高架BRT系統(tǒng)通行能力分析

王曉輝

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430063）

廈門市快速公交（BRT）系統(tǒng)是在國內(nèi)首次采用獨(dú)立路權(quán)的高架BRT專用路、類似于軌道交通的“站廳層＋站臺(tái)層”的高架BRT車站，目前系統(tǒng)客流量已達(dá)33萬人次，已經(jīng)成為廈門市交通的主動(dòng)脈［1］。廈門BRT運(yùn)營效果表明，高架BRT在運(yùn)營速度、服務(wù)水平、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面與常規(guī)BRT相比都體現(xiàn)出很大的優(yōu)勢，本文以廈門高架BRT系統(tǒng)為例，對高架BRT系統(tǒng)通行能力及提升措施進(jìn)行分析。

BRT系統(tǒng)通行能力是指在一定的運(yùn)營環(huán)境和服務(wù)水平下，在BRT系統(tǒng)中的某個(gè)斷面，一段時(shí)間（通常是1h）內(nèi)所能通過的乘客數(shù)量。目前較為成熟并廣泛應(yīng)用的有北美模型、南美模型，以及國內(nèi)相關(guān)研究。

北美地區(qū)關(guān)于公交系統(tǒng)通行能力的相關(guān)研究從上世紀(jì)60年代就開始了，至21世紀(jì)初已針對北美公共交通的特點(diǎn)形成一套完整的體系，其研究成果也被整理進(jìn)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(dá)車站，同時(shí)停靠時(shí)間近似服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，這與北美地區(qū)低頻率、高穩(wěn)定性、低客流的運(yùn)營狀況是相適應(yīng)的。在中國城市中，快速公交在主客流走廊上運(yùn)營，總發(fā)車頻率較高，受橫向封閉性和縱向封閉性的影響，很難實(shí)現(xiàn)均勻到達(dá)。

南美巴西專家以排隊(duì)論模型和波哥大快速公交系統(tǒng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，提出了相應(yīng)的快速公交通行能力計(jì)算方法［3］。這套方法較好地體現(xiàn)了編組和組合線路運(yùn)營對提高系統(tǒng)上下客效率的作用，但沒有進(jìn)一步研究常規(guī)發(fā)車形式下多停靠位車站的運(yùn)營機(jī)理，也沒有分析平面交叉信號(hào)控制對系統(tǒng)通行能力的影響。

國內(nèi)王煒等［4］認(rèn)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(shí)間。馮浚、徐康明［5］利用排隊(duì)論模型提出了通行能力計(jì)算方法，并根據(jù)在多個(gè)城市的調(diào)查數(shù)據(jù)標(biāo)定了相關(guān)參數(shù)。住建部2011年科技計(jì)劃項(xiàng)目“快速公交系統(tǒng)通行能力研究”在總結(jié)國內(nèi)外近年研究成果的基礎(chǔ)上，通過對國內(nèi)已開通的多個(gè)城市快速公交系統(tǒng)的調(diào)查，建立了單一停靠位、多停靠位快速公交車站通行能力計(jì)算模型，并對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，更適用于國內(nèi)BRT系統(tǒng)的運(yùn)營特征［6］。

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

1 BRT通行能力計(jì)算模型

1.1 計(jì)算模型

根據(jù)“快速公交系統(tǒng)通行能力研究”，快速公交系統(tǒng)通行能力由瓶頸車站決定，計(jì)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(shí)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(duì)論模型的Kingman公式推算。

式中：ca為公交車到達(dá)間隔波動(dòng)系數(shù)；cs為公交車停靠總時(shí)間波動(dòng)系數(shù)，T為停靠總時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差與均值之比；W 為對應(yīng)一定通行能力的公交車平均進(jìn)站排隊(duì)時(shí)間。

（2）車站通行能力。對于停靠泊位緊鄰且線性布設(shè)的多泊位車站，由于車輛停靠時(shí)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(shù)量。

1.2 參數(shù)標(biāo)定

（1）公交車額定載客量Cmax。根據(jù)國內(nèi)快速公交系統(tǒng)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，12m單機(jī)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(tǒng)運(yùn)營較為平穩(wěn)的系統(tǒng)中，平均滿載率可取為0.9。

（3）平均總停靠時(shí)間T。公交車的整個(gè)停靠過程包括減速進(jìn)站、開車門、上下客、關(guān)車門和加速出站這幾個(gè)環(huán)節(jié)，平均總停靠時(shí)間

式中：tc為前車起步離站至后車進(jìn)站停穩(wěn)的最短時(shí)距，12m單機(jī)車為6～8s，18m鉸接車為10～12s；td為公交車開門和關(guān)門的時(shí)間，通常取4～6 s；tb為最繁忙車門的登降總時(shí)間／s。

式中：p為車輛登降人數(shù)／人；φ為最繁忙車門登降人數(shù)占全車登降人數(shù)的比例，根據(jù)調(diào)查，12m單機(jī)車取60%，18m三開門單絞車取40%；tb為人均基準(zhǔn)上下車時(shí)間，s，根據(jù)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(shù)；θ2為車內(nèi)站立區(qū)乘客密度修正系數(shù)；θ3為乘客行為特征修正系數(shù)。

（4）公交車到達(dá)間隔波動(dòng)系數(shù)ca。依據(jù)對各地不同交通條件下公交車到達(dá)間隔分布的調(diào)查，公交車到達(dá)間隔波動(dòng)系數(shù)可參照表1標(biāo)定。

表1 公交車到達(dá)間隔波動(dòng)系數(shù)

（5）公交車停靠總時(shí)間波動(dòng)系數(shù)cs。反映停靠時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值，根據(jù)對國內(nèi)各快速公交系統(tǒng)的調(diào)查，停靠總時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差與均值呈正相關(guān)關(guān)系：對于通過線路少、登降客流到達(dá)穩(wěn)定、實(shí)施多車門同時(shí)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(dá)不穩(wěn)定、前門刷卡／投幣上車的系統(tǒng)，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(tǒng)，缺省情況下可選取0.30。

（6）公交車平均進(jìn)站排隊(duì)時(shí)間W。W 取值越大，系統(tǒng)越擁擠，車輛在車站排隊(duì)越嚴(yán)重，運(yùn)營速度和準(zhǔn)點(diǎn)率越低，但通行能力越大，反之亦然。根據(jù)本研究在廣州、廈門、鄭州等地的調(diào)查，建議取值在10s左右。

（7）有效停靠位數(shù)量Nc。通過國內(nèi)多個(gè)城市實(shí)際調(diào)查分析，多泊位車站的有效停靠泊位數(shù)可參照表2標(biāo)定。

表2 線形布設(shè)的多停靠泊位車站有效停靠泊位數(shù) 個(gè)

2 高架BRT系統(tǒng)通行能力

廈門高架BRT系統(tǒng)除了具有傳統(tǒng)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(yùn)營管理等特征外，還具有以下特點(diǎn)。

（1）采用雙向2車道，獨(dú)立路權(quán)的高架BRT專用路，沒有橫向和縱向干擾，BRT車流比較穩(wěn)定。

（2）高架BRT車站采用類似于軌道交通的“站廳層＋站臺(tái)層”的形式，二層為站廳層，實(shí)現(xiàn)售票、檢票、客流集散功能；三層為站臺(tái)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(shè)有2個(gè)停靠位，沒有設(shè)置超車道。

（3）廈門BRT系統(tǒng)在線路起終點(diǎn)、多種交通方式交匯點(diǎn)等處設(shè)置多處樞紐站，具備乘客換乘、BRT停車、檢修、調(diào)度等功能，運(yùn)營效率高，可以實(shí)現(xiàn)高峰時(shí)段快速發(fā)車。

一般采用單車發(fā)車，3條線混合運(yùn)營的形式，車輛以12m單機(jī)車為主，并有少量18m鉸接公交車。根據(jù)式（1）～（3），按2個(gè)停靠位，12m車計(jì)算，廈門高架BRT系統(tǒng)通行能力約為7 500人／h。廈門BRT系統(tǒng)為12m單機(jī)車和18m單鉸車混跑，高峰期最大斷面客流約9 500人／h，遠(yuǎn)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(dāng)車站設(shè)3個(gè)停靠位時(shí)，高架BRT系統(tǒng)理論上最大通行能力可達(dá)18 300人／h。

根據(jù)系統(tǒng)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(tǒng)和不同制式的地面BRT系統(tǒng)進(jìn)行對照分析，假定均為雙車道專用道，車站均設(shè)3個(gè)18mBRT車停靠位，車站不設(shè)超車道和子母站，常見BRT系統(tǒng)幾種形式見表3。

表3 常見BRT系統(tǒng)幾種情形

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，利用式（1）～（3），4種BRT 系統(tǒng)通行能力計(jì)算見表4。

表4 BRT系統(tǒng)通行能力比較表

根據(jù)以上分析，地面BRT隨著售檢票、車門寬度、登降方式的改進(jìn)，通行能力逐步提升，而高架BRT系統(tǒng)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(shè)超車道和子母站）最好的情況相比提高約60%，優(yōu)勢非常明顯。

3 提升高架BRT系統(tǒng)通行能力的措施

根據(jù)計(jì)算模型，車輛停靠時(shí)間及分布、車輛到達(dá)間隔分布、車站有效停靠位數(shù)量、車輛進(jìn)站平均排隊(duì)延誤、車輛載客量5個(gè)技術(shù)參數(shù)共同決定快速公交通行能力［7］。結(jié)合廈門高架BRT的建設(shè)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，還可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步提升通行能力。

（1）采用大容量BRT車輛。根據(jù)計(jì)算，高架BRT系統(tǒng)采用12m單機(jī)車和18m單絞車在通行能力方面相差近1倍，廈門BRT系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)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(tǒng)車輛選型、車站設(shè)計(jì)、停車場設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用大容量BRT車輛。

（2）提高有效泊位數(shù)。增加有效停靠泊位是快速公交系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大運(yùn)量的重要手段，廈門BRT高架車站均按2個(gè)停靠位設(shè)計(jì)，目前客流量較大的車站如火車站、嘉庚站等通行能力已達(dá)到極限，高峰小時(shí)擁堵較嚴(yán)重。當(dāng)采用直線型路內(nèi)停靠方案時(shí)，從投資／收益角度，大客流車站最多設(shè)3個(gè)停靠位（見圖1），此時(shí)車站斷面通行能力最大為18 300人／h。

圖1 直線式路內(nèi)停靠方案示意圖

如3個(gè)停靠位仍無法滿足客流需求，可研究路外停靠方式或結(jié)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(guī)模較大，需要結(jié)合客流量、工程造價(jià)、實(shí)施難度及人流組織復(fù)雜性、場地條件、與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性等因素進(jìn)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(tái)（見圖4）與側(cè)式站臺(tái)相比可以有效提高站臺(tái)利用率，快速疏散站臺(tái)乘客，方便乘客換乘，特別是在潮汐客流明顯的線路上優(yōu)勢更明顯；但島式站臺(tái)一般需要左開門，對車輛要求較高，對BRT系統(tǒng)的開放性及車輛的通用性有一定影響。

圖4 島式站臺(tái)設(shè)計(jì)方案（左開門）

（3）優(yōu)化車站布局及站臺(tái)設(shè)計(jì)。高架BRT采用類似于軌道交通的“站廳層＋站臺(tái)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(wù)水平。設(shè)計(jì)中需注意保證站臺(tái)可利用空間，通過信息顯示及標(biāo)識(shí)系統(tǒng)等方式對乘客進(jìn)行有效誘導(dǎo)和管理，提高乘客上下車效率，進(jìn)而減少車輛停靠時(shí)間和波動(dòng)性。

4 結(jié)語

本文引用住建部2011科技計(jì)劃項(xiàng)目“快速公交系統(tǒng)通行能力研究”中的方法，對廈門高架BRT系統(tǒng)通行能力進(jìn)行定量分析，同時(shí)將高架BRT和不同制式的地面BRT通行能力進(jìn)行對照分析。結(jié)果表明，高架BRT系統(tǒng)由于采用具有獨(dú)立路權(quán)的BRT專用路，類似于軌道交通的“站廳層＋站臺(tái)層”的高架BRT車站，降低了到達(dá)間隔波動(dòng)系數(shù)和停靠時(shí)間，與同樣制式地面BRT系統(tǒng)情況相比通行能力提高約60%，優(yōu)勢非常明顯。

在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，可以通過采用大容量BRT車輛，增加有效泊位，優(yōu)化車站布局及站臺(tái)設(shè)計(jì)等方面，提高高架BRT系統(tǒng)通行能力。

［1］ 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.廈門市快速公交（BRT）運(yùn)能提升及運(yùn)營安全設(shè)施改造工程可行性研究報(bào)告［R］.武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)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(jīng)驗(yàn)［EB／OL］.2004，http：／／www.brtchina.org／ReportC／BRTCapPPT.pdf.

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

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

［6］ 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.快速公交系統(tǒng)通行能力研究［R］.武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012.

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