大城市合乘優先的規劃方法研究

王維禮

(中國城市建設研究院天津分院，天津300191)

城市交通問題現已成為制約城市發展的瓶頸之一。實踐證明，單純增加交通設施供給是解決城市交通問題的治標之舉，而交通需求管理是緩解交通堵塞的明智之舉。合乘優先(Carpool priority)是交通需求管理的重要措施，在國外發達國家已有成功實踐，但在我國尚處于理論研究階段。因此，如何結合我國城市交通現狀進行合乘優先規劃已成為當前需要研究的重要課題。

1 合乘優先的定義

合乘優先的定義，可以從2個方面來理解:首先是對HOV的定義即對合乘車輛的定義;然后是對為HOV提供優先的具體設施的定義，即HOV車道的定義。

1.1 HOV定義

HOV(High Occupancy Vehicle)，顧名思義就是高承載率車輛，起源于20世紀60年代末的北美。隨著時代的發展和實施環境的不同，各國對HOV的定義也不盡相同。美國在剛開始實行HOV時，把HOV界定為4人以上的合乘汽車與公交車，而現在大部分執行的是至少2人以上的合乘汽車與公交車。澳大利亞的HOV發展速度很快，它把HOV界定為至少3人以上的合乘汽車、公交車。而我國在HOV研究方面尚處于起始階段，還沒有針對城市的發展情況提出統一的標準。

1.2 HOV車道定義

HOV車道(HOV Lane)就是在理想情況下，為HOV車輛提供道路優先使用權，并保證HOV車輛行駛暢通、快捷的專用車道。HOV車道的概念誕生于1973年，此時只允許至少4人的合乘汽車或者中巴車使用。至今，僅北美就有40多個城市實施或規劃了HOV車道。合乘車輛通過HOV車道到達交叉口時，借助信號控制系統實現HOV優先通行，其控制過程模型可用圖1表示［1］。

圖1 合乘優先信號系統Fig.1 Carpool priority signal system

2 合乘優先規劃的影響因素

2.1 合乘出行的影響因素

合乘優先實現的前提之一是合乘出行行為的出現。因此，對合乘出行的影響因素進行深入分析是研究合乘優先規劃方法的重要內容。這為更好的引導居民出行向合乘方式的轉變提供參考，并為合乘優先的規劃奠定堅實基礎。

美國一些學者［2］在20世紀90年代，把合乘出行的影響因素分為主觀因素與客觀因素2個方面。根據加拿大安大略省干路上HOV車道的實踐經驗與調查［3］，合乘人員之所以選擇合乘，主觀上是有心理預期的，而客觀上也受到一些引導因素的作用。其中主觀因素主要有:節約出行時間、出行便捷性較高、個人出行成本降低。客觀因素主要有:合乘人員居住地點相鄰或者不是很遠、合乘人員的出行距離應該足夠長、合乘人員最好在同一工作單位或者相鄰單位工作、合乘人員應有與合乘時間表相適應的工作時間、合乘人員應連貫性和持續性選擇合乘的出行方式。

對我國居民來說，合乘優先尚屬一種新鮮事物，居民了解甚少。因此，在合乘優先規劃的初始階段，在分析我國居民合乘出行的影響因素時，除了關注國外學者提出的主客觀因素外，還應該關注以下一些方面:人們漠不關心或者“不愿意”接受;居民的安全憂慮;居民的生活習慣;便捷性憂慮;道路實際擁堵程度等。

2.2 合乘車道的影響因素

合乘優先主要通過合乘車道這一基本道路設施來實現。20世紀90年代中期，加拿大安大略省交通委員會提出了HOV車道規劃的原則、先決條件及參考標準，包括:路網功能、公交服務水平、路網服務水平、評價時期4個方面。20世紀末，美國交通董事會高級委員會針對合乘優先的初步規劃技術提出了參考標準及規劃進程中的影響因素:節省時間的多少、出行的可靠性、出行長度、道路擁堵程度、出行模式、現狀公交車與合乘車流量，并依據相關經驗提出了HOV車道規劃門檻標準，如表1［4］。

表1 HOV車道規劃門檻標準(經驗數據)Tab.1 The threshold of HOV lanes planning(empirical data)

在我國，雖然有與發達國家相似的交通問題，但是規劃HOV車道的環境與國外城市是不同的，我國大城市及中心區有自己的特點:合乘車道在我國屬于新生事物，在HOV車道規劃前，應進行詳細周密的調查研究，充分考慮交通需求、道路的供給能力及對出行者的影響;在我國大城市尤其是中心區規劃HOV車道時，與國外集中在城郊結合部、郊區規劃HOV車道的方法不盡相同;我國大城市普遍人口總量較大，人口密度較高;與發達國家相比，我國大城市的道路網密度要低得多，這就限制了HOV車道的適用范圍;公交車與小汽車流量都很大;公交運營發展迅速，但是道路上小汽車流量仍然居高不下;道路實際擁堵程度普遍要比國外大城市嚴重，這與前面我國大城市道路網密度較低及機動車流量很大是呈因果關系的。

基于以上我國大城市及中心區自身的特點，在規劃HOV車道時，考慮的影響因素應與國外不盡相同。筆者把影響HOV車道規劃的因素分為3類:道路因素、交通因素、城市用地功能因素。

2.2.1 道路因素

1)現狀道路功能。HOV車道最先是利用在城市范圍內的高速公路上的。隨著城市的發展，城市中心區域的不斷擴大，城市交通問題日益顯現，特別是通往城市中心區干道上的交通壓力不斷加大。在此背景下，HOV車道開始適用在承擔大部分城市中心區交通負荷的快速路、主干道上，如表 2［2－5］。

表2 各國HOV車道的道路分類(截至2008年5月)Tab.2 The classification of HOV lanes in different cities

可以看出，HOV車道發展趨勢由城市外圍的高速路，逐漸向城市的快速路、主干道，進而向城市中心地帶的重要通道發展。因此，HOV車道應優先選擇在高速路、快速路、主干道上進行規劃，這樣才會發揮其最大功效。

2)道路長度、車道數因素分析。隨著合乘出行距離的不斷加長，合乘人員的舒適度開始降低;如果合乘過程中途有人上下車，則HOV出行的效率也會降低。國外的經驗表明，一條連續的HOV車道長度從1～20 km不等，但是基本上控制在1 km以上。

國外發達國家的HOV車道類型參差不齊，但是車道數一般在4車道以上(雙向)，設置HOV車道的一側車道數不少于2條，甚至有些車道數達到了9條(墨爾本)。

但是對我國來說，4車道并不太適合。一方面，初期由于人們對HOV車道不甚熟悉，如果在單向2車道的道路上把現有的一條普通車道轉化為HOV車道，則有可能造成HOV車道空閑而普通車道更加擁堵;另一方面，我國非機動車數量較大，對外側機動車道有較大干擾，如在內側車道規劃HOV車道，則外側普通車道的擁堵可能會比較嚴重，即使此時內側HOV車道運行良好，也可能會招致很多民眾的反對。因此，早期在規劃HOV車道時，應優先選擇在雙向6車道及以上(HOV車道雙向)、單向車道數3條及以上的路段設置。

2.2.2 交通因素

一般而言，城市干道網的運行服務水平實質上決定了整個路網的服務能力。

1)高峰時期平均車速因素分析。在規劃HOV車道時，由于每個城市交通擁堵程度及道路狀況不同，不可能制定一個統一的車速標準。美國的經驗表明，當干道高峰時期平均速度低于30 m/h(48 km/h)時，可考慮規劃HOV車道。根據美國道路設計《規范》［6］，城市干道的設計車速為30～60 m/h。可以看出，當現狀道路的車速低于設計車速高值的一半時，可考慮規劃HOV車道。因此，我國的快速路、干道平均車速可以取相應高值的一半作為是否規劃HOV車道的參考標準。根據道路通行能力手冊，快速路、主干路的平均車速分別低于40，30(Ⅰ)，25(Ⅱ)，20(Ⅲ)km/h時，可考慮規劃HOV 車道。

2)道路高峰期飽和度因素分析。根據《城市靜態交通管理理論與應用》［7］中提供的道路服務水平標準，當道路飽和度大于0.9時，服務水平急劇降低達到不穩定狀態，道路也開始擁擠。另外，根據20世紀末美國交通董事會高級委員會提出的“當道路服務水平(LOS)達到D或E時，為規劃HOV車道的較好時機”，其中LOS的E標準即相當于我國道路飽和度0.9的標準。因此，筆者建議規劃HOV車道時，優先考慮飽和度在0.9以上的道路或者路段。

3)其它因素。當前，我國許多城市都已擁有公交專用道，根據含有公交專用道的道路利用情況，HOV車道的規劃方式可以分為兩種:①公交專用道擁擠:只能是新增一條HOV車道;②公交專用道較為空閑:高峰期普通車道擁堵，而平峰時運行情況較好，則可以分時段把公交專用道轉變為HOV車道。不論是高峰期還是平峰期普通車道都比較擁堵，則可以把公交專用道完全轉變為HOV車道，24 h允許HOV通行。

2.2.3 城市用地功能因素

用地功能布局直接影響到交通流向，關系到交通量的分布，這正是居民出行行為的重要外在表現。合乘優先實現的前提是必須有合乘行為出現，而合乘人員之所以選擇合乘，首先具備了客觀的交通條件。因此，HOV車道的路段選擇應該有利于實現人們合乘意愿的。對城市中心區的用地功能布局進行分析，有助于找出出行產生集中地;通過路網格局與交通特征判斷交通流向，進而找出出行終點集中區域，并在此過程中設計最佳的合乘路段與時機，為HOV車道的規劃提供參考。

3 合乘優先的規劃內容

3.1 合乘車輛的界定

合乘優先中合乘車輛的界定從內容上主要分為2個部分:合乘車輛車種的界定;合乘小汽車乘客數的界定。

3.1.1 合乘車輛車種的界定

早在20世紀90年代初，美國交通部就針對合乘車輛的車種進行了界定。合法的機動車種包括:公交車、出租車、合乘小汽車、中型合乘客車(中巴)、摩托車、貨車、自行車。隨著合乘優先的不斷發展，各國對于HOV的界定標準也不盡相同。

1)對我國(大城市中心區)來說，摩托車已屬禁止車輛，部分城市已停止頒發摩托車牌照。這與國外發達城市摩托車擁有量較低，而重點關注其占有道路資源較低、通行效率較高的狀況是不同的。

2)我國對自行車通行的做法是開辟非機動車專用車道，與機動車道進行分離。因此，作為解決城市機動車擁堵問題的合乘優先，目前我國沒有自行車通行合乘車道的條件。

3)隨著公交出行比例的日益提高，有些大城市如上海公交出行已成為人們主要的出行方式，在中心區的公交出行比例更高。不論從“合乘率”還是“人員通行能力”上來說，公交車都屬于合乘車輛的范疇。

本文以Dyck路中特殊的點(如峰點或谷點)的坐標，運用數論知識，通過建立兩個集合之間的雙射，給出了與Narayana數有關的恒等式的組合證明及推廣。同時還得到了一些與 Narayana數有關的發生函數。

4)小汽車究竟是否為合法的合乘車輛，關鍵在于界定合乘人數。“合乘車道”的主力軍就是合乘小汽車;出租車從外形上看，應該屬于小汽車，只是出行目的不太相同。

5)緊急車輛，顧名思義，處理緊急事件的車輛。因此，建議各城市在制定標準時，把緊急車輛包括在內。

6)由于貨車自身機動性限制、車型不定等特點，建議貨車不列為合乘車輛。

綜上，適合我國的合乘車輛車種有:公交車，合乘小汽車，出租車，緊急車輛。至于走不走HOV車道(合法車輛)，將在3.2.3中討論。

3.1.2 合乘小汽車乘客數的界定

對于合乘小汽車人數的界定，當前，國際上界定的標準主要有至少2人以上(2+)，及至少3人以上(3+)兩種。HOV 2+與 HOV3+在實際運行管理及后續影響方面存在較大區別，因此必須慎重決定使用哪種標準。

在決定選擇2+還是3+時，最重要的因素為現狀合乘率。所謂合乘率，即單位時間內，機動車運送乘客數量與機動車流量之比值。經驗表明，在2+車輛所占比例達到15% ～20%時，便可以采用2+的標準［4］。除此另外，還需要考慮:

2)在大型辦公區域，由于私家車擁有量較高，所以很難實現高承載率的目標，建議可制定2+的標準。

3)未來規劃的HOV車道如果是由公交專用道轉變過來時，最好采用3+的標準，以便實現良好的過渡，防止HOV車道過于擁堵。

4)出租車的特殊性在于，它時刻是行駛在馬路上的，即使是沒有乘客，也存在交通行為。但是考慮到我國還沒有實施合乘優先的經驗，特別是在規劃初期，應以提高吸引力、力求長遠發展為主，因此建議暫把出租車限制標準與普通小汽車一樣。

綜上，在界定合乘小汽車乘客數時，應以易實現、易操作為原則。合乘車輛的界定標準并不是一成不變的，隨著合乘優先的發展，可依據最新的環境進行合理的改變，以期不斷提高合乘優先的運行效率。

3.2 合乘優先道路規劃

3.2.1 路網規劃

合乘優先路網應選擇在整個道路網層次而不是個別道路層次上去規劃，主要是因為任何單獨的HOV車道規劃都不可能實現整個合乘優先規劃所要達到的目標，諸如節省時間長度，轉變人們的出行方式，改善整個交通系統的運行效率等，其中最關鍵的因素為決定合乘優先路網的規模和類型。合乘優先路網規劃主要考慮3個方面的內容:

1)現狀路網情況。就現狀道路情況而言，道路的位置與擁堵程度是對合乘優先路網規劃最關鍵的因素，因為這直接決定著未來HOV車道的服務水平。

2)規劃路網情況。未來交通需求的分布對于合乘優先路網規劃來說是比較重要的因素，因為“新產生”的出行者與當前需要改變自己的出行方式來選擇合乘的出行者相比，更容易肯定合乘優先的作用，也更容易使用HOV車道。

3)應用合乘優先的規劃標準，制定可行方案，建立現狀與規劃路網的過渡與銜接。立足于現狀道路網與規劃道路網，以提出的合乘優先的初步路網為基礎，再參考前文合乘優先規劃的相關標準，深入完善，反復考究，規劃出合乘優先的最終路網。

3.2.2 車道規劃

根據歐洲的HOV車道實踐經驗［8］，HOV車道的來源主要有2種方法:①新增車道;②由當前車道轉化而來。而對大城市中心區而言，把現有的車道轉化為HOV車道則顯得更加可行。那么選擇具體哪條車道轉化為HOV車道就成為規劃的關鍵內容。

1)選擇靠外側的車道轉化為HOV車道。當HOV車道位于道路外側時，應充分保證HOV車道與路邊非機動車道或者人行道的隔離，以減少相互干擾，保證安全。因此，所要考慮因素較多，而且受到車輛轉彎、人行過街等其他因素的影響，外側車道通常受到的干擾較多。

2)選擇靠中間的車道轉化為HOV車道。把靠中間的普通車道轉化為HOV車道，這是國外城市在規劃HOV車道時最常用的做法。因為靠中間的HOV車道受到的干擾最少，運行效率更高，且安全系數最高。在決定了HOV車道的位置后，關鍵就是對HOV車道起訖點、出入口進行規劃。筆者將針對靠中間的HOV車道，依據HOV車道與普通車道有無分隔帶的情況，提出適合我國的HOV車道規劃建議。

HOV車道與普通車道無分隔帶，處理形式如圖2。由圖2(a)可見，HOV車道在外觀上除了車道的標志為鉆石外，其它與普通車道相同，采用的都是虛線。而圖2(b)的不同點為HOV車道與普通車道分割線為單實線，只在出入口處理上采用的單虛線。

圖2 HOV車道(中途)出入口處理方式Fig.2 The access and egress approach of HOV lanes

HOV車道與普通車道有分隔帶，如圖3。

圖3 有分隔帶的HOV車道出入口處理方式Fig.3 The access and egress approach of HOV lanes with separated barrier

就我國大城市中心區的合乘車道規劃形式而言，車道寬度難以拓寬，因此HOV車道與普通車道之間設置較窄的分隔帶，或者盡量不設分隔帶更加可行(圖4)。

圖4 適合我國的HOV車道出入口處理方式Fig.4 The access and egress approach matching our country

3.2.3 選擇合法車輛

在界定合乘車輛的標準及合乘車道的規劃之后，必須明確具體每條合乘車道的合法車輛，主要考慮以下幾個方面:

1)HOV車道的通行能力。一般而言，HOV車道的通行能力與相鄰普通車道的通行能力相同。但是在規劃HOV車道時，建議提出最佳的通行交通量，即達到HOV車道最佳通行效果，使HOV車道既不會擁堵也不會空閑。美國伯克利大學的研究員Joy Dahlgen的一項研究結果顯示:如果在一條8車道的公路上建一對HOV專用車道，HOV交通量應占總交通量的10%～15%。這項研究成果僅供參考，不同的城市在規劃HOV車道時，應以各自的交通條件及實驗數據為準。

2)合乘小汽車。在界定小汽車合乘標準(2+或者3+)的前提下，所有開放的HOV車道都應該允許合法的合乘小汽車通行。這不僅是合乘優先規劃的重要內容，也是合乘優先規劃的初衷——改善小汽車通行狀況，減少小汽車出行量。

3)合乘小汽車與公交車的關系。國外經驗表明，單向公交車流量在40 v/h以下的路段，可允許合乘小汽車、公交車、緊急車輛同時使用HOV車道。而在我國大城市的中心區，快速路、主干道上的公交流量通常較大，而此時就需要考慮是否設置公交專用道(現狀道路無公交專用道)。根據公交專用道的臨界流量模型，當路段單向公交車流量大于144 v/h時，就應該設置公交專用道［8］。那么此時的HOV車道就成為了RBL(Reserved Bus Lane)，只能允許公交車通行，公交車就成為了唯一合法的機動車。因此，根據公交車流量的不同，提出HOV車道合法機動車的標準(表3)。

表3 HOV車道依據公交車流量的合法車輛標準建議Tab.3 The proposed standard of eligibility vehicle based on buses flow

4 試點案例

筆者以上海市中心區為試點，依據提出的方法，提出了合乘優先規劃的建議。在試點規劃前，筆者對上海市進行了合乘優先規劃所需的交通調查:對道路已有設施的調查;對道路交通量的調查;對公眾意愿的調查。調查的成果保證了本次規劃的可行性、可靠性與實用性。

4.1 合乘車輛界定

依據筆者提出的合乘車輛界定方法及合乘優先的交通調查，對上海市HOV界定建議如下，如圖5。

圖5 上海市HOV建議標準Fig.5 The proposed standards of HOV in Shanghai

4.2 路網規劃布局

筆者通過數據資料對上海市及中心區的交通供需狀況進行了深入分析，參考提出的合乘優先規劃的影響因素，初步篩選出HOV車道路網(圖6)。

圖6 中心區快速路(左)與主干路(右)HOV車道分布Fig.6 The distribution of proposed freeways’and arteries’HOV lanes in the central area of Shanghai

5 結論

1)筆者提出的合乘優先規劃的影響因素與主要內容，涵蓋了規劃所需的諸多方面，緊密結合了我國大城市及中心區的特點，因此，具有較高的參考價值。

2)試點案例表明，該合乘優先規劃方法是可行的，具有較強的指導性作用。但實際運用中，還需對相關的保障措施進行研究。

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