梁愛艷，周繼彪，沈瑩

（寧波工程學(xué)院 建筑與交通工程學(xué)院,浙江 寧波315211）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速增長和機(jī)動(dòng)化進(jìn)程加快，機(jī)動(dòng)車出行驟增，自行車出行大幅下降，引發(fā)了城市交通擁堵、空氣污染和交通安全等問題。為緩解上述交通問題，政府開始鼓勵(lì)短距離內(nèi)采用自行車出行[1-3]。自行車通常被認(rèn)為是綠色環(huán)保的交通出行方式[3]，其中，共享單車是“互聯(lián)網(wǎng)租賃自行車”的簡稱，是指企業(yè)在校園、地鐵站點(diǎn)、公交站點(diǎn)、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、公共服務(wù)區(qū)等提供自行車單車共享服務(wù)[4]。近年來共享單車迅猛發(fā)展[5-6]（250個(gè)城市，2300萬輛），但受道路資源限制，城市內(nèi)可容納的共享單車數(shù)量有限。過量的共享單車既是車輛資源浪費(fèi)、企業(yè)成本浪費(fèi)，也占用了過多的公共空間，勢必影響其他交通方式正常行駛和停泊，從而影響出行者的出行體驗(yàn)，破壞城市市容，引發(fā)一系列交通安全問題，如2016年1月到2016年6月，江蘇省的自行車事故數(shù)占事故總數(shù)的近70%[7-8]?，F(xiàn)階段，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展已較為成熟[9]，一些城市已經(jīng)出臺(tái)政策限制共享單車投放，如北京、上海和杭州等城市。因此了解道路容量下合理的共享單車投放量，可以為政策制定提供參考依據(jù)，對企業(yè)長久發(fā)展有益。

目前國內(nèi)較少研究關(guān)注于共享單車宏觀投放規(guī)模，國外對于共享單車的研究主要集中在關(guān)于“有樁公共自行車”相關(guān)問題的探討方面[10]，包括宏觀層面的站點(diǎn)規(guī)劃、車輛投放、運(yùn)營管理，微觀層面的使用特征、需求預(yù)測和需求調(diào)度等內(nèi)容。對于共享單車投放規(guī)模，文蝶斐等人[11]針對城市共享單車的時(shí)空分布、平均使用次數(shù)、閑置率等數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，構(gòu)建了調(diào)度優(yōu)化模型，得到共享單車調(diào)度的最優(yōu)調(diào)度方案；呂曉萌等人[12]建立了反映不同時(shí)空共享單車需求量的指標(biāo)體系，使用熵權(quán)法等方法建立單車分配與調(diào)度的非線性規(guī)劃模型，并根據(jù)所建模型設(shè)計(jì)了共享單車分配、調(diào)度方案，結(jié)果表明使用熵權(quán)法可構(gòu)建共享單車分配與調(diào)度的非線性規(guī)劃模型；周傳鈺等[13]在對多種軌道交通接駁出行方式的優(yōu)勢進(jìn)行分析之后，以共享單車的可達(dá)性優(yōu)勢為基礎(chǔ)研究了關(guān)于交通接駁區(qū)域的單車投放規(guī)模，對單車投放量實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化的管理；孟娟[14]提出以地鐵站點(diǎn)為典型場景，利用手機(jī)信令大數(shù)據(jù)識(shí)別地鐵乘客來源去向分布，再結(jié)合地鐵進(jìn)出站刷卡數(shù)據(jù)及共享單車服務(wù)范圍、分擔(dān)率、周轉(zhuǎn)率等，匡算地鐵站點(diǎn)共享單車投放規(guī)模的思路及方法。

綜上，對于城市內(nèi)共享單車投放量測算，通?；诳土鲾?shù)據(jù)建立預(yù)測模型，而忽略了城市路網(wǎng)承載力的客觀限制。城市路網(wǎng)承載力是指在路網(wǎng)通行能力的制約并滿足路網(wǎng)系統(tǒng)最優(yōu)的情況下，路網(wǎng)所能承擔(dān)的最大交通流量。傳統(tǒng)的路網(wǎng)容量計(jì)算方法有時(shí)空消耗模型、線性規(guī)劃法、割集法、交通分配模擬法等。其中時(shí)空消耗法是一種經(jīng)典的路網(wǎng)承載力計(jì)算方法，是基于城市道路客觀指標(biāo)，提出的與城市路網(wǎng)承載力相匹配的計(jì)算值，依靠道路特性、車輛特性以及其他修正參數(shù)求得路網(wǎng)容量。其方法簡明、實(shí)用性強(qiáng)，適用于定量評估城市共享單車合理的宏觀投放規(guī)模?；谝陨戏治觯疚牟捎脮r(shí)空消耗法探討了共享單車投放規(guī)模。

1 時(shí)空消耗模型構(gòu)建

1.1 路網(wǎng)承載力影響因素分析

傳統(tǒng)的路網(wǎng)容量模型用以計(jì)算城市機(jī)動(dòng)車道路網(wǎng)承載力，研究對象為機(jī)動(dòng)車。路網(wǎng)承載力影響因素包括道路特性和外界約束兩部分，前者指道路幾何尺寸、道路等級和交叉口等的影響，后者主要指停車資源約束和公交分擔(dān)比例。機(jī)動(dòng)車道與自行車道相比，在道路結(jié)構(gòu)、行駛車輛、設(shè)計(jì)指標(biāo)和外界干擾等方面，均存在明顯的差異，差異情況如表1所示。自行車道路網(wǎng)承載力是指一定服務(wù)水平下，城市內(nèi)自行車道路網(wǎng)絡(luò)中所能承擔(dān)的自行車最大值，文獻(xiàn)中指出機(jī)動(dòng)車道路網(wǎng)承載力受外部資源環(huán)境、道路結(jié)構(gòu)與等級、停車系統(tǒng)和公交系統(tǒng)的影響，而自行車路網(wǎng)承載力的確定，需要根據(jù)自行車交通流特性確定。對于自行車道路網(wǎng)承載力，外界干擾主要受機(jī)動(dòng)車和步行行人影響，車道影響和停車限制被忽略，車型上電動(dòng)自行車給常規(guī)自行車交通流帶來的影響，通過車型換算系數(shù)代入出行分擔(dān)比例確定。

表1 機(jī)動(dòng)車道與非機(jī)動(dòng)車道狀態(tài)差異

1.2 模型構(gòu)建

參照機(jī)動(dòng)車廣義路網(wǎng)容量模型[15]，理想狀態(tài)下自行車路網(wǎng)容量為城市自行車道路時(shí)空總資源與單位自行車時(shí)空消耗量的比值，而實(shí)際應(yīng)考慮道路等級、干擾系數(shù)和出行率等參數(shù)修正，如式（1）至式（3）所示。由于早晚通勤高峰時(shí)刻共享單車使用頻繁，此時(shí)自行車道負(fù)荷最高，所以結(jié)合高峰小時(shí)和高峰小時(shí)出行比重為計(jì)算道路有效運(yùn)營時(shí)間。

本文將模型修正參數(shù)歸納為兩種，分為道路修正參數(shù)和高峰小時(shí)出行修正參數(shù)，前者包括道路等級、交叉口限制、騎行干擾、路線使用頻率以及路網(wǎng)不均衡修正，后者包括高峰小時(shí)內(nèi)出行比重、出行不均衡系數(shù)和共享單車出行比例，實(shí)際路網(wǎng)承載力計(jì)算如式（4）所示。路網(wǎng)承載力水平用于評估路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合共享單車使用率，可求得路網(wǎng)中共享單車容納限值，如式（5）至式（8）所示。各公式R及η含義及取值見表2。

式中，C為理想狀態(tài)下路網(wǎng)容量；C0為路網(wǎng)時(shí)空資源總量；Cr為實(shí)際路網(wǎng)容量；Ci為出行時(shí)間內(nèi)交通個(gè)體占用道路時(shí)空資源；hs為自行車騎行時(shí)最小安全車頭間距；β為自行車騎行時(shí)最小安全橫向間距；t為用戶使用共享單車平均出行時(shí)間；L為自行車道長度；W為自行車道有效寬度，即自行車道設(shè)計(jì)寬度減去兩側(cè)安全間隔，單側(cè)安全間隔取0.25 m[16]；T為高峰小時(shí)；Li和Wi分別為不同等級自行車道有效寬度，i取值1~4，代表快速路、主干路、次干路和支路。

ω為路網(wǎng)承載力水平，P為城市內(nèi)共享單車每日出行量；p為單車日周轉(zhuǎn)率；N為城市內(nèi)共享單車投放總量。

v為自行車騎行速度；tr為反應(yīng)時(shí)間；φ為車輪與地面黏著系數(shù)；j為道路坡度；l0為前后車安全間距；lb為車身長度。

表2 系數(shù)含義及取值

表3 不同城市形態(tài)下的空間不均衡系數(shù)

1.3 等級劃分

目前，針對城市路網(wǎng)承載力的分級標(biāo)準(zhǔn)，尤其是對自行車道路網(wǎng)，國內(nèi)外尚未給出統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn)，但路網(wǎng)承載力與路段服務(wù)水平密切相關(guān)，可采用機(jī)動(dòng)車道服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)評估路網(wǎng)承載力。對于路網(wǎng)中非機(jī)動(dòng)車道路網(wǎng)承載力水平，常用道路負(fù)荷度評估，與承載力水平評估指標(biāo)一致。我國《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 37-2016)[17]，參考美國HCM2000將自行車道服務(wù)水平分為Ⅰ~Ⅳ級，分別為自由騎行、穩(wěn)定騎行、騎行受限、間斷騎行，如表4所示。二級及以上服務(wù)水平能夠保證路網(wǎng)中非機(jī)動(dòng)車正常通行；三級時(shí)路網(wǎng)承載力接近上限值，非機(jī)動(dòng)車交通狀態(tài)較差；四級服務(wù)水平下城市路網(wǎng)處于超負(fù)載狀態(tài)，騎行環(huán)境惡劣，區(qū)域出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。所以為保證非機(jī)動(dòng)車正常行駛，應(yīng)將路網(wǎng)承載力水平控制在二級及二級以上。

表4 路段自行車道服務(wù)水平分級

2 實(shí)例驗(yàn)證

2.1 調(diào)查地點(diǎn)

共享單車的時(shí)空特性，與用戶的出行行為緊密聯(lián)系，通勤、休閑往往是人們出行的主要目的[18]，因此選擇居民社區(qū)、行政區(qū)（政府部門、市屬醫(yī)院）和商業(yè)廣場分析通勤活動(dòng)中共享單車的使用特性。另外，商業(yè)廣場同時(shí)附帶娛樂性，加之以城隍廟為代表的旅游區(qū)，體現(xiàn)休閑娛樂在出行中的使用特性?？紤]到共享單車接駁換乘的用途[19]，將地鐵站點(diǎn)納入調(diào)查范圍。選取在寧波市區(qū)內(nèi)居住區(qū)、行政區(qū)、地鐵站點(diǎn)、商業(yè)區(qū)和旅游區(qū)5種職能類型代表性區(qū)域，每種類型區(qū)域包括2～5處同類設(shè)施，每處設(shè)施周圍安排1～3個(gè)調(diào)查點(diǎn)位，總計(jì)28個(gè)調(diào)查點(diǎn)位，點(diǎn)位分布如圖1所示。

圖1 調(diào)查點(diǎn)位分布圖

2.2 調(diào)查時(shí)間

調(diào)查日期為2018年7月31日至2018年8月31日，持續(xù)一個(gè)月時(shí)間。共享單車使用多在10:00和20:00之前，在每天的早晚高峰人們出行較為集中，而平峰時(shí)段內(nèi)用戶出行特征不規(guī)律[20]，故調(diào)查時(shí)間為每天的早高峰和晚高峰，即7:30-9:30和17:00-19:00，為避免天氣因素干擾，調(diào)查工作全部在良好天氣下進(jìn)行。

2.3 數(shù)據(jù)采集

1）確定η值

為探求寧波市折算后的高峰小時(shí)內(nèi)非機(jī)動(dòng)車中共享單車出行分擔(dān)比例η，對非機(jī)動(dòng)車停放位置所停入駛出的4類非機(jī)動(dòng)車數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即共享單車、公共自行車、私人自行車、電動(dòng)自行車，該值為4種非機(jī)動(dòng)車中共享單車選擇比例。相比于其他3種非機(jī)動(dòng)車，電動(dòng)自行車的車身尺寸、行駛速度均存在較大差異，應(yīng)對該類車型換算標(biāo)準(zhǔn)自行車，車型換算系數(shù)1.229 5[21]，在非工作日晚高峰17:00-18:00內(nèi)，共享單車使用比例最高，η經(jīng)調(diào)查為0.394 7。

2）確定各修正系數(shù)R

道路等級修正系數(shù)R1，快速路和主干路取0.80，次干路和支路取0.90；對于外界干擾系數(shù)R2，快速路和主干路具備機(jī)非隔離設(shè)施，騎行主要受步行行人影響，則快速路和主干路取值0.7，次干路和支路多為劃線分隔，干擾系數(shù)值相對較大，為0.85；路線平均使用頻率系數(shù)R3=0.75；按照表5交叉口綜合折減系數(shù)R4=0.55；寧波市區(qū)呈“T”型帶狀群組的空間形態(tài)[22]，根據(jù)表3所示，R5取值為0.80；高峰小時(shí)出行比重R6=15%；高峰小時(shí)出行不均衡系數(shù)R7=1.2。

3）其他數(shù)值

寧波市區(qū)道路里程1 873.4 km，快速路、主干路、次干路和支路路網(wǎng)級配為0.06∶1.00∶0.61∶1.79，對應(yīng)的道路長度為32.50∶541.50∶330.30∶969.20，道路有效寬度Wi根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》確定，取相應(yīng)路段下限值，如表5所示。根據(jù)綜合流量調(diào)查的報(bào)告，用戶使用共享單車平均出行時(shí)間t=0.2 h；自行車騎行速度v=15 km·h-1；反應(yīng)時(shí)間tr=0.7 s；車輪與地面黏著系數(shù)φ=0.5；自行車騎行時(shí)最小安全橫向間距β=1 m；道路坡度j=0；前后車安全間距l(xiāng)0=1 m，車身長度lb=1.9 m。因此，將上述數(shù)據(jù)代入式（7）得騎行時(shí)最小安全車頭間距hs=7.6 m；自行車騎行時(shí)最小安全橫向間距β=1 m；高峰小時(shí)T=1 h；單車周轉(zhuǎn)率p反映用戶使用需求，此項(xiàng)數(shù)據(jù)難以獲取，不同城市甚至城市內(nèi)不同地區(qū)，周轉(zhuǎn)率均顯不同，并且周轉(zhuǎn)率可以通過用戶需求管理進(jìn)行調(diào)控，所以將周轉(zhuǎn)率R視為變量。

表5 寧波市區(qū)道路結(jié)構(gòu)參數(shù)值

2.4 結(jié)果分析

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果如表6所示，即由不同路網(wǎng)承載力水平下的共享單車投放量，可以看出隨著出行率的增長，投放總量有所降低。共享單車位置不固定，單次使用時(shí)間較短，企業(yè)最希望看到的是周轉(zhuǎn)率足夠大，可取出行率中位值4.0。共享單車投放量為10.47萬輛時(shí)，路網(wǎng)承載力處于Ⅰ級水平上限，共享單車投放量為18.32萬輛時(shí)，路網(wǎng)承載力處于Ⅱ級服務(wù)水平上限，所以為保證當(dāng)?shù)厥忻袷褂梅菣C(jī)動(dòng)車便利出行，寧波市內(nèi)共享單車投放規(guī)模應(yīng)控制在18.32萬輛以內(nèi)。結(jié)果顯示，當(dāng)前寧波路網(wǎng)承載力水平低于Ⅱ級服務(wù)水平，交通部門已經(jīng)宣布禁止投放，但實(shí)際數(shù)量仍有增長趨勢，有效的規(guī)模調(diào)控和限制策略需要及時(shí)實(shí)施。

表6 不同路網(wǎng)承載力水平下的共享單車投放量

3 結(jié)語

本文分析了城市道路網(wǎng)容量的影響因素，建立時(shí)空消耗模型，以求得在一定路網(wǎng)承載力水平下的路網(wǎng)內(nèi)共享單車的容納量。最后，以寧波市道路數(shù)據(jù)和共享單車使用數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證實(shí)例，得出該市合理投放量為18.32萬輛以下。針對當(dāng)前該市共享單車投放量超額的情況，提出建議：利用自行車大數(shù)據(jù)，嚴(yán)格限制某些投放過度的區(qū)域或站點(diǎn)；建立監(jiān)管機(jī)制，實(shí)時(shí)安排調(diào)度，統(tǒng)籌交通規(guī)劃。研究結(jié)果可為共享單車投放管理、政策制定提供參考，但模型仍存在一定的局限性：第一，時(shí)空消耗模型所引入的修正參數(shù)雖已盡量考慮全面，但由于路網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，參數(shù)可能尚有遺漏，未來應(yīng)對實(shí)際非機(jī)動(dòng)車運(yùn)行特征進(jìn)行針對性的探究；第二，本方法是從宏觀角度計(jì)算出的共享單車投放規(guī)模，但城市中各地區(qū)共享單車活躍熱度不同，未來可以按照各地區(qū)共享單車的活躍度，綜合計(jì)算其投放規(guī)模。