以蘇州為例的公交專用道評價方法研究★

張體春，秦菲菲

(1.蘇州市公交集團有限公司,江蘇 蘇州 215007; 2.蘇州大學軌道交通學院,江蘇 蘇州 215100)

0 引言

我國經濟蓬勃發展,城鎮化進程也邁入了快車道。快速城鎮化帶動了大規模的人口涌入城市,不可避免地對城市交通產生了巨大的挑戰。城市交通系統通常包括多種出行方式,其中公共汽電車交通(簡稱公交)以其靈活、大運量和廣泛分布的特征,成為城市交通的重要構成。隨著機動車、電單車的普及和網約車的快速發展,公交面臨日益嚴峻的出行競爭,并且通行環境的擁擠度普遍升高,導致公交的運行延誤不斷增加,服務吸引力和客流水平則不斷下降。如何配置道路資源,提高公交的運行效率,成為保障公交服務的基本難題。

針對上述問題,各大城市積極采取公交優先政策,其中公交專用道得到廣泛應用。公交專用道對提高公交車的運營效率和服務質量、增強公交系統的吸引力以及增加使用公交車的人數比例具有顯著效果,從而引導出行者出行方式從私人汽車轉向公共交通,也是公認的能夠有效緩解交通擁堵的措施。目前,公交專用道已在我國許多城市得到廣泛應用,例如廣州2019年公交專用道總里程已達519.4 km[1];而北京市公交專用道里程則位居世界第一,達1 005 km[2],服務線路占全市公交線路的65%(不含郊區內部線路),客流占全市公交客流的79.5%[3]。

但隨著公交客流水平的下降和社會車輛的增加,公交專用道面臨的社會爭議漸趨白熱化,導致增加公交專用道遭受的社會壓力日益提高。為此,2023年6月和9月,北京兩次對部分公交專用道進行了優化調整,包括優化公交專用道啟用時段、公休日和法定節假日放開使用、允許校車和單位通勤班車使用、取消部分公交專用道、打通專用道斷點等多項措施[4]。為此,亟須探索公交專用道實施效果的考核機制,為挖掘公交專用道的設置潛力提供理論與方法依據。從而明確公交專用道的布設對改善公交服務的作用水平,推動公交服務質量的提升。

1 國內外研究現狀

公交專用道是保障公交優先的有效解決方案。考慮到設置公交專用道會擠壓社會車輛的運行空間,因此須審視公交專用道的布設效果,從而實現公交本身運行效率的提升。國內外學者從不同方面對公交專用道進行了相關研究,以保證公交專用道的有效使用。

1)國外公交專用道研究現狀:國外的研究主要聚焦于公交專用道的設置方式、網絡均衡以及效益評估等幾個方面。關于公交專用道的設置方式,基于道路交通的動態性,Eichler等[5]的研究為動態交通條件下公交專用道的設計提供了啟發。對于間歇性公交專用道的設置方式和適用性,Viegas等[6]的研究為間歇性公交專用道的應用提供了指導。在公交專用道的網絡均衡方面,Mesbah等[7]建立了雙層規劃模型,綜合考慮了公交專用道的固定發車頻率和出行方式分擔率。

效益評估方面,通過在小型城市網絡和高速公路場景中進行微觀交通模擬,Meng Xie[8]評估了動態公交專用道對公交車和私家車的潛在影響。Yao等[9]建立了一個三式聯運網絡平衡模型,分析了在包含公交、獨自駕駛和拼車三種出行方式的道路網絡中不同政策下公交專用道的影響。

2)國內公交專用道研究現狀:與西方國家相比,我國在公交專用道領域的研究起步相對較晚。然而,隨著公交優先理念的引入,國內學者在公交專用道的優化設計、網絡布局和效率評估等方面也取得了顯著的成就。在優化設計方面,針對我國信號交叉口公交專用進口道設置不合理的情況,張衛華等[10]提出了公交專用進口道的設置方法,并對設置條件和進口道長度進行了分析。國內眾多學者也就城市公交專用道的優化設計問題提出了相應的公交專用道優化設計模型[11-13]。在網絡布局方面,以公交專用道開放時段內的路網整體效益最優為目標,在考慮出行者出行行為的基礎上,孟博[14]對如何取得最優的公交專用道布設方案進行了深入研究。針對以往離散公交專用道網絡布局的局限性,從公交專用道布設的現實條件、規劃與建設實踐入手,盧小林[15]利用網絡優化方法提出了面向公交走廊的連續公交專用道網絡布局雙層優化模型,通過算例證明了連續型專用道網絡布局方案相較于離散型布局方案的優越性。

在效益評估方面,從速度、客流量和車流量等維度考慮,黃凱等[16]提出公交專用道的服務效能評估指標體系,可用于公交專用道開通前的效果預測和開通后的效果評價。從布局和運行兩方面對公交專用道網絡進行分析,宮曉剛等[17]提出了公交專用道的連貫性、線路集中度、人口崗位覆蓋率、客流量、車流量、運行速度等6個評價指標,并對青島市公交專用道系統進行了評估,分析了公交專用道的設置條件,提出了青島市公交專用道設置的一般標準。

2 公交專用道的評價指標

2.1 公交專用道利用率

公交專用道利用率的計算公式如式(1)所示:

(1)

其中,u為公交專用道利用率;Qb為公交車的單位時間流量,veh/h;c為車道允許通過的最大公交車數量,veh/h。

我國公安部發布的《公交專用車道設置》[18]標準中指出,當路段為單向四車道以上時,斷面單向公交車流量應大于90 veh/h。結合我國的城市道路通行能力,本文認為若公交專用道利用率不小于0.3,則說明公交專用道的利用率較高,無須優化設計;若利用率小于0.3,公交專用道須要優化設計;若利用率小于0.1,則認為公交專用道的使用率較低,應考慮公交專用道設置的必要性并進行優化設計。

2.2 公交運行速度提升率

專用道的設置會導致公交車與小汽車相對速度的變化。在此計算公交運行速度的提升率,來判斷公交專用道是否須要優化。公式如式(2)所示:

(2)

其中,α為公交運行速度提升率;Vg為公交運行車速,km/h;Vc為社會車輛速度,km/h。若公交運行速度提升率為正,則說明設置公交專用道后,公交車在專用道上的行駛空間得到保證,公交運行效率隨之提高,公交專用道設置有效;若速度提升率為負,說明公交專用道對于公交運行效率的提升作用較弱,公交專用道可進一步優化設計。

式(2)中公交運行車速的計算方式如式(3)所示:

(3)

其中,L為研究路段的長度,km;T為路段總行程時間,s;t1為路段行駛時間,s;t2為公交車的交叉口延誤時間,s;t3為公交車在停靠站的延誤時間,s。即公交車的路段總行程時間可分為三個部分:路段行駛時間、交叉口延誤時間和停靠站延誤時間,下面分別進行介紹:

1)路段行駛時間。路段行駛時間主要取決于路段周圍車流擁擠度、沿線單位出入車輛或過街人流等干擾和公交車動力性能。

2)交叉口延誤時間。公交車在交叉口處往往會受到信號控制或者在沒有信號控制的情況下受到沖突車流的干擾,從而導致延誤。

3)停靠站延誤時間。公交車進入停靠站時,等候進站產生進站延誤;停靠過程中有上下客時間和公交車開關門時間組成的延誤;公交車出站時須匯入行車道,由于等候可用換道間隙而產生出站延誤。

式(2)中社會車輛速度的計算方式如式(4)所示:

(4)

其中,Tc為路段行駛時間,s。

3 算例分析

本文以江蘇省蘇州市干將路為例,根據實際調查數據,綜合考慮公交專用道的利用率與公交運行速度提升率,評價公交專用道的設置效果。

3.1 數據調查

圖1展示了蘇州市干將路公交專用道的布設情況。干將路是蘇州市東西向橫貫市中心區域的一條主干道,全長7.5 km。干將路東起東環路,西至西環路,沿途共經過21個交叉口、設置14個公交停靠站,分別將專用道劃分為20個與13個不同路段。

干將路公交專用道均設置在最外側車道,允許右轉機動車與公交車共用路側車道。相比于中央專用道,路側專用道可方便乘客上下車,但受到進出車輛的干擾較多。

表1總結了公交專用道在各個交叉口之間路段的設計情況和路段的公交流量。表2總結了在各個公交站點區間內公交專用道的長度、公交和社會車輛的通行時間以及公交與社會車輛的速度。其中,公交車和社會車輛的通行時間分別由公交車GPS數據和高德導航數據獲得。

表1 各交叉口間路段信息

表2 公交站點區間路段信息

3.2 評估結果

圖2展示了各交叉口之間路段的公交專用道利用率。所有路段上的公交專用道利用率均值為0.27,說明干將路交叉口之間路段整體的公交專用道利用率較低,須要進行優化設計。具體來看,西環快速路—養育巷之間路段(編號1-10)的公交專用道利用率均小于0.3,均值為0.18;養育巷—東環路之間路段(編號11-20)的公交專用道利用率均大于0.3,均值為0.36。因此,養育巷以西的交叉口之間路段的公交專用道亟須進行優化。通過分析實際道路情況,發現干將路各交叉口之間路段的公交專用道利用率較低主要是因為途經的公交線路數較少、公交車流量較小,因此如何提高路段上的公交車流量、避免公交專用道的閑置,成為優化設計的重點問題。

圖3展示了各站點區間的公交運行速度提升率。干將路站點區間的公交運行速度提升率均值為0.2%,說明公交車在專用道上的行駛空間得到保證,公交專用道設置有效,但速度提升效果較弱。具體來看,閶胥路—學士街站點區間(編號7)的公交運行速度提升率最大,達到1.38%。相門—蘇大理想眼科站點區間(編號12)的公交運行速度提升率最小,為-0.66%。盡管公交運行速度的提升幅度有限,但相比非優先車道上,公交運行速度比社會車輛一般低15%～30%,可見公交專用道的布設對提升公交運行效率起到了較好的保障效果。

3.3 優化方法

總結上述分析可知,須從提高公交專用道利用率和公交運行速度兩個角度對公交專用道進行優化,從而全面提升公交專用道的設置效果。首先,為進一步提高公交專用道利用率,一方面可以通過提高發車頻率或對公交線路進行優化及重新規劃等方式,確保有足夠的公交車輛使用公交專用道。另一方面,公交專用道向高承載率車輛、急救車等特殊車型的開放[19],也有利于提高公交專用道的利用率,例如今年6月公安部提出優化城市公交專用道管理措施,其中就包括鼓勵地方結合實際允許單位班車、專用校車等大運力車輛在專用時段使用公交專用道[20]。除了公交專用道變共享,杭州正在研究利用公交專用道設置HOV車道,即在工作日的早晚高峰時段,載3人及以上的社會車輛也可以使用公交專用道[21]。通過共享和開放公交專用道,可以緩解公交與社會交通的通行空間矛盾,從而為公交專用道成網奠定堅實基礎。其次,為進一步提升公交專用道在提高公交運行效率上的作用,一方面可考慮加強公交信號優先水平。結合被動或主動公交優先策略,及早放行公交車輛,降低其運行延誤。被動優先控制策略主要包括網絡化配時設計、縮短周期時長和相位分隔三種控制方法,主動優先主要包括綠燈延長、紅燈早斷和插入專用相位三種控制方法[22]。主動優先盡管相比被動優先有更好的針對性和準確性,可避免無效優先時間,但其構筑與維養的成本更高,在長期使用中容易出現失效等問題。因此,可考慮建設與養護投入水平及可持續性,選擇合適的公交優先模式。隨著V2X技術與人工智能技術的快速發展,基于車路協同的公交信號優先系統則是未來的發展趨勢。圖4展示了基于車路協同的公交信號優先系統構成,利用C-V2X無線技術實現公交車輛與道路控制系統的實時信息交互,將交通影響最小化,從而提升公交車輛的運行效率。

另一方面,干將路的公交專用道均設置在道路最外側,社會車輛可以借用公交專用道右轉,易出現交織區車流運行紊亂、右轉車輛過早占用專用道等問題,不利于提高公交運行速度。為此,可針對性強化社會車輛對公交的讓行制度,降低對公交的影響,例如在專用道交叉口上游處設置黃色網狀線,表示允許社會車輛借用公交專用道的“借道區”,如圖5所示。也可考慮將公交專用道移至內側車道,如次外側車道和路中車道等,減少公交車面臨的運行干擾。

4 結語

隨著城市規模的不斷擴大和私家車的日益增多,公交系統已成為當前社會關注的焦點。如何有效地緩解城市交通擁擠、改善城市交通環境、提升公交服務質量,是當前我國城市發展亟待解決的重要課題。政府和相關機構也制定了一系列旨在改善上述狀況的政策。在相關政策中,公交優先最為關鍵和有效,一方面可有效提升公交服務的效率與吸引力,另一方面也可起到引導綠色出行的作用。公交專用道作為公交優先的重要載體,對于公交專用道的研究,國內外都做了很多的嘗試和實踐。本文著手于構建公交專用道評價指標,通過對公交專用道布設效果的分析,挖掘公交專用道的提升潛力,以期促進公交專用道的高效、可持續發展。

未來應繼續探索不同類型的公交專用道的運行效率,例如高峰時段車道、快速車道和逆流車道,以及它們對公共交通不同方面的影響,例如客運量、可達性和公平性。此外,還可將智能交通系統和自動駕駛汽車等技術整合到公交專用道系統中,從而進一步提高公交專用道的服務效率及其在安全性方面的潛力。