2023年12月15日 17:50:00 來源： 訪問：次
巴塞羅那公交變革的啟示：從第一性原理出發
來源：都市交通規劃
作者：劉曉波
編者按：9月22日，在第九屆公交都市發展論壇上，西南交通大學交通運輸與物流學院院長劉曉波做了《巴塞羅那公交變革的啟示：從第一性原理出發》主題報告。
經驗通常讓我們借鑒行業專家和自身經驗，以實現更高、更快、更強的目標。然而，第一性原理相反，它建議我們拋棄前人的經驗和知識限制，回歸最基本的物理關系，尋找解決方案。以埃隆·馬斯克為例，他在打造航天器和電動汽車時，顛覆了NASA和傳統汽車行業的百年共識和經驗，重起爐灶，取得了現在的成功。
2020年疫情后，全國公交月總量從60多億急速下滑，目前僅恢復至70%左右。其中，公共汽電車客運量下降幅度最大，恢復速度最慢。未來情況仍不容樂觀。從企業角度看，疫情對客運量和營運收入造成了巨大的影響。而公交汽車電動化的增加又進一步增加了企業的建設和運營成本，使得財政缺口進一步擴大。尤其是在國家新能源補貼停止后，地方政府難以及時彌補這一缺口，給企業經營帶來了更大的困難。從乘客的角度來看，選擇公交出行最關注“門到門的速度”。然而，傳統公交規劃為了提高公交覆蓋率，廣布站點，導致頻繁的停車延誤和較低的“門到門的速度”。傳統公交規劃還傾向于布設直達線路，提高線網直達率，導致過多線路以及較大的發車間隔。然而，復雜的線路導致客流出現轉移問題。短期內，企業應采取自救措施，開源節流。然而，最大的成本來自于車輛和人員的投入，這使得情況變得更為復雜。單純削減線路可能導致客流量進一步下降，同時也會影響到與政府的關系。因此，公共交通未來發展的長久之計在于提高服務水平、降低成本，以增加客流量。巴塞羅那是西班牙的第二大城市，其人口約為160萬，面積為101.9平方公里。自2012年以來，經過四期調整，巴塞羅那將60多條公交線路精簡為28條，包括8條橫線、17條縱線和3條對角線。這是人類歷史上第一次顛覆性的線路調整實踐，完全摒棄了以前的線路設計，重新進行了全面規劃。過去線路繁復、車類眾多，導致每條線路的車輛無法增加，經濟成本限制明顯，導致間隔時間長、頻率低、換乘不便等問題。新的方案將線路總體規?？s小，每條線路的車輛更加頻繁。巴塞羅那在換乘方面投入了大量工作，以確保乘客換乘更加便捷。這是巴塞羅那公交新方案的基本特點。經過2012年至2018年的六年建設，車隊規模減少了25%，發車間隔減少一半，平均車速提高6%。從車輛運行角度看，這些指標表現良好。然而，客流和經濟效益如何呢？在換乘點，雖然線路加大了站間距導致走行時間增加，但線路運行的速度遠遠超過了走行時間的犧牲。此外，對換乘設施的設計和引導也進行了深入的研究和優化，使換乘時間減少了25%。
左側圖表展示了巴塞羅那公交的換乘率從PhaseⅠ的11%逐步提高到20%、23%、44%，這一成就在傳統公交系統中難以想象，足以與地鐵相媲美。右側圖表描繪了規劃客流變化圖，隨著各期公交線路的建設，前期線路的客流量不斷上升，意味著新線路的開通吸引了更多的換乘乘客來到原有公交線路。巴塞羅那的公交線路設計依賴于換乘，呈現出非常簡潔的特點。
回顧全球公交發展的歷史，70年代的BRT是一次技術驅動的變革，依賴于低底板車輛、專用路權和車外檢票等技術。然而，巴塞羅那的公交變革并未依賴新技術，而是基于整個公交運行和規劃運營理論的變革，涉及線網設計、運營設計和實時控制理論。1、從第一性原理出發，需要重新審視城市發展和公共交通之間的關系。通過物理尺度分析，在現代城市化進程中，以小汽車模式為主導的交通方式會導致交通需求的增長速度達到交通供給的2倍。換言之，如果只依賴小汽車來滿足交通需求，那么隨著城市的人口密度和尺寸的增加，高峰通勤時間也會相應地增加。城市發展受到能源、水和交通等要素的限制。如果北京沒有公交系統，其最大直徑長度在最理想的情況下不會超過75公里。這意味著，如果城市想要繼續擴大其規模，必須依賴于公共交通系統來滿足日益增長的交通需求。上述結論與小汽車技術無關，未來無論是自動駕駛時代、智能網聯車時代，城市的發展都離不開公共交通系統的支撐。公交出行時間由在程時間和步行時間組成，兩者都與站間距有關。優化這兩者可實現公交運行的最優速度，通常比自行車稍快，但無法滿足城市服務需求。因此引入干線和支線的層級結構，支線可采用多種出行方式，主線則拉長站間距。這種結構下，公交系統的“門到門時間”接近小汽車出行時間。理論上，每個公交運行方式應像蜈蚣一樣由干線和支線構成，否則其將是低速、低效的運行方式。3、公交優化的線網結構理論，揭示換乘安排的重要性。通過理論推導，證明了平均“門到門時間”與城市規模和線網里程之間的關系。通過對比環線、放射線和網格線三種不同的公交線網結構，隨著城市尺寸的增大，“門到門時間”也在增加，但增長速度各不相同。環線的繞行成本隨著城市尺寸的增加而急劇上升，而換乘可以為我們帶來便利，解決“門到門時間”。因此，理論上講，通過優化公交線網結構和換乘安排，我們可以實現更高效的公交服務。在相同的投資規模下，地面公交的建設里程顯然遠大于軌道交通，其線網規模更大。因此，地面公交線網結構發生反轉的時間更早，這表明我們應該更早地利用基于換乘的線網。然而，這是傳統公交線網設計的基本方法嗎？事實上并非如此。當我們知道換乘安排的重要性以后，就需要制定好時刻表，以便乘客能夠便捷地進行無縫的換乘。同時，時刻表的制定還需要考慮到如何應對公交的正反饋效應，如何避免串車等問題，并采用不同的控制方法來解決這些問題。從理論上講，公交系統不需要擔心未來的自動駕駛對其造成影響，因為公交系統作為城市交通的主干，其地位是穩固的。單線運行必須通過層級結構才能提高“門到門的速度”。當城市規模增大時，我們通過線網換乘來解決效率問題。實際上，公交的換乘比地鐵更容易實現，但在實踐中我們可能走在了錯誤的方向。從規劃到運營，我們需要更好地協同制定時刻表和進行車輛控制。
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