李君羨 沈宙彪 滕 靖 范宇杰

(1.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 201804，上海；2.上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，200125，上海∥第一作者，高級(jí)工程師)

近年來(lái)，我國(guó)有軌電車(chē)發(fā)展迅速，但目前的諸多已建項(xiàng)目未達(dá)到規(guī)劃效果。表1為2019年蘇州、準(zhǔn)安的有軌電車(chē)項(xiàng)目預(yù)測(cè)客流與實(shí)際客流的情況。

表1 2019年蘇州、淮安有軌電車(chē)的預(yù)測(cè)客流與實(shí)際客流對(duì)比

有軌電車(chē)效益評(píng)估工作集中于項(xiàng)目前期，多為公交系統(tǒng)選型評(píng)估[1-2]、選線方案評(píng)估[2]、基于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的局部交通效率影響評(píng)估[3]及安全性評(píng)估[4]等，且涉及維度較為單一[5]，缺乏基于實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)有軌電車(chē)全部影響范圍進(jìn)行多因素綜合評(píng)估的系統(tǒng)理論。而通過(guò)仿真可以較低代價(jià)得到有軌電車(chē)各運(yùn)營(yíng)階段數(shù)據(jù)支持評(píng)價(jià)。但建模過(guò)程中如采用參數(shù)存在偏差，可能導(dǎo)致模型與真實(shí)不符，因此需階段性開(kāi)展實(shí)地調(diào)研，獲取局部數(shù)據(jù)以標(biāo)定和校準(zhǔn)仿真模型，提高結(jié)果可信度。

1 效益評(píng)估方法

1.1 初始建模

初步劃定有軌電車(chē)各站點(diǎn)影響范圍，在內(nèi)部精細(xì)劃分交通小區(qū)，確保各小區(qū)有唯一對(duì)應(yīng)站點(diǎn)；在遵守小區(qū)劃分基本規(guī)則的前提下，逐步增加劃分面積，以降低分析復(fù)雜性；有軌電車(chē)線路建模應(yīng)體現(xiàn)其與市政道路的關(guān)系及站點(diǎn)區(qū)位；初步調(diào)整共線市政道路通行能力，體現(xiàn)不同橫斷面設(shè)計(jì)中有軌電車(chē)的影響，并進(jìn)行交通分配。

1.2 模型校準(zhǔn)與對(duì)比模型搭建

將初始分配結(jié)果與實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以校準(zhǔn)模型，具體做法如下：

1)將現(xiàn)狀年實(shí)際調(diào)研的部分流量數(shù)據(jù)與有軌電車(chē)在該處斷面流量疊加得到斷面交通總流量，經(jīng)流量反推校正初始OD(起訖點(diǎn))矩陣并查找偏差因素。多輪迭代后控制分配流量誤差，如果該誤差小于一定門(mén)限值，則認(rèn)為結(jié)果穩(wěn)定。

2)調(diào)研有軌電車(chē)部分?jǐn)嗝婵土髁?，以此?duì)照檢查規(guī)劃中對(duì)有軌電車(chē)分擔(dān)率的估計(jì)偏差，并在各站點(diǎn)間分別調(diào)整。

3)收集局部節(jié)點(diǎn)延誤、有軌電車(chē)部分站間行程時(shí)間等數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)用于階段計(jì)算結(jié)果對(duì)比，以校準(zhǔn)模型。

經(jīng)校準(zhǔn)的模型為現(xiàn)狀模型。以該模型OD矩陣為準(zhǔn)，根據(jù)有軌電車(chē)實(shí)施前的交通工程、信號(hào)控制和公交分擔(dān)情況更新阻抗矩陣和出行結(jié)構(gòu)參數(shù)，重新分配得到不實(shí)施有軌電車(chē)條件下的模型，并將其作為對(duì)比模型。

對(duì)比上述兩個(gè)模型的交通分配結(jié)果，標(biāo)記有軌電車(chē)實(shí)施前后流量有顯著差別的路段，重新圈定有軌電車(chē)影響范圍。

1.3 模型效用

在現(xiàn)狀模型基礎(chǔ)上，考慮各區(qū)經(jīng)濟(jì)、人口增長(zhǎng)趨勢(shì)和出行結(jié)構(gòu)變化等因素，調(diào)整參數(shù)后再次仿真。由仿真結(jié)果可知近景年有軌電車(chē)載運(yùn)量變化、周邊影響及實(shí)施效益。

如遠(yuǎn)景年不可測(cè)因素增加，且距模型校準(zhǔn)基年時(shí)間長(zhǎng)，則模型的可靠性無(wú)法保證，僅可用作趨勢(shì)分析。以后如需進(jìn)行評(píng)估，需階段性收集實(shí)際數(shù)據(jù)，持續(xù)更新模型方可推進(jìn)。

2 有軌電車(chē)綜合效益評(píng)估體系

2.1 時(shí)間節(jié)約效益

進(jìn)出站及在站滯留時(shí)間增加了有軌電車(chē)行程延誤，但因站間距較大而影響有限；有軌電車(chē)分擔(dān)了一定交通壓力，因此社會(huì)交通量下降，路段行程速度將得以提升；配合優(yōu)先管控策略實(shí)施，有軌電車(chē)?？蓽p少所在通道的社會(huì)車(chē)輛延誤，但對(duì)相交道路的通行效率有消極作用。上述效用綜合體現(xiàn)為有軌電車(chē)的時(shí)間節(jié)約效益。

TB和TA分別為有軌電車(chē)開(kāi)通前后高峰小時(shí)社會(huì)車(chē)輛沿有軌電車(chē)路線出行的總行程時(shí)間(分上下行)，有：

(1)

式中：

k——取值A(chǔ)或B，分別表示有軌電車(chē)實(shí)施后和實(shí)施前；

m——有軌電車(chē)設(shè)站數(shù)量；

li，vi，ni，Vi——分別為第i個(gè)站間路段的行程距離、路段小汽車(chē)高峰小時(shí)的平均速度、交叉口數(shù)量和高峰小時(shí)社會(huì)車(chē)輛的交通量；

dij——第i個(gè)站間第j個(gè)交叉口的高峰小時(shí)車(chē)均延誤時(shí)間；

σ——考慮社會(huì)交通車(chē)型組成計(jì)算的高峰小時(shí)平均合乘系數(shù)。

有軌電車(chē)高峰小時(shí)的總行程時(shí)間Tt(分上下行)為：

(2)

式中：

vt,i——高峰小時(shí)第i個(gè)站間路段有軌電車(chē)的平均速度；

Vt,i——有軌電車(chē)高峰小時(shí)斷面客流量；

pi——考慮第i個(gè)站間路段兩端站點(diǎn)的減速與在站滯留的平均時(shí)間。

有軌電車(chē)也將對(duì)非有軌電車(chē)沿線路段造成影響，高峰小時(shí)這部分總行程時(shí)間差值ΔTO為：

(3)

式中：

q——模型中受有軌電車(chē)影響的路段數(shù)量；

tB,p，tA,p——高峰小時(shí)第p個(gè)路段在有軌電車(chē)開(kāi)通前、后的行程時(shí)間；

VB,p,VA,p——高峰小時(shí)第p個(gè)路段在有軌電機(jī)開(kāi)通前、后的客流量。

綜上，單條有軌電車(chē)線路實(shí)施前后其高峰小時(shí)(分上下行)節(jié)約總時(shí)間Et[6]：

Et=(TB-TA-Tt+ΔTO)λ

(4)

式中：

λ——項(xiàng)目所在城市的個(gè)人單位時(shí)間價(jià)值，λ=pGDP/(250 d×8 h)。其中：pGDP為某城市年人均國(guó)民生產(chǎn)總值(單位：元/人)；一年工作日為250 d，每個(gè)工作日工作時(shí)間為8 h。

2.2 能源節(jié)約效益

有軌電車(chē)能源利用率高，且其能有效分擔(dān)交通壓力，也可減少區(qū)域內(nèi)小汽車(chē)出行能耗。其開(kāi)通前后的各種交通方式的能源消耗總量差值可體現(xiàn)其能源節(jié)約效益。

汽車(chē)燃油消耗受道路交通狀況影響存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)油耗飽和度，飽和度小于該值時(shí)車(chē)輛自由行駛但有頻繁的加減速過(guò)程，油耗相對(duì)高；飽和度大于該值時(shí)車(chē)流延誤大幅增加，油耗上升[7]。汽車(chē)燃油消耗F計(jì)算公式為：

F=a(Q/C)2+b(Q/C)+c

(5)

式中：

Q——各站間路段汽車(chē)流量；

C——路段車(chē)道汽車(chē)實(shí)際通行能力；

a，b，c——擬合參數(shù)，按表2[8]取值。

表2 汽車(chē)油耗模型回歸參數(shù)值

有軌電車(chē)車(chē)輛運(yùn)行能耗占總能耗的50%～70%。實(shí)際計(jì)算中，確定有軌電車(chē)每公里平均用電量時(shí)需考慮其選型及維護(hù)情況。

綜上，單條有軌電車(chē)線路開(kāi)通前后高峰小時(shí)運(yùn)行(分上下行)的能源節(jié)約效益Ef為：

Ef=(FB-FA)ηf-Ftηe

(6)

式中：

FB,FA——分別為高峰小時(shí)有軌電車(chē)開(kāi)通前、后影響范圍內(nèi)社會(huì)交通油耗；

Ft——有軌電車(chē)的耗電量；

ηf，ηe——分別為城市燃油價(jià)格和電力價(jià)格。

2.3 環(huán)境保護(hù)效益

有軌電車(chē)對(duì)環(huán)境保護(hù)有正面作用，滿足同樣出行需求時(shí)，其有害尾氣和固體污染物排放量減少。我國(guó)常用排放因子方法[8]計(jì)算尾氣排放量，不同車(chē)型各種污染物排放量與行程速度間存在二次擬合關(guān)系：

(7)

式中：

Pmn——m類(lèi)車(chē)每公里行駛里程產(chǎn)生的第n類(lèi)污染物總量；

Amn，Bmn，Cmn——回歸參數(shù)，按表3[9]取值。

表3 汽車(chē)產(chǎn)生污染物模型回歸參數(shù)取值表

vm——m類(lèi)車(chē)輛行程速度。

綜上，可針對(duì)不同站點(diǎn)間和影響范圍內(nèi)其他路段的交通流量、交通組成及行程速度求解有軌電車(chē)的環(huán)保效益。

2.4 運(yùn)能提升效益

為減少有軌電車(chē)對(duì)社會(huì)交通的影響，通常采取如下措施：

1)不占用社會(huì)車(chē)道，拓寬或壓縮分隔帶拓寬道路，在路中或路側(cè)布置有軌電車(chē)軌道。此時(shí)有軌電車(chē)對(duì)所在道路運(yùn)能近似于“凈提升”，同時(shí)由于引入優(yōu)先措施，其沿線道路延誤將進(jìn)一步減小，但與其相交路段通行能力將下降，可能導(dǎo)致局部擁堵。

2)對(duì)無(wú)條件實(shí)施措施1的路段，社會(huì)車(chē)輛采用單向行駛方案，有軌電車(chē)的實(shí)施將直接影響路段通行能力。此時(shí)有軌電車(chē)的運(yùn)能提升效益需結(jié)合線路方案，并綜合同向、相交社會(huì)道路飽和度變化綜合評(píng)估。

2.5 周邊土地增值效益

多項(xiàng)研究通過(guò)特征價(jià)格模型計(jì)算大容量公交站點(diǎn)影響范圍內(nèi)住宅價(jià)格變化，發(fā)現(xiàn)其漲幅受站點(diǎn)客流量、是否換乘站和站點(diǎn)區(qū)位等多因素影響[10]，且該影響有時(shí)間效應(yīng)[11]。

我國(guó)香港，美國(guó)圣地亞哥、舊金山等城市的數(shù)據(jù)顯示，大容量公交站點(diǎn)輻射范圍內(nèi)的商業(yè)和辦公用地價(jià)值均呈上升趨勢(shì)，部分商業(yè)地產(chǎn)價(jià)格上浮達(dá)338%?，F(xiàn)有文獻(xiàn)針對(duì)有軌電車(chē)站點(diǎn)周邊地產(chǎn)價(jià)值的研究較少，參考文獻(xiàn)[10-11]數(shù)據(jù)可初步判定站點(diǎn)輻射范圍內(nèi)用地將升值，上升空間隨城市發(fā)展特征和站點(diǎn)區(qū)位不同存在差別。因此，評(píng)估時(shí)可考慮此因素，分階段考察站點(diǎn)周邊土地價(jià)值變動(dòng)規(guī)律，為后續(xù)其他線路規(guī)劃建設(shè)提供參考。

3 淮安現(xiàn)代有軌電車(chē)1號(hào)線效益評(píng)估

3.1 項(xiàng)目概況

淮安現(xiàn)代有軌電車(chē)號(hào)線(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“1號(hào)線”)于2015年通車(chē)運(yùn)營(yíng)。在2018年底運(yùn)營(yíng)初期結(jié)束之際，以仿真為主要手段開(kāi)展綜合效益后評(píng)估。實(shí)地調(diào)研了1號(hào)線沿線6個(gè)交叉口流量，并在早晚高峰跟車(chē)調(diào)研1號(hào)線各站間斷面流量及上下客情況，用于校準(zhǔn)仿真模型。

3.2 建模過(guò)程

按淮安城市組團(tuán)和居住片區(qū)劃分，考慮遠(yuǎn)期軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃、行政區(qū)劃邊界和用地同質(zhì)性因素，將淮安中心城區(qū)劃分為91個(gè)內(nèi)部小區(qū)和5個(gè)外部小區(qū)。初步建模后根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行模型校準(zhǔn)，完成現(xiàn)狀模型和對(duì)比模型。由兩者對(duì)比可知，1號(hào)線明顯影響的市政道路分布于45個(gè)小區(qū)。以這些小區(qū)作為影響范圍開(kāi)展評(píng)價(jià)。

3.3 基礎(chǔ)仿真結(jié)果

將該線北向南(下行)方向途經(jīng)的23個(gè)車(chē)站依次編號(hào)為1～23，計(jì)算站間距和累積站間距?；诜抡娼Y(jié)果的有軌電車(chē)實(shí)施前后的道路通行情況見(jiàn)表4。高峰時(shí)段1號(hào)線站間平均速度見(jiàn)表5。

表4 基于仿真結(jié)果的有軌電車(chē)實(shí)施前后的道路通行情況

表5 高峰時(shí)段1號(hào)線站間平均速度

從模型中分離出1號(hào)線影響范圍內(nèi)所有非有軌電車(chē)沿線路段統(tǒng)一編號(hào)計(jì)算這些路段的通行情況，結(jié)果見(jiàn)表6。根據(jù)表4～6的結(jié)果，計(jì)算1號(hào)線運(yùn)行參數(shù)及其開(kāi)通前后對(duì)沿線市政道路和其他路段的影響，結(jié)果如表7所示。

表6 1號(hào)線影響范圍內(nèi)非有軌電車(chē)沿線路段通行情況

表7 1號(hào)線實(shí)施前后對(duì)市政道路影響情況

3.4 效益評(píng)估

3.4.1 時(shí)間節(jié)約效益

基于表4計(jì)算，由式(3)可得1號(hào)線實(shí)施后站間總節(jié)約行程時(shí)間。1號(hào)線有效提升了社會(huì)交通效率，大部分站點(diǎn)間行程時(shí)間減少。沿線市政道路高峰小時(shí)上下行分別節(jié)約總行程時(shí)間為6 471 min和278 min；影響范圍內(nèi)其他路段交通效率變化不一致，與有軌電車(chē)線路相交路段通行效率明顯下降，負(fù)面效應(yīng)較大，但綜合仍為正向作用；非有軌電車(chē)沿線市政道路總節(jié)約行程時(shí)間為1 384 min?；窗彩?018年GDP為3 601億元，常住人口為492.5萬(wàn)人，以此作為參數(shù)，由式(4)可得高峰小時(shí)可節(jié)約時(shí)間成本為49 884元。以每年500個(gè)高峰小時(shí)計(jì)，1號(hào)線每年高峰小時(shí)節(jié)約時(shí)間總成本為2 477.7萬(wàn)元。

3.4.2 能源效益

基于表4和表5，由式(5)可得：1號(hào)線開(kāi)通后高峰小時(shí)上下行總油耗分別從3 679 L和1 779 L降至1 953 L和1 088 L；影響范圍內(nèi)其他路段社會(huì)車(chē)輛油耗總和從10 422 L降至8 670 L。但其中與有軌電車(chē)線路相交道路社會(huì)車(chē)輛的油耗呈上升趨勢(shì)。

1號(hào)線運(yùn)行初期用電約為2.2 kWh/km，全程20.07 km，高峰小時(shí)發(fā)車(chē)間隔不超過(guò)15 min，高峰小時(shí)上下行用電量均可按270 kWh計(jì)算。參考江蘇省油價(jià)7.56元/L、電價(jià)0.854 1元/(kW/h)，由式(6)可得高峰小時(shí)1號(hào)線沿線上下行能耗分別節(jié)約14 366元和6 535元，其他路段高峰小時(shí)節(jié)約總能耗合計(jì)為30 329元。以每年500個(gè)高峰小時(shí)計(jì)算，高峰小時(shí)1號(hào)線每年節(jié)約能源成本為1 516萬(wàn)元；沿線出行高峰小時(shí)上下行方向油耗成本降幅為0.16元/(人·h)和0.06元/(人·h)。

3.4.3 環(huán)保效益

基于表4和表5，由式(7)可得：1號(hào)線分別減少高峰小時(shí)沿途社會(huì)車(chē)輛CO、氮氧化物和固體顆粒物排放量為5.32 t/h、0.005 t/h和139 t/h；高峰小時(shí)上下行沿線污染物排放量分別從7.31 t和4.25 t降至3.86 t和2.33 t，其他路段高峰小時(shí)污染物排放量從11.01 t降至9.97 t。以每年500個(gè)高峰小時(shí)計(jì)，1號(hào)線通車(chē)后高峰小時(shí)每年減少污染物排放量3 205 t。

3.4.4 運(yùn)能提升效益

根據(jù)1號(hào)線選線及沿途社會(huì)交通組織情況，1號(hào)線周邊雙向通行路段無(wú)須調(diào)整為單行。除和平路、交通路需由雙四車(chē)道調(diào)整為雙二車(chē)道導(dǎo)致其通行能力下降之外，其他市政道路運(yùn)能均得到提升。1號(hào)線列車(chē)為5模塊編制，列車(chē)定員為300人，單車(chē)最大運(yùn)能為7 200人/h，考慮各站間路段斷面設(shè)計(jì)及合乘系數(shù)，折算有軌電車(chē)對(duì)市政道路的運(yùn)能提升比例如表8所示。

表8 1號(hào)線沿線道路運(yùn)能提升情況

與有軌電車(chē)線路主要相交道路在實(shí)施有軌電車(chē)后服務(wù)水平變化情況如表9。

表9 與有軌電車(chē)線路主要相交道路高峰小時(shí)飽和度變化情況

1號(hào)線通車(chē)后，交通路、和平路運(yùn)能下降，沿線其他路段的運(yùn)能則有大幅提升。與之相交路段的飽和度上升明顯。由此可見(jiàn)，盡管在有軌電車(chē)影響范圍內(nèi)各項(xiàng)效益均有所提升，但受有軌電車(chē)優(yōu)先策略影響，與其相交路段通行效率下降明顯，部分服務(wù)水平甚至下降兩級(jí)，前文所述時(shí)間成本、能源和污染物排放等效益在這部分路段均顯示為負(fù)值，各項(xiàng)效益分布不均勻。

3.4.5 其他效益

1)提升周邊土地價(jià)值。1號(hào)線設(shè)站選擇考慮了未來(lái)城市商務(wù)和行政中心布局，這些地方將聚集大量客流。以深圳路站為例，POI(興趣點(diǎn))數(shù)據(jù)顯示，目前其1 km影響半徑內(nèi)有12個(gè)住宅小區(qū)、24個(gè)辦公集中區(qū)及500余個(gè)商鋪(圖1)，周邊土地升值空間較大。

2)緩解遠(yuǎn)期通道擁堵。根據(jù)規(guī)劃，至2030年，淮安將新開(kāi)通3條軌道交通線路和3條有軌電車(chē)線路，共同構(gòu)成公共交通骨干網(wǎng)。按照《淮安市城市總體規(guī)劃(2008—2030年)》中對(duì)用地情況及出行結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，對(duì)不開(kāi)通任何軌道交通或有軌電車(chē)線路、僅開(kāi)通軌道交通線路以及同時(shí)開(kāi)通所有線路這3種情況下的路網(wǎng)整體服務(wù)水平進(jìn)行了趨勢(shì)預(yù)測(cè)：第1種情況下，淮安部分主要通道飽和度達(dá)到0.6以上，核心區(qū)域東部出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)矶?；?種情況下，有軌道交通線路經(jīng)過(guò)的路段及其周邊與其相交道路的流量出現(xiàn)下降，但情況1下的擁堵點(diǎn)仍然存在；情況3考慮了有軌電車(chē)線路的作用，因其靠近擁堵點(diǎn)有設(shè)站，有效緩解了片區(qū)擁堵問(wèn)題，該區(qū)域道路飽和度普遍下降0.1～0.2。

此外，仿真結(jié)果顯示，規(guī)劃階段對(duì)1號(hào)線客流量等各項(xiàng)指標(biāo)的預(yù)測(cè)值均偏大。此現(xiàn)象在其他有軌電車(chē)項(xiàng)目的城市中也較常見(jiàn)，多為對(duì)沿線交通吸引量或公交分擔(dān)率估計(jì)過(guò)高所致。在其他線路建設(shè)前期，需參考已建成線路的后評(píng)估資料，重新調(diào)整各項(xiàng)規(guī)劃參數(shù)校正估值，以期獲得更準(zhǔn)確的估計(jì)結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

1)有軌電車(chē)運(yùn)營(yíng)效果評(píng)估應(yīng)綜合線路本身和社會(huì)車(chē)輛運(yùn)行情況，從多維度展開(kāi)。以仿真配合實(shí)際數(shù)據(jù)校準(zhǔn)并配合已有計(jì)算方法，對(duì)有軌電車(chē)項(xiàng)目的時(shí)間、能源節(jié)約，環(huán)保和運(yùn)能提升等方面效益進(jìn)行綜合評(píng)估是可行的。

2)后評(píng)估應(yīng)隨線路開(kāi)通時(shí)間推移，階段性開(kāi)展實(shí)地調(diào)研，持續(xù)修正模型，以保障模型效用。

3)大容量公交系統(tǒng)規(guī)劃階段常因資料不完備、不可預(yù)測(cè)因素多導(dǎo)致參數(shù)誤差較大，應(yīng)積極對(duì)已建有軌電車(chē)線路展開(kāi)后評(píng)估，反饋校正規(guī)劃參數(shù)，為后續(xù)線路建設(shè)提供參考。