公交專用道全壽命周期成本效益分析＊

馬書(shū)紅 王 瑤 劉 瓊

（長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院 西安 710064）

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)公交專用道效益的研究主要集中于2個(gè)方面：（1）交通效益的計(jì)算，主要從單點(diǎn)交叉口、通道的效益或路段與交叉口運(yùn)行條件改善的交通效益等方面進(jìn)行分析［1－2］；（2）交通影響分析，從微觀和宏觀等不同角度對(duì)公交專用道的設(shè)置對(duì)交通的影響及其效果進(jìn)行分析［3－4］．全壽命周期理論（LCT）在交通領(lǐng)域的研究主要集中在軌道交通與高速公路方面，包括成本分析、環(huán)境影響分析、能耗和碳排放研究等［5－7］，對(duì)公交專用道整個(gè)壽命周期內(nèi)的成本效益缺乏研究．鑒于此，本文引入全壽命周期理論對(duì)公交專用道的成本與效益展開(kāi)研究，以便為公交專用道的改造提供決策參考，在其規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)實(shí)施過(guò)程中充分考慮運(yùn)營(yíng)的情況下，創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)價(jià)值．

1 公交專用道全壽命周期分析

公交專用道全壽命周期是指公交專用道從壽命開(kāi)始到壽命結(jié)束所經(jīng)歷的各個(gè)階段，包括規(guī)劃設(shè)計(jì)階段（項(xiàng)目決策和方案設(shè)計(jì)）、建設(shè)實(shí)施階段（項(xiàng)目施工和竣工驗(yàn)收）、運(yùn)營(yíng)管理階段（運(yùn)營(yíng)維護(hù)、項(xiàng)目管理）和結(jié)構(gòu)拆除階段（殘值），如圖1．

圖1 公交專用道全壽命周期階段劃分

2 公交專用道全壽命周期成本分析

2．1 公交專用道全壽命周期成本組成

公交專用道全壽命周期成本包括內(nèi)部成本和外部成本2部分．內(nèi)部成本包括：

1）規(guī)劃設(shè)計(jì)成本 包括決策成本和方案設(shè)計(jì)成本，前者指項(xiàng)目策劃、信息收集、方案選擇、可行性研究的費(fèi)用，后者包括初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、概預(yù)算編制及方案修改的費(fèi)用．

2）建設(shè)實(shí)施成本 包括施工成本和竣工驗(yàn)收成本，前者主要指路面改造、交通標(biāo)志標(biāo)線遷移、交通護(hù)欄設(shè)置、路燈信號(hào)燈改遷、公交候車亭改造等費(fèi)用，后者包括進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)效益考核、整理分析各階段資料的費(fèi)用．

3）運(yùn)營(yíng)管理成本 包括路面、路燈、信號(hào)燈、交通標(biāo)志標(biāo)線、監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用和對(duì)公交專用道進(jìn)行交通管制的一切費(fèi)用．

4）殘值 指公交專用道在整個(gè)壽命期末的純價(jià)值．

外部成本包括：（1）建設(shè)實(shí)施階段占道所引起的擁擠成本．（2）運(yùn)營(yíng)管理階段，由于公交專用道的設(shè)置減少了社會(huì)車輛可利用車道數(shù)，從而引起擁擠產(chǎn)生相應(yīng)的外部成本．擁擠所產(chǎn)生的外部成本主要包括出行時(shí)間增加成本、車輛運(yùn)營(yíng)增加成本、交通安全成本．

2．2 公交專用道全壽命周期成本計(jì)算方法

2．2．1 建設(shè)實(shí)施階段外部成本 鑒于在單個(gè)路段上實(shí)施公交專用道耗時(shí)較短，假設(shè)建設(shè)公交專用道過(guò)程中道路車流量、公交車行駛路線、載客量均不變．

1）出行時(shí)間增加成本 假設(shè)公交專用道在建設(shè)實(shí)施過(guò)程中僅占用一條現(xiàn)有車道，采用美國(guó)BPR路阻函數(shù)計(jì)算路段行駛時(shí)間t

式中：t0為自由行駛時(shí)間，min；v為路段機(jī)動(dòng)車交通量，輛／h；c為路段實(shí)用通行能力，輛／h；α，β為參數(shù)，一般取α＝0．15，β＝4．

則設(shè)置公交專用道前出行者總時(shí)耗為

式中：n為該路段單向機(jī)動(dòng)車道數(shù)；q1，q2分別為單向公交車、非公交車流量，輛／h；c為單車道通行能力，輛／h；a，b分別為公交車、非公交車平均載客量，人／輛．

公交專用道在建設(shè)實(shí)施過(guò)程中占用1條現(xiàn)有車道，路段飽和度變?yōu)椋╭1＋q2）／（n－1）c，將（q1＋q2）／（n－1）c代入式（2）替換（q1＋q2）／nc得建設(shè)實(shí)施階段出行者總時(shí)耗T＇0．因此，建設(shè)實(shí)施階段單個(gè)路段上所有出行者出行時(shí)間增加量（T0＝T0′－T0，則建設(shè)實(shí)施階段出行時(shí)間增加成本為

式中：ΔT0j為所有出行者在路段j上所增加的出行時(shí)間，min；m為根據(jù)全市城鎮(zhèn)居民人均可支配收入計(jì)算的人均每分鐘收入，元．

2）車輛運(yùn)營(yíng)增加成本 根據(jù)世界銀行的經(jīng)驗(yàn)公式［8］，將車輛運(yùn)營(yíng)成本簡(jiǎn)化為與交通負(fù)荷及車速有關(guān)．此時(shí)，單車每公里運(yùn)營(yíng)成本模型為

對(duì)單個(gè)研究路段而言，設(shè)路段長(zhǎng)度為L(zhǎng)，設(shè)置公交專用道前路段平均車速s0，將所有車輛簡(jiǎn)單劃分為公交車與非公交車．此時(shí)路段上所有車輛的運(yùn)營(yíng)成本為

公交專用道建設(shè)實(shí)施時(shí)，路段平均車速s1，飽和度（q1＋q2）／（n－1）c代入式（5）分別替換s0，（q1＋q2）／nc得該路段所有車輛運(yùn)營(yíng)成本C′total0．故建設(shè)實(shí)施階段車輛運(yùn)營(yíng)增加成本為

3）交通安全成本 公交專用道建設(shè)實(shí)施過(guò)程中占用了現(xiàn)有車道，造成道路擁擠、交通事故率增加．對(duì)建設(shè)實(shí)施階段安全成本計(jì)算如下．

式中：pi為交通事故平均損失費(fèi)，元／次；J＇i為建設(shè)實(shí)施階段事故率，次／（萬(wàn)車·km）；Ji為公交專用道修建前的事故率，次／（萬(wàn)車·km）；Mi為建設(shè)實(shí)施階段車輛行駛量，萬(wàn)車·km．i＝1為公交車，i＝2為非公交車．

2．2．2 運(yùn)營(yíng)管理階段外部成本 假定居民在選擇出行方式時(shí)主要考慮出行時(shí)間、出行費(fèi)用、個(gè)人收入等因素，本文構(gòu)建一個(gè)廣義時(shí)間變量來(lái)反映確定性效用V［9］．

in

式中：Tin為個(gè)體n選擇出行方式i的出行時(shí)間，min；Cin為個(gè)體n選擇方式i的出行費(fèi)用，元．

將可選出行模式看作可選的出行路線，廣義出行時(shí)間作為路權(quán)，可采用Logit型的路徑選擇模型［10］來(lái)計(jì)算各種出行方式被選用的概率．

式中：P（k）為出行者n選擇第k種出行方式的概率；t（k）為第k種出行方式的路權(quán)，用廣義出行時(shí)間來(lái)表示各出行方式的平均路權(quán)；θ為分配參數(shù)，2路徑時(shí)一般取3．00～3．50．

為避免誤讀、誤會(huì)，釋義，便成了首要功課。“三雜”之雜，為多種多樣、豐富多彩意，決非雜亂之雜……大凡雜文家，一定會(huì)有相應(yīng)的知識(shí)儲(chǔ)備、文體實(shí)踐和人生閱歷——如此之“三”以“三雜”謂之，不算離奇、搞怪吧？

假設(shè)實(shí)施公交專用道前后路段出行總?cè)藬?shù)不變；公交車為固定票制，票價(jià)γ元；公交專用道實(shí)施前后，公交車交通量不變，載客量增加，非公交車載客量不變．應(yīng)用式（9）計(jì)算公交車、非公交車被選擇的概率，相關(guān)參數(shù)及計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表1．

表1 運(yùn)營(yíng)管理階段出行方式選擇

1）出行時(shí)間增加成本 運(yùn)營(yíng)管理階段，出行時(shí)間增加主要體現(xiàn)在（未轉(zhuǎn)移到公交車出行）仍采用非公交車出行的出行者路段運(yùn)行時(shí)間和交叉口延誤的增加．

根據(jù)式（1）得設(shè)置公交專用道前后，采用非公交車出行的出行者在路段上所增加的時(shí)間．

計(jì)算交叉口出行時(shí)間增加量時(shí)主要考慮人均停車延誤的變化．對(duì)設(shè)置公交專用道前后交叉口停車延誤進(jìn)行調(diào)查，得采用非公交車出行的出行者在交叉口上總延誤的變化量．

式中：d2為設(shè)置公交專用道前非公交車交叉口平均延誤，s／輛．

因此，運(yùn)營(yíng)管理階段仍采用非公交車出行的出行者時(shí)間增加成本為

2）車輛運(yùn)營(yíng)增加成本 設(shè)置公交專用道前，非公交車運(yùn)營(yíng)成本為

設(shè)置公交專用道后，非公交車交通量為q＇2，車道飽和度為q＇2／（n－1）c，平均車速為s3，用q＇2，q＇2／（n－1）c，s3分別替換式（13）中的q2，（q1＋q2）／nc，s0得非公交車運(yùn)營(yíng)成本C′total2．因此，運(yùn)營(yíng)管理階段非公交車運(yùn)營(yíng)成本增加量為

3）交通安全成本 運(yùn)營(yíng)管理階段非公交車安全成本為

式中：J2″為運(yùn)營(yíng)階段非公交車事故率，次／（萬(wàn)車·km）；M2′為運(yùn)營(yíng)管理階段非公交車行駛量，萬(wàn)車·km．

2．3 公交專用道全壽命周期成本分析方法

在考慮時(shí)間因素的情況下，不同時(shí)間相同數(shù)額的資金具有不等的價(jià)值．因此，在進(jìn)行公交專用道成本分析時(shí)需要將不同時(shí)刻的貨幣值折算成現(xiàn)值．

以現(xiàn)值為目標(biāo)函數(shù)，得到公交專用道全壽命周期成本數(shù)學(xué)模型如下．

式中：CJ為公交專用道備選方案J全壽命周期成本的現(xiàn)值；CJt1，CJt21，CJt31，CJ4分別為備選方案J第t年的規(guī)劃設(shè)計(jì)費(fèi)用、建設(shè)實(shí)施費(fèi)用、運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用、殘值；T1，T2分別為公交專用道的規(guī)劃設(shè)計(jì)年限、建設(shè)實(shí)施年限；T為公交專用道的壽命周期；n為計(jì)算期；i為折現(xiàn)率．

3 公交專用道全壽命周期效益分析

3．1 公交專用道全壽命周期效益計(jì)算方法

1）出行時(shí)間節(jié)約效益 以式（1）為基礎(chǔ)，得設(shè)置公交專用道前后單個(gè)路段上原采用公交車出行的出行者出行時(shí)間節(jié)約量．

由非公交車轉(zhuǎn)移到公交車上的出行者出行時(shí)間節(jié)約量為

在交叉口停車延誤調(diào)查的基礎(chǔ)上，計(jì)算運(yùn)營(yíng)管理階段采用公交車出行的出行者在交叉口上總延誤的變化量

式中：d1為設(shè)置公交專用道前公交車在交叉口的平均延誤（s／輛）．

運(yùn)營(yíng)管理階段采用公交車出行的出行者時(shí)間節(jié)約效益為

2)車輛運(yùn)營(yíng)成本節(jié)約效益 很據(jù)式（4可得設(shè)置公交專用道前，公交車的運(yùn)營(yíng)成本為

設(shè)置公交專用道后，將公交車平均車速s2，公交專用道飽和度q1／c代入式（21）分別替換s0，（q1＋q2）／nc得設(shè)置公交專用道后公交車輛運(yùn)營(yíng)成本C＇total1．因此，運(yùn)營(yíng)管理階段研究路段上公交車運(yùn)營(yíng)成本節(jié)約效益為：

3）安全效益 公交專用道的實(shí)施一定程度上緩解了道路的擁擠程度，降低了城市的交通事故．因此，對(duì)修建公交專用道的安全效益計(jì)算如下．

式中：J″1為運(yùn)營(yíng)階段公交車事故率，次／萬(wàn)車·公里；M＇1為運(yùn)營(yíng)管理階段公交車行駛量，萬(wàn)車公里．

3．2 公交專用道全壽命周期效益分析方法

在考慮時(shí)間因素的情況下，得公交專用道全壽命周期效益：

式中：BJ為公交專用道備選方案J全壽命周期效益的現(xiàn)值；BJt1，BJt2，BJt3分別為備選方案J 第t年的出行時(shí)間節(jié)約效益、車輛運(yùn)營(yíng)成本節(jié)約效益、安全效益．

4 案例分析

以某條公交專用道為例，總長(zhǎng)4．2km，5車道，5交叉口，自由流速度50km·h－1，單車道通行能力1 600輛·h－1，其他參數(shù)見(jiàn)表2．該公交專用道的使用時(shí)段為早07：00～09：00，晚17：00～19：00，于2008年開(kāi)始規(guī)劃設(shè)計(jì)，前期規(guī)劃設(shè)計(jì)費(fèi)用342萬(wàn)元；2010年進(jìn)行公交專用道改造，歷時(shí)3個(gè)月完成，建設(shè)實(shí)施費(fèi)用578萬(wàn)元；年運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)約18萬(wàn)元；壽命期12年，期末殘值80萬(wàn)元．以2008年為基年，社會(huì)折現(xiàn)率8%，該地區(qū)居民人均年可支配收入22 244元，公交車的平均事故損失3 212元，非公交車的平均事故損失2 491元．

表2 路段道路狀況表

該路段共有8個(gè)公交車站，公交車停靠站時(shí)間取40s；公交票價(jià)采用1元1票制．調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實(shí)施公交專用道后13．2%的原采用非公交出行的出行者轉(zhuǎn)移為公交車出行．應(yīng)用前述方法，對(duì)該公交專用道全壽命周期成本效益進(jìn)行計(jì)算（成本參數(shù)見(jiàn)表3），效益值分別為：出行時(shí)間節(jié)約效益B1＝1 132．7萬(wàn)元，車輛運(yùn)營(yíng)成本節(jié)約效益B2＝338．3萬(wàn)元，安全效益B3＝11．7萬(wàn)元．

以現(xiàn)值為目標(biāo)函數(shù)，將表3中的參數(shù)分別代入式（16）及（24），得公交專用道全壽命周期成本約647．5萬(wàn)元，效益約8 529．7萬(wàn)元．

表3 公交專用道全壽命周期成本 萬(wàn)元

5 結(jié)束語(yǔ)

本文引入全壽命周期理論，分析了公交專用道全壽命周期成本、效益的構(gòu)成，定量計(jì)算了公交專用道全壽命周期的外部成本，采用“有無(wú)對(duì)比法”對(duì)城市道路設(shè)置公交專用道后所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行研究．考慮資金時(shí)間價(jià)值，分別構(gòu)建出計(jì)算公交專用道全壽命周期成本、效益的數(shù)學(xué)模型．最后，利用所建模型對(duì)某條公交專用道全壽命周期成本、效益進(jìn)行了計(jì)算．為了更加準(zhǔn)確的對(duì)公交專用道成本效益進(jìn)行估計(jì)，建立運(yùn)營(yíng)管理階段出行方式選擇模型時(shí)，應(yīng)考慮更多的影響因素，并依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，將是下一步研究的重點(diǎn)．

［1］白 玉，薛 昆，楊曉光．公交專用車道效益評(píng)價(jià)方法探討［J］．公路交通科技，2004，21（1）：102－105．

［2］陸 建，王 煒，陳學(xué)武．公交專用車道設(shè)置條件與效益分析［J］．東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，28（3）：103－107．

［3］鐘永艷．公交專用道的交通影響分析［D］．成都：西南交通大學(xué)，2008．

［4］雷蓮桂，向 凱，王力劭，等．不同飽和度下交叉口公交專用進(jìn)口道運(yùn)行效果研究［J］．交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2011，11（1）：90－96．

［5］陳進(jìn)杰，陳 峰，梁青槐，等．城市軌道交通全壽命周期成本分析［J］．交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2010，10（1）：82－87．

［6］陳進(jìn)杰，王興舉，高桂鳳．城市軌道交通阻斷成本模型［J］．交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2011，11（2）：102－107．

［7］潘美萍．基于LAC的高速公路能耗與碳排放計(jì)算方法研究及應(yīng)用［D］．廣州：華南理工大學(xué)，2011．

［8］Document of the World Bank．Project appraisal document on a proposed loan in the amount of US﹩100．0million to the people’s republic of China for the urumqi urban transport improvement project［R］．Report No：20157－CHA，Transport Sector Unit East Asia and Pacific Region：November 27，2000．

［9］馬書(shū)紅，孫傳嬌，周 偉，等．基于隨機(jī)效用模型的大城市與衛(wèi)星城市間交通模式配置研究［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2008，32（2）：316－319．

［10］王 煒，過(guò)秀成．交通工程學(xué)［M］．南京：東南大學(xué)出版社，2000．