TOD交通模式優(yōu)化策略初探
——交通工具效率評(píng)價(jià)指標(biāo)與電動(dòng)自行車系統(tǒng)構(gòu)建

陳拓，蔣瑋瑤

（1.廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司；2.廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）

1 引言

隨著人口向大城市、特大城市遷移，城市交通壓力逐漸增大。在“雙碳”目標(biāo)下，集約高效的交通是城市實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的關(guān)鍵。各大城市逐漸重視從規(guī)劃層面引導(dǎo)交通出行模式的轉(zhuǎn)型。因此公共交通主導(dǎo)的TOD模式作為“擁堵良方”得到大行推廣，但從現(xiàn)狀看來，交通擁堵依然是“永恒問題”。TOD模式經(jīng)歷了近20a的普及和發(fā)展，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用仍然存在不足和缺陷，如公交運(yùn)行效率較低、公交接駁方式速度較慢等。本文通過構(gòu)建交通效率評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)TOD模式下主要交通方式進(jìn)行研究和反思——良好的交通方式在滿足運(yùn)載安全的前提下，既要滿足能源的節(jié)約，也要追求時(shí)間的節(jié)省。對(duì)此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電動(dòng)自行車交通系統(tǒng)也許是協(xié)助TOD模式實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的潛在路徑。

2 交通工具效率評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建與應(yīng)用

關(guān)于交通效率指標(biāo)的構(gòu)建，博佐（Botzow）[1]、西澤（Cesar）[2]等人分別提出了如車輛平均速度、線路密度、出行時(shí)間等指標(biāo)，王倩倩[3]、龍科軍[4]等分別運(yùn)用熵值法、DEA法構(gòu)建評(píng)價(jià)體系。徐鳳[5]認(rèn)為交通效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括城市空間結(jié)構(gòu)、城市居民出行結(jié)構(gòu)、城市交通基礎(chǔ)設(shè)施水平、城市交通管理水平。梳理文獻(xiàn)可知，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于交通運(yùn)行效率研究，目前并沒有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系。效率是研究投入產(chǎn)出比的指標(biāo)，在交通工具上，高效率可以認(rèn)為是以更少的能源成本，實(shí)現(xiàn)更大的運(yùn)載量和獲得更快的速度。本文從交通工具運(yùn)行時(shí)的物理性質(zhì)來評(píng)價(jià)交通效率，包括質(zhì)量、速度和動(dòng)能等因素。

2.1 交通工具運(yùn)行效率影響因子

2.1.1 人車質(zhì)量比影響能耗性價(jià)比

交通的根本目的是人和物品的運(yùn)輸。運(yùn)輸做功越多，能源消耗越大。根據(jù)物理公式W=mas，其中運(yùn)輸物品總質(zhì)量m=m人（運(yùn)載質(zhì)量）+m車（交通工具自重），可得W=（m人+m車）a·s。可見，在總功相同的情況下，m人占總重m的比例越大，說明同樣能耗下運(yùn)輸了更多的人，交通工具能耗的性價(jià)比越高。本文通過人車質(zhì)量比即m人/m車來衡量交通的能耗性價(jià)比，作為評(píng)價(jià)交通工具運(yùn)行效率的因子之一。

2.1.2 平均速度——影響出行時(shí)間和能耗性價(jià)比

平均速度影響出行時(shí)間和能耗性價(jià)比。根據(jù)上式W=（m人+m車）a·s可知，平均加速度越大，能耗越大。自由流時(shí)，加速度與平均速度呈正相關(guān)。強(qiáng)制流時(shí)，加速度與平均速度呈負(fù)相關(guān)。車流越擁堵，啟動(dòng)和制動(dòng)次數(shù)越多，交通的平均加速度越大。在限制流和強(qiáng)制流中，平均速度越低，加速度越大，能耗越大。車輛平均速度受車輛性能和路況影響。道路交通的路況可分為自由流和強(qiáng)制流。自由流時(shí)，交通工具的平均速度主要取決于性能和交通管理。強(qiáng)制流時(shí)，交通工具的平均速度取決于車流整體的流動(dòng)性[6]。在路況較好的自由流時(shí)，小汽車具有較高的平均速度。而在強(qiáng)制流的情況下，小汽車與電動(dòng)自行車的平均速度趨同，自行車和電動(dòng)自行車由于其體積較小，通行靈活，車速受車流的影響較小。

2.2 交通工具比動(dòng)能指標(biāo)構(gòu)建

本文從人車質(zhì)量比m人/m車和出行平均速度v兩個(gè)方面來描述交通工具運(yùn)行效率。可通過人或物在交通中獲得的動(dòng)能大小來評(píng)價(jià)交通效率。根據(jù)動(dòng)能定理公式E=(1/2)mv2，可得出人車比動(dòng)能指標(biāo)（下簡(jiǎn)稱比動(dòng)能指標(biāo)）等式，單位kg·m2/kg·s2，即J/kg。P=m人·v2/m車。式可變?yōu)椋篜=2E1/m車。E1為出行時(shí)人或貨物在平均運(yùn)輸速度下的動(dòng)能，P為比動(dòng)能指標(biāo)。比動(dòng)能指標(biāo)的物理意義：P代表人或物在單位重量交通工具中獲得的動(dòng)能。比動(dòng)能指標(biāo)越大，交通速度越快，能耗性價(jià)比越高。該指標(biāo)可以直觀反映交通工具在不同路況下的效率。在規(guī)劃階段，利用比動(dòng)能指標(biāo)的計(jì)算，通過數(shù)據(jù)的采集統(tǒng)計(jì)，可作為評(píng)估一個(gè)地區(qū)適合發(fā)展的交通方式的參考依據(jù)。

2.3 TOD模式常見交通工具運(yùn)行效率的比動(dòng)能指標(biāo)評(píng)價(jià)

TOD交通模式由公共交通系統(tǒng)和慢行系統(tǒng)組成。由于交通工具的型號(hào)繁多，本文整理較為普遍的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算人車比動(dòng)能指標(biāo)對(duì)各種交通工具在不同交通流情況下的運(yùn)行效率作出評(píng)價(jià)。強(qiáng)制流時(shí)，地鐵不受車流影響，運(yùn)行效率最優(yōu)；電動(dòng)自行車以體積較小行駛靈活受擁擠車流影響較小，運(yùn)行效率較優(yōu)；BRT有獨(dú)立路權(quán)，運(yùn)行效率良好；而公交車在擁擠路況下較大的體積影響了其自身速度和整體交通流的速度，表現(xiàn)出較低的運(yùn)行效率（見表1）。

表1 強(qiáng)制流情況下常見交通工具的運(yùn)行效率

3 現(xiàn)狀TOD交通模式的不足與優(yōu)化思路

3.1 強(qiáng)制流下公交車效率較低——減少混行

公共交通是TOD主要的交通方式，具有體量龐大的特點(diǎn)。若公共交通和其他交通置于同一道路中，將會(huì)對(duì)其他交通產(chǎn)生切割，影響整體交通效率。因此高效的公共交通需要擁有獨(dú)立路權(quán)。如地鐵、輕軌列車、BRT等。建議新規(guī)劃區(qū)和部分有條件的現(xiàn)狀舊區(qū)設(shè)置獨(dú)立的公交車道。

3.2 現(xiàn)狀公交接駁方式速度較慢——構(gòu)建“電動(dòng)自行車交通系統(tǒng)”分擔(dān)交通負(fù)荷

步行和騎行是綠色低碳的出行方式。但存在速度較慢，出行距離較短，坡地適應(yīng)性較差、較難滿足快節(jié)奏等。在具有時(shí)間限制的配送行業(yè)中，往往選擇電動(dòng)自行車作為其末端配送工具。從交通效率上看，電動(dòng)自行車具有使用成本低、速度快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、通勤距離較長(zhǎng)、坡地適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，較好的適應(yīng)了城市社區(qū)內(nèi)的末端交通需求。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建電動(dòng)自行車系統(tǒng)，可分擔(dān)交通負(fù)荷。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電動(dòng)自行車交通系統(tǒng)構(gòu)建策略

基于以上分析，本文提出“電動(dòng)自行車系統(tǒng)Pedelec Traffic System（PTS）”作為慢行系統(tǒng)的重要補(bǔ)充。步行和騎行與現(xiàn)代城市的大尺度、公共交通的接駁存在一定的需求缺口，PTS可在距離和速度上較好的銜接公共交通和慢行系統(tǒng)，形成有機(jī)整體。本文將從外部和內(nèi)部，城市設(shè)施建設(shè)和電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)優(yōu)化兩方面，提出PTS的構(gòu)建策略。

4.1 電動(dòng)自行車系統(tǒng)的城市設(shè)施建設(shè)

4.1.1 非機(jī)動(dòng)車庫(kù)消防設(shè)計(jì)

優(yōu)化非機(jī)動(dòng)車庫(kù)消防設(shè)計(jì)，集中鋰電池管理，可改善消防問題。非機(jī)動(dòng)車庫(kù)設(shè)置電池存放間，通過加強(qiáng)其防火措施，從而有效減少消防隱患。

4.1.2 強(qiáng)化非機(jī)動(dòng)車路權(quán)

通過設(shè)置非機(jī)動(dòng)車道、完善非機(jī)動(dòng)車道路網(wǎng)、渠化和靜化等措施，可有效提高自行車和電動(dòng)自行車的交通效率和安全性。

4.1.3 構(gòu)建城市電動(dòng)自行車驛站網(wǎng)絡(luò)

電動(dòng)自行車驛站是電動(dòng)自行車的存取點(diǎn)，可提供換電、休憩、導(dǎo)航等服務(wù)。城市按照一定密度配置電動(dòng)自行車驛站，有利于加強(qiáng)電動(dòng)自行車的停放管理，提高續(xù)航里程，分擔(dān)中短程交通壓力。

4.2 電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.2.1 構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電動(dòng)自行車使用平臺(tái)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（如區(qū)塊鏈、RFID、無線定位等）建立電動(dòng)自行車的智能生態(tài)系統(tǒng)[7]，提升用戶體驗(yàn)。在城市管理上，車輛獨(dú)一標(biāo)識(shí)、定位及運(yùn)行數(shù)據(jù)，有利于維護(hù)、管理和交通監(jiān)管。

4.2.2 電動(dòng)自行車使用權(quán)公共化和資產(chǎn)化

使用權(quán)公共化優(yōu)勢(shì)在于可以異地取車，只要在移動(dòng)端支付費(fèi)用，便可享用服務(wù)。結(jié)合驛站網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，可較大提高電動(dòng)自行車的公交接駁功能。使用權(quán)公共化的同時(shí)可保留電動(dòng)自行車所有權(quán)屬。方法是通過云平臺(tái)和車輛標(biāo)識(shí)將自行車的實(shí)物產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字產(chǎn)權(quán)。車輛閑置時(shí)，可存放至驛站并上傳使用權(quán)。未購(gòu)車用戶通過注冊(cè)并繳納費(fèi)用，可臨時(shí)租賃電動(dòng)自行車。使用權(quán)上傳越久，獲得的租賃收入越多。租賃收入按用戶上傳使用權(quán)的時(shí)間長(zhǎng)短分配，平臺(tái)收取一定費(fèi)用作平臺(tái)維護(hù)管理。通過在云端租賃電動(dòng)自行車的方式，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了使用權(quán)的公共化和管理的資產(chǎn)化。與傳統(tǒng)的共享單車模式相比，電動(dòng)自行車成本和租賃收入歸用戶，電動(dòng)自行車平臺(tái)生態(tài)維護(hù)歸運(yùn)營(yíng)企業(yè)，如此一來便可改善公共品過度利用的問題。

5 結(jié)語

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化程度的提高，高密度的城市開發(fā)產(chǎn)生了很大的交通壓力。通過數(shù)據(jù)的采集統(tǒng)計(jì)和動(dòng)能指標(biāo)的計(jì)算，可評(píng)估一個(gè)地區(qū)適合的交通模式。而對(duì)于高密度的大城市而言，在規(guī)劃層面賦予公交車獨(dú)立路權(quán)，構(gòu)建城市電動(dòng)自行車系統(tǒng)，可以分擔(dān)較大的交通壓力，從而改善城市的交通環(huán)境。