关于快速公交专用道BRT的规划设计方法研究 同济大学Word文档下载推荐.docx
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1978年到1993年全国机动车数由183万辆增长到2490万辆,15年增加12.44倍,差不多同期北京市的机动车与增加10.5倍,其中私人汽车从无到有,从1987年的3490辆增加到1995年的60000辆,8年增加16倍,年增长率为42.5%。
而同期公共汽车仅由2.58万辆增加到10.85万辆,增加3.2倍。
目前,我国大中城市公共出行的比例只占出行总量的17.2%和10.11%。
因公交出行笔记相对减少,个体交通工具出行量大增,造成道路利用率进一步降低,城市交通拥挤家居,如此恶性循环,值1994年底,我国大城市自行车出行比例大体保持在50%左右。
有些特大城市已超过60%。
我国拥有4亿辆自行车,其中1.8亿辆集中在城市,年增长率10%左右;
摩托车同样在发展,特别是在沿海发达地区和部分内地城市增长徐素,有的达到50%-100%的年增长率。
3.路网布局不尽合理,停车设施普遍不足。
我国许多城市的道路系统属于历史上遗留下来,年代悠久,当时是能考虑到不行、骑马或坐马车,故路面狭窄曲折,线性毫无统一标准,也未经过规划,线网的连续性、连通性与可达性差,甚至没有形成环城网,瓶颈断头也经常出现,同行能力与交通流量的需求很不合现实使用的要求,线路分布不尽合理。
比如上海市缺少环向路,东西流量小而线路多,南北流量大而线路少。
在路网密度方面,中心区交通流量大,路网密度理应大些;
失去边缘流量小,路网密度自可小些,但现在中心路网密度反而较市区其他地区低。
南京、天津亦是如此。
上海市中心区道路面积人均约2平方米,南京、天津市中兴趣人均约3平方米。
一波还未平息,一波又来侵袭。
近年在许多城市,由于对停车场重视不够,一些大型的公共建筑、商业中心没有规划相应的停车设施。
据对北京市的初步估计,现在社会停车场不足一千处,停车泊位充其量8万个。
而在交通流量最为集中的市区内线,仅可提供不足两万个泊位,缺额高达5万个,身在注册车辆24.3万辆,另有异地注册在深圳的车辆11万辆,而仅有停车泊位3万多个,要重短缺停车设施。
这样,迫使车辆大量占用人行道和车行道,加大了道路承载能力,进一步导致了交通拥挤。
4.公共交通结构单一,混合交通秩序糟糕。
城市公共交通一般性包括常规的公共电汽车、出租车、小公共汽车以及城市铁路、地铁和地面或高价的轻轨等快速轨道系统。
目前,我国绝大多数城市的公共结构过于单一,除少数城市有地铁,其他绝大多数城市居民出行都是依靠公共汽车、电车、自行车和步行。
这种单一的地面交通,同世界上许多大城市的地上高架路、地下铁路、地面交通所组成的多方式,多层次立体交通系统相比,差距甚大。
在这样一个单一的平面路网中,大量的自行车流与人流,对攻交通的行驶干扰极大,是机动车的速度降低,延误增加,加重了交通拥挤和乘车困难,如果遇到高峰时间与节假日情况更为严重。
客流量增大,车辆容量又不足,挤车扒车,车辆难以准时开出,车辆大战时间间隔拉长,货车时间相应延长,等车人聚集增大。
一时间,上车无序争先恐后,上不去,车上人满为患,下不来。
特别是在交叉口或延后要到,车辆与行人的必经之路,经常排长队才能通过,不等待而闯红灯者比比皆是。
自行车监控插针,违反交通法规之事屡见不鲜。
司机稍有不慎,或一起秩序大乱,或酿成车祸惨剧。
5.交通污染,环境破坏严重,交通堵塞损失巨大。
城市交通污染环境的方式与要为机动车排放的尾气和运行带来的交通噪音。
城市的车辆排放出大量的一氧化碳。
碳氢化合物、氮氧化合物以及各种微小颗粒物,严重破坏了城市的环境,是导致城市环境恶化的主要污染源。
继成都市1990年出现光化学烟雾事件后,1995年上海市首次出现光化学药物,这主要是由小汽车大量排车氮氧化合物,碳氢化合物等废气所致。
1998年北京、天津市发生连续几天的大雾,就是直接或间接来自汽车尾气的排放。
机动车尾气也是空气有毒物对监控损害对大的污染源,与美国国家环保局研究,美国每年大气污染导致的癌症有60%与流动污染源有关。
对城市环境造成严重破坏的另一个重要因素是机动车的噪音。
据环保监测部门的调查,有汽车所产生的交通噪音占70%以上,根据目前的机动车的排放水平和未来城市交通那个增长趋势,如果我国不采取强有力的控制措施,在不远的将来,城市交通带来越来越严重的污染。
此外,交通那个堵塞造成车辆频繁启动和加速,也加大了废弃污染和噪声污染。
当然,交通堵塞带来的后果远远不止这些,美国学者的研究表明:
美国交通堵塞每年造成的经济损失高达1000亿美元。
我国仅北京市公交车乘客的时间损失为例,每年的经历损失就高达792亿元,更不用说还有机动车出行的时间损失和由此导致的燃料费用损失。
环境污染引起的经济损失了。
6.交通管理水平低下、交通事故居高不下。
由于历史原因,我国城市中交通控制管理的交通甘泉的现代化设施极少。
在发达国家,非常重视城市中的交通管理及交通安全设施,如交通标志、交通标线、交通信号、护栏、人行道等。
以北京和东京为例,北京交叉路口的信号机只是东京的3%。
北京和东京都有一个交通管理中心,但损失北京交管中心控制的交叉路口数仅是东京的3%。
交通标志是东京的7%,人行横道数是东京的4.8%。
北京情形已如此,其他城市的情况则可想而知。
南京市近年大力发展交通科技,更新交通管理设施,创造出现代化城市交通管理的新模式。
与全国大多数城市相比,南京在交通管理上算是做的较好的,但是也只能基本做到车少堵塞,人少违章,事故下降。
可见,城市规划交通管理非一日之功。
由于管理设施的不足与管理水平的地下,交通事故率一直高居不下。
据统计,1985年北京交通死亡人数在500人左右,到1996年,交通死亡人数超过780人的城市就有广州、北京、长春、杭州、上海。
其中广州高达1100人。
全国每万台机动车死亡率达到20.4人,而东京万车事故死亡率仅1.9人,美国和澳大利亚为2.6人。
1.1.2轨道交通的不足之处
城市交通面临了以上诸多的难解之题,用轨道交通解决问题的方法便应运而生了。
虽然轨道交通以干线式的高运量走廊交通服务为主,具有快速、高效、大容量等优点而受到了世界许多城市的青睐,但其高昂的建设和营运成本又在很大程度上限制了它的普及和应用。
轨道交通优点,可以改善以上六大交通问题如“交通流量增长迅速,道路设施建设滞后”;
“公共交通发展缓慢,个体交通发展过猛”;
“路网布局不尽合理,停车设施普遍不足”;
“公共交通结构单一,混合交通秩序糟糕”;
“交通管理水平低下、交通事故居高不下”,中的一些方面。
但不能根除现在面临的这些交通问题。
并且它的服务面有限,需要常规公交和其它系统的辅助才能形成通达性高的公交网络。
如何做到既能够弥补常规公交和轨道交通之间在服务水准、效益、成本等方面存在的不足,又能保障公交供需平衡已是很多城市决策者所面临解决的问题。
以下是大运量交通系统比较表:
交通方式
地铁
轻轨
快速公交系统
投资额(人民币)/公里
5~6亿元
1.5~2亿元
0.5~0.7亿元
旅客运输量
3~4万人/小时
1~2万人/小时
平均速度
30~40公里/小时
20~30公里/小时
立项到开工时间
3~5年
2~3年
1年
立项到完工时间
5~6年
3~4年
1~2年
系统灵活性
低
高
我们能够看到,除了刚才所述之投资巨大外,轨道交通的建设周期很长,系统灵活性很差。
再者,轨道交通也带来了新的,比较严重的环境问题。
1.振动所引起的环境问题。
轨道交通由于轮轨接触,车辆设备如电工、电机、空调等,产生的震动,经过轨枕、道床,传递至索道或桥梁基础,在传递给地面,从而对周围区域产生振动,并进一步传播到周围建筑物。
这种振动干扰不仅对地铁沿线民宅、学校、医院等环境产生不良影响。
而且可能对沿线基础较差的建筑造成损害。
这些振动不仅影响地面建筑物的结构安全,也影响建筑物内人们的正常生活和身体健康。
2.噪音所引起的环境问题。
轨道交通噪音的产生有别于普通路上交通工具噪音的产生。
但是噪音就是公害。
它会产生轨道噪音:
如车轮与铁轨切削摩擦之噪音、车轮与铁轨接头处的撞击声等。
高架结构噪音:
由于噪声声源位置的提高,噪声影响范围也相应扩大。
车辆设备噪音:
轨道交通车辆设备庞大而复杂,众多设备诸如电机、齿轮箱、空压机、制动设备等等都能发出较大的噪音。
3.轨道交通队城市景观的破坏。
轨道交通的建成必然会对自然景观造成破坏。
纷纷高价线路还可能会经过类似于水岸、公园等自然景观,从而影响人们的生活。
庞大的轨道设施会对人们的视觉产生影响诸如尺度失调、色彩单一,进而使城市失去独特个性。
巴士快速公交系统(BusRapidTransit,BRT)作为一种新型的大容量快速交通方式,利用现代巴士技术配合智能交通和运营管理,以较低的工程造价使改造后的巴士交通系统达到或者接近轻轨交通(LightRailTransit,LRT)系统的服务水平为问题的解决提供了一个很好的切入点,在此背景下研究BRT在我国城市的应用和发展将对未来的城市交通产生重大的现实影响。
BRT系统以常规公交为基础,以地面道路网为支撑,结合现代巴士技术,吸取轨道交通之优点,并获得一定时空优先权,包括开设公交专用车道、设置交叉口公交信号优先和政策优先支持的一种新型城市公交系统,它既保持了常规公交的灵活性、经济性和便利性,又兼具城市轨道交通容量大、速度快的特点。
BRT在上个世纪30年代由美国人首先提出,70年代中期在南美洲开始大规模建设,80年代末期建成之后投入使用取得了巨大成功,随后世界其它各国都纷纷开始筹建BRT。
1.2BRT在国内外研究、实践概况
1.2.1BRT在国内外研究概况
BRT的概念源于国外,是20世界兴起的城市化运动的产物。
大量的研究开始于20世纪60年代,在之后近10年的时间里美国对BRT与城市高速公路的结合进行了大量研究,形成了一些自己的理论,如建设快速公交、修建公交专用道路或车道以及高峰时段“公交优先”设施的车辆应由的客流容量范围等等。
从70年代中期到80年代末期,拉丁美洲的一些城市开始探讨以城市交通为中心的城市发展模式,建立以BRT为骨架的城市公共交通系统,建成完备的BRT系统网络,收到良好的效果。
比较典型的例子就是巴西的库里蒂巴市以及哥伦比亚的波哥达市,他们具有世界上最完善的BRT系统网络,得到世界范围的认可。
2001年美国国会审计办公室向国会提交了一份报告,对比了全美13个城市的轻轨交通项目和17个城市的BRT示范项目,得出的基本结论就是:
BRT在成本上低于轻轨交通,而在运载客流量和运行速度上接近于轻轨交通。
2001年国际能源署在它的研究报告“未来的城市公共车,实现全球的可持续发展”中论述了拉丁美洲成功的BRT系统,并将其与其他公交方式进行了比较,详述了未来的BRT专用公交车辆可能采用的清洁燃料的先进技术,并设想了改善公交车辆技术能够后减少能源消耗,降低环境污染多能得到的效益。
我国是在20世纪末开始引入BRT理念,公开发表的文章也都是介绍国外BRT发展的历史和经验,理论的发展尚处于国外理念引进起与国内理论分析的萌芽期。
只是2002年,2003年分别在上海、北京、成都、昆明召开了中国快速公交研讨会,还未有成熟的理论。
2003年11月底北京完成南中轴16kmBRT示范现路的方案研究,2004年4月开工,童年12月25日开通一起由前门到木樨园5km路程,其中快速公交专用线为2.5km,经过试运营,反响良好。
2005年12月30日全线开通。
国外对公交线网的研究起步比较早,目前在公交线网的优化技术领域有广泛而深入的研究。
基于公交线网的规划一般过程,形成了多种线网规划方法。
从二战之后到60年代初,由于科技发展水平和投资条件的限制,公交线网采用规划手册法,即经验法。
这种方法有两种形式
(1).自然演变,随着城市的扩大使公交线路逐渐增加,线路的布设的主要依据是市民的反映和公交公司的观察和经验。
(2).专家定线,在线网布设过程中,采用某些权威机构或专家意见确定线网布局。
这种方法只定义了布设公交线网应遵循的原则,多数为线网功能的叙述,很少使用量化的分析。
线网规划人员根据这些原则形成路网方案,大多仅凭借个人的专业经验和主观认识来判断公交线路是否合理,缺乏科学依据,因此形成的线网往往效率不高。
然而这种方法具有操作简单,费用低廉的优点,座椅公交运营者使用普遍。
从20世纪60年代至80年代初,随着运筹学和系统工程学科的迅速发展,线路网的确定多是采用系统分析法,他运用系统工程和运筹学的有关原理、方法,在既定的目标函数下进行线网的优化布设。
规划方法一般是依照一套程序步骤制定公交线网方案后,再使用交通规划的分配方法来预估各条线路的流量,以此作为线网方案的评价依据。
在公交线网规划上,着重于评价模型的建立,但缺乏较明确的设计方法与步骤。
具体有Lampkin等以乘客的舒适度和出行时间一起作为公交线网服务指标,建立的网络设计模型。
Hirsch等所作的公交网络优化问题研究,他们把公交线网优化模型设计成一个固定的需求模型。
市场分析计划法类似与系统分析法。
它将影响现状收益成本关系的所有因素进行研究分析后重新拟定方案并预测未来线路的收益和成本,然后反复寻找最优方案并评价方案直到满意为止。
这种方法需要大量翔实、准确的数据,而且不考虑线网其它方面的优化约束,因此对于都会区域复杂的线网,准确性比较低,通常适用于乡村或城际间线网的布设。
数学寻优法是指将公交线网的结构抽象为简单几何形状,在对出行供需关系分析的基础上,建立数学模型老确定最优的公交线路。
这种方法可以适用于简单的路网。
对于复杂的公交系统,如果将其过于简化,应用这种方法所得到的结果将很难反映实际情况。
从80年代至今,交互式图形系统分析法是研究的高潮,这一阶段规划方法多与计算机技术相结合,并在模型的建立和求解时使用了遗传算法,神经网络的先进技术。
Janarthanan等设计了公交线网设计的辅助专辑系统:
专辑系统可以提供交互式图形支持,并对设计方案进行模拟分析,这一系统可以有效提高公交网络的设计效率。
Fernandez等采用组合数学方法,模拟决策者的决策过程建立了大容量公交站点布局和设计专家系统。
Pattnaik等学者将遗传算法应用到公交线网设计中。
该模型以系统中乘客出行费用和运营费用综合最小为目标,首先生成备选路集,然后通过遗传算法进行优选。
Sullivan等基于GIS系统,对生成等时线地图的可行性进行分析,提出一种公交最佳路径选择的分析方法。
国内关于公交线网优化的研究始于80年代,目前主要集中于数学寻优法的模型及已有的模型算法的研究。
较早进行这方面研究的吴稼豪、李硕、夏伟民等比较系统的叙述了有关城市公共交通网络优化问题的模型和方法。
扬兆升,张启人等学者根据不同的约束提出了不同的公交线网优化模型。
1.2.2BRT在国内外实践概况
一、巴西的库里蒂巴(Curitiba)
巴西是世界上拥有BRT系统网络最完善的国家之一。
1970年代BRT系统开始出现在巴西的库里蒂巴,到了1980年代末库里蒂巴市建成了比较完善的BRT系统网络。
该市采用以公共交通为导向的土地开发模式,通过构建BRT网络引导城市土地开发,目前全市的公交网络由快速公交系统、公交环形道路系统和公交补给线路三个层面构成。
其中快速公交系统由5条放射状轴线组成,总长58公里,每条轴线包含3条平行的道路,中间主线道路的中央是双向BRT专用道,其两侧为一般机动车道,在快速公交线路两侧一个街区外是一对单向的快速道路,为进出市中心区的过境交通服务。
环线系统包括三条环线,全长185公里,它们将五条放射状快速公交线路连成网络状从而提高了公交线网的通达性。
全长270公里的公交补给线是一般的普通公交线路,主要连接周围微型小镇和快速公交线。
三个层面公交线路衔接合理,乘客通过五条快速公交线路上的大型公交集散站和环形快速公交线路每2公里设置的中型换乘站,可快速、方便的到达全市的任何地方。
车辆采用大容量的双铰接车,(如图1.1)并根据线路服务的不同层次而分别用红、黄、绿三种颜色加以区分,不同层次之间的换乘实行统一票价制度,无需额外购票,从而节省了乘客出行时间和出行费用。
公交停靠站采用富有创意的玻璃管状(如图1.2),站台高度与车辆地板统一设计,可水平上下车,内部不设检售票系统,提高了上下车速度,节省了公交候车时间。
另外,全市公共交通系统由城市公交总公司统一管理,负责公交线路规划、车站设计和建设,决定运营时刻表和车型要求等,并负责票价制定,而公交车辆则交由私人公司经营和维护。
该市实施巴士快速公交运营后,以地铁成本6%-8%的投入,承担了60%-70%的地铁运输能力[2],日客运量达190万人次,75%的通勤出行采用BRT公交。
图1.1库里蒂巴的大容量巴士
图1.2苦力的吧的管道式车站
二、北京的巴士快速交通系统
北京南中轴路大容量快速公交于2005年12月30日全线投入运营,成为了我国第一条真正意义上的快速公交线路。
该线路全长16公里,途经二环、三环、四环和五环路,共设站17座,平均站距为940米,并在前门站实现了与地铁环线的接驳。
其中有14公里的路段采用全时段、全封闭的中央专用道,交叉口采用感应式公交信号优先措施。
车辆先进:
采用18米长的左开门、低底板铰接式大容量客车(图1.3),每辆车可载客180人,车内配有完善的空调设施、先进的乘客信息发布设备、体贴的轮椅空间和儿童座椅,并装有GPS全球卫星定位终端设备和先进的通信设备,车辆排放达到欧Ⅲ标准。
中间停靠站采用封闭式设计,配有站上售检票系统、专门的残疾人进出站坡道、盲道、广播报站系统、线路图、自助式信息查询系统、实现人车分离的过街地道或过街天桥(图1.4),并实现了水平上下车。
管理调度系统先进,车站安装的视频监控装置和车载GPS卫星定位装置可使调度中心获得实时的运营信息,以便及时对运营计划进行调整,更好的满足乘客出行需求。
快速公交采取单一票价制度,由站台发售,通用月票有效。
该线路投入运营后的首日客流量突破了10万人次,为系统沿线近20万居民提供了出行便利,有效地改善了南中轴的交通环境,它的全线开通是中国城市公共交通发展史上的一座新的里程碑。
图1.3北京快速公交车辆外形
图1.4北京快速公交系统车站
1.3本文的研究内容
巴士快速交通作为城市公共交通的一种方式,有其自身的特点和适用范围,对它的研究必然是在公交系统的整体框架下进行,并应考虑和其它各种交通方式的协调发展和互动关系。
对于《快速公交专用道规划设计方法研究》这个课题,本文只对快速公交专用道几个关键的基本要素进行重点探讨,并以此为今后研究的深入展开打下一定的基础。
论文的研究内容包括:
(1)调查现有文献及国内外BRT实践经验,在对BRT系统构成划分的基础上分析BRT系统的优缺点及适用范围;
(2)结合BRT系统的自身特点从客流需求条件、行驶速度条件、其它车辆行驶条件和道路条件等方面探讨快速公交专用道的规划设计方法;
(3)根据BRT专用道在道路横断面位置的不同探讨专用道的设置类型,并分析各种类型专用道的优缺点及适用范围;
(4)分析研究BRT停靠站的站点位置选择、站间距的选择,分有、无中央分隔带两种情况探讨路中式专用道停靠站的布设方法。
第二章BRT构成以及优势分析
2.1快速公交系统(BRT)简介
2.1.1BRT简介
快速公交系统是指通过享有专有路权、采用交叉口有限通行的信号等控制系统、依靠性能较好的新型公交车辆构成的大容量、快捷、舒适的公交服务体系。
2.1.2BRT的构成
为了保障快速公交系统的运营速度、运营能力、服务水平以及可靠性,快速公交系统主要应具备6个要素。
一、BRT专用车道
快速公交系统的运营速度和运营能力主要取决于公交专用道路和车道的设置方式。
公交专用道路的设置能避免公交车辆与机动车辆混合使用,因此在日益拥挤的城市道路系统中可提高公共交通的运营速度。
所以专用道的设置是保证BRT服务可靠性和速度最重要的元素,也是吸引潜在乘客的一种重要方式。
二、车站和枢纽
快速公交系统的车站和枢纽设施具有交通功能以及与城市土地利用相结合两大功能。
交通功能包括公交乘客上下车、集中换乘等。
此外,快速公交车站还包括许多轨道交通车站的特性,如岛式站台、在车站上设置收费系统,车站和车辆地板水平,可方便乘客上下车,还有运营的信息管理系统等。
快速公交系统的规划与建设一般需要与城市的土地利用相协调,结合土地利用规划共同发挥作用。
目前以公共交通为发展导向的城市用地发展原则越来越多地在快速公交系统中有所应用。
这不仅为城市的土地开发提供了便利的公共交通,同时也为快速公交系统提供了客流需求。
三、车辆
快速公交系统的车辆一般采用低地板的大型铰接车,以方便乘客上下车和提高系统的运输能力,降低运行成本。
许多城市还采用环保公交车,以减少对环境的污染。
四、收费系统
站外收费可以实现所有车门同时上下乘客,减少延误,以提高整个系统的运营能力和效率。
目前上车前付费系统拥有许多技术和机制,其中包括:
硬币或证件系统、磁条技术、智能卡技术等。
五、ITS的应用
ITS加盟快速公交系统可在很大程度上提高其效率,而且投资适中,可以替代一些昂贵并难以维护的运输设备和工具,还可以为乘客提供诸如车辆运行、所在位置等各种服务信息,并为公交车辆提供交叉口信号优先,提高车内和到站的安全性,甚至还可
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