城市CBD區(qū)域公交專用道的復(fù)用

王霄維， 王延忠， 劉秀秀， 劉 雪， 劉斯津

（長春師范大學(xué) 工程學(xué)院，吉林 長春 130032）

0 引 言

公共交通具有人均占用道路面積少、運(yùn)量大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是城市居民出行的首選方式，決定了其優(yōu)先發(fā)展的地位。為緩解交通擁堵問題，國內(nèi)各大城市借鑒國外的方法，相繼提出并推廣“公交優(yōu)先”，經(jīng)過實(shí)施應(yīng)用后取得良好效果［1］。公交優(yōu)先通行是指在一定的道路條件下，通過規(guī)劃、工程建設(shè)和交通管理等方式使得公交車輛在路段上擁有高于其它車輛的道路使用權(quán)，減少路段上各種因素對公交車輛的干擾。其目的是提高公交車輛在路段的行駛速度，縮短公交車輛的行程時(shí)間，減少公交車輛在路段的延誤，提高準(zhǔn)時(shí)性，降低運(yùn)營成本，以提高城市公交的服務(wù)水平和吸引力，扭轉(zhuǎn)公交車在運(yùn)輸上與小汽車競爭的劣勢（相對于小汽車，公交車具有車速低、起動(dòng)慢、靈活性差等缺點(diǎn)）。在多車道的道路上開辟一條甚至多條車道為公交車所專用，或分時(shí)段的公交專用道，其優(yōu)點(diǎn)是投資小、見效快，對解決城市交通擁擠的問題效果顯著。

設(shè)置公交專用道優(yōu)點(diǎn)：

1）給公共交通更多的路權(quán)來鼓勵(lì)人們使用公共交通，并以此限制小汽車出行，緩解城市道路交通擁擠的狀況。

2）公交專用道保證了公交車的優(yōu)先路權(quán)，可提升公交車服務(wù)水平，提高公交運(yùn)行車速，增加公交出行效率［2］。

3）公共交通在空間占用、污染排放和能源消耗等邊際成本和社會綜合成本方面都是最節(jié)省的，從這個(gè)意義上說，公交專用道提高了公共交通車輛運(yùn)營速度和道路資源利用率。

設(shè)置公交專用道雖然有效地提高了公共車輛的運(yùn)行效率，同時(shí)也存在不容忽視的問題：

1）隨著公交專用道的大量設(shè)置，占用了大量的城市道路資源。當(dāng)城市道路的車流量較大時(shí)，將使原本就比較緊張的道路資源變得更加擁擠，即從車流量的角度降低了路段的通行能力。

2）根據(jù)城市路網(wǎng)規(guī)劃和實(shí)地調(diào)查分析，大部分城市的專用道還需要根據(jù)實(shí)際情況改進(jìn)，進(jìn)一步挖掘公交專用道潛在資源。同時(shí)公交專用道存在時(shí)段性道路資源浪費(fèi)現(xiàn)象［3］。

3）公共交通專用車道的路段上常常出現(xiàn)普通車道機(jī)動(dòng)車排長隊(duì)，而公共交通專用車道較長時(shí)間空無一車的不和諧現(xiàn)象，尤其在公共交通車輛運(yùn)營班次數(shù)量減少（例如夜晚）的時(shí)段，這種不和諧現(xiàn)象更為突出［4］。由于公共交通專用車道存在道路資源閑置，專用道不僅未能起到預(yù)期作用，削弱了公交優(yōu)先本身優(yōu)勢，而且對城市交通體系帶來了副作用，阻礙了公交專用道的進(jìn)一步推廣［5］。

1 理論方法提出

針對公交專用道設(shè)置理論體系還不成熟，為解決當(dāng)前公交專用道資源閑置問題，提出對于公交專用道復(fù)用。主要包含兩方面：一方面是交叉口公交專用道路權(quán)借用，主要是為解決交叉口社會車輛排隊(duì)問題；另一方面是公交站用道路段復(fù)用，社會車輛有選擇地駛?cè)牍粚Ｓ玫溃瑴p少道路資源的浪費(fèi)［6］。利用VISSIM仿真軟件，通過路徑選擇實(shí)現(xiàn)車輛在接近公交站點(diǎn)時(shí)主動(dòng)駛出，保證公交優(yōu)先。在公交專用道復(fù)用路段設(shè)立行車時(shí)間Travel Time檢測器，輸出同等路段復(fù)用前后車輛行程時(shí)間。同時(shí)在交叉口設(shè)立固定信號配時(shí)，建立相應(yīng)信號周期，并在公交站點(diǎn)設(shè)置車輛排隊(duì)計(jì)數(shù)器Queue Length輸出車輛平均排隊(duì)長度、最大排隊(duì)長度以及排隊(duì)車輛的停車次數(shù)［7］。

2 路段復(fù)用過程

車輛可以根據(jù)公交專用道車輛行駛狀況駛?cè)胲嚨溃捎谏鐣囕v大部分為小型機(jī)動(dòng)車，車輛加速性能以及動(dòng)力特性要優(yōu)于公交車輛，當(dāng)社會車輛在駛?cè)牒婉偝龉粚Ｓ玫罆r(shí)較方便和靈活。假設(shè)車輛可以駛?cè)牍粚Ｓ玫廊鐖D1車輛，車輛行駛到公交站點(diǎn)時(shí)，為保障公交車輛在公交站點(diǎn)優(yōu)先權(quán)和公交站點(diǎn)乘客乘車安全，將設(shè)立標(biāo)志牌強(qiáng)制車輛駛出，要求社會車輛強(qiáng)制駛出公交專用道［8］。對于車輛在公交站點(diǎn)駛出范圍劃定：公交車輛駛?cè)牍徽军c(diǎn)分為3個(gè)階段，即車輛準(zhǔn)備減速階段、減速階段、乘客上下車階段，如圖2所示。

圖2 公交車輛進(jìn)站示意圖

一般公交車進(jìn)站停靠時(shí)間計(jì)算公式如下：

式中：l——公交車輛進(jìn)入停靠站時(shí)車輛之間不發(fā)生追尾的距離，一般取車輛長度，m；

b——車輛進(jìn)站時(shí)的剎車減速度，一般取1.5m／s。

車輛長度l取12m，代入公式得：t進(jìn)＝4s。取公交車行駛速度為40km／h，則公交車輛進(jìn)站影響距離為30～50m。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，公交加速出站一般需要9～12s，而加速影響距離為50～80m。

社會車輛駛過公交站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)公交專用道車輛稀少或車頭間距較大時(shí)，可以駛?cè)牍粚Ｓ玫缹?shí)驗(yàn)車輛（見圖1）。

另一方面公交車輛到達(dá)交叉口屬離散分布，經(jīng)驗(yàn)上常用泊松分布擬合［9］。根據(jù)公交車在路口的到達(dá)規(guī)律，并根據(jù)相應(yīng)的信號配時(shí)擬合出單位時(shí)間段內(nèi)車輛通過交叉口的車輛數(shù)，定量分析公共車輛占用交叉口車道長度［10］。另外分析路段上公交車輛發(fā)車間隔以及公交車輛行駛間隔，分析社會車輛進(jìn)入公交專用道占用道路資源以及對公交車輛影響。交叉口道路排隊(duì)如圖3所示。

圖3 交叉口道路排隊(duì)示意圖

3 仿真假設(shè)

Vissim公交站臺仿真流程如圖4所示。

圖4 Vissim公交站臺仿真流程

1）充分保障公交優(yōu)先，在保證正常公交車輛行駛的條件下，社會車輛可駛?cè)牍粚Ｓ玫馈?/p>

2）由于公交站點(diǎn)為直列式，為保證公交車輛正常行駛，在相應(yīng)公交站點(diǎn)設(shè)立社會車輛標(biāo)志，限定社會車輛駛?cè)雲(yún)^(qū)域。在車站前后30～50m范圍內(nèi)為禁駛區(qū)域，充分保障公交車輛路權(quán)。VISSIM行駛過程中采用強(qiáng)制性換道，強(qiáng)制性換道是指車輛由于當(dāng)前車道發(fā)生交通事故，或者遇到車道使用的限制，或者即將駛?cè)腭偝鼋豢梾^(qū)段（匝道）而必須換道的情況；當(dāng)駕駛員產(chǎn)生強(qiáng)制換道意圖后，首先將減速并選擇目標(biāo)車道，在判斷向目標(biāo)車道換道的可行性。若換道可行則實(shí)施換道，否則停下來等待，直到有機(jī)會完成換道。

3）公交車輛發(fā)車間隔固定并且在車站停留時(shí)間相等。不考慮車輛行駛過程中車輛的延誤和超車現(xiàn)象。

4）公交專用道仿真方法分為兩種：一種是公交專用道單獨(dú)設(shè)置，其他車輛不能駛?cè)耄瓷鐣囕v和公交車輛為兩條道路；另一種是直接在現(xiàn)有車道中劃分一條公交專用道，這樣社會車輛可以直接駛?cè)耄捶抡嬖O(shè)置的公交專用道。

4 仿真模擬

為驗(yàn)證上述理論的可行性，通過VISSIM仿真進(jìn)行模型驗(yàn)證，首先建立模型，對駕駛參數(shù)進(jìn)行修訂。仿真路線為雙向8車道，其中公交專用道設(shè)置在機(jī)動(dòng)車道右側(cè)，通過實(shí)測數(shù)據(jù)，公交站臺可同時(shí)容納3臺公交車輛，根據(jù)相應(yīng)規(guī)范設(shè)置站臺長度為43.5m。根據(jù)仿真假設(shè)條件設(shè)置公交車進(jìn)站前影響范圍30m，公交車輛出站影響范圍50m。通過仿真路徑?jīng)Q策和連接器車型關(guān)閉對公交專用道進(jìn)行復(fù)用路徑設(shè)置。由于VISSIM默認(rèn)的駕駛行為參數(shù)是德國駕駛行為習(xí)慣，對其進(jìn)行修訂使其和專用道復(fù)用模型相適應(yīng)。在交叉口西進(jìn)口道設(shè)置排隊(duì)計(jì)數(shù)器 檢測車輛排隊(duì)長度。并在相同位置設(shè)立行程時(shí)間檢測器 記錄車輛行程時(shí)間。

道路仿真建立如圖5所示。

圖5 道路仿真建立

城市道路的服務(wù)水平取決于所考慮城市街道的路段、區(qū)間或整條街道中直通車輛的平均行程速度。經(jīng)過仿真得出專用道復(fù)用前小型車輛行駛同等長度路段所需平均時(shí)間為121.11s，專用道復(fù)用后小型車輛行駛同等長度路段所用時(shí)間為88.45s，兩者相比公交專用道復(fù)用后小型車平均行程時(shí)間減少26.90%。城市道路服務(wù)水平分級見表1。

表1 城市道路服務(wù)水平分級

經(jīng)過計(jì)算得出公交專用道復(fù)用前車輛平均車速為27.48km／h，公交專用道復(fù)用后車速為37.63km／h。仿真城市道路等級為Ⅱ級，道路服務(wù)水平由D級提升為C級。

普通車道與復(fù)用車道平均排隊(duì)長度和最大排隊(duì)長度對比分別如圖7和圖8所示。

圖6 普通車道與復(fù)用車道平均排隊(duì)長度對比

圖7 普通車道與復(fù)用車道最大排隊(duì)長度對比

根據(jù)柱狀圖對比分析得，社會車輛在公交專用道行駛后平均排隊(duì)長度和最大排隊(duì)長度均小于在普通車道上的排隊(duì)長度。說明社會車輛在公交專用道行駛的可能性，在相同的信號周期下，車輛經(jīng)過交叉口的排隊(duì)長度減少，同時(shí)可以降低社會車輛平均行程時(shí)間，提高道路的利用率。

5 結(jié) 語

對公交專用道復(fù)用理論分析并結(jié)合VISSIM仿真建模的研究，通過仿真路徑選擇實(shí)現(xiàn)公交專用道復(fù)用仿真實(shí)施。借助仿真建模得到評價(jià)指標(biāo)，通過數(shù)據(jù)分析對其進(jìn)行評價(jià)，運(yùn)用評價(jià)方法對其服務(wù)水平進(jìn)行評價(jià)。

最后仿真結(jié)果表明：社會車輛在不妨礙公交車輛在公交專用道行駛的情況下，適當(dāng)借用公交專用道，提高車輛平均行程速度，減少車輛平均行程時(shí)間，提高道路服務(wù)等級及道路運(yùn)行效率。

［1］ 王瑋，過秀成.交通工程學(xué)［M］.南京：東南大學(xué)出版社，2011.

［2］ 任其亮，劉博航.交通仿真［M］.北京：人民交通出版社，2013.

［3］ 馮樹民，白仕硯，慈玉生.城市公共交通［M］.北京：知識產(chǎn)權(quán)出版社，2011：53－57.

［4］ 韓慧敏.出租車在公交專用道上行駛的可行性研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2007.

［5］ 馬京輝.采用HCM2000新方法計(jì)算城市道路服務(wù)水平淺析［J］.城市道橋與防洪，2009，7：34－36.

［6］ 任福田.道路通行能力手冊（HCM）：美國交通研究委員會專題報(bào)告209號［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1991.

［7］ 楊曉光.城市道路交通設(shè)計(jì)指南［M］.北京：人民交通出版社，2003：106－124.

［8］ 張衛(wèi)華，陳學(xué)武，黃艷君.公交車與社會車輛混合行駛下的交通流模型研究［J］.公路交通科技，2004，21（4）：85－89.

［9］ 魏麗英，吳榮華，王志龍，等.基于混合交通流的車輛換道行為［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2014，44（5）：1321－1326.

［10］ 黃娟.城市公交專用道設(shè)計(jì)及評價(jià)研究［D］.西安：長安大學(xué)，2011.