◎ 宗 剛 曾慶華 魏素豪

軸輻式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計下特大城市局部靜態(tài)擁堵治理機制的探索

◎ 宗 剛 曾慶華 魏素豪

全球特大城市的交通擁堵已成為亟需治理的社會問題，擁堵的成因涉及很多方面，如果單純采用傳統(tǒng)的治理方法，譬如采用增加道路和更新技術(shù)設(shè)備等手段，只會使整個交通系統(tǒng)陷入“當(dāng)斯定律”的惡性循環(huán)。本研究從公共交通系統(tǒng)的公交車站的設(shè)置方法、公共交通站點的類型、站點的設(shè)計形式、公交車的車道數(shù)、公交車的停泊數(shù)量和公交車的線路數(shù)設(shè)計不合理等原因造成的靜態(tài)性局部道路擁堵出發(fā)，認識到現(xiàn)行交通規(guī)劃模式會造成很嚴重的道路通行效率降低，需要改革現(xiàn)行特大城市的公共交通規(guī)劃方案，應(yīng)結(jié)合各個公交站點的乘客需求數(shù)量、公交車停泊數(shù)量和公交車線路數(shù)對公共交通站點的類型和站臺的設(shè)計形式做出合理的設(shè)計；將已被廣泛運用到其他領(lǐng)域的軸輻式網(wǎng)絡(luò)引用到公共交通領(lǐng)域，為緩解城市交通擁堵提供新的思路和對策。

軸輻式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 局部靜態(tài)擁堵 治理機制 公共交通

一、引言

伴隨著全球經(jīng)濟的高速增長、城鎮(zhèn)化政策合理有效的實施、人民生活水平的日益提高，我國機動車和非機動車保有量逐年增加，道路的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突飛猛進。由于后者的增長速度遠遠跟不上前者的增長速度，使得城市交通需求大幅度提高，關(guān)于交通的一系列負面因素也越來越嚴重，例如交通事故頻發(fā)、城市交通擁堵越來越嚴重，環(huán)境污染尤其是大氣污染也越來越嚴重?；诠步煌ㄏ到y(tǒng)運輸效率高、運載量大、能源消耗低、環(huán)境污染少、運輸成本低等優(yōu)點。優(yōu)先發(fā)展城市公共交通可以節(jié)約各項能源和土地資源，減少交通事故，降低環(huán)境污染。優(yōu)先發(fā)展和合理有效發(fā)展城市公共交通是提高交通資源利用率，緩解特大城市局部靜態(tài)擁堵的重要手段。

目前提倡公共交通優(yōu)先運行是解決較大城市交通擁堵問題的有效手段，公交?？空军c在整個城市道路及用地中雖然只是一個點，但是它在公共交通網(wǎng)絡(luò)中是不可或缺的，廣泛分布在城市各處。公共交通站點設(shè)置、布局和設(shè)計不僅關(guān)系到公共交通網(wǎng)絡(luò)運輸?shù)馁|(zhì)量和效率，而且還影響到城市道路交通的運行質(zhì)量和城市環(huán)境。而公交?？空军c作為公共交通網(wǎng)絡(luò)中的一部分，迄今為止依舊是換乘秩序紊亂、擁擠現(xiàn)象突出，造成公交車輛在站點的滯留時間過長，嚴重影響了公交中途換乘站點的停靠能力，使得中途停靠站點成為整個交通網(wǎng)絡(luò)的運行瓶頸，尤其在客運高峰時期，導(dǎo)致了公共交通網(wǎng)絡(luò)的局部靜態(tài)擁堵，因此必須采取有效措施緩解公共交通網(wǎng)絡(luò)的局部靜態(tài)擁堵問題。

軸輻式網(wǎng)絡(luò)具有提高運輸效率、減少單位運營成本、優(yōu)化資源配置等作用，在某些領(lǐng)域還可以減少時間的消耗和產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，已經(jīng)在諸多方面得到合理的應(yīng)用。本文對軸輻式網(wǎng)絡(luò)在公共交通領(lǐng)域的應(yīng)用加以研究，詳細分析了道路“同質(zhì)性”假設(shè)的不合理并提出了完善其不足的相關(guān)建議，公共交通運輸干支分流的設(shè)計。

二、國內(nèi)外相關(guān)研究文獻綜述

（一）局部靜態(tài)擁堵

目前，關(guān)于特大城市公共交通系統(tǒng)局部靜態(tài)擁堵影響因素研究主要包括六個方面。

第一，公交?？空军c的站臺形式。包括直線式公交?？空竞透蹫呈焦煌？空?。葛宏偉（2016）對不同站點形式對于道路通行能力得出結(jié)論：對于直線式公交停靠的站點形式，公共交通車輛占用一整條機動車道進行?？?，形成了交通路段的瓶頸，這將會對公交車輛的超車和城市車輛的正常行駛產(chǎn)生很大的影響，當(dāng)路段機動車飽和度較大時很可能會導(dǎo)致道路的局部靜態(tài)擁堵。港灣式站臺設(shè)置形式，將公共交通車輛的停靠位置設(shè)置到正常行駛的機動車道之外，減少公交車輛?？繒r形成的交通瓶頸對后到先走的公交車輛超車和城市車輛的影響，以緩解道路的局部靜態(tài)擁堵，保證道路交通流的正常運行。[1]

第二，公交車?？繒r間。公交車?？繒r間越長，對交通流的影響越大，對道路通行能力的折減也越大。張衛(wèi)華（2014）基于研究調(diào)查，建立了時間與交通流速度的關(guān)系、不同道路的公交車?？看螖?shù)的模型，模型中考慮了公交車?？繒r間和公共交通車輛的?？繉煌鬟\行速度的折減[2]。

第三，道路的車道數(shù)。車道數(shù)越多，導(dǎo)致城市道路局部靜態(tài)擁堵的可能性就越大。王煒、過秀成（2016）研究認為，城市道路的通行能力受到車道數(shù)的影響，車道數(shù)與道路的通行能力成反比，車道數(shù)越多，道路的通行能力的折減程度越大，進而導(dǎo)致城市道路局部靜態(tài)擁堵的可能性就越大[3]。車道數(shù)是道路供給能力的主要影響因素，楊小寶（2009）研究發(fā)現(xiàn)，道路的通行能力和車道數(shù)有近似正比例關(guān)系，車道數(shù)越多，通行能力越強，機動車車速越快，但是這種正向影響效應(yīng)是邊際遞減的[4]。

第四，公交站點上下車乘客人數(shù)。上下車乘客人數(shù)的多少是影響公交車在站點處停留時間長短的關(guān)鍵因素，表明該城市區(qū)域?qū)卉嚨男枨筇卣?，需求越大停留時間越長，從而反映出公交需求對于道路交通狀態(tài)的重要影響，即上下車的乘客數(shù)量對道路通行能力是負相關(guān)的，上下車的乘客越多，公交車輛的?？繒r間越長，道路的通行能力越低，反之，上下車的乘客越少，公交車輛?？繒r間越短，道路的通行能力越高。孫磊磊（2014）提出公交車在站點處的?？繒r間是一種新型的非線性模型，公交車在站點處的停靠時間由乘客上車時間和下車時間中較大的值決定的[5]。

第五，站點處?？康墓步煌ň€路的數(shù)量。站點的公共交通線路的數(shù)量是城市的局部靜態(tài)擁堵的重要影響因素之一，同一公交站點設(shè)的線路越多，則單位時間內(nèi)在?？空军c滯留的公交車輛越多，導(dǎo)致公交站點車輛排長隊的現(xiàn)象，道路的通行能力降低，產(chǎn)生城市道路局部靜態(tài)擁堵的可能性則越大。柏海艦（2007）指出，合理的設(shè)置站點處公交車線路數(shù)能有效地控制公交車在站點處的排隊長度，減少排隊溢出，降低對局部路網(wǎng)機動車速的影響[6]

第六，停泊車位數(shù)。停泊車位對道路通行能力的影響是最大的，并且是道路通行能力的負影響因子。梁玉娟（2009）指出，對于多停泊車位，公共交通車輛的比例是車流量的最大影響因子，對于停泊車位的個數(shù)即站臺的長度對車流量的影響沒有那么大，當(dāng)公交車比例較小時，站臺的長度對車流量才有較明顯的影響[7][8]。

特大城市公共交通系統(tǒng)的局部靜態(tài)擁堵程度隨著經(jīng)濟的快速增長也日益劇增。以上這些影響因子是道路通行能力的決定性因素，為緩解特大城市的局部靜態(tài)擁堵，應(yīng)該明確各種影響因子對特大城市局部靜態(tài)擁堵的影響程度和影響方式，進而做出合理有效的應(yīng)對措施和解決方法。

（二）軸輻式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的應(yīng)用

國內(nèi)外關(guān)于軸輻式網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在軸輻式網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化分析、軸輻式網(wǎng)絡(luò)運行及其經(jīng)濟效應(yīng)分析和軸輻式網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用路徑分析三個方面。

第一，從軸輻式網(wǎng)絡(luò)的提出及其優(yōu)化視角分析。國內(nèi)外不少學(xué)者對軸輻式網(wǎng)絡(luò)的概念、模型的構(gòu)建、模型算法的設(shè)定做了大量的研究。軸輻式網(wǎng)絡(luò)模型主要包括線性規(guī)劃、二次規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃、魯棒模型等，模型的算法主要包括啟發(fā)式算法、遺傳算法、拉格朗日算法、緊線性處理、分枝定界法和貪婪搜索算法等。近年來，為了解決現(xiàn)實的復(fù)雜問題，許多學(xué)者在模型的算法方面進行了深入研究，取得了很大的進展。O’kelly于1987年首次提出了軸輻式網(wǎng)絡(luò)樞紐設(shè)施選址和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計模型[9]；王建偉、甘家華等（2015）對軸輻式網(wǎng)絡(luò)在貨物運輸領(lǐng)域的具體應(yīng)用和軸輻式網(wǎng)絡(luò)形式的分類做了研究，認為軸輻式網(wǎng)絡(luò)可以分為純軸輻式網(wǎng)絡(luò)和混合軸輻式網(wǎng)絡(luò)，在不損害單個企業(yè)運輸成本的條件下，衡量軸輻式網(wǎng)絡(luò)效益高低的主要因素是總的單位運輸成本[10]；楊立乾（2015）將軸輻式網(wǎng)絡(luò)運用到水上運輸中去，認為遵循軸輻式網(wǎng)絡(luò)運輸設(shè)計原則可以有效降低集裝箱運輸成本和運輸能耗[11]；丁偉、張亮、李文博等提出以城市為軸輻式網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，可以構(gòu)建區(qū)域性城市軸輻式物流網(wǎng)絡(luò)，認為樞紐城市之間的物流運輸可以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，以降低軸輻式網(wǎng)絡(luò)中的物流運輸成本[12][13]；Jamie Ebery首次提出了有容量限制的軸輻式網(wǎng)絡(luò)模型，他所研究的是一種新的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型設(shè)計來求解軸輻式網(wǎng)絡(luò)模型中樞紐容量無限制的軸輻式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題[14]；C.S.Sung提出了一個容許節(jié)點之間的互相連接的混合式軸輻式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計模型[15]；H.Topcuoglu[16]提出了軸輻式網(wǎng)絡(luò)模型的一種新的遺傳算法，與以往傳統(tǒng)的算法相比大大節(jié)省了計算時間；Hasan Pirkul[17]提出了用拉格朗日算法來求解軸輻式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計模型；Mihiro Sasak[18]提出了用分枝定界法和貪婪搜索算法結(jié)合求解多分配樞紐選址模型。

第二，從軸輻式網(wǎng)絡(luò)運行及其經(jīng)濟效應(yīng)視角分析。趙鳳彩[19]從航空的運行成本角度，對航空公司的軸輻式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性進行比較分析；胡智勇[20]對航空運輸網(wǎng)絡(luò)和城市空間網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系作了深層次的研究，并認為構(gòu)建合理的軸輻式網(wǎng)絡(luò)可以優(yōu)化兩者之間的關(guān)系；曹允春在軸輻式網(wǎng)絡(luò)中對中樞機場與區(qū)域經(jīng)濟的內(nèi)在聯(lián)系做了進一步研究[21]；Azizi N, Chauhan S, Salhi S, Vidyarthi N.提出了合理有效的軸輻式網(wǎng)絡(luò)在運輸網(wǎng)絡(luò)中的重要性，他們認為如果軸輻式網(wǎng)絡(luò)中的樞紐點出現(xiàn)故障而導(dǎo)致樞紐運輸功能中斷，進而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中其他樞紐的運輸壓力增加，與故障前進行對比，整個網(wǎng)絡(luò)中的運輸成本會顯著提高[22]；

第三，從軸輻式網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用路徑視角分析。近年來軸輻式網(wǎng)絡(luò)被運用的領(lǐng)域越來越廣泛，如鐵路物流、產(chǎn)業(yè)的空間布局和綜合性的物流服務(wù)等方面。葉懷珍、胡異杰（2013）提出了軸輻式網(wǎng)絡(luò)在鐵路物流的應(yīng)用，并就軸輻式鐵路物流進行概念的界定[23]；Guknther ZakPfel, Michael Wasner（2002）對軸輻式網(wǎng)絡(luò)在物流服務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用做了詳細的研究分析，并提出物流服務(wù)的運營商必須考慮系統(tǒng)采用什么形式的軸輻式網(wǎng)絡(luò)，在純軸輻式網(wǎng)絡(luò)和混合軸輻式網(wǎng)絡(luò)中做出判定，并給出了實例分析[24]；胡志華、王雅琪（2016）做了基于非線性規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)的軸輻式網(wǎng)絡(luò)樞紐選址研究，認為軸輻式網(wǎng)絡(luò)可以基于可變規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)建立非線性規(guī)劃模型[25]；Ghaffari-Nasab Nader, Ghazanfari Mehdi, Teimourg E.于2015年提出了魯棒模型，以整體網(wǎng)絡(luò)的運輸成本最小化為目標(biāo)函數(shù)，集合樞紐選址與容量構(gòu)建魯棒模型，并將對參數(shù)進行擾動產(chǎn)生的成本稱為魯棒成本[26]。

國內(nèi)外學(xué)者均從軸輻式網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化分析、軸輻式網(wǎng)絡(luò)運行及其經(jīng)濟效應(yīng)分析和軸輻式網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用路徑分析三個角度對軸輻式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、應(yīng)用及優(yōu)化做出了大量的研究，促進了軸輻式網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展。但是將軸輻式網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用到公共交通網(wǎng)絡(luò)中，以緩解特大城市公共交通資源供需矛盾、提高運輸效率的研究相對較少，單屬性軸輻式網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用較多，但多屬性軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)的研究還處于相對空白。針對目前出現(xiàn)的特大城市軸輻式公共交通網(wǎng)路的雛形，本文擬探索軸輻式設(shè)計下特大城市局部靜態(tài)擁堵治理的機制。在軸輻式網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上，構(gòu)建軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)模型，最終推動實體軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，緩解特大城市公共交通資源供需矛盾，減輕特大城市的局部靜態(tài)擁堵問題，促進公共交通網(wǎng)絡(luò)運輸效率的提升。

三、特大城市局部靜態(tài)擁堵的成因分析

（一）靜態(tài)交通

所謂的靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通而言的，靜態(tài)交通占整個交通體系的重要份額，它是由運貨車輛為了裝卸貨物的?？俊⑿⌒推嚭妥孕熊囕v在交通出行過程中的?？?、公交車輛為滿足上下車乘客的?？康刃袨闃?gòu)成的一個大概念。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在不受其他外部因素干擾的情況下，路網(wǎng)的容量應(yīng)該和靜態(tài)交通供給量保持一定的比例。當(dāng)靜態(tài)交通供給量過大時，會導(dǎo)致路網(wǎng)超負荷運行進而導(dǎo)致交通擁堵，在既定的路網(wǎng)容量下，會導(dǎo)致資源的浪費和車輛停泊位的閑置；當(dāng)靜態(tài)交通供給量過小時，會出現(xiàn)違法停車、亂停亂放等現(xiàn)象，導(dǎo)致道路的局部靜態(tài)擁堵。

（二）公共交通站點類型

城市的公共交通站點類型根據(jù)不同的分類方法可以分為多種形式，可以根據(jù)站臺的橫縱向設(shè)置位置、站臺設(shè)計形式和設(shè)置方法形式進行分類。

1.根據(jù)站臺的橫向設(shè)置位置的不同進行分類，如圖1所示：

（1）在線公交車站。在線公交車站顧名思義是在公交車的行駛車道上，位于行駛車道的右側(cè)且位于直線式的行駛車道的右側(cè)。

（2）路中央公交車站。路中央公交車站是指公交車站點位于道路中央。

（3）離線公交車站。離線公交車站是指公交?？空久撾x了直線式的行駛車道，即在港灣式的行駛車道上設(shè)置的公共交通站點。

公交車輛在直線式行駛車道運行時，如果?？吭谠诰€公交車站和路中央公交車站，且行駛車道不是公交專用道，則很容易受到正在前行的非公交車影響，導(dǎo)致車輛排長隊，產(chǎn)生嚴重的道路局部靜態(tài)擁堵。

公交車輛在離線車站停靠時，則需要從路段交通中分流進站，與路段交通流合流出站，這樣其減速進站和加速出站的時間比路邊停靠車站的用時較長，但是這樣不會影響非公交車輛，也不會產(chǎn)生車輛排長隊等候的現(xiàn)象。

2.根據(jù)站臺的縱向設(shè)置位置的不同進行分類，如圖2所示：

（1）交叉口上游的公交車站。交叉口上游的公交停車站是指在交叉口上游區(qū)域進口道設(shè)置的公交車站臺。這種車站，公交車?？繒r間會受到交叉口信號控制的影響，如果公交車?？繒r正好處于紅燈期間，則此時可以上下乘客，可以合理利用公交車等候紅燈的時間，如果處于綠燈期間，則會延長公交車在站點?？繒r間，公交車?？繒r間越長，道路通行能力就越低，可能導(dǎo)致道路的局部靜態(tài)擁堵。

（2）交叉口下游的公交車站。交叉口下游的公交車站是指在交叉口下游區(qū)域的出道口設(shè)置的公交車站。此類站點容易造成公交車在?？空军c擁擠排長隊的現(xiàn)象，對于站點的?？磕芰Α⒌缆返耐ㄐ心芰Χ紩杏绊?。

（3）路段公交車站。路段公交車站是指在兩個交叉口之間，且公交車輛的運行和?？烤皇芙徊婵谛盘栍绊懙募兟范卧O(shè)置的公交車站。公交車在此類公交車站?？康臅r間受交叉口交通狀況的影響相對較小。

3.根據(jù)站臺的設(shè)計形式的不同進行分類，如圖3所示：

（1）直線式公交車站設(shè)置形式。直線式公交車站是最傳統(tǒng)的公交車站，我國許多城市的老城區(qū)或中心區(qū)域，由于建設(shè)年代比較早，道路比較窄，很少且很難設(shè)置成港灣式公交車站，此種形式的公交車站存在著很大的缺陷，公交車?？繒r需要占據(jù)一整條機動車專用道，由此形成了道路瓶頸，對于其他車輛的正常行駛造成了很大的影響，當(dāng)路段機動車飽和度較大時，正常行駛的車輛不易轉(zhuǎn)道超車，很容易導(dǎo)致車輛排隊擁堵。

圖1 公共交通站點根據(jù)站臺的橫向設(shè)置位置的不同進行分類

圖2 公共交通站點根據(jù)站臺的縱向設(shè)置位置的不同進行分類

（2）港灣式公交車站設(shè)置形式。港灣式公交車站是指在公交?？空咎庍m當(dāng)將道路拓寬，將公交車輛的停靠位置設(shè)置在正常行駛的機動車道之外，以減少公交車輛停靠時形成的交通瓶頸對非公交車輛和后到先走的公交車輛超車的影響，緩解道路的局部靜態(tài)擁堵程度。

圖3中A、B、C、D為直線式公交車站，E、F、G為港灣式公交車站。港灣式公交車站相對于直線式公交停車站在進、出站點的時間要長，港灣式公交車站沒有占據(jù)機動車道，對前行的非公交車輛的正常行駛產(chǎn)生較小的影響，確保了道路的正常運行。對于直線式公交車站和港灣式公交車站是否設(shè)有公交專用道又進一步細分，由于B、C、F這三種形式均設(shè)有公交車專用道，其在交叉口和路段均享有優(yōu)先行使的權(quán)利，故他們在公交站點的實際?？磕芰κ艿降挠绊懸蛩匾绕渌麕追N形式相對少；D、G兩種形式的公交站點占用了非機動車道，非機動車的運行必然會成為公交車?？磕芰Φ囊粋€主要影響因素，會降低道路的通行能力。

4.根據(jù)公交車站的設(shè)置方法進行分類。

圖3 公共交通站點根據(jù)站臺的設(shè)計形式的不同進行分類

（1）沿機非分隔帶設(shè)置的公交車站。沿機非分隔帶設(shè)置的公交站，是指當(dāng)?shù)缆肥侨龎K板和四塊板且機非分隔帶的寬度滿足條件時，站臺設(shè)置在機非分隔帶上的公交站。

（2）沿中央分隔帶設(shè)置的公交車站。沿中央分隔帶設(shè)置的公交車站，是指道路是兩幅路和四幅路且中央分隔帶的寬度滿足條件時，站臺設(shè)置在中央分隔帶上的公交站。由于我國的交通規(guī)劃不同于別的國家，我國的車輛是靠右側(cè)行駛的，公交車輛的車門也是設(shè)置在右側(cè)，如果公交車輛在此類車站?？?，則應(yīng)該在公交車上開啟左側(cè)車門，這樣便會存在一定的技術(shù)和安全風(fēng)險。另一方面，沿中央分隔帶設(shè)置公交車站時，若道路上沒有設(shè)置專門的人行橋或地下通道，乘客則需要穿過機動車道才能離開和到達站臺?？浚@樣不僅對乘客的安全有影響，還會對非公交車輛的正常行駛有影響。所以，這種形式的車站一般會結(jié)合公交專用道設(shè)置。

（3）沿人行道設(shè)置的公交車站。沿人行道設(shè)置的公交車站是指站臺設(shè)置在人行道上的公交車站，公交車的停靠需要占用和穿過非機動車道，這樣容易和機動車產(chǎn)生沖突，使得交通事故發(fā)生率大大提高，此類車站適用于機非分隔帶不滿足設(shè)站或無機非分隔帶且道路的非機動車流量較小的情況。

（三）公交車站的公交車停泊數(shù)量

公交車停泊車位數(shù)是指公共交通車輛在某一特定的時間段內(nèi)在公交車站的?？繑?shù)量，它是道路通行能力的負影響因素，即公交車停泊車位數(shù)越多，那么道路的通行能力就越差，公交車輛在換乘站點所需要等待的時間就越長，公交車輛排得越長，所占用的道路越長，對于其他非公交車輛的正常行駛產(chǎn)生的影響就越大，產(chǎn)生道路的局部靜態(tài)擁堵的可能性也就越大。

（四）公交車站處設(shè)置的公交車道數(shù)

公交車站處設(shè)置的公交車道數(shù)是指在公共交通站點供應(yīng)公交車輛停靠的道路數(shù)量。對于直線式公交車站，一般只有一條公交車道，但是分為機動車道、非機動車道和公交車專用道三種形式。對于前兩種形式而言，道路不僅是為公交車輛供應(yīng)，而且為機動車輛或非機動車輛提供，因此，當(dāng)公交車輛到達公交車站?？炕虻群虺丝蜕舷萝嚂r，就阻礙了其他非公交車輛的正常行駛，其他車輛只能尾隨公交車輛等候，產(chǎn)生了嚴重的道路局部靜態(tài)擁堵現(xiàn)象；對于設(shè)置了公交車專用道的道路來講，只能有公交車輛通過該道路，有效地緩解了道路的局部靜態(tài)擁堵。對于港灣式公交車站，可以設(shè)置幾條公交車道，具體設(shè)置要根據(jù)道路的寬度和分隔帶的寬度進行詳細地劃分。對于此種形式的公交車站，公交車道和道路的通行能力成正相關(guān)關(guān)系，和道路的局部靜態(tài)擁堵程度呈負相關(guān)關(guān)系。

（五）公交車站處設(shè)置的公交車線路數(shù)

公交車線路數(shù)是指公交車輛通過該站點的不同路線的數(shù)量。我們知道，公交線路數(shù)越多，需要在此公交車站停靠的車輛就越多，上下車的乘客也就越多，那么對于道路通行的影響也就越大。因此公交車線路數(shù)和公交車輛停靠的時間呈正相關(guān)關(guān)系，和道路通行能力和道路的局部靜態(tài)擁堵的程度成負相關(guān)關(guān)系。

四、特大城市局部靜態(tài)擁堵治理機制設(shè)計的構(gòu)想

（一）城市交通規(guī)劃中改變道路“同質(zhì)性”假設(shè)

道路的“同質(zhì)性”假設(shè)是傳統(tǒng)的城市公共交通供給系統(tǒng)設(shè)計的基本假設(shè)前提。道路的“同質(zhì)性”是指傳統(tǒng)的公共交通系統(tǒng)把公共交通網(wǎng)絡(luò)中的不同線路認為是同質(zhì)的，路網(wǎng)中的線路不存在等級之分，在線路規(guī)劃和公共交通車型配備上實行了標(biāo)準化處理。雖然道路“同質(zhì)性”假設(shè)能夠推動城市的公共交通資源供給的標(biāo)準化和均衡化，使得公共交通的管理趨于一體化，更便于管理決策，但是隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、人口的集聚程度增加、車輛的保有量與日俱增，小城市規(guī)模逐步向特大城市規(guī)?？繑n，城市道路中的主、次干道的等級性也越來越明顯，呈現(xiàn)出主干道居民出行需求量大，支線居民出行需求量小的特點。道路的“同質(zhì)性”假設(shè)現(xiàn)已遠遠不能滿足提升公共交通資源供給效率的需求，而且正是由于公共交通資源的供給不足，產(chǎn)生了城市道路的局部靜態(tài)擁堵形式的交通擁堵。因此改變道路“同質(zhì)性”假設(shè)是必要的，是治理道路局部靜態(tài)擁堵的重要一環(huán)，結(jié)合軸輻式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計理念，將公共交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)置成干支分流的等級型軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)。

（二）公共交通運輸干支分流設(shè)計

特大城市的公共交通網(wǎng)絡(luò)的線路設(shè)計不應(yīng)再繼續(xù)保持傳統(tǒng)的道路“同質(zhì)性”假設(shè)，應(yīng)該在原來的基礎(chǔ)上做出合理的改進，即在公共交通線路規(guī)劃中，根據(jù)居民出行需求量的不同對線路進行等級的劃分，分為不同等級的干線和支線，實施干支分流；對公交車站點進行分類，分為樞紐站點和普通公交車站。不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接模式，軸輻式網(wǎng)絡(luò)的連接近似于集中星型圖（圖4），樞紐中心站之間的連線稱之為干線，其他所有的非樞紐中心站之間的連線稱之為支線。人流、物流的運輸不再是從供應(yīng)點直接運輸?shù)叫枨簏c，而是通過樞紐站集中后再進行運輸，通過樞紐之間的干線運輸（Hub-Hub）能使得運量提升和網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積擴大，實現(xiàn)運輸?shù)囊?guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源利用效率的提升和運輸成本的降低。

（三）軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示。

軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)具有三種特性：①軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)是多樞紐軸輔式網(wǎng)絡(luò)，在整個公共交通網(wǎng)絡(luò)中需要選取多個站點設(shè)置為公共交通樞紐站點，每個樞紐均有特定的覆蓋區(qū)，覆蓋區(qū)內(nèi)的客流量在樞紐站點實現(xiàn)集中換乘。圖5中的樞紐站點H1、H2、H3，只有同時擁有多個樞紐才能滿足城市內(nèi)整個公共交通網(wǎng)絡(luò)的客流運輸需求；②軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)是單分配網(wǎng)絡(luò)，一個公共交通站點最多只能與一個樞紐站點相連接，如果公交站點與多個公交車樞紐站點相連接，那么公交站點本身會轉(zhuǎn)變?yōu)楣粯屑~站點，圖5中公交站點S1、S2…S9最多只能與所在區(qū)域內(nèi)的一個樞紐相連接；③軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)是混合軸輻式網(wǎng)絡(luò)，即站點在與公交樞紐站點相連接的同時可以與其他公交站點相連接，在地理方位上相近的站點之間的直接相連可以避免由于經(jīng)過樞紐換乘所產(chǎn)生的繞道成本，如軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)中的S1、S2、S3之間相互可以直達。

軸輻式（Hub-and-spoke)公共交通網(wǎng)絡(luò)是一種基于特大型城市公共交通樞紐中心站的集中換乘系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的公共交通網(wǎng)絡(luò)空間布局相比，軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)中客運量先由各節(jié)點運至樞紐中心站，再依據(jù)目的站進行集中運輸，可以降低單位運輸成本，在網(wǎng)絡(luò)干線上形成規(guī)模效應(yīng)，提高資源利用率，達到提高公共交通運輸效率的目的，能夠在一定程度上緩解城市的局部靜態(tài)擁堵，同時產(chǎn)生集群效益，帶動所在區(qū)域及城市的經(jīng)濟發(fā)展。

圖4 軸輻式網(wǎng)絡(luò)

圖5 軸輻式公共交通網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

五、結(jié)束語

本研究從公共交通系統(tǒng)中公交車站的設(shè)置方法、公共交通站點的類型、站點的設(shè)計形式、公交車的車道數(shù)、公交車的停泊數(shù)量和公交車的線路數(shù)設(shè)計不合理等原因造成的靜態(tài)性局部道路擁堵出發(fā)，對特大城市局部靜態(tài)擁堵成因分析進行研究。軸輻式網(wǎng)絡(luò)在包括航空產(chǎn)業(yè)、海河運輸產(chǎn)業(yè)、物流服務(wù)產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的許多領(lǐng)域得到了廣泛的運用。本論文在系統(tǒng)總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，把軸輻式網(wǎng)絡(luò)引用到公共交通領(lǐng)域。

論文中得出的一些結(jié)論為提出相應(yīng)的政策建議提供了理論基礎(chǔ)。為緩解特大城市路網(wǎng)局部擁堵程度，提出以下建議：

1.增加港灣式公共交通站點的設(shè)置，能夠減少公交車換乘時占用機動車道，在不出現(xiàn)排隊溢出的情況下，對道路通行能力的影響相對直線式公共交通站點來說較小。

2.構(gòu)建多層次的公共交通網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)公共交通系統(tǒng)存在的缺陷，需打造與城市用地布局相協(xié)調(diào)、與城市建設(shè)區(qū)域相匹配的多層次公共交通網(wǎng)絡(luò)。公交線路規(guī)劃時盡量避免多線路同時經(jīng)過人流比較集中的地區(qū)，由于站點處公交?？繑?shù)對局部擁堵有正向影響，即?？繑?shù)越多，局部擁堵越嚴重，所以可以從軸輻式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的角度入手，設(shè)計合適的軸站點和輻站點，從而降低線路重復(fù)率，提高公共交通資源的配置效率、公交車在站點處的換乘效率以及其他交通流的通過效率，從而提高城市的公共交通硬件水平。

3.根據(jù)公共交通站點的乘客需求量和出行方式特征設(shè)置公交站點。不僅要考慮人流密集程度，還要考慮人們的出行習(xí)慣。在人流分布集中且對公交交通出行方式依賴較強的地區(qū)，可以多方向設(shè)置公交站點，分散站點處的上下客人數(shù)，比如汽車站、火車站附近，人流分布相對密集，并且大多數(shù)人會選擇公共交通出行方式，這種地區(qū)宜多設(shè)置公交站點，分散客流人數(shù)，盡量降低由于在站點處上下車人數(shù)較多導(dǎo)致公交車停靠時間較長，進而加劇局部擁堵。對于特大城市來說，應(yīng)適當(dāng)合理設(shè)置公交站點數(shù)及?？康墓痪€路數(shù)，若在這種地方過多地設(shè)置站點，不僅不會分散客流人數(shù)，降低局部擁堵，反而可能因為公交車在站點處的進出站及占用車道加劇局部路網(wǎng)的擁堵。

[1]葛宏偉.城市公交?？空军c交通影響分析及優(yōu)化技術(shù)研究[S].東南大學(xué)博士學(xué)位論文,2006.

[2]張衛(wèi)華.城市公共交通優(yōu)先通行技術(shù)及評價方法研究[D].東南大學(xué)博士學(xué)位論文,2004.

[3]王煒,過秀成.交通工程學(xué)[M].東南大學(xué)出版社,2001,7.

[4]楊小寶,張寧,關(guān)羽.基于行為分析的道路通行能力中車道數(shù)因素研究[J].土木工程學(xué)報,2009(10).

[5]孫磊磊.基于?？繒r間的城市公共交通網(wǎng)絡(luò)均衡客流分配模型研究[D].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2014.

[6]柏海艦,李文權(quán).常規(guī)公交站臺容納線路能力計算模型[J].東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007(6).

[7]梁玉娟.公交車?？繉Τ鞘械缆方煌ǖ挠绊慬S].廣西大學(xué),2009.

[8]宗剛,朱麗南,魏素豪.北京市公共交通系統(tǒng)局部擁堵的影響因素研究[J].價格理論與實踐,2016,6: 88-91.

[9] O’kelly, Morton E,A Quadratic Integer Program For The Location Of Interacting Hub Facilities [J].European Journal of Operational Research 32,1987:393-404.

[10]王建偉,甘家華,毛新華,唐穆君.多目標(biāo)約束下的聯(lián)盟混合軸輻式運輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015(3):110-115.

[11]楊立乾.基于軸輻式網(wǎng)絡(luò)的集裝箱支線運輸多船型船舶調(diào)度模型[J].中國管理科學(xué),2015(s1): 860-864.

[12]丁偉,張亮,李健.軸—輻式現(xiàn)代物流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及實證分析[J].中國軟科學(xué),2010(8):161-168.

[13]李文博,張永勝.浙江軸輻式現(xiàn)代物流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的實證研究[J].經(jīng)濟地理,2011(8):1335-1340.

[14]Jamie Ebery,Mohan Krishnamoorthy,Andreas Ernst,Natashia Boland,The capacitated multiple allocation hub location problem:Formulations and algorithms[J],European Journal of operational Research,2000,120:614-631.

[15]C.S.Sung,H.W.Jim,Dual-based approach for a hub network design problem under non-restrictive policy[J],European Journal of operational Research,2001,132:88-105.

[16]H.Topcuoglu,F.Coruta,M.Ermis,G.Yilmaz,Solving the uncapacitated hub location problem using genetic algorithms[J],Computers&Operations Research,2005,32:967-984.

[17]Hasan Pirkul,David A.Schilling,An Efficient Procedure For Designing Single Allocation Hub And Spoke Systems[J],Management Science,1998,12:235-242.

[18]Mihiro Sasaki,Atsuo Suzuki,Zvi Drezner.On The Selection Of Hub Airports For An Airline Hub-And-Spoke System[J],Coputers&Operations Research,1999,26:1411-1422.

[19]趙鳳彩.航線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟性的探討[J].中國民航學(xué)院學(xué)報,2002(2):11-15.

[20]胡智勇,周一星.從航空運輸看中國城市體系的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[J].地理研究,2002(3):276-285.

[21]曹允春.中樞機場在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中的作用[J].經(jīng)濟地理,2001(2):240-243.

[22]Azizi N, Chauhan S, Salhi S, Vidyarthi N.The impact of failure in hub-and-spoke networks: Mathematical formulations and solution techniques [J].Computers & Operations Research,2016(65): 174-188.

[23]葉懷珍,胡異杰.發(fā)展中樞輻射鐵路物流的探討[J].鐵路運輸與經(jīng)濟,2003(6):52-54.

[24]Guknther ZakPfel,Michael Wasner，Planning and optimization of hub-and-spoke transportation networks of cooperative third-party logistics providers[J],International Journal Of Production Economics,2002,79:207-220.

[25]胡志華,王雅琪.基于非線性規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)的軸輻式網(wǎng)絡(luò)樞紐選址研究[J].東北師大學(xué)報(自然科學(xué)版), 2016(01):90-96.

[26]Ghaffari-Nasab Nader, Ghazanfari Mehdi, Teimourg E.Robust optimization approach to the design of hub-and-spoke networks.International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2015(76):1091-1110.

（責(zé)任編輯：盧小文）

Exploring Solutions to Static Congestion Locations in Megacities with Design of “Hub and Spoke” Transportation Network

Zong Gang, Zeng Qinghua, Wei Suhao

Traffic congestion in megacities around the world has become an urgent social issue.Caused by various factors, traditional methods alone like building more roads or upgrading facilities could only lead the whole transportation system into a vicious circle called the Downs Law.With unscientific configuration of bus stops, bus station types, bus stop designs and number of bus lanes, non-service buses and bus lines causing static congestion in some locations, andthe current transportation planning mode significantly reducing road access rates, the current transportation plan in megacities must be reform.The design of “hub and spoke” network has been widely used in other fields and can be introduced into public transportation to relive traffic jam and bring new ideas to this issue.

“Hub and Spoke” Network; static congestion location; countermeasure; public transportation

U121

10.3969/j.issn.1674-7178.2016.06.006

宗剛，北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為交通運輸經(jīng)濟。曾慶華，北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院碩士研究生，研究方向為交通運輸經(jīng)濟。魏素豪，北京工業(yè)大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟研究院碩士研究生，研究方向為資源經(jīng)濟學(xué)。