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(guó)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(yíng)效果表明,高架BRT在運(yùn)營(yíng)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(shì),本文以廈門高架BRT系統(tǒng)為例,對(duì)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(yíng)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(guó)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(duì)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(yíng)狀況是相適應(yīng)的。在中國(guó)城市中,快速公交在主客流走廊上運(yùn)營(yíng),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(yíng)對(duì)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??课卉囌镜倪\(yùn)營(yíng)機(jī)理,也沒有分析平面交叉信號(hào)控制對(duì)系統(tǒng)通行能力的影響。
國(guó)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(guó)內(nèi)外近年研究成果的基礎(chǔ)上,通過對(duì)國(guó)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??课?、多??课豢焖俟卉囌就ㄐ心芰τ?jì)算模型,并對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,更適用于國(guó)內(nèi)BRT系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)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(duì)高架BRT系統(tǒng)通行能力進(jìn)行分析。
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??课煌ㄐ心芰?/p>
式中:B1為??课煌ㄐ心芰?,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??匡柡投?,反映??课坏姆泵Τ潭?,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??靠倳r(shí)間波動(dòng)系數(shù),T為??靠倳r(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差與均值之比;W 為對(duì)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(duì)于停靠泊位緊鄰且線性布設(shè)的多泊位車站,由于車輛??繒r(shí)相互阻擋、干擾,靠后的泊位利用率相對(duì)較低;隨著泊位的增加,??空就ㄐ心芰Φ倪呺H增量遞減。??空就ㄐ心芰?/p>
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)公交車額定載客量Cmax。根據(jù)國(guó)內(nèi)快速公交系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)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(yíng)較為平穩(wěn)的系統(tǒng)中,平均滿載率可取為0.9。
(3)平均總??繒r(shí)間T。公交車的整個(gè)??窟^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??繒r(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(duì)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??靠倳r(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(duì)國(guó)內(nèi)各快速公交系統(tǒng)的調(diào)查,??靠倳r(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差與均值呈正相關(guān)關(guān)系:對(duì)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(duì)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(yíng)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??课粩?shù)量Nc。通過國(guó)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??坎次卉囌居行?坎次粩?shù) 個(gè)
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(yíng)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)??课?,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(yíng)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(yíng)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)??课?,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)??课粫r(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(duì)高架BRT系統(tǒng)和不同制式的地面BRT系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)照分析,假定均為雙車道專用道,車站均設(shè)3個(gè)18mBRT車??课?,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(shì)非常明顯。
根據(jù)計(jì)算模型,車輛??繒r(shí)間及分布、車輛到達(dá)間隔分布、車站有效??课粩?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(yíng)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(yíng)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(chǎng)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)??糠桨笗r(shí),從投資/收益角度,大客流車站最多設(shè)3個(gè)??课唬ㄒ妶D1),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)??糠桨甘疽鈭D
如3個(gè)??课蝗詿o法滿足客流需求,可研究路外??糠绞交蚪Y(jié)合樞紐站上下客。港灣式路外??空痉桨福ㄒ妶D2)和穿越式??空痉桨福ㄒ妶D3),通過改善??坎次焕寐侍岣咂款i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(chǎng)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??糠桨甘疽鈭D
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(shì)更明顯;但島式站臺(tái)一般需要左開門,對(duì)車輛要求較高,對(duì)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(duì)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??繒r(shí)間和波動(dòng)性。
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(duì)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(duì)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??繒r(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(shì)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。
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