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快速公交(BRT)系统设计的若干问题研究.pdf.pdf 免费下载
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西南交通大学 硕士学位论文 快速公交(brt)系统设计的若干问题研究 姓名:王波 申请学位级别:硕士 专业:安全技术及工程 指导教师:蒋葛夫;张殿业 20041201 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 大城市交通问题的日益突出,使得公共交通的发展受到广泛重视。轨 道交通具有运量大、速度快、环保等优势的同时,也存在投资高、周期长、 灵活性差等局限性,在一定程度阻碍其应用:而常规公共汽车在小汽车交通 的冲击下,服务水平呈不断下降趋势,无法满足多层次的交通需求。因此, 如何在轨道交通与常规公共汽车之间寻求一种既经济又高效的公交方式,则 是解决城市交通问题的关键点之一。 快速公交( b r t ) 理念的产生为问题的解决提供了新契机,它通过对传 统公共汽车在规划、设计、运营和管理上的改良,从而以较少的投资、较高 的灵活性实现较高的服务效率。 本文首先基于b r t 系统特性分析和我国城市环境及交通特点,从交通 需求、机动车通行条件和路网条件系统地探讨了b r t 设置的可行性以及在 我国应用的适应性。接着从我国现况出发侧重对b r t 的四个核心模块一 一b r t 专用道、路口b r t 优先、b r t 停靠站和b r t 车辆进行展开研究:提 出基于功能类型、可行性条件和线路组织形式的b r t 专用道规划思想框架; 系统阐述b r t 路口空间优先设置方法和时间优先控制技术;从站间距确定、 站点选址和停车位设计三方面对b r t 停靠站进行研究,并重点针对车辆到 站的概率分布,提出停车位计算模型;以需求规模、发车间隔和车辆满载率 为限制条件构建b r t 车辆容量确定的数学模型。最后,就b r t 与普通公交 线路分离的情况,对普通公交线路调整和运营调整进行了初步探讨。 上述内容研究将对b r t 在我国城市的应用和发展具有一定参考价值。 关键词:快速公交;b r t 专用道;b r t 路口优先:b r t 停靠站:b r t 车辆 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 | 页 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gs e v e r i t yo fu r b a nt r a f f i cp r o b l e m s ,t h ed e v e l o p m e n to f u r b a np u b l i ct r a n s i ti sa t t a c h e di m p o r t a n c ew i d e l y r a i l w a yt r a n s i th a sm a n y a d v a n t a g e s ,s u c ha sg r e a tc a p a c i t y , r a p i ds p e e da n dl i t t l ep o l l u t i o n ,b u ti s s t i l l l i m i t e db yt h ed i s a d v a n t a g e so f h i g hi n v e s t ,l o n gb u i l dp e r i o da n dt e s sf l e x i b l e ; s u f f e r i n gf r o mt h ep e r s o n a lc a r t r a f f i c ,t r a d i t i o n a l b u sp e r f o r m a n c eh a sb e e n i n c r e a s i n g l y s l o w e dd o w na n dc a nn o tm e a tt h em u l t i f a r i o u s r e q u i r e m e n t t h e r e f o r e ,h o wt o f i n do u ta t y p e o fe c o n o m i ca n de f f i c i e n t p u b l i c t r a n s i t b e t w e e nt h er a i l w a ya n dt r a d i t i o n a lb u si st h ek e yt os o l v et h eu r b a nt r a f f i c p r o b l e m s b u sr a p i dt r a n s i t ( b r t ) a c h i e v e sh i g h e rp e r f o r m a n c ew i t hl e s si n v e s ta n d m o r ef l e x i b l eb ym o d i f y i n gt h et r a d i t i o n a lb u si np l a n n i n g ,d e s i g n i n g ,o p e r a t i o n a n d m a n a g e m e n t ,a n dp r o v i d e san e w c h a n c et os o l v et h ep r o b l e m s b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n a l y s i so fb r ts y s t e ma n do u rc o u n t r y s u r b a nt r a f f i c ,t h ep a p e rf i r s t l yd i s c u s s e st h ef e a s i b i l i t yo fb r t s e t t i n ga n dt h e a p p l i c a t i o na d a p t a b i l i t yi nc i t i e sa i m e da tt r a f f i cr e q u i r e m e n t ,v e h i c l er u n n i n g a n dr o a dn e t w o r k t h e nf o u r p r i m a r ym o d u l e so fb r t 一一b u sl a n e b r t i n t e r s e c t i o np r i o r i t y , b r ts t o pa n db r tv e h i c l e 一一a r es t u d i e di nt h i sp a p e r : t h ep l a n n i n gf r a m e w o r ko fb u sl a n eb a s e do nf u n c t i o nt y p e ,f e a s i b i l i t y c o n d i t i o n sa n do r g a n i z a t i o ns t y l ei sp r e s e n t e d s p a c es e t t i n gm e t h o d sa n dt i m e c o n t r o lt e c h n o l o g i e so fb r ti n t e r s e c t i o np r i o r i t ya r ee x p o u n d e d c o m p l e t e l y t h e b r t s t o pi ss t u d i e di nt h es p a c ed e t e r m i n a t i o n ,l o c a t i o nc h o i c ea n d b e r t hd e s i g n , a n db e r t h sc a l c u l a t i o nm o d e li ss e tu pb a s e do nt h ep r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o no f b u sa r r i v i n gs t o p t h ed e t e r m i n a t i o nm o d e lo fb r tv e h i c l ec a p a c i t yi sa d v a n c e d c o n s i d e r i n gt h el i m i t a t i o no fr e q u i r e m e n ts c a l e ,d i s p a t c hi n t e r v a la n dl o a dr a t e f i n a l l y ,b u sl i n e sa n do p e r a t i o na d j u s t i n gm e t h o d sa r e d i s c u s s e de l e m e n t a r i l y , a i m e da tt h ec a s eo f s e p a r a t i o nb e t w e e n b r ta n dc o m m o nb u s t h ea b o v er e s e a r c hw i l lp r o v i d et h er e f e r e n c e sf o rb r ta p p l i c a t i o na n d d e v e l o p m e n t i no u rc o u n t y sc i t i e s k e y w o r d s :b u sr a p i dt r a n s i t ;b u sl a n e ;b r ti n t e r s e c t i o np r i o r i t y ;b r t s t o p ;b r t v e h i c l e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 b r t 产生背景 第一章绪论 随着汽车工业的发展,因小汽车出行的广泛使用给有限的城市空间造成 一系列交通问题,如交通拥挤、停车困难、环境污染,甚至市中心区功能衰 退,影响社会经济活动及其发展。上述问题引起世界范围内的普遍重视,一 般而言,改善城市交通主要有两个途径:一为抑制出行需求,二为提高交通 供给。发展城市公共系统是各大城市通过提高供给解决城市交通拥挤及环 境问题的主要发展趋势。 轨道交通以干线( l i n eh a u l ) 式的高运量走廊交通服务为主,但直接服 务面有限,需要公共汽车和其它系统辅助集散;而常规公共汽车覆盖面广, 却难以满足干线上快速、可靠的高效率运输服务。上述两种公共交通在服务 水准、效益和投资等方面的差距如何弥补,以求供需平衡;并在此前提下, 基于城市各交通走廊的出行需求和出行距离,在高运量捷运系统和常规公共 汽车之间发展“中运量半捷运系统”变得十分必要。 快速公交系统( b u sr a p i dt r a n s i t ,b r t ) 在此背景下应运而生,它利用 现代公共汽车技术配合智能交通和运营管理,使传统的公共汽车交通系统达 到或接近轻轨交通( l i g h tr a i lt r a n s i t ,l r t ) 系统的服务水平口i 。 b r t 于上世纪7 0 年代起源于巴西的库里蒂巴,如今该市b r t 的成功运 营,已成为世界范围内学习的典范,并吸引世界各地交通专家前往考察研究。 快速公交系统因其运量大、速度快、安全可靠、准点舒适、绿色环保等特点, 成为国际公认的解决城市公共交通问题的革命性方案。 1 2b r t 发展现状 1 2 1 国外研究现状 1 巴西库里蒂巴 库里蒂巴市区人口1 5 9 万,市区面积4 3 2 k m 2 ,平均每3 4 人拥有一辆 小汽车,是巴西小汽车拥有量最高的城市。目前库里蒂巴已形成了比较完善 的综合交通系统网络:包括3 4 0 条线路、1 5 5 0 辆车、6 0 k m 快速公交专用道 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 和2 5 0 k m 的快速公交线路i ”。日客运量达1 9 0 万人,7 5 的通勤出行采用公 交 库里蒂巴的公交网络是由不同层次线路( 快速线、大站快线、直达线等) 组成,并配以不同容量的公交车,并用不同颜色加以区分。在城市血条主要 放射轴上的b r t 专用道上采用了双铰链新型公交车,可承载2 7 0 人,车厢 前后有四个车门,整个车体采用了先进的动力和悬挂系统1 3 i ,具有容量大、 乘坐舒适、安全灵活的特点。 b r t 站点建成富有创意的玻璃管状,站台高度与车辆地板统一设计, 可实现水平上下车,内部并设有检售票系统,提高了乘客上下车速度,节省 公交等候时间。 图1 1 巴撕库里蒂巴的双铰链b r t 公交车图1 - 2 巴西库里蒂巴的玻璃管状站点 全网络采用相同费率,乘客可在任一站点免费换乘,从而将公交运输延 伸到城市9 0 的地方1 5 l 。 另外,整个公共交通系统由一家属于市政府管理的城市公交公司 ( u r r s ) 管理,统一规划线路和制定票价,而由私人公司经营和维护公交 车i m ,并合理进行收入分配,确保了库里蒂巴市整合公共交通系统的良性发 展。 2 美国 巴西库里蒂巴快速公交系统的成功运营对美国的快速公交发展产生了 重大影响。美国联邦公共交通管理局( f e d e r a lt r a n s i ta d m i n i s t r a t i o n ,f t a ) 开始在国内的多个地区积极推行b r t 项目1 6 1 。洛杉矾是其中个成功的范 例。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 2 0 0 0 年6 月2 4 日,洛杉矶大都会交通局开始在洛杉矶郡两条主要交通走 廊威尔榭惠蒂尔大道和范杜拉大道上试行快速公交技术,结果大获成功。 以威尔榭惠蒂尔大道为例,总乘客量达到每天1 0 万人次,增加3 3 , 其中6 万人次使用快速公交,节省出行时间2 9 1 7 1 。而这主要归功公共汽车 信号优先技术的应用: 它采用感应圈一识别器感应系统( 1 0 0 p t r a n s p o n d e rd e t e c t o r , l t d ) 来确定 公共汽车的到达,识别器装在公共汽车下面,感应圈埋设在道路下面,识别 器将公共汽车识别号传输给感应圈,感应圈又将公共汽车识别号传输给路边 的2 0 7 0 型交通信号机。该信号机通过通讯网络从信号控制中心接受信号优先 请求,为晚点的公交车提供信号优先控制( 延长绿灯时闻或提前开启绿灯) f ” 国1 3 公交信号优先控制示意 3 其他国家 此外,哥伦比亚、加拿大、法国、英国和澳大利亚等国家均有快速公 交的成功应用。 加拿大渥太华拥有北美最完整和使用率最高的快速公交专用道。渥太华 采取的是城市外围地区先行建设,城市中间的密集地区有计划地拆迁和预留 的策略,包括1 5 5 英里长的高速公路b r t 专用道和7 5 英里长的地面道路 b r t 专用道,以及2 英里长的市中心b r t 专用道,共有2 2 个车站和沿线的 停车换乘设施1 6 j 。 法国鲁昂( r o u e n ) 的b r t 专用道还安装光学导航系统_ l 。澳大利亚布 罩斯本( b r i s b a n e ) 1 0 5 英里长的b r t 线路每天的乘客量为6 万人次【6 1 ,其 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 车站还获得过建筑设计奖( 图1 4 ) ,车站附近的联合开发项目提高了附近 居住用地的价值。澳大利亚阿德莱得( a d e l a i d e ) 的装有自动导航系统的b r t 专用道拥有3 个主要车站,每天的乘客量为2 万人次( 图1 5 ) 。在高峰时 段,该专用道用作快速公交之用,在非高峰时段,普通公共汽车也可使用专 用道,这系统目前正在扩建中 6 1 。 国卜4 澳大利_ 哑布里斯本公交车站图1 5 阿德莱得的自动导航的巴士专用道 1 2 2 国内应用现状 国内目前还没有真正意义上的快速公交系统。尽管许多城市己开始使用 或规划公交专用道( 据统计有1 3 9 个城市已设置公交专用道1 2 3 2 条) ,但 由于配套设旌没跟上,诸如路口信号优先、新型车辆、特别设计的站点、管 理调度系统等,整体运营效果很受局限。 1 昆明公交专用道 昆明一号公交专用道于1 9 9 9 年4 月开通,布设于城市主干道路网中最 重要的一条南北向主干道上( 北京路) ,全长5 k m ,2 0 0 1 年曰客运量达7 5 万人次目。专用道位于道路中央( 图1 6 ) ,沿线共设7 对车站,平均站 距为5 4 1 米p 。 该公交专用道由于存在较多不配套的工程设施和管理措施,专用道的效 能没有得以充分发挥。主要表现在p 1 :交叉口信号周期过长,没有基于公交 进行优化;路口交通组织和设计不合理,导致路1 3 延误增加、秩序混乱;专 用道因未采用物理隔离,机动车侵占、行人过街等横向干扰大;车型不理想, 容量低、舒适性差、整体性能不佳;线路组织不当投入公交专用道上过多 线路,造成高峰期停靠站能力无法满足,车辆站外排队。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 图1 6 昆明市公交专用道设置图卜7 成都市b r t 近期线网规划 2 北京南中轴b r t 规划 1 9 9 7 年,北京的长安街在国内率先设置了公交专用道。日前北京正规划 的南中轴公交线路也将成为国内首条真正意义上的b r t 线路。 南中轴大容量快速公交线( 前门一德茂庄) 全长约1 6 k m ,共设车站1 9 座,单向设计运力2 万人次, 5 时i l o l 。 b r t 专用道设置在道路中央,分左侧开门和右侧开门两种工程方案;车 辆选型为1 8 米长,2 0 0 定员的大容量新型公交车;在客流量小的车站设置 自动( 半自动) 售票机和自动验票机,在客流量大的车站设置售票处和人工 辅助验票口,并设置电子站牌和乘车向导标志:同时建立南中轴b r t 智能公 交系统,实现路口优先和智能调度。 北京南中轴b r t 作为国内首项示范工程,它的运营效果将对b r t 在我国 的应用与发展产生重要影响。 此外,成都市也于2 0 0 4 年8 月完成近期b r t 线网规划( 图卜7 ) 。第一 阶段工程的二环路b r t 线路将同二环路的道路改造在2 0 0 4 年底一并进行实 施。 1 3 本文研究意义 近些年,在机动车交通的冲击下,国内大城市的交通供需矛盾日益突出。 其中许多城市纷纷着手规划和建设城市轨道交通,但由于轨道交通自身存在 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 投资高、周期长、见效慢等局限性,而在一定程度阻碍其应用:与此同时, 对公共汽车的重视不足和投资减少以致其效率低下,进一步加剧交通出行向 个体机动车偏移。b r t 理念的产生为问题的缓解带来新的契机,在此背景下, 研究b r t 在我国城市的应用与发展具有重要的现实意义。 b r t 的系统理念是在最近几年引入到国内,并迅速引起相关部门和学者 的关注。国内虽已有几个城市开始着手规划b r t ,但目前尚未进行全面系统 的理论研究,如b r t 的限制条件有哪些? 什么样的环境适合修建b r t ? 路口 路段应采用何种设置形式? 如何设计停靠站和选择b r t 车辆? 如何处理b r t 与普通公交的关系等等,这些问题都有待做深入探讨。尽管国外在b r t 领域 已取得了大量的研究成果和丰富的运营经验,但由于国内外的环境条件和交 通特点存在诸多差异,因此,有必要在借鉴国外成功经验和现有理论的基础 上,针对国内情况建立一套切实可行的理论方法体系。 任一个交通系统都不是孤立的,b r t 的设置必然对城市路网和其它交通 方式产生一定影响,因此,有必要全面掌握b r t 的系统特性及各项关键技术, 并深入分析其适应条件,从而避免因盲目随从带来决策失误。本文的研究将 对国内正在和将要实施b r t 的城市提供一些参考。 1 。4 本文主要研究内容 b r t 作为城市交通系统中的一个子系统,对它的研究必然是在大的系统 框架下进行,并考虑与其它子系统的相互作用关系。但对b r t 系统自身的研 究是重要的前期工作,且由于时间限制,本文只对b r t 系统自身的几个关键 问题进行重点探讨,以便为今后做进一步深入研究并形成完整的理论体系打 下一定基础。 论文主体部分共分为8 章, 第一章为论文综述部分,首先分析了b r t 的产生背景、国内外研究现状, 并简要概括论文的研究意义和内容安排。 第二章在介绍b r t 系统核心内容的基础上,进行b r t 与其它公共交通 系统的特性比较和b r t 的优缺点分析。 第三章为b r t 设置的可行性论证部分,基于国内外有关公交专用道设置 条件研究从交通需求( 客流需求、行驶速度) 、机动车通行条件和路网条 件( 车道数、道路宽度和交叉口间距) 三方面对b r t 设置进行可行性论证, 提出相应定量指标或计算方法。并进一步结合我国城市的交通特点,探讨 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 b r t 的适应性。 第四、五、六、七章中论文基于我国城市现况,分别对b r t 的四个基本 的关键技术进行探讨。其中,第四章首先分析了国内外公交专用道的设置形 式及其优缺点,进而提出b r t 专用道规划方法的思想框架;第五章分别从空 间优先和时间优先阐述路口b r t 优先设置技术:第六章研究了b r t 停靠站的 站间距确定、站点位置选择和停车位设计问题,其中重点探讨了基于车辆到 站概率分布的停车位计算方法:第七章主要研究b r t 车辆容量确定的计算模 型。 第八章在第七章基础上,探讨b r t 与普通公交的线路调整和运营调整方 法。 图1 - 8 论文研究内容框架 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第二章b r i “ 的系统构成与系统特性分析 2 1 系统构成 美国f t a 的b r t 专题研究报告认为b r t 的系统特征主要体现在:b r t 专用道、独特站点、新型公交车、车外售票、i t s 应用、优质服务六大方面 “i 1 2 1 ,并统计分析目前世界上主要的2 6 个城市的b r t 应用情况 表2 - 1b r t 系统特性的应用情况 国内对b r t 的研究主要基于国外应用情况,有学者把b r t 的核心组成 内容归结为以下七点:专有路权、现代化的公交车辆、水平登车、车外售票、 路口优先、乘客信息和车队管理系统。 对于b r t 的核心内容虽有不同提法,但包含内容基本相同。笔者归结 为以下五点: 1 b r t 专用道 b r t 专用道是确保公交快速通行的最基本要素,这一点可从表2 1 的统 计数据中得出。在混行交通中,小汽车因较公共汽车具有较高的灵活性而明 显占有优势,但却承载较少的乘客,两者在速度上的反差使更多的出行者偏 向个体交通选择。城市交通是解决人的出行而非车的出行,在这一理念下, b r t 引入了公交专用道( 路) ,它以相对较少的投资有效提高了公交运行的独 立性和可靠性。 需要明确的是,这里研究的b r t 专用道有别于传统的公交专用道,后 者通常是为沿线所有线路的公交提供快速通行平台,而b r t 专用道既可以 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 为全部公交也可以只为部分公交提供平台,即允许快速公交与普通公交分离 的情况。 b r t 专用道根据不同需求和道路条件可采用不同的设置形式,具体设 置分类及其优缺点将在第四章进行介绍。b r t 专用道在改善公交通行条件 的同时,也给路网和机动车带来一定冲击,而这种冲击是否在可接受范围内 是b r t 可行性论证的重点研究内容。 2 路口信号优先 路口信号优先是b r t 应用的又一核心技术,它与b r t 专用道共同为公 交快速行驶创造了优先通行环境。实践表明,仅设置b r t 专用道,若不在 路口实行优先控制措施,往往只能取得很有限的效果 1 3 1 。因此,在路口处 为b r t 提供信号优化设计或信号智能控制,将对提高b r t 的运营速度、可 靠性和竞争力起到关键作用。由于路口信号控制受诸多因素影响,该项技术 在b r t 中的应用也是个难点问题。 3 革新的公交车 革新的公交车具体表现在: - 更大的容量:采用单铰接或双铰接新型公交车辆,提供更多的客位: - 更高的舒适性:车内宽敞明亮、车体悬挂式设计; 一 更低污染:采用新型能源,有效控制尾气排放; - 更多的信息:具有动、静态信息显示和播报系统; - 更便利的上下车环境:大开门、低地板,实现平稳、无障碍上下车, 特别有利于残疾人; - 以及更美观的外形设计和更显明的外形特征。 上述方面的革新,根本上消除了人们对当前城市公共电汽车的低容量、 舒适性差、污染严重等不良印象,提高公交服务水平,增加公交吸引力。 4 创意的车站 车站是公交为乘客提供服务的窗口,b r t 在车站设计方面吸收了轨道交 通车站的部分特性,突出了人性化的设计理念,促进了b r t 运行效率的提 升。 1 ) 新颖的站点设计 b r t 公交站点可根据城市不同地段环境,设计成各种不同建筑形式,如 巴西库里提巴市公交站点的玻璃管状设计,从而创造一种易于识别的城市新 景观f 图1 2 ) 1 5j 。 2 ) 提供乘客乘车信息 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 通过建立乘客信息服务系统,在站点为乘客提供静态( 发车时刻表、路 线图等) 和动态信息( 车辆实时运行信息等) ( 图2 1 ) 。 图2 1 日本东京公交车站的实时交通信息系统 雨乏菇点闸口的自动售检票系统图2 4 车门与站点屏蔽门同步开启 图2 - 3 自动伸缩登车踏板 西南交通大学硕士研究生学位论文第1l 页 3 ) 设置售检票系统: 通过设置站外售票、站点闸口的自动售检票a f c ( a u t o m a t i cf a r e c o l l e c t i o n ) 系统( 图2 2 ) 【5 1 ,提高上下车速度;同时在整个公共交通网 络中采用统一票价标准及制定时段免费换乘制度。 4 ) 站点与公交车辆的整合设计: 具体表现在【5 】:制定公交车辆乘客地板与公交站点平台的统一标高,保 证水平上下车;公交车辆上的自动伸缩登车踏板与公交车站统一设计,以实 现使车辆与站台之间的无缝对接( 图2 3 ) :公交车辆的各个车门与公交站 点的各个屏蔽门之间一一对应,保证它们能够同步开启( 图2 4 ) ;通过统 一设计公交车辆上的自动机械导航装置与站点路段的导向路肩,确保公交车 准确靠站等。 5 乘客与车辆管理系统 乘客与车辆管理系统的建立主要源于i t s 技术在b r t 中的应用【1 4 】【” d 6 1 。 表2 - 2i t s 在b r t 中的应用体现 i t s 技术 作用 b r t 信号优先 减少路口延误,提高运行可靠性 公交车辆智能控制交通冲突警告 ( i n t e l l i g e n tv e h i c i e 路段驾驶导航 提高行驶安全性和乘车舒适性 i n i t i a t i v e s i v i )停靠精确定位 电子售票系统 车内自动售票 提高乘客上下车速度和乘车方便性 电子售票系统 站内自动售检票 提两乘晷上f 车速厦和乘车力便性 先进的无线通讯系统 车辆使用状态监视 强化管理的实时性、准确性和灵活 先进的运营管理车辆跟踪 性,提高运营效率, 车辆智能调度 驾驶危险状态警报 乘客信息系统 车上、车站乘客信息发布 提高乘客满意度,增加公交吸引力 乘客信息系统 主于个人通讯设备信息发布 提高乘客满慝厦,增加公夏吸引力 其它 乘客自动计数 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 正是i t s 技术与现代土地规划的整合应用形成了基于常规公共汽车的 快速公交新理念,从而使公共汽车接近轻轨交通的服务水平。当然,i t s 的 应用受多种因素制约,目前的应用率还较低,但它可以随着技术的完善和条 件的成熟分阶段进行。 从b r t 的系统构成不难得出,b r t 实质上是一种系统整合和集成的理 念,它没有固定的模式,可以是上述系统构成的一部分或全部,也可以根据 城市自身的特点和发展要求进行不断调整和创新。本文研究的对象是指基于 b r t 专用道设置的广义快速公交形式。 2 2 系统特性分析 2 2 1 b r t 与其它公共交通方式的特性比较 选择合适的交通方式是进行公共交通系统规划的关键点之一,这就有必 要掌握各种交通方式的特性和对比关系,以便综合考虑各方面因素,避免仅 考虑单因素而做出的片面决策。 目前常用的公共交通系统方式包括:地铁( m r t ) 、轻轨( l r t ) 、快速 公交系统( b r t ) 和常规公共汽车( r b ) 。 各种公共交通方式特性主要从三方面描述:土地使用权、系统技术( 支 撑、导引、推进和控制) 和运营方式。其中土地使用权是其中的基本要素。 所谓土地使用权是指公共交通方式与其它社会车辆的分隔程度。从程度由小 到大依次分为c 型、b 型和a 型: 1 ) c 型用地 是道路上的混合交通用地。具体是指公共交通车辆与其它社会车辆混合 共用路面,亦可布设优先或专用车道,但不具隔离带等实体分隔,行驶至路 口需遵循信号控制规则。 2 ) b 型用地 沿行驶方向以缘石、栏栅、高度差别等方式,将公共交通车辆运行的车 道与其它交通用隔离设施隔离,但在交叉口仍与横向的人、车混合通行。 3 ) a 型用地 是完全隔离的类型。不受交叉口信号与任何人车的干扰,亦称“完全隔 离”( g r a d es e p e r a t e d ) 或“专用”( p r i v a t e e x c l u s i v e ) ,它可以地下、高架 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 和平面方式布设。 以下将分别从系统组成、系统运营和系统效能对上述四种公共交通方式 进行探讨( 只针对一般情况下的特征比较) t 7 i 1 4 1 : 表2 3 各种公交方式系统组成比较 运输能力( 万人小时) 平均运速( 公里小时) 乘车舒适性 服务覆盖强度 系统灵活性 吸收新技术的能力 系统形象 对土地利用和城市发展的影响 环境污染 o 6 o 8 1 0 2 0 * 大 高 高 小 大 1 o 2 o 2 0 3 0 较好 较大 高 高 较好 较大 较大 1 0 2 5 2 0 4 0 好 - 1 低 好 人 3 o 6 o 3 0 5 0 好 小 低 低 好 大 小 从常规的公共汽车到高运量的地铁捷运系统,系统的效能( 安全、可靠、 运送能力、速度等) 逐步提高,相应的,成本投资也逐渐增大”1 ,快速公 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 交和轻轨等中运量半捷运系统的系统效能与成本则介于两者之间。 图2 - 5 各种公交方式投资成本和系统效能的对比关系 在城市客运系统结构中,几乎没有任何一种系统能够满足城市交通的全 部出行需求,只有各子系统相互补充和配合,才能提供最佳的运输服务( 图 2 - 6 ) 。快速公交系统( b r t ) 的出现填补了位于常规公交与轨道交通之恻的 空白区域,使城市公共交通体系得到进一步完善。 图2 - 6 城市各种交通方式所对应的距离和人口密度 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 2 2 2b r t 的优点分析 与轨道交通系统相比,b r t 具有以下优点: 1 投资成本低 前面已提至i j b r t 的七大核心模块,b r t 投资成本的多少取决于核心技术应 用的多少和应用程度。但从目前世界各大城市应用情况来看,b r t 的造价往 往只有轨道交通的十分之一【i 。这样折算下来,建设一公里轨道交通的投 资,就可以建设1 0 2 0 公里的快速公交系统。 2 系统效益见效快 目前我国城市轨道交通还处于起步阶段,北京2 0 0 2 年底5 4 k m 的地铁 线路运营,在整个城市公交客运量分担率不足1 5 ,规划今后1 0 年内建成 的3 0 0 公里轨道交通,估计能承担2 0 的客运总量;上海规划的4 8 0 公里轨 道交通需要2 0 年的努力才能建成,其建成后只能满足5 5 的城市公共交通 客流【1 0 】;成都规划的2 5 0 公里轨道交通需3 0 左右建成,建成后也仅能分担 近5 0 的城市公共交通客流。 因此,寻找一种见效快的大中运量公共交通模式,避免城市客运系统结 构的继续偏移,这对于正处于机动车快速增长时期、城市交通压力日益严峻 的国内大城市而言刻不容缓。而b r t 的成本低廉,在相对较短的时间内就可 以形成完善的网络,发挥系统效益,无疑提供了一种较好的选择。 3 灵活性很强 在灵活性方面,b r t 具有轨道交通不可类比的优势。b r t 的灵活性主要 表现在以下四方面:首先,b r t 线路不像l r t 线路那样具有较强的固定性, 它能够随着城市人口、就业岗位分布和土地利用结构的变化而变化,而这更 符合规模正在扩展、格局正在调整或正处于兴建中城市的变化特点。 其次,b r t 不需要像轨道交通那样必须在整个系统( 线路、车站、车辆、 收费系统、运营控制) 完全建成后才能投入运营【l 引,而只要系统部分功能 设施建成后就可以采取分阶段、分路段的分步实施方法。 再次,由于b r t 车辆既可以运行在高速公路专用道上,也可以运行在城 市的普通街道上,设置是在混合交通流中,因此,它具有较强的服务覆盖率 和到达性。特别是采用双用功能( 在支撑、导引、推力和控制方面具备两种 及其以上的功能) 的车辆,在这方面更具优势。 此外,b r t 的灵活性还表现在运营线路组织当中,例如允许站台超车, 一条线路可同时开行站一站停靠线、大站快线和直达线等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 4 系统容易升级 在b r t 系统开始建设时,不需要同时完成所用的技术组成部分,可以随 着时机和条件的成熟逐步完善。例如,当公交走廊上的客运量较低时,可先 使用普通公交车辆,当客流增大且稳定时再选用大容量新型车辆:信号控制 优先、信息发布系统等科技含量较高的部分,可待技术成熟,资金充足时再 进行建设。 b r t 的系统升级也包括向更高级的大运量快捷公交方式升级。当某一客 运走廊交通需求尚不稳定且不够大或对为城市未来存在某些不可预见因素 时,可先通过b r t 建设提升公交的竞争力,引导人们公交出行的取向选择, 从而为轨道交通建设奠定客流基础,避免盲目建设造成的资金浪费。 5 降低政府财政压力 政府财政的承受能力是目前制约国内大城市轨道交通建设的关键因素。 世界上绝大部分的轨道交通系统都需要政府的补贴才能维持运营。巴黎地铁 每年政府补贴7 8 亿英镑:墨西哥城地铁的运营费用6 7 由政府补贴:同本 政府2 0 0 1 年补贴东京地铁2 8 0 亿英镑;北京市地铁目前每年补贴在1 0 亿元 左右;广州地铁一号线2 0 0 0 年补贴2 5 0 3 万元,2 0 0 1 年增加至3 2 4 0 万元( 1 “。 若以客观需求为布设依据,b r t 系统则可在投入相对较短时间内就能达 到财政上的收支平衡( 如哥伦比亚首都波哥大的b r t 在第一年内u o ) 。巴西 库里提巴市的b r t 从1 9 7 1 年建成以来,系统运营从未需要政府的任何财政 补贴【1 0 】。 2 2 3b r t 的局限性分析 b r t 在与轨道交通比较,存在上述优势的同时,也有自身的局限性,主 要体现在以下几方面: 1 仍需占用道路资源 公共交通方式以人均占用道路资源少的优势有利于缓解道路交通的压 力,但b r t 本身也属于路诬交通系统( 除少数设置地下和高架外) ,并需要 专用的行驶路权,这对于原本交通饱和度很高,道路资源紧缺的大城市而言, 无疑将对路网和其它交通方式( 尤其是机动车交通) 产生较大冲击。 2 系统稳定性差 尽管部分b r t 使用了物理分隔专用路,但仍属于半封闭系统,因此,很 大程度受周边环境的影响。 丝旦蕴曼韪趔,多数b r t 专用道与相交道路为平交关系,即使提供信 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 号优先控制,由于必须考虑相交道路的交通流量、行人过街等影响因素,也 难以完全消除路口延误。从库里蒂巴的实际应用来看,它的b r t 系统只在外 围地区享有路1 3 有条件优先权,在中心区路1 3 不享有任何优先,这并非设备 等技术方面限制,而是为了避免b r t 的优先对中心区其它道路交通产生过多 的负面影响。b r t 在路1 3 处的不规律延误,尤其是路1 3 相隔较近时,频繁的 加减速,使b r t 运行速度极不稳定。 鱼堡缝啦五已丝丝鲎;当路段上的b r t 专用道为非物理隔离时,很容易受 到其它交通方式的影响,尤其在高峰期,社会车辆和非机动车常侵占b r t 专用道。 系统的不稳定性,使b l o t 难以达到轨道交通的全封闭运行速度,库里蒂 巴b r t 系统目前最高旅行速度为3 0 公里小时,在高峰时间旅行速度将有不 同程度降, f f f :t ”。 3 运送能力受限 停靠站的停靠能力往往制约b r t 的运送能力,作为地面的停靠站规模不 可能太大,像库里蒂巴和波哥达的封闭型车站般只能容纳1 2 辆车停靠: 此外,受路段横向干扰和路口无规律延误的影响,车辆到站概率分布随机性 较大,不利于停靠站停靠能力的有效利用:而这些因素使b r t 难以保持稳定 的发车间隔,从而降低了运送能力。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 第三章b r t 设置的可行性和在我国应用的适应性研究 通过第二章对b r t 的系统特性分析可知,尽管b r t 具有许多优势,但 它的应用也有一定条件限制,因此,结合城市具体特点研究b r t 设置的可 行性十分必要。本章将对b r t 设置的可行性进行系统性论证,并进一步针 对我国城市的交通特点,探讨b r t 在我国城市应用的适应性。 3 1 b r t 设置的可行性论证 b r t 的成功运营需要多项技术支撑,但就其可行性而言,从规划角度 考虑,重点受三方面因素制约:需求条件、机动车通行条件和路网条件。 3 1 1 需求条件 容量和速度是描述公共交通系统的主要特征,这里的需求条件亦对应客 流需求和行驶速度两项指标。 3 1 1 1 客流需求 1 客流需求上限 由第二章分析可知,停靠站的停靠能力限制了b r t 的运送能力。停靠 站的停靠能力是指在单位时间内所能停靠的最大车辆数,它与车站的停车位 ( 对于设置多个停车位的情况,应考虑停车位利用率的折减) 、上下乘客量、 车辆到站分布规律和车辆加减速性能等多因素有关。对于单车位情况,当前 后两车以最小车头时距行驶时,停靠站的停靠能力最大,此时的停靠能力为 基本停靠能力。 最小车头时距由三部分组成:乘客上下时间、减速停车和启动加速时间 以及前后两车最小安全时距1 4 1 。理想情况下,当以最小车头时距作为发车间 隔时,b r t 所能运送的断面客流量最大,当然还与车体容量、高峰满载率 和停车位的多少有关。 在实际运营中,路口信号控制和路段横向干扰等不确定性因素,将对发 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 车间隔的波动性、满载率的均衡性以及停车位的有效利用率产生重要影响 ( 尤其是b r t 方向信号红灯较长、发车频率较高时在交叉i s 前易形成车 辆排队的情形) 。由此,b r t 的最大运送能力表示为: c:3600kcan(3-1)brtb 一 l m i n 式中:c 。,一b r t 的最大运送能力,人次4 , 时方向; t 一一最小车头时距,s t 卜一发车间隔波动系数; o 一车体容量,人车; 五一一高峰平均满载率; 。一一个停车位的有效泊位数; 当取最小车头时距4 5 秒( 乘客上下时间3 0 秒,后两部分时间l5 秒) 、 车体容量2 7 0 人、发车间隔波动系数0 9 、高峰满载率0 9 、停车位1 时,推 算b r t 的最大运输能力为1 7 4 9 6 人次j 、时。目前库里蒂巴b r t 系统最小发 车间隔4 8 秒,采用的车体容量为2 7 0 人,最大单向运输能力为2 0 2 8 9 人 小时1 4 ,与该值比较相近。 因此,本文建议,设置b r t 最大的客流需求一般不超过2 0 0 0 0 人次 小时方向。 2 客流需求下限 公共交通以人均占用道路资源少的优势,在运送相同出行量条件下,产 生更少的交通量。如果客流需求较低,设置了专用道的b r t 就会使人均占 用道路资源上升,甚至超过其它机动车道路上的人均占用量,而使专用道的 设置失去了意义。因此,探讨b r t 客流需求下限,即分析满足什么样的交 通需求条件有必要设置b r t 专用道( 路) 。 以下是目前国内城市设置公交专用道多采用的流量下限条件: 1 1 绝对量: 一条公交专用道运输的乘客数大于一条机动车道行驶饱和小汽车流 时运送的乘客数,经计算为1 7 7 9 人次h ,折合公交车流量约5 1 辆【1 9 】; 路段单向平均公交客流达到2 0 0 0 人次h ,即当断面单向平均公交车 流量大于5 0 辆或高峰小时大于1 5 0 辆时2 0 l : 2 、相对比例: 公交车流量占总交通量的比例宜大于2 0 1 2 1 1 ; 公交出行比例大于3 0 3 5 【2 0 l ; 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 第一种提法的基本思路是:取一条机动车道行驶饱和小汽车流时运送的 乘客人数( 考虑各种多因素折减) 为公交专用道上公交客流的下限值,然后 将其根据公交的平均载客量换算成公交车流量。这种算法较好的考虑了公交 专用道对道路资源的占用问题,但它是基于小汽车饱和行驶情况下,是一种 绝对关系,而公交专用道设置的是否合理,更多考核的是专用道上的公交与 其它机动车流量的相对关系。第二种提法与其类似。 相对比例的两种提法比较笼统,只具有一般性指导意义。实际上从人均 道路资源占用的角度出发,专用道设置需求下限的公交客流比例( 或流量比 例) 应与各种车流占用的道路资源量结合考虑。 因此,为发挥b r t 资源占用率低的优势,综合分析上述设置依据,本 文认为采用如下条件比较适宜( 考虑单条b r t 车道和其它机动车道条件相同 情况) : q 。、qc 万二i 即垃n( 3 2 ) q 式中:q b r 广一单向b r t 客流量,人次h ; q 。一一单向其它机动车客流量,人次h : q 一一单向总客流量,人次h : _ 一单向机动车道总条数
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