高架BRT系统通行能力分析

王晓辉

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063）

厦门市快速公交（BRT）系统是在国内首次采用独立路权的高架BRT专用路、类似于轨道交通的“站厅层＋站台层”的高架BRT车站，目前系统客流量已达33万人次，已经成为厦门市交通的主动脉［1］。厦门BRT运营效果表明，高架BRT在运营速度、服务水平、系统稳定性等方面与常规BRT相比都体现出很大的优势，本文以厦门高架BRT系统为例，对高架BRT系统通行能力及提升措施进行分析。

BRT系统通行能力是指在一定的运营环境和服务水平下，在BRT系统中的某个断面，一段时间（通常是1h）内所能通过的乘客数量。目前较为成熟并广泛应用的有北美模型、南美模型，以及国内相关研究。

北美地区关于公交系统通行能力的相关研究从上世纪60年代就开始了，至21世纪初已针对北美公共交通的特点形成一套完整的体系，其研究成果也被整理进了“Transit Capacity and Quality of Service Manual”［2］。北美模型的重要特征是假定公交车以较为均匀的间隔到达车站，同时停靠时间近似服从标准正态分布，这与北美地区低频率、高稳定性、低客流的运营状况是相适应的。在中国城市中，快速公交在主客流走廊上运营，总发车频率较高，受横向封闭性和纵向封闭性的影响，很难实现均匀到达。

南美巴西专家以排队论模型和波哥大快速公交系统的实际经验为基础，提出了相应的快速公交通行能力计算方法［3］。这套方法较好地体现了编组和组合线路运营对提高系统上下客效率的作用，但没有进一步研究常规发车形式下多停靠位车站的运营机理，也没有分析平面交叉信号控制对系统通行能力的影响。

国内王炜等［4］认为公共汽车交通线路的通行能力受沿线各站通行能力的制约，而车站的通行能力取决于公交车占用车站的时间。冯浚、徐康明［5］利用排队论模型提出了通行能力计算方法，并根据在多个城市的调查数据标定了相关参数。住建部2011年科技计划项目“快速公交系统通行能力研究”在总结国内外近年研究成果的基础上，通过对国内已开通的多个城市快速公交系统的调查，建立了单一停靠位、多停靠位快速公交车站通行能力计算模型，并对关键参数进行标定，更适用于国内BRT系统的运营特征［6］。

本文引用“快速公交系统通行能力研究”［7］成果，以厦门BRT系统为例，对高架BRT系统通行能力进行分析。

1 BRT通行能力计算模型

1.1 计算模型

根据“快速公交系统通行能力研究”，快速公交系统通行能力由瓶颈车站决定，计算模型如下。

（1）单停靠位通行能力

式中：B1为停靠位通行能力，人次／h；T为公交车平均总停靠时间，s；Cmax为公交车额定载客量，人；λ为公交车的平均满载率；ρ为停靠饱和度，反映停靠位的繁忙程度，可按GI／G／1排队论模型的Kingman公式推算。

式中：ca为公交车到达间隔波动系数；cs为公交车停靠总时间波动系数，T为停靠总时间标准差与均值之比；W 为对应一定通行能力的公交车平均进站排队时间。

（2）车站通行能力。对于停靠泊位紧邻且线性布设的多泊位车站，由于车辆停靠时相互阻挡、干扰，靠后的泊位利用率相对较低；随着泊位的增加，停靠站通行能力的边际增量递减。停靠站通行能力

式中：Bs为车站通行能力，人／h；B1为停靠位通行能力，人／h；Nc为有效停靠位数量。

1.2 参数标定

（1）公交车额定载客量Cmax。根据国内快速公交系统运营经验，12m单机车的额定载客量约为80～100人，18m铰接公交车的额定载客量为140～160人。

（2）公交车的平均满载率λ。在系统运营较为平稳的系统中，平均满载率可取为0.9。

（3）平均总停靠时间T。公交车的整个停靠过程包括减速进站、开车门、上下客、关车门和加速出站这几个环节，平均总停靠时间

式中：tc为前车起步离站至后车进站停稳的最短时距，12m单机车为6～8s，18m铰接车为10～12s；td为公交车开门和关门的时间，通常取4～6 s；tb为最繁忙车门的登降总时间／s。

式中：p为车辆登降人数／人；φ为最繁忙车门登降人数占全车登降人数的比例，根据调查，12m单机车取60%，18m三开门单绞车取40%；tb为人均基准上下车时间，s，根据售检票、车门宽度、登降形式的不同，取值范围为1.5～2.5s；θ1为客流登降比例修正系数；θ2为车内站立区乘客密度修正系数；θ3为乘客行为特征修正系数。

（4）公交车到达间隔波动系数ca。依据对各地不同交通条件下公交车到达间隔分布的调查，公交车到达间隔波动系数可参照表1标定。

表1 公交车到达间隔波动系数

（5）公交车停靠总时间波动系数cs。反映停靠时间标准差与均值的比值，根据对国内各快速公交系统的调查，停靠总时间标准差与均值呈正相关关系：对于通过线路少、登降客流到达稳定、实施多车门同时登降的车站，可选取低值0.15～0.25；对于通过线路多、各线路间登降客流量差异较大、车站客流到达不稳定、前门刷卡／投币上车的系统，可选取高值0.35～0.40；典型封闭式或半封闭式快速公交系统，缺省情况下可选取0.30。

（6）公交车平均进站排队时间W。W 取值越大，系统越拥挤，车辆在车站排队越严重，运营速度和准点率越低，但通行能力越大，反之亦然。根据本研究在广州、厦门、郑州等地的调查，建议取值在10s左右。

（7）有效停靠位数量Nc。通过国内多个城市实际调查分析，多泊位车站的有效停靠泊位数可参照表2标定。

表2 线形布设的多停靠泊位车站有效停靠泊位数 个

2 高架BRT系统通行能力

厦门高架BRT系统除了具有传统BRT的公交专用道、新型大容量公交车辆、水平登乘、车外售检票、智能化运营管理等特征外，还具有以下特点。

（1）采用双向2车道，独立路权的高架BRT专用路，没有横向和纵向干扰，BRT车流比较稳定。

（2）高架BRT车站采用类似于轨道交通的“站厅层＋站台层”的形式，二层为站厅层，实现售票、检票、客流集散功能；三层为站台层，增加了车站可利用空间和乘客集散能力，提高了车站通行能力。车站设有2个停靠位，没有设置超车道。

（3）厦门BRT系统在线路起终点、多种交通方式交汇点等处设置多处枢纽站，具备乘客换乘、BRT停车、检修、调度等功能，运营效率高，可以实现高峰时段快速发车。

一般采用单车发车，3条线混合运营的形式，车辆以12m单机车为主，并有少量18m铰接公交车。根据式（1）～（3），按2个停靠位，12m车计算，厦门高架BRT系统通行能力约为7 500人／h。厦门BRT系统为12m单机车和18m单铰车混跑，高峰期最大断面客流约9 500人／h，远期如全部换成18m单铰车，通行能力最大可提升至14 500人／h。当车站设3个停靠位时，高架BRT系统理论上最大通行能力可达18 300人／h。

根据系统封闭性、售检票、车门宽度、是否水平登降等因素，对高架BRT系统和不同制式的地面BRT系统进行对照分析，假定均为双车道专用道，车站均设3个18mBRT车停靠位，车站不设超车道和子母站，常见BRT系统几种形式见表3。

表3 常见BRT系统几种情形

根据调查数据，利用式（1）～（3），4种BRT 系统通行能力计算见表4。

表4 BRT系统通行能力比较表

根据以上分析，地面BRT随着售检票、车门宽度、登降方式的改进，通行能力逐步提升，而高架BRT系统由于采用全封闭的BRT专用路，通行能力大大提高，与地面BRT（双车道、车站不设超车道和子母站）最好的情况相比提高约60%，优势非常明显。

3 提升高架BRT系统通行能力的措施

根据计算模型，车辆停靠时间及分布、车辆到达间隔分布、车站有效停靠位数量、车辆进站平均排队延误、车辆载客量5个技术参数共同决定快速公交通行能力［7］。结合厦门高架BRT的建设运营经验，还可以从以下几个方面进一步提升通行能力。

（1）采用大容量BRT车辆。根据计算，高架BRT系统采用12m单机车和18m单绞车在通行能力方面相差近1倍，厦门BRT系统实际运营中也在逐步替换18m车并取得了显著效果，因此高架BRT系统车辆选型、车站设计、停车场设计时应尽量采用大容量BRT车辆。

（2）提高有效泊位数。增加有效停靠泊位是快速公交系统实现大运量的重要手段，厦门BRT高架车站均按2个停靠位设计，目前客流量较大的车站如火车站、嘉庚站等通行能力已达到极限，高峰小时拥堵较严重。当采用直线型路内停靠方案时，从投资／收益角度，大客流车站最多设3个停靠位（见图1），此时车站断面通行能力最大为18 300人／h。

图1 直线式路内停靠方案示意图

如3个停靠位仍无法满足客流需求，可研究路外停靠方式或结合枢纽站上下客。港湾式路外停靠站方案（见图2）和穿越式停靠站方案（见图3），通过改善停靠泊位利用率提高瓶颈车站的通过能力，但车站规模较大，需要结合客流量、工程造价、实施难度及人流组织复杂性、场地条件、与周边环境协调性等因素进行综合论证。

图2 路外港湾式停靠方案示意图

图3 穿越式停靠方案示意图

此外，岛式站台（见图4）与侧式站台相比可以有效提高站台利用率，快速疏散站台乘客，方便乘客换乘，特别是在潮汐客流明显的线路上优势更明显；但岛式站台一般需要左开门，对车辆要求较高，对BRT系统的开放性及车辆的通用性有一定影响。

图4 岛式站台设计方案（左开门）

（3）优化车站布局及站台设计。高架BRT采用类似于轨道交通的“站厅层＋站台层”的车站形式，增加了乘客集散能力，提高了车站通行能力和服务水平。设计中需注意保证站台可利用空间，通过信息显示及标识系统等方式对乘客进行有效诱导和管理，提高乘客上下车效率，进而减少车辆停靠时间和波动性。

4 结语

本文引用住建部2011科技计划项目“快速公交系统通行能力研究”中的方法，对厦门高架BRT系统通行能力进行定量分析，同时将高架BRT和不同制式的地面BRT通行能力进行对照分析。结果表明，高架BRT系统由于采用具有独立路权的BRT专用路，类似于轨道交通的“站厅层＋站台层”的高架BRT车站，降低了到达间隔波动系数和停靠时间，与同样制式地面BRT系统情况相比通行能力提高约60%，优势非常明显。

在规划设计阶段，可以通过采用大容量BRT车辆，增加有效泊位，优化车站布局及站台设计等方面，提高高架BRT系统通行能力。

［1］ 中铁第四勘察设计院集团有限公司.厦门市快速公交（BRT）运能提升及运营安全设施改造工程可行性研究报告［R］.武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2014.

［2］ Kittelson ＆ Assoeiates.TCRP100：Transit Capacity and Quality of Service Manual［M］.2nd ed.TRB，Washington，D.C.2003.

［3］ 通行能力巴西经验［EB／OL］.2004，http：／／www.brtchina.org／ReportC／BRTCapPPT.pdf.

［4］ 王 炜，过秀成.交通工程学［M］.南京：东南大学出版社，2000.

［5］ 冯 浚，徐康明.快速公交系统通行能力计算方法研究［J］.城市交通，2007（5）：81－86.

［6］ 中铁第四勘察设计院集团有限公司.快速公交系统通行能力研究［R］.武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2012.

［7］ 冯 浚，张清峰.快速公交系统通行能力研究［J］.城市交通，2013（3）：76－82.