城市交通擁堵的系統動力結構分析

王如義，劉崇耀（威海市道路運輸管理處，山東 威海 264200）

0 引言

當今，城市交通擁堵的現象，無論是國內還是國外，都很突出。在中國，伴隨城市擴張的過程，雖然很多城市道路建設得越來越寬、越來越長，路面等級越來越高，公交優先發展戰略被作為其城市交通發展的基本戰略，交通信號指揮系統也越來越先進，甚至在部分城市，智能公共交通調度指揮系統都得到了開發利用，小汽車的發展受到一定程度限制，比如控制發放小汽車牌照，限制小汽車出行，像北京就曾實行按照車輛號碼的單雙號出行的政策，這些措施雖然都在一定程度上緩解了城市交通所面臨的壓力，但都沒有阻止住這些城市交通擁堵的出現。城市交通擁堵成為伴隨很多城市的擴張過程而出現的亟待解決的難題，該問題已經引起了廣大學者和城市交通工作者的廣泛關注。文獻[1-5]從不同的角度，探討了城市交通發展的規律，從不同的側面提出了解決或減輕城市交通擁堵的方法。影響著城市交通系統演變進程的因素眾多，是多種力量的交互作用最終導致了城市交通擁堵的發生。本文利用系統動力學的觀點，深入系統內部，分析系統各要素之間的相互作用，建立起城市交通系統的動力結構模型，以此為基礎，探尋城市交通系統發展演變的內在規律，尋求從根本上解決交通擁堵的方法。

1 城市交通系統動力結構模型的建立

1.1 城市交通系統

城市交通系統[6-8]是一個復雜的巨系統。首先，系統包含的因素眾多。一個完整地描述城市發展和城市交通演變的系統，不僅應包含著交通需求、交通供給和交通運行這些最基本的因素，還應該包含交通發展的社會經濟背景以及交通發展的規劃和政策等。其次，各因素之間的相互作用、相互影響復雜，而且系統時刻處于一個動態的變化過程中。如經濟的發展、人口的增加及人均消費水平的提高，會深刻地影響著交通需求和供給的變化，而交通的運行情況，又會反過來對社會經濟的發展和交通政策的調整產生直接或間接的影響。城市交通系統還是一個開放的系統，它和環境之間始終保持著密切的關系。

由于系統概念的相對性，對于同一個系統，針對所研究問題的實質和目的不同，會有不同的構建系統的方法。系統動力學[9-12]從一種宏觀的角度來思考、解決問題，注重從系統各要素之間的相互作用為切入點去探尋系統的演變規律和表現特性，構建系統時，避免因微觀的角度而局限于片段的思考，可以很好地適用于研究城市與交通系統的動態變化。

為了能夠從宏觀上把握城市交通系統的演變規律，本文依照系統動力學的觀點構建城市交通系統，該系統主要包含以下幾個要素：

（1）城市經濟與社會發展要素。此要素作為城市交通發展的背景和最根本的原始動力，主要指經濟發展水平，如地區生產總值GDP、城市常住人口規模、人均消費水平等，和相關的城市、經濟發展規劃，如經濟發展模式及城市發展布局等。

（2）交通需求要素。主要包括人的出行需求和貨物運輸需求。其中人的出行需求不僅表現為人次和位移這些數量上的多少，還具有其他的多維特征，如在時間、安全、舒適、便捷性等方面的要求。為了研究的方便，在對城市交通需求的描述中，當人和物出行需求在位移和時間上為同行，存在強關聯關系時，只把他看作是人或物中的一種位移需求。物的貨運需求由貨運車輛來完成。

（3）交通供給要素。包括道路設施、軌道設施、交通信號設施、車輛、交通信號指揮系統及車輛運營調度信息系統等。其中車輛通常包含自行車、小汽車、出租小汽車、普通公共電汽車、軌道交通機車車輛等。道路設施因素包含了道路長度、道路等級結構及道路的分布等。普通公共交通供給因素包含了公交車數量、公交車種類、公交線路長度、條數、分布情況及相關的公共交通信息調度指揮系統等。

（4）交通運行要素。交通運行過程主要是人或物通過車輛等運輸工具在道路或軌道上行駛，實現人或物的有效位移的過程；另外，步行也是城市交通運行過程的一個不可缺少的組成部分。通過交通運行過程，實現了人和物的位移需求，創造了價值，但同時也會產生噪聲和空氣污染，給城市環境帶來不利影響。

（5）政府經濟交通發展規劃與政策要素。主要包括經濟、交通投資政策、城市建設規劃、公交優先發展規劃、出租車及小汽車管理政策等。

1.2 系統要素模塊間相互作用關系

經濟社會的發展產生了人或物的位移需要，經濟社會的具體發展規模及形式等決定了這種位移需求的頻次和每一次需求的特性。為了滿足各種各樣的位移需求，城市在這些需求的刺激下，提供了各種形式的交通供給。修起了道路，購置各種車輛，布設交通信號，研發建設相應的運營調度信息指揮系統。交通需求和交通供給共同作用，促成了交通運行。交通運行實現了人或物的位移，創造了價值。當人或物具有多維特性的位移需求通過運輸活動得到滿足時，交通運行就會對經濟社會的發展起到很好的促進作用，進而產生更多的交通需求；反之，當具有多維特性的位移需求在交通運行過程中不能得到全面滿足時，或者是運輸活動產生了過度的噪聲和廢氣時，交通運行就會對社會經濟的發展產生消極的作用。這種消極作用一方面會不同程度地抑制經濟社會的發展，影響交通需求的產生，同時在另一方面，也會促使這些獲得運輸不滿意體驗的人們直接采取行動改善交通供給滿意程度的行為，如感受到公共交通慢的人們，會有購置私家車的沖動；另外，也會促使政府部門，采取規劃影響社會及經濟運行，進而影響交通需求的辦法，或者制定相應的交通發展政策，直接管理交通需求，改善城市交通供給狀態，調整城市交通運行結構，從而影響城市交通運行水平。

城市交通系統動力結構情況可以直觀地表示為圖1：

1.3 城市交通系統因果關系圖及系統流圖

對各系統模塊做更細致的分析，通過綜合地考慮系統各要素之間的各種相互關系，可以形成復雜的因果反饋結構圖，模型的主要反饋回路見圖2。

在系統因果關系結構中，各系統要素相互影響，相互制約。在上述系統因果關系圖的基礎上，經過進一步的定量分析，可以得到系統動力學模型的系統流圖，見圖3。其中，RJ表示交通需求增長率，RF1表示地面公交分擔率增長速度，RF2表示小汽車分擔率增長速度，RF3表示出租車分擔率增長速度，RP表示高峰時段車輛平均速度增長率。

2 城市交通擁堵產生過程分析

圖2 系統因果關系圖

圖3 系統流圖

根據上面建立的城市交通系統動力結構模型，對城市交通系統行為的動態演變過程進行分析可知，經濟與社會的不斷發展，產生了不斷增加的城市交通運輸需求，這種需求的增加不僅表現在交通需求量的增加，而且還表現為多維的出行需求特性的不斷提升。隨著經濟社會的發展，人們出行不僅要求能夠到達，還希望出行時能更加快速、舒適、安全、便捷等。受此需求的驅動，城市建設了更多的道路，布設了越來越先進的城市交通信號系統，私家車、出租車和公交車在不斷增加。一方面，當交通需求被很好的滿足時，交通運行就會推動經濟社會的發展，進而刺激產生更多的城市交通需求；另一方面，即便交通供給不能滿足交通需求的情況出現，由于推動經濟社會發展的因素是多元的，經濟社會的強勁增長依然會產生交通需求的剛性增加。新增加的交通需求需要有相應的交通供給來承擔。當人們出行需求的快速、舒適、安全、便捷等多維出行需求特性不能被現有的交通供給條件滿足時，人們希望城市交通供給能夠獲得及時改善和提升。由于社會經濟的發展，在產生了更多的交通需求時，也使人們有了更好的經濟收入，從而使越來越多的人有了購買私家車的能力和打的出行的經濟承受力。若政府不能及時通過規劃和交通政策的調整，提升城市公共交通服務水平，進而改善人們的這種不滿意的體驗，人們一是會通過購置私家車來提升出行的質量，另外還會通過打的來解決對出行的不滿意。這時就會打破出租車原有的供求平衡，產生增加出租車的表象要求。如果政府在制定城市出租車管理政策時，不能從城市整體交通狀況考慮，不是通過積極采取辦法提升大容量公共交通的質量的途徑，來滿足人們不斷提升的交通需求，而是盲目增加出租車數量，以求得交通需求壓力的暫時緩解，就會在被動和主動兩個方面不斷推動城市小汽車數量的增加。但是，由于城市的道路資源是有限的，在私人小汽車和城市出租車雙重數量增加的壓力下，當城市道路上的小汽車數量的快速增加，超過了城市道路建設的增加時，城市道路上的交通量就會超過它的正常負荷，從而產生城市道路的交通擁堵。

3 關于優化城市交通系統和發展解決城市交通擁堵的策略

城市建設及城市交通發展的實踐表明，對于一個經濟和社會都不斷發展壯大的城市來說，其交通需求和交通供給也在不斷增加，政府的經濟規劃與交通政策的功能也處在一個不斷強化的過程中。

借助城市交通系統的動力結構模型，根據上述對城市交通擁堵行為的動態演變過程的分析，不難發現經濟社會的發展是整個交通系統發展演變的最原始動力，在系統各因素的相互作用關系中，唯有政府的經濟規劃與交通政策調整因素對其它因素的作用是最為能動的，其它的因素之間的作用關系基本是處于自發的狀態。所以，在對城市交通系統的演變規律有一個基本的認識之后，要想使城市交通系統處在一個高效、協調、可持續的運行狀態，有效解決城市交通擁堵問題，就要充分發揮好政府的作用。為此，提出如下幾點建議。

（1）規劃城市交通要從規劃經濟社會活動開始

經濟社會的發展，產生了人及貨物的位移需求。所以既要充分利用交通布局對城市發展的引領作用，又要通過有效的城建規劃布設完善的城市功能區，管控城市的發展模式和城市形狀，形成幾個功能完備的城市副中心，避免不必要的貨物流動和人的不必要的跨區長距離出行，從而優化城市交通需求結構。

（2）制定可持續的交通供給發展規劃

交通供給能力由于受到不斷增加的交通需求壓力，也處在不斷增加的過程中。但交通供給能力的提升，不能是消極被動的，應該對交通需求的增加進行有效預測，對可能的交通供給的增加空間進行規劃，避免能力增加的短期行為，持續保持一個優化高效的城市交通結構，使城市交通的需求和供給始終處在一個基本平衡的狀態。

（3）大力發展高水平的大容量公共交通，不斷提高大容量公共交通的分擔率

城市的道路資源是有限的，要滿足不斷增加的客運交通需求，單靠私家車和出租車是做不到的，必須堅持優先發展公共交通的政策。但是，由于交通需求不僅在量上增加，在出行的時間、安全、舒適性等方面的要求也在不斷提升，所以，僅增加公交車的數量和線路、提高其綠色環保水平是不夠的，還要在速度、安全、舒適等特性上下功夫，大力發展像軌道交通、快速公交這樣的公共交通能力，增加大容量公共交通的分擔率，形成優化的城市交通結構。

（4）通過交通政策的調整，降低城市交通的外部性影響

在城市交通的不斷發展過程中，產生了大量的噪聲和廢氣污染，給人們的生命健康等帶來了不利的影響。但從事運輸活動的車輛缺乏降低噪聲和廢氣污染的動力，必須靠政府制定相應的利益調整政策，鼓勵低排放低噪聲的環保車輛的使用，鼓勵綠色低碳出行。

（5）政府建立職能明確的經濟交通規劃與政策調整機構

為了能夠充分發揮政府在城市交通系統發展演變過程中的核心調節功能，政府要確定履行該職責的具體部門，建立機構，形成工作機制，保持對城市交通系統中供需平衡信號的敏感觀察，有效預測，整體把握，從經濟社會發展和交通供給兩個方向及時做出相應的規劃與政策上的調整。

圖4 威海市市區地形圖

4 實例分析

威海城市受其獨特的地理環境的影響，有沿路和沿海岸線發展的特點，形成了現在一個“7”字的形狀，見圖4。在威海市政府附近形成了比較明顯的城市經貿行政中心，城市的其它幾個副中心功能尚不夠完整，輻射功能不明顯。威海這個海濱城市，是中國第一個“國家級衛生城市”，也是中國首批“國家環境保護模范城市”和第一批“優秀旅游城市”，兩次被聯合國評為“改善居住環境最佳范例城市”，2003年又獲得了聯合國“人居獎”，被譽為中國最適合人類居住的城市。因此，在威海市的城市發展過程中，對環境的保護尤為重視。通過城建規劃的調節作用，市內的工廠被逐步外遷，大部分集中到了市南郊的臨港經濟技術開發區。工廠外遷、突出的唯一城市中心以及城市的“7”字狹長形狀，使得城市交通需求結構中存在較大規模長距離的跨區出行需求。

在威海市的城市交通結構中，有自行車、私人小汽車、出租車、普通公共交通等，還沒有開通像地鐵、地面軌道交通、快速公交BRT這樣的高質量的大容量公共交通。道路的長度、寬度和路面等級在不斷提升。近來城市更新了大批新能源公交車，開通了K1、K2兩條專線公交線路，并正在投資建設城市智能公共交通信息調度系統。K1、K2專線公交線路，車內設有空調，沿線只停靠幾個公交樞紐站點，速度快，舒適性高，盡管票價稍高，但依然很受顧客青睞，所以客源很好，可以說是威海市城市公共交通向高水平大容量公共交通發展的一次嘗試?？偟膩碚f，在城市交通需求不斷增長的影響下，威海的城市交通供給正處在小汽車和普通城市公交競相發展，道路建設不斷增加，交通信號系統不斷優化，而高質量的大容量公共交通剛起步的階段。

為此，對威海市的城市交通系統的規劃和發展提出如下的幾點建議。

（1）強化政府對城市交通系統發展的調節功能，采取積極措施，不等不靠，有效預測，整體規劃，及時調整有關經濟和交通方面的發展政策，協調經濟和交通的整體發展進程。

（2）科學規劃威海經濟社會的宏觀發展模式，積極推動經濟技術開發區、火炬高新技術開發區、張村鎮、臨港經濟技術開發區等幾個城市副中心的發展，完善這幾個城區在行政、商貿、教育、醫療、娛樂等方面的功能，有效減少人和物的不必要跨區位移需求，優化城市交通需求結構。

（3）研究制定威海市高水平大容量公共交通發展規劃。城市的道路資源是有限的，而受經濟社會發展的推動，城市交通需求卻在不停地循環增長，要能持久有效地滿足城市的這種交通需求，就必須要有高水平大容量公共交通的大力發展。威海市的公共交通投資力度很大，與國家優先發展公共交通的政策是一致的。但是像地鐵、地面軌道交通、快速公交BRT這樣的高質量的大容量公共交通還沒有建設并運營起來。現在已經更新的都是新能源公交車輛，雖然在降低廢氣污染，有效減少城市交通的外部性影響方面起到了積極的作用，但它們并不能有效滿足人們在交通出行上不斷增加的快速、安全、舒適等方面的需求，致使在小汽車和公共交通共同發展的過程中，公共交通的居民出行分擔率難以有效提高，刺激著城市小汽車的快速增加，這種趨勢持續下去，必然會造成威海市區的交通擁堵?，F在，威海市區的交通在上下班高峰時段，在幸福門、市政府等幾個路段已經開始出現擁堵現象。

要想改變威海城市交通的這種向擁堵發展的趨勢，就要有效增加高水平大容量公共交通的能力。為此，要對威海市的交通需求進行科學預測，研究威海高水平大容量公共交通的發展空間，從整體進行規劃，分階段實施，不斷優化城市交通結構，從而構建威海市持續高效的城市交通運輸系統。

5 結束語

根據城市交通系統動力結構模型進行分析，造成城市交通擁堵的主要原因是政府經濟交通規劃與政策的調節功能發揮不到位，造成城市交通需求結構的不合理和城市交通結構的不合理，在城市交通需求和供給矛盾的推動下，城市小汽車數量快速增加，使現有道路的負荷超過了它所能夠承受的負荷上限。優化發展城市交通系統，解決城市交通擁堵，應當做好以下五個方面的工作：（1）要從規劃經濟社會活動開始規劃城市交通；（2）制定可持續的交通供給發展規劃；（3）大力發展高水平的大容量公共交通，有效提高大容量公共交通的居民出行分擔率；（4）通過交通政策的調整，降低城市交通的外部性影響；（5）政府建立職能明確并積極發揮作用的經濟交通規劃與政策調整機構。

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