欧洲城市空中交通可持续发展浅析

张坐

预计到2050年，世界人口将达到99亿，其中68%将居住在城市地区。届时，城市交通环境将日益复杂，政府公共基础设施和服务能力将受到巨大挑战。交通运输占欧盟温室气体排放量的25%以上，是造成气候变化的主要原因。为了满足城市化建设需求，智能城市交通逐渐普及，在交通运输效率和交通模式方面引入了新的方法，例如空中交通、共享移动服务、多式联运等。其中城市空中交通（UAM）是指城市内部和周边区域的航空运输系统，能够连通各区域交通运输，具有超越城市环境的潜力。欧盟委员会设想将UAM作为当前交通模式的补充，在降低成本的同时减少环境影响。目前，已有相关监管机构开始逐步制定并落实部署UAM服务的相关政策。

指导方法

为了实现UAM可持续发展，白皮书整合了欧洲主要政策工作和研究活动成果，支撑并指导UAM可持续框架的设计。

可持续城市交通规划

可持续城市交通规划（SUMP）是应对复杂城市交通的战略性综合方法，可持续指的是一种长期、多维、根本的转型过程，通过这一过程，现有的社会技术体系能够向更可持续的生产消费模式转变。推动城市交通向可持续性过渡恰好就是UAM的一个重要使命。

2021年12月欧盟编制了《可持续城市交通计划和城市空中交通行业简报》（SUMP-UAM），描述了UAM服务在SUMP中的规划、建模和实施过程，强调了将UAM纳入可持续城市交通规划过程的重要性。

白皮书广泛遵循了SUMP-UAM结构，考虑社会、经济和环境等方面影响，从项目规划和设计阶段开始解决可持续发展问题。

出行即服务

出行即服务（MaaS）指的是出行者不再需要购买交通工具出行，而仅仅根据自身出行需求购买不同运营商的出行服务的概念。MaaS使交通模式能够从个人占有向全民服务转变。对UAM而言，MaaS能够为特定城市环境中的所有用户提供的服务，而不是仅针对某种特定交通模式的用户。

MaaS方法旨在通过以下原则实现UAM的可持续发展：

◆ 多模态，允许从分段和单一的交通形式向集中运输和多式联运转变；

◆ 动态化，允许不同交通方式的组合，通过渐进交通服务稳定产品的扩展；

◆ 模块化，是一个模块的交通平台，包含多种交通方式；

◆ 友好性，允许用户规划和定制行程；

◆ 零排放，将多种形式的环保交通模式集成到单一的交通服务中。

可持续商业模式和产品服务系统

为了规划UAM的短期发展模式，利润驱动业务的工作模式需要向以用户为中心的可持续驱动业务模式转变，可持续商业模式（SBM）和产品服务系统（PSS）是这一转变过程的关键。

SBM方法指出，商业模式不仅能够以一种新方式来研究公司与自然、社会和经济环境之间的关系，同时还能提供潜在的可持续方法来设计其中的商业架构。

PSS框架阐述了新技术如何为客户带来价值，其不仅只涉及产品本身，还包括产品能够提供的所有附加功能和服务。

预期成果

城市生态系统具有高度复杂的特点，UAM作为城市交通生态系统的一部分，为了满足无障碍性、安全性和环境可持续性的要求，白皮书对UAM的未来发展提出了相应设想，分析了UAM的潜力和可行性，为UAM可持续框架提供了创新的结构。

增强现有交通系统

UAM将成为一个不断发展的净零运输系统，加强现有的交通网络，提升交通可持续性。与此同时，UAM还有助于推动移动网络的可持续发展，补充交通运输方式，整合并加强现有运输网络（如：多式联运系统），为城市内部和城际之间提供更大的连通性。

实现碳中和

UAM在其相对全排放周期中，将是一个碳中和的生态系统。这意味着UAM将在消耗阶段实现零排放，同时在整个生命周期内实现排放量最小化，有力支撑欧盟绿色政策，遵循“可持续转化”的概念进行发展。

获得社会认可

联航部门为社会服务而设计，其与公众合作将更加密切，社会认可度也会更高，并能够发展综合运输系统。公众的参与是解决安全问题的关键，与公众开展密切合作，开发综合运输系统（如：SUMP-UAM），提出以用户为中心的业务模式（如：PSS和SBN），描述获得社会认可的具体方法，这些都将有助于UAM提供包容性和无障碍的服务。

创造高技能工作

UAM将在推进系统、导航和监管实践程序等方面带来快速创新，为欧洲创造新的高技能工作机会，加强其战略领导能力。也就是说，UAM可以带来新技术创新（如：推动监管发展的推进系统），成为创新解决方案的“孵化器”，为更广泛的航空行业服务，有利于欧洲巩固其战略领导地位。

提供先进运输系统

客运链和供应链将能够以安全、高效和可持续的方式在城际运输，这要求UAM在技术上是安全的，并制定嚴格的安全标准，根据市场监管前景确保成熟的安全水平。同时，UAM将适用于客运链和供应链，重点关注关键任务，支持自然生态系统保护。

可持续框架设计

在评估UAM的环境影响时，现有研究大多借鉴了航空部门的标准：UAM的环境性能主要由CO2排放量来表示。然而，这种评价方法过于简单，碳中和不能仅在使用阶段进行评估，而应该考虑整个生命周期（从原材料开采到寿命结束）的能源使用和后续排放。也就是说，评估环境影响时有必要采用详细的生命周期分析。在新形势的推动下，制定一套系统的UAM可持续性框架十分必要，白皮书中具体分为确定价值、评估影响、部署监控三部分。

确定价值

UAM可持续建设的各项基本要求，主要涉及了环境、社会、技术、安全和機动五个关键领域，其目标是识别公共价值，具体包括：使用电动或混合动力飞机、减少事故死亡、按需提供、耗时缩短1.5-2倍、增强灵活性、促进家庭护理系统等方面。

评估影响

评估影响主要是指UAM对社会、环境和经济等方面影响的评估，这与UAM可持续性关系密切。在这一过程中，将确定每个公共价值的影响范围，之后处理UAM的主要特征，并进行相应的评估工作。

部署监控

部署监控主要指UAM在社会层面的应用，包括商业交付、通信导航监视（CNS）、休闲活动和紧急服务等方面。例如：在MARS 4 EARTH项目中，无人机将配备摄像头和智能传感器甚至机械臂来执行任务。在医疗救护方面，UAM可以利用已有的直升机基础设施和服务，并同时具有环境破坏小、空间效率高、噪声污染低等特点。

关键技术

表面上，UAM将使用较多的电动交通工具，不会直接排放废气，比传统交通运输更为环保。实际上，事情并没有那么简单。为了能广泛地评估UAM对环境的影响，需要考虑UAM的原材料获取、能源、材料生产制造、分发与使用、处理回收再利用等多个阶段，定性或定量评价UAM的环境影响情况。因此，引入了生命周期评估（LCA）和可持续城市交通指标（SUMI）两种评价方法指标。

生命周期评估

生命周期评估是一种国际标准化方法，可用于评估产品全生命周期的环境压力。这种评估方法在考虑传统生产现场和制造过程的基础上，考虑了产品整个生命周期中的环境、社会和经济影响，可进一步管理商品和服务的整个生命周期，以实现可持续的生产和消费。

生命周期评估是一种相对的评估方法，一般分为4个阶段；

（1）目标和范围。目标和范围阶段说明了应用、开展研究的原因和预期受众。该阶段也定义了确切的功能单元和系统边界。

（2）生命周期清单。生命周期清单是指对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响进行汇编和评价。系统边界内每个最小单元的数据经采集和d验证，最终与功能单元建立联系。

（3）生命周期影响评估。生命周期清单的结果将与环境影响类别和指标建立联系，这一过程是通过生命周期影响评估方法完成的，该方法首先将排放物进行分类，确定其涉及的环境问题，之后将环境影响表征为通用单位，以便进行比较。

（4）生命周期解释。最后，在生命周期解释阶段，根据第一步规定的目标和范围，解释生命周期清单和生命周期影响评估的结果（包括完整性、灵敏度和一致性检查），并阐述所得结果的不确定性和准确性。

在UAM分析过程中引入生命周期评估方法，将促进UAM与现有运输系统的协同使用。例如，在某些情况下，传统出行方式可能优于UAV，此时，生命周期评估方法将允许UAM的环境性能与其他运输模式进行比较，支持多式联运，从而识别最符合可持续性的路径。此外，生命周期评估将有助于评估高效回收对碳中和的影响，并减少对原材料和生产能源的需求。

可持续城市交通指标

可持续城市交通指标由欧盟委员会制定，用于确定城市交通系统的优缺点，并关注其中需要改进的地方。支持对城市交通系统进行标准化评估，衡量新的交通政策带来的提升。

目前，部分SUMI指标已经涉及UAM相关的方面，当然，也有一些SUMI指标并没有具体针对到UAM的关键内容。为了使SUMI指标能更好地适用于UAM，白皮书对SUMI内容进行了相应的扩展（见表1）。

结束语

城市空中交通作为移动性和城市发展的一个重要组成部分，在电推进、先进轻质材料、飞机结构、空中交通管理数字化等方面已取得一定成效。然而在法规、网络安全、基础设施规划、电池更换等方面，仍面临许多挑战。UAM极有可能在几年内投入使用，在其正式运行前，有待进行进一步的整体规划和详细设计，明确UAM的潜在益处及其可能面临的挑战，以确保UAM能适应城市和郊区生态系统。

最后，对UAM的未来建设提出以下几点建议：

（1）短期：组织公共讨论，以公正、公开、透明的方式讨论UAM的潜在益处和挑战，重点关注公众服务方式，与不同的利益相关群体共同建设。

（2）中期：尽早向公众提供无人机、空中出租汽车特点的第一手经验（如产生的噪声、尺寸、飞行行为等）。

（3）长期：推动并保持不同部门之间的持续合作与协调，进而确定UAM如何将适应城市交通规划，以及如何融入现有的城市环境。