯點等處設置多處樞紐站，具備乘客換乘、BRT停車、檢修、調度等功能，運營效率高，可以實現高峰時段快速發車。

一般采用單車發車，3條線混合運營的形式，車輛以12m單機車為主，并有少量18m鉸接公交車。根據式（1）～（3），按2個停靠位，12m車計算，廈門高架BRT系統通行能力約為7 500人／h。廈門BRT系統為12m單機車和18m單鉸車混跑，高峰期最大斷面客流約9 500人／h，遠期如全部換成18m單鉸車，通行能力最大可提升至14 500人／h。當車站設3個停靠位時，高架BRT系統理論上最大通行能力可達18 300人／h。

根據系統封閉性、售檢票、車門寬度、是否水平登降等因素，對高架BRT系統和不同制式的地面BRT系統進行對照分析，假定均為雙車道專用道，車站均設3個18mBRT車停靠位，車站不設超車道和子母站，常見BRT系統幾種形式見表3。

表3 常見BRT系統幾種情形

根據調查數據，利用式（1）～（3），4種BRT 系統通行能力計算見表4。

表4 BRT系統通行能力比較表

根據以上分析，地面BRT隨著售檢票、車門寬度、登降方式的改進，通行能力逐步提升，而高架BRT系統由于采用全封閉的BRT專用路，通行能力大大提高，與地面BRT（雙車道、車站不設超車道和子母站）最好的情況相比提高約60%，優勢非常明顯。

3 提升高架BRT系統通行能力的措施

根據計算模型，車輛停靠時間及分布、車輛到達間隔分布、車站有效停靠位數量、車輛進站平均排隊延誤、車輛載客量5個技術參數共同決定快速公交通行能力［7］。結合廈門高架BRT的建設運營經驗，還可以從以下幾個方面進一步提升通行能力。

（1）采用大容量BRT車輛。根據計算，高架BRT系統采用12m單機車和18m單絞車在通行能力方面相差近1倍，廈門BRT系統實際運營中也在逐步替換18m車并取得了顯著效果，因此高架BRT系統車輛選型、車站設計、停車場設計時應盡量采用大容量BRT車輛。

（2）提高有效泊位數。增加有效停靠泊位是快速公交系統實現大運量的重要手段，廈門BRT高架車站均按2個停靠位設計，目前客流量較大的車站如火車站、嘉庚站等通行能力已達到極限，高峰小時擁堵較嚴重。當采用直線型路內停靠方案時，從投資／收益角度，大客流車站最多設3個停靠位（見圖1），此時車站斷面通行能力最大為18 300人／h。

圖1 直線式路內停靠方案示意圖

如3個停靠位仍無法滿足客流需求，可研究路外停靠方式或結合樞紐站上下客。港灣式路外停靠站方案（見圖2）和穿越式停靠站方案（見圖3），通過改善停靠泊位利用率提高瓶頸車站的通過能力，但車站規模較大，需要結合客流量、工程造價、實施難度及人流組織復雜性、場地條件、與周邊環境協調性等因素進行綜合論證。

圖2 路外港灣式停靠方案示意圖

圖3 穿越式停靠方案示意圖

此外，島式站臺（見圖4）與側式站臺相比可以有效提高站臺利用率，快速疏散站臺乘客，方便乘客換乘，特別是在潮汐客流明顯的線路上優勢更明顯；但島式站臺一般需要左開門，對車輛要求較高，對BRT系統的開放性及車輛的通用性有一定影響。

圖4 島式站臺設計方案（左開門）

（3）優化車站布局及站臺設計。高架BRT采用類似于軌道交通的“站廳層＋站臺層”的車站形式，增加了乘客集散能力，提高了車站通行能力和服務水平。設計中需注意保證站臺可利用空間，通過信息顯示及標識系統等方式對乘客進行有效誘導和管理，提高乘客上下車效率，進而減少車輛停靠時間和波動性。

4 結語

本文引用住建部2011科技計劃項目“快速公交系統通行能力研究”中的方法，對廈門高架BRT系統通行能力進行定量分析，同時將高架BRT和不同制式的地面BRT通行能力進行對照分析。結果表明，高架BRT系統由于采用具有獨立路權的BRT專用路，類似于軌道交通的“站廳層＋站臺層”的高架BRT車站，降低了到達間隔波動系數和停靠時間，與同樣制式地面BRT系統情況相比通行能力提高約60%，優勢非常明顯。

在規劃設計階段，可以通過采用大容量BRT車輛，增加有效泊位，優化車站布局及站臺設計等方面，提高高架BRT系統通行能力。

［1］ 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.廈門市快速公交（BRT）運能提升及運營安全設施改造工程可行性研究報告［R］.武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2014.

［2］ Kittelson ＆ Assoeiates.TCRP100：Transit Capacity and Quality of Service Manual［M］.2nd ed.TRB，Washington，D.C.2003.

［3］ 通行能力巴西經驗［EB／OL］.2004，http：／／www.brtchina.org／ReportC／BRTCapPPT.pdf.

［4］ 王 煒，過秀成.交通工程學［M］.南京：東南大學出版社，2000.

［5］ 馮 浚，徐康明.快速公交系統通行能力計算方法研究［J］.城市交通，2007（5）：81－86.

［6］ 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.快速公交系統通行能力研究［R］.武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2012.

［7］ 馮 浚，張清峰.快速公交系統通行能力研究［J］.城市交通，2013（3）：76－82.