基于系統動力學的城市低碳交通情景模擬研究
——以烏魯木齊為例

鐘 蓮，李 莉，宋 陽 （新疆農業大學 機械交通學院，新疆 烏魯木齊 830052）

ZHONG Lian,LI Li,SONG Yang (Mechanics Transportation College,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

低碳交通是在滿足不斷增長的交通需求的基礎上降低交通工具碳排放量，減少溫室氣體排放，實現交通與人類低能耗、低排放、低污染的可持續發展交通模式[1]。城市低碳交通發展取決于城市公共交通建設力度以及城市交通政策與交通管理是否合理有效[2]。

烏魯木齊是新疆的首府，是新絲綢之路經濟帶途經的重要城市與中國向西開放的重要門戶。烏魯木齊城市交通出行方式包括步行、公交出行、出租車出行與私家車出行，其中公交有普通公交與快速公交兩種。截止2012年，烏魯木齊城市公交運營車輛為3 914輛，出租車汽車為10 046輛，而烏魯木齊私家車以每年10萬輛的增長速度于2014年7月到達70萬輛。

1 數據來源

在問卷調查的基礎上進一步整理、分析、計算得出車輛出行信息與居民出行信息，其中包括各類車輛平均出行距離、百公里油耗、日均出行次數、日均載客量、空駛率等。經濟、人口數據主要來源于《烏魯木齊市統計年鑒——2013》，燃料相關信息來自于《IPCC—各種燃料CO2排放系數》。

2 城市公路交通碳排放模型的建立

本文采用系統動力學建模軟件Vensim PL建立動態模型，在系統結構分析的基礎上，用圖形化的箭頭連接各變量建立系統流程圖，并將各變量、參數的關系用適當的方程寫入模型進行計算、模擬[3]。

在假定城市公路滿足城市交通發展的前提下，保持現有城市發展基數不變，基于系統動力學模型對烏魯木齊2020年城市公路交通碳排放趨勢進行預測。該預測值在此稱為“原情景”預測值，并將作為判斷情景模擬方案是否低碳的評價指標。

基于烏魯木齊城市公路系統結構分析的基礎上建立交通系統結構流程圖如圖1所示，并得出系統動力學模型中烏魯木齊城市公路碳排放數據如表1所示。本文將人口、公交客運量與公交分擔率等指標的模型輸出值與實際數據進行比較，三者誤差均控制在10%以內[4]，由此表明，模型模擬精度良好，可進一步進行情景預測。

圖1 交通系統結構流程圖

表1 模型碳排放狀況

3 情景模擬

在結合烏魯木齊實際的基礎上改變城市公路交通模型相關參數重新進行預測，目的在于判斷參數變化是否低碳效應。

情景1 私家車出行次數

私家車出行次數管理可以通過調整小汽車燃油價格、停車管理、征收擁堵費用等措施達到降低私家車出行次數的目的。在此將私家車日均出行次數由1.8次改為1.3次。

情景2 私家車出行距離

通過完善停車管理系統，城區周邊設立大型停車場，提倡城區公交出行，城區內增加停車收費等方式以縮短私家車出行距離。模型中將私家車平均出行距離由7公里縮至5公里。

情景3 私家車保有量

通過提高小汽車購置稅，限制小汽車登記牌照等方式降低私家車增長速度。本文擬將私家車的增長速度下降40%。

情景4 公交優先

增加公交車數量、減少公交發車間隔，提升公交客運能力；淘汰老舊車型，提高居民出行舒適度；合理調整公交路網結構，提高公交覆蓋率與可達性；嚴格管理交通信號系統，減少公交停車次數；增加公交快速通道，提高公交運營速度[8]。模擬過程中將公交車保有量年增長速度提高3輛，公交日出行次數增加1次，公交平均載客量增加2人。

情景5 慢行交通

設置慢行交通專用車道，解決短距離出行問題，在一定程度緩解公交擁擠，提高公交出行吸引力。慢行車道的設置會占用一定比例的城市道路，為私家車出行帶來不便，模型中將私家車出行次數降至1.5次。

情景6 技術減排技術減排的方式包括提高燃油利用率、汽車尾氣控制與再處理、開發利用新能源等。模型中假定私家車燃料均為較為清潔的天然氣。

情景7

綜合情景1、2、3，降低私家車使用頻率以達到低碳減排的目的。

情景8

綜合情景4、5，完善城市公共交通、慢行交通建設以提高低碳出行客運能力。

情景9

綜合情景4、5、6，在健全城市公共交通體系的同時，利用低碳技術降低私家車污染物排放。

情景10

綜合情景1～6，大力發展減排技術，積極建立健全城市公交體系，嚴格控制私家車發展與出行。

各類情景在系統動力學中的預測結果如圖2與表2所示。

圖2 烏魯木齊城市交通碳排放情景模擬趨勢圖

圖2 顯示，預測曲線1與4較為接近，均為碳排放較低水平，兩者分別對應情景10與情景7。預測模型中碳排放量高的曲線為7與0，曲線7對應情景4，曲線0代表按原有發展趨勢所對應的預測值。曲線7略高于曲線0的原因在于情景4在沒有限制城市車輛發展的前提下加大了公交車投放力度。

表2顯示，除情景4之外，其余模擬情景城市交通碳排放均低于按原有發展趨勢的預測值，低于原情景預測值的模擬情景均符合低碳需求。從交通結構來看，私家車是城市交通碳排放的主要貢獻者，即使為私家車出行設置苛刻條件，其交通碳排放比例仍高于60%。情景7與情景10對私家車進行了綜合管理，兩者交通碳排放量均低于原情景預測值的50%。

在諸多低碳模擬情景中，情景7、10、3、2、1的低碳效果更為顯著，他們的共同特征是不同程度地控制了私家車碳排放，情景10與情景7控制力作用最強。相比之下，情景10更滿足城市健康發展要求，在控制私家車發展的同時提高公交客運能力以彌補出行需求。

4 結論

通過系統動力學對烏魯木齊城市交通碳排放各類情景模擬得知，伴隨居民生活水平的提高，私家車是城市交通污染的罪魁禍首，是低碳減排措施的聚焦點。除低碳技術之外，可通過如下措施控制私家車碳排放：調控汽車燃油價格增加私家車出行成本；規范停車管理，城區入口處規劃大規模停車設施，城區內設置停車限制以減少市區小汽車數量；提高私家車購置稅、限制私家車牌照登記以控制私家車增長速度；提高公交覆蓋率、增加公交出行舒適度，發展慢行交通，一定程度減少私家車出行次數。

表2 2020年烏魯木齊城市交通碳排放情景模擬數據表

[1] 北京市交通委員會，北京交通發展研究中心.北京交通發展綱要（2004～2020）[Z].2004.

[2] 周干峙.應該重視城市綜合交通規劃[J].城市規劃，1993(3):5-6.

[3] 李亞璐.城市低碳發展過程的系統動力學分析[D].天津：天津大學（碩士學位論文），2012.

[4] 劉爽.基于系統動力學的大城市交通結構演變機理及實證研究[D].北京：北京交通大學（博士學位論文），2009.