郑丽娟，董德存

（1.浙江师范大学行知学院，浙江 金华321004，2.同济大学交通运输工程学院，上海201804）

0 引言

快速公交系统（Bus Rapid Transit，简称BRT）是一种介于轨道交通与常规公交之间的新型客运系统，利用现代公交技术配合智能交通的运营管理，使传统的公交系统基本达到轨道交通的服务水平，其投资和运营成本大大低于轨道交通，与常规公交接近[1]。它是一种大运量交通方式，采用先进的车辆，时空双向优先，为出行者提供了一种更快速、更舒适、更灵活的公交出行方式，通常也被人称作“地面上的地铁系统”。在全面实施城市公交优先发展战略下，目前我国已有十余座城市建成适合当地居住特点的快速公交路网。但由于运营组织方法的落后，BRT 的服务水平仍较低。例如：BRT 系统准点率误差一般不会超过1.5min，但北京BRT开通后平均误差达到15min[2]。

为保证BRT 的快速高效运行，提高BRT 的运营组织水平，可以借鉴轨道交通运营组织中利用列车运行图组织全路列车运行的思想，对BRT 的运营实行精细化管理和扁平化指挥，使快速公交系实现轨道交通运营服务水平。近年来部分学者已开始采用运行图的理念来解决公交运营组织中的相关问题。文献[3]和文献[4]对基于运行图的公交优先系统进行了初步的探讨和研究；文献[5]从时空两方面对BRT 的优先系统的构成进行了研究，文献[6]提出了公交车时空图图解法并以此研究了公交专用道的区间运营能力；文献[7]基于GI/G/1 排队论模型和车站有效停靠泊位数研究了快速公交系统通行能力计算方法；文献[8]参考轨道交通运营组织方法研究了快速公交运营组织方法，并以车均延误时间为主要评价指标，文中组织公交车辆以车队形式运营可以节省延误，但对于乘客来说，发车间隔的不均衡反而会降低服务水平。本文将在前人的基础上对快速公交运营组织的运行图设计和编制展开研究：首先介绍基于运行图的BRT 系统构成和系统条件，然后研究BRT运行图的主要要素的确定和编制方法，最后以济南市BRT1号线为例进行BRT运行图的编制。

1 基于运行图的BRT系统

在轨道交通系统运输生产中，列车运行图是一个综合性计划，用以表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文件，它规定各次列车占用区间的程序，列车在每个车站的到达和出发（或通过）时刻，列车在区间的运行时间，列车在车站的停站时间以及机车交路、列车重量和长度等，是全路组织列车运行的基础[9]。快速公交系统作为“地面上的地铁系统”，一旦具备时空优先的条件，就可以采用当前成熟的轨道交通运营技术，实现有计划的准点到站、发车，大幅提高BRT的服务水平。

1.1 基于运行图的BRT系统构成

通过与轨道交通系统的相似性比较原理，BRT系统在采用运行图技术进行运营组织时，其核心要素主要包括6 个组成部分，即BRT 公交专用道、专用车站、专用车辆、通信系统、智能交通技术和运营调度指挥系统。图1 所示为基于运行图的BRT 运营系统构成图，它是实行运行图技术的前提条件。

图1 基于运行图的BRT系统构成

1.2 基于运行图的BRT系统条件

为了使BRT 系统能够运用运行图进行运营组织，必须具备以下几个方面的条件。

（1）独立路权的道路系统

轨道交通能够运用列车运行图来组织运行，是因为其在空间上具有独立运行的线路，为了确保BRT 运用运行图的有效性，BRT 必须要有独立路权的道路运行系统，主要包括：专用车道、专用车站和专用交叉口进口道。其中专用车站主要功能应包括交通功能和运营管理功能，交通功能体现在为公交乘客提供上下客、集中换乘，以减少乘客的换乘时间和距离；运营管理功能应包括许多轨道交通车站的特性，BRT售检票系统、运营信息管理系统，此外，在设有超车道的车站，还可以供公交车在该站进行越行（也即超车）。

（2）信号优先系统

在城市道路资源日趋紧张的今天，空间优先方式虽然效果显著，但快速公交专用道的空闲率较高、利用率低，纯粹空间优先方式不能满足实际需求。因此在公交优先的技术研究中，还需要时间优先系统，即信号优先控制系统。BRT通行信号优先权可以通过对公交车辆进行检测，而后通过与信号机的联动和一定的信号优先方式（如相位伸缩、优先相位插入等）来实现。信号优先通行技术主要包括BRT 车辆检测识别技术和信号优先控制技术两部分，优先信号控制策略大体分为三类：被动优先、主动优先和实时优先[5]。在基于运行图的快速公交运营组织下，可以采用信号控制与运营计划结合的方式，以BRT 车辆的路段平均运行速度代替一般车辆的平均运行速度作为线控参数确定的标准设计绿波带，以此提高被动优先的交叉口运行效率。路段上各交叉口基于相同信号周期的绿波带设计如图2所示。

图2 基于相同信号周期的绿波带设计图

（3）专用车辆

BRT 专用车辆有别于常规公交车辆，其在运能、速度、外形尺寸、动力系统及内部配置等方面都优于常规公交车辆。BRT 车辆应选择大容量、低排放、更舒适的低地板铰接公交车。BRT系统一般采用单铰接或双铰接车辆，提高了车辆容量；低地板、大开门的特殊设计能够使乘客特别是残疾人快速平稳地上下车，减少上下客的停站延误，以提高运营速度；实时信息显示与播报系统使乘客感受更加方便。

（4）智能化的运营管理系统

快速公交系统能够运用运行图进行运营组织，除了以上的独立路权的专用道、信号优先控制系统和专用车辆外，还需要智能化的运营管理系统，包括智能调度系统、运营监控系统、乘客信息服务系统、计划排班系统、车辆定位测速系统等。

2 快速公交运行图的编制

2.1 BRT运行图的图解表示

从图解原理上，运行图是运用坐标原理对列车运行时间、空间关系的图解表示，由横轴、纵轴、垂直线、水平线、斜线、时间和车次等7要素组成。目前我国轨道交通系统列车运行图采用以横坐标表示时间，纵坐标表示距离的形式，列车运行图上的水平线表示分界点的中心线，水平线间的间距表示分界点间的距离，垂直线表示时间。由此，快速公交运行图图解的7要素代表的含义如下：

（1）横坐标：表示时间变量，按要求用一定的比例进行时间划分，快速公交系统可以考虑采用一分格或半分格，即每一等分表示1min或30s；

（2）纵坐标：表示距离分割，根据区间实际里程比率法，采用规定的比例以车站或交叉口中心线所在位置进行距离定点；

（3）垂直线：是一族平行的等分线，表示时间等分段；

（4）水平线：是一族平行的不等分线，表示各个车站和信号交叉口中心线所在的位置；

（5）斜线：即车辆运行轨迹线，轨迹线斜率的倒数可表示车辆运行速度的大小；不同线路的快速公交采用不同颜色的线条表示；

（6）在列车运行图上，车辆运行线与车站的交点即表示该车辆到达、出发或通过的时刻，由于公交车停站时间较短，一般不标明到、发不同时间；

（7）在列车运行图上，每个列车均有不同的车号与车次，上行车次用偶数表示，下行车次用奇数表示。

2.2 BRT运行图的主要要素确定

在编制BRT 运行图前，必须收集编图资料并确定运行图的要素。编图资料包括：运营时间、分时最大断面客流量、车辆定员数、车辆保有数、车辆折返能力、车站停靠泊位数、车辆停站时间、交叉口绿灯时间、乘务员作息安排、与其他交通方式的衔接以及对现行列车运行图完成情况的分析等。BRT运行图要确定的主要要素包括基础时分标准、发车间隔、交路方案及车辆运用数。

2.2.1 基础时分标准

BRT运行图编制中最基础的数据是基础时分标准，主要包括根据节点距离和车辆运行速度计算出来的运行时分标准、根据乘客的上下车人数及车门数确定的停站时间、折返时间、公交车辆间最小安全间隔时间和其他各种间隔时间等数据。

2.2.2 发车间隔时间

城市轨道交通列车运行图主要有三种类型：工作日、双休日和节假日的运行图。三种运行图最主要的区别是运行间隔时间安排不同[10]。为实现快速公交的精细化管理，提高快速公交的运行效率和服务水平，快速公交的发车频率和发车间隔也应根据工作日和节假日的客流特征进行不同的安排。车辆发车间隔时间应根据一天中各个时段的最大断面小时客流量，分别计算每个时段与客流量相适应的发车间隔。定义ni为分时开行车辆数，t间i为第i个时间段的发车间隔时间，其计算方法为：

式中：ni为分时开行车辆数（列）；t间i为分时发车间隔（s）；m为公交车定员数（人/辆）；βi为时间段i的满载率；为时间段i的最大断面客流量（人/h）。

式（1）中列车开行数要取整数，在计算得出分时发车间隔的基础上，还应检查是否存在某段时间内发车间隔过长的情形，高峰小时的发车间隔是否与车辆折返能力相适应，配备的车辆数是否满足最小发车间隔下所需要运用的车辆数量，最后才能最终确定全日各时段的发车间隔。

2.2.3 车辆交路方案

根据快速公交线路客流分布特征可知，其在时间和空间上都具有不均衡性，为提高快速公交的运营效率，针对不同的客流分布规律应制定相应的车辆组合调度形式。车辆组合调度形式主要包括：车辆停站方案（站站停、跨站停、区间停）和车辆交路方案（常规交路、混合交路和衔接交路）。车站停站方案中的跨站停和区间停会给旅客带来不便，因此在这里不作讨论。本文主要考虑根据线路断面客流分布特征进行车辆交路方案的组合调度。在快速公交线路上，由于各个车站乘降人数的不同，线路上各区间的断面客流通常各不相同，甚至相差悬殊。反映线路单向各个断面客流不均衡程度的系数可按下式计算：

式中：Ki为第i个断面的客流不均衡系数；pi为第i个断面的单向客流量（人）；K为单向线路断面数（个）。

在断面客流不均衡程度较大的情况下，为了运营的经济性，可以考虑采用特殊交路车辆开行方案。断面客流分布为阶梯型时，可采用大客流区段和小客流区段分别开行不同数量列车的衔接交路方案，或在大客流区段加开区段列车的混合交路方案；断面客流为凸字型时，可采用在大客流区段加开区段列车的混合交路方案。开行混合交路方案的判断准则如表1所示。

表1 开行混合交路方案判断准则

2.2.4 车底运用数量

为完成旅客运送任务，快速公交系统必须设置停车基地，配备一定数量的车辆。车底需要的数量（N车底）是指在满足给定的运行间隔时间条件下所需要运用的车底数量，它与发车间隔时间及车底的运行周期有关。车底周转时间（θ车）是指列车在线路上往返一次所消耗的全部时间，它包括了车辆运行时间，在各车站的停站时间，以及在两端折返站的折返停留时间。θ车的计算公式为：

式中：∑t运为车辆在线路上往返一次的运行时间和（s）；∑t站为车辆在线路上往返一次各车站的停站时间和（s）；∑t折返为车辆在折返站停留时间之和（s）。

车底需要数量（N车底）的计算公式为：

2.3 BRT运行图的编制流程

在掌握上述基础数据资料后，就可以进行BRT运行图的编制。可以参照轨道交通列车运行图的编制流程，大体经历研究讨论、编制方案、铺画详图和计算指标四个阶段，具体工作流程如下：

（1）收集编图资料，对有关问题组织调查研究和试验，计算确定列车运行图要素；

（2）总结分析现行公交运行图的完成情况和存在的问题，提出改进意见；

（3）确定全日行车计划；

（4）确定运用客车辆数；

（5）编制车辆开行方案，并根据车站、车辆、运营和调度部门意见进行调整；

（6）根据车辆开行方案，结合沿途交叉口信号配时，辅画详细的公交运行图；

（7）对公交运行图的编制质量进行全面的检查，并计算BRT运行图指标。

BRT运行图的主要指标有：开行车辆数、折返车辆数、发车间隔、车辆技术速度、车辆旅行速度、输送能力和运能利用率等。

3 案例分析

本文以济南市BRT 1 号线为例运用上述规则进行快速公交运行图的编制。

3.1 济南市BRT1号线线路概况[11-12]

济南市BRT1号线路位于北园路高架桥下，沿北园大街，从全福立交桥西至黄冈路东，全长11.6km。该线全程共设停靠站台17 个，均为中央岛式站台，平均站距约为725m；站台全部采用封闭式，车下售票，车辆靠左侧停靠和上下乘客；全线除东工商河至三孔桥2站间路段外，全部采用到路中式BRT 专用道，专用道与社会车道间采用栅栏物理隔离；沿途有5 个较大的交叉口，其中2个位于起始点位置，其余3 个都在路线的中间部分，在平面交叉口和行人过街通道处，BRT均不享受公交信号优先。该线路运营车辆选用18m双铰链豪华公交车辆35部，平均运送速度为18.15km/h，平均行驶速度为29.45km/h（不包括所有停车延误）。

3.2 线路运营方案

根据BRT 公司提供的统计资料[12]，济南市BRT1 号线的日平均客运量为33 648 人次，早高峰小时的平均单向断面流量为3 111 人次/h，晚高峰为2 800人次/h。线路运行时间为5：30—21：30，根据客流量高低划分为高峰时段和非高峰时段，采用全程车单一方式，高峰时段高频率发车、平峰时段降低发车频率，同一时段内发车间隔均衡的调度方案。

3.3 客流特征分析

济南市BRT1号线走廊周边的土地利用性质综合，其工作日分时最大断面客流分布比例如表2所示，其分时客流分布呈现“双峰型”，即有早晚高峰，且早高峰大概出现的时间在7：30—8：30，因此应针对不同时段的客流特点制定不同的发车间隔时间。在方向客流分布上，BRT1 号线高峰小时上下行两个方向的客流走向一致，因此线路上下行采用同一发车方案。在断面客流分布上，该线路断面客流量呈“凸起型”分布，其断面不均衡系数如表3所示，从站点5到站点13之间的路段断面客流量较高，不均衡系数除断面11 外均大于1.25，不均衡系数均值为1.29，可以考虑加开小交路车。

表2 分时最大断面客流分布比例表

表3 BRT1号线各断面客流分布的不均衡系数

注：表2和表3数据分别来源于文献11中图5-1和5-2相关数据的计算。

3.4 BRT运行图的铺画

铺画运行图时，首先确定全日行车计划。济南BRT1 号线的早高峰小时最大断面客流量为3 111 人，根据表2 分时最大断面客流分布比例，可计算出全日各时段的最大断面客流量。BRT 专用车辆采用18m 长的铰接车辆，额定载员160 人；车辆在两端的折返时间为2min；线路断面满载率，早晚高峰小时为1.1，其他运营时间为0.9。根据式（1）可计算得出该线的全日行车计划，如表4所示。

表4 济南BRT1号线全日行车计划

根据2.2 节所述，确定BRT 运行图的主要要素。车辆运行速度取30km/h，停靠时间为40 s，根据表3 确定大小交路的开行数量比为2∶1，图3 为该线路下行方向高峰小时的运行图。

图3 济南BRT1号线下行方向高峰小时运行图

最后，计算列车运行图指标。运营高峰期间根据客流需要的开行车数是每小时18 列，发车间隔为3min20s，但因设置大小交路，因此在小交路区间发车间隔是3min20s，而非交路重叠区间发车间隔是5min。车辆技术速度为30km/h，车辆旅行速度为20.6km/h，大交路的车底周转时间θ车为72min，小交路的车底折返时间为38min。车底需要数量为N车底=72min/5min+38min/10min=18辆，比配置的35辆车要少很多。

4 结语

快速公交作为一种快速、舒适、高效经济的新型公共交通方式，成为我国城市公共交通发展的一个重要方向。但在快速公交的运营中，仍然采用单一全程车、每天固定的发车间隔的运营模式，致使系统运行效率不高、服务水平不好，对客源的吸引强度不大，远没有发挥其应有的作用。本文借鉴轨道交通运营组织中利用列车运行图组织全路列车运行的思想，对BRT 基于运行图的运营组织进行了研究。首先，分析了快速公交系统基于运行图运营组织的系统构成和系统条件；然后，设计了BRT 运行图的图解表示和编制流程，并对运行图主要要素的确定进行了研究；最后，在实例分析中，以济南BRT1号线为例，根据线路条件和客流特征进行了高峰小时运行图的编制。结果表明，如果快速公交能够按图运营，能提高旅行速度、节约运用车辆，这为BRT 的运营组织管理提出了新的思路，具有一定的指导意义。

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