需求響應捷運服務在低密度地區的探索性研究

朱洪 何婷

摘要：在客運需求較分散的低密度區域，以需求響應捷運服務來替代部分傳統公共交通服務的必要性越來越明顯。在移動互聯網、無人駕駛和智慧出行等技術不斷發展的大背景下，需求響應捷運服務迎來了新的機遇，可以靈活選擇不同外觀和容量的車型，實現差異化服務。探索研究需求響應捷運服務的意義在于為替代小汽車出行尋找更有競爭力的綠色出行方式，促進交通領域“雙碳”目標的實現，適應數字化轉型背景下多樣化的出行需求。在試圖探索一種適用于低密度區域的新交通服務模式的基礎上，改變傳統交通規劃以“線”為主體的思維方式，從“面”的角度思考交通系統的規劃，同時為無人駕駛等新技術設計一個城市交通的應用場景。針對長三角示范區低密度的特性，以金澤鎮為例進行需求響應捷運系統概念設計，評估系統的運行效益，對該系統的規劃進行探索性研究，以期為城市交通可持續發展提供一種新的選擇。

關鍵詞：需求響應；捷運；個性化；數字化；探索性

文章編號 1673-8985（2023）06-0131-06 中圖分類號 TU984 文獻標志碼 A

DOI 10.11982/j.supr.20230617

過去幾十年，國內交通基礎設施的建設主要集中在骨干道路和軌道交通領域。這些交通基礎設施的建設一定程度上滿足了城際出行和以城市高密度核心區為起訖點的出行需求。但是在城市近郊區、遠郊區，以及半城市化區域，傳統集約化公共交通模式普遍存在吸引力不足、載客率低、嚴重虧損等與可持續發展違背的情況，而這些區域也是小汽車出行水平最高的地方，拉高了城市交通領域碳排放的平均指標。僅僅將城市中心的交通系統向外延伸無法完美匹配外圍區域的出行特征和需求，因此更需要探索一種為這些區域專門設計的更為有效的捷運服務模式。目前，無人駕駛車輛技術已經獲得了長足的進步和突破，但仍然缺乏在城市中的應用場景設計。城市作為一個高度組織的系統，新的技術永遠只有融入到完整的系統中去才能發揮出巨大的效用，因此在研究無人駕駛車輛的同時，急需研究無人駕駛車輛在城市中廣泛的、系統性的、高度組織的、精密的應用場景。這項工作不是由汽車制造商來完成，而應該由城市規劃師首先完成頂層設計，并提出相關產業發展的指導性建議。

1 探索研究需求響應捷運服務的目的

1.1 為替代小汽車出行尋找更有競爭力的綠色出行方式

在過去幾十年中，小汽車對我們的生活方式產生了巨大的影響，尤其是很大程度上改變了城市化區域的形態和密度。我們按照小汽車出行的需要設計城市，這帶來的結果是使小汽車出行的優勢更加明顯，大量的郊區區域被開發，從而導致交通擁擠向更多的區域和更大的范圍擴散，使常規公交系統的運營效率更難以維持。

20世紀70年代以后，上海及國內其他大城市均經歷了從中心向外圍的快速城市化過程，城市居住人口以面狀的形式逐漸從中心擴散到周邊外圍區域，而大容量的公共交通網絡主要還是呈現出從中心向外圍放射的線形形態。隨著周邊部分軌道交通節點區域的集中發展，外圍次級中心的密度及經濟影響力逐漸增強，整個城市逐漸發展成為一個遠遠超越主城區范圍的超大城市。擴散的人口首先填充了公交走廊周邊的區域，通勤交通依舊呈現出明顯的潮汐特征。小汽車的大量普及使放射性客運走廊中間的郊區地帶也逐漸被填滿，雖然這些區域沒有良好的公交服務，但是依然可以依靠小汽車來完成出行。雖然城市規劃鼓勵高密度發展，并將新的建設盡量控制在有良好公共交通服務的走廊區域，但是實際上很多新的開發都在建成區域的邊緣，并且不一定被局限在公交走廊的范圍內。這導致大部分原本可以通過步行或非機動車完成的出行，由于距離的增加及公交服務水平低等原因，向小汽車方式轉移。

超大特大城市一直致力于引導小汽車有節制地出行，同時不斷改善公共交通服務。但是在城市實際發展過程中，總是存在一些辦公或商業地塊的開發單位要求獲得更便利的小汽車出行條件。由于缺少一種交通方式能夠有效替代小汽車，迫使公交系統必須不斷調整和優化使其能夠與小汽車競爭，但是往往事與愿違。在較小的城市中，較短的出行高峰時段和較小的交通需求集中的區域，無法支撐傳統公交的運營效率，對小汽車的依賴程度更高。以長三角示范區為例，建設用地3 000—4 500人/km?的低密度發展無法支撐公共交通的高頻率發車，因此公交服務水平相對較低，從而導致這些區域交通出行更依賴小汽車。

1.2 促進交通領域“雙碳”目標的實現

交通是加速氣候變化的主要影響因素之一?？刂瞥鞘薪煌I域碳排放的措施包括減少或控制出行需求，用清潔能源動力的車輛替換現有的各類車輛，以及將出行需求更多地往能源效率更高的公共交通模式引導[1]。優化交通出行結構是從源頭上實現交通減排的重要舉措，需要作為一個長期戰略來持續實施。但是受城市空間結構的影響，交通出行結構具有明顯的地域差別性，也需要制定因地制宜的優化目標。優化供給結構是另一個減碳路徑，主要通過優化供給匹配來提高運輸效率，進而提升減排效益。提高公共交通出行比重的初衷是為了提高整體運輸效率，當公交運輸效率低下時，往往有違初衷。需求響應捷運服務是對優化供給結構的一種探索，以使用者需求為導向，在低密度區域或低需求時段，研究符合個性化出行路徑與時間要求的智慧出行服務，從而實現供給與需求精準匹配的高效運行。

1.3 適應數字化轉型背景下多樣化的出行需求

數字化轉型越來越成為推動經濟社會發展的核心驅動力，必將重塑交通服務模式和市民出行方式。一方面，生活數字化將豐富市民的日?；顒?，從而強化市民出行個性化趨勢。市民出行目的多樣化，對交通服務提出差異化要求，不僅要關注出行時間，還要更關注出行的個性化體驗。另一方面，治理數字化也為兼顧高效和個性化服務提供了技術支撐，需求側實現智慧引導，供給側實現精準調度，促使個性出行與集約服務實現無縫銜接。在數字化轉型背景下，傳統的公共交通運營模式將得到進一步創新變革的機會，高品質的個性化供給與智慧出行服務將實現融合，相對于小汽車出行，更有競爭力的需求響應捷運服務迎來了發展機遇。

2 需求響應捷運服務的發展前景

2.1 發展現狀

目前國內已經有很多個性化公交服務的嘗試性項目，基本上都以“定制公交”或“拼車”的形式出現。乘客通過軟件提交出行需求信息，通過大數據平臺進行信息匯總和處理，計算得出最優的運營線路和接送客順序，力爭使乘客和運營企業的綜合效益最大化[2]。但是大部分項目都未能取得預期的效果，主要原因是運營線路和?？空军c數量的不固定使公交的出行時間變得更加不可靠，同時由于車輛數的限制導致很多出行需求無法被快速響應[3]。這給需求響應捷運服務的發展帶來了一些質疑，例如英格蘭地面公交國家戰略的報告中得出了“需求響應式公交永遠無法取代高頻的城市公交和城際公交線路”的結論[4]。但是需求響應捷運服務并不等同于現有的需求響應公交，伴隨無人駕駛技術的發展、5G技術的全面應用，以及將系統設計得更具人性化，其未來發展的前景依然可以期待。

英國戴文垂市是第一個將需求響應捷運服務作為一種新交通模式納入城市綜合交通規劃中的城市，在一份由科林布坎南（Colin?Buchanan）公司在2006年前后完成的研究報告中，用交通模型系統地分析了這種新交通模式對城市交通出行的潛在影響。其規劃編制了一個由長50 km的網絡和50個站點組成的需求響應系統。交通模型計算分析的結果是在合理票價的情況下，預期將會有一半的小汽車出行向新系統轉移。

戴文垂市是一個現狀以小汽車出行為主導的小城市，其所面臨的規劃和交通問題與國內很多市郊區域或小城市非常相似：即使傳統公交網絡的規模較大，其載客率也比較低；城市規劃有大量向外擴張的建設計劃，既需要解決交通擁擠和停車問題，又需要確保城市中心的活力和競爭力。通過增加公交發車頻率、改善公交車內品質等提高傳統公交服務水平的手段顯然無法真正意義上替代小汽車，反而在低密度區域導致了非常低的公交運營效率以及能源的浪費。戴文垂市研究的結論是：規劃需求響應捷運系統可以替代城鎮公共汽車服務；在交通擁擠更加普遍和嚴重的城鎮引入該系統能夠支撐城市可持續的擴展[5]。

受當時通信等技術條件的限制，戴文垂市2006年編制的需求響應系統方案最終采用的是以高架結構為主的形式，雖然現在看起來這種形式對城市景觀造成了很大的干擾，但在當時被認為是能夠實現需求響應捷運系統效用的最好形式。如今17年過去了，重新審視當年設計的需求響應捷運系統方案，網絡的交通效用依然成立，但是由于出現了更先進的通信和智能控制技術，現在可以找到更好的形式嵌入城市發展肌理。

需求響應捷運服務是一個仍然在不斷探索和優化變革中的新模式，國內外尚沒有區域范圍較大規模的系統建成，未來更加大膽的構想需要交通規劃專業人員的共同探索。雖然已建成的項目一般都在小范圍使用，并且基于穩定的路徑[6]；但是隨著技術條件的發展，未來在運行范圍、專用空間形式、運營模式，以及與智慧出行融合等方面都將會不斷取得突破。

2.2 期望的功能定位

需求響應捷運服務是一種以使用者需求為導向的，以彈性的線路和班次使用中小型車輛合乘的運營模式；可在低密度區域或低需求時間段，提供符合個人化出行線路與時間要求的公共交通服務；結合個體交通與公共交通特性，提供能夠滿足出行需求在空間和時間上分布多樣化的、高效率的共享交通系統。

理想的需求響應捷運服務具備以下特點：一是根據需求即時響應，按需提供靈活的供給，靈活設置運營路徑，實現點到點直達服務；二是基于智能控制和無人駕駛的輕型新能源車輛，設置專屬通行空間，確保較高的通行能力，在通行廊道上可以實現較小的車頭時距；三是運營模式由“固定線路服務”轉變為“動態共享網絡服務”，根據乘客起訖點需求，提供即時的路徑選擇。

需求響應捷運服務是在一定范圍內提供的個性化、高品質、點到點的公共出行服務，是以公交優先為主導的城市綜合交通體系的組成部分。相對于私人小汽車，它應該更高效集約、更加便捷直達，并且能夠與傳統公交系統實現自由銜接，因此更具競爭力。它是無人駕駛汽車的一個應用場景，由于對系統容量進行了規劃和布局，設置的專屬路權相對于網約車和出租車更能得到供給服務的保證。相對于中小運量軌道系統，它的服務更傾向于個性化的直達服務，更適合布局在需求比較分散的區域；在主要的廊道上設置較小的車頭時距，兼顧服務品質和運輸效率的提升。雖然個性化是需求響應捷運服務的重要特征，但它也可以是集約化出行服務的一個環節，在軌道站點無法通過步行覆蓋的低密度區域可以更加高效地為軌道交通匯集分散的客流；在人口密度相對較低的鎮村，它也可以與常規公交融合拓展服務范圍，提升公交服務的可達性。

2.3 未來的實施性探討

需求響應捷運服務的實現不僅是交通系統的問題，還涉及對路權、周邊用地紅線及空間問題的審視。若將需求響應捷運系統看成一種單純的交通設施，并且要求其從設計到實施都能夠完全嵌入現在的交通空間范圍，則該系統的可實施性確實還存在很多疑問。這些問題包括專用路權保障、法律法規配套、技術層面、財務層面等方面。

專用路權保障問題包括是否能在已經非常擁擠的道路用地紅線范圍內再擠出空間設置該系統的專用通道；平面交叉口如何避免與其他交通模式的交織；站點以及車輛存儲和維護設施的空間在哪里。法律法規層面的問題包括無人駕駛車輛在無跟車管理人員的情況下是否允許在城市道路上與其他模式車輛混行；涉及無人駕駛車輛的交通事故責任的認定制度尚未完善。技術層面的問題包括對無人駕駛車輛的安全性及通信調度系統的可靠性的技術認定等。財務層面的問題包括該系統是否能實現自負盈虧，以及啟動資金來源等。

城市交通系統的發展，從馬車時代到汽車、軌道交通時代，每一次交通模式的變化都是由技術進步帶來的，而這種變化往往不是交通領域單方面的調整。在無人駕駛技術、通信和控制技術不斷發展的今天，我們需要思考在不久的將來會不會產生一種新的交通模式，推動整個城市規劃朝著更加高效和可持續的方向發展。

3 長三角示范區需求響應捷運服務規劃研究

3.1 研究背景

長三角示范區所在地域湖蕩水網密布縱橫，是長三角區域重要的水源涵養地區，境內藍綠空間占比高。同時歷史文化名鎮、特色小鎮、風貌保護區眾多，是江南水鄉古鎮集聚地區，是世界文化遺產大運河的重要區段[7]。

長三角示范區的交通規劃思路是構建由高速鐵路、城際軌道、城市軌道、中低運量公交等系統構成的示范區公共客運系統。目前由高速鐵路和城市軌道構成的交通骨干系統已基本形成。城際軌道規劃在示范區范圍內主要沿滬湖、通蘇嘉兩條示范區創新功能軸布局。

長三角示范區的公交規劃包括中運量公交、區域公交、常規公交等系統，以服務示范區各組團內部短途出行為主，并為高鐵、城際及城市軌道提供接駁。規劃提出發展需求響應式公交作為一種特色公交服務，但尚無明確的具體實施方案。

3.2 概念方案

系統設計目標一是為示范區內客流量相對較低的軌道交通站點輸送其周邊更大范圍區域的客流；二是為示范區內部的出行提供一種更高效的捷運服務，以替代客流量不足的傳統地面公交服務模式。

總體構想是將需求響應捷運服務覆蓋所有軌道交通站點周圍步行無法覆蓋的區域，從“面”上捕捉外圍的軌道客流需求，為末端的軌道線網輸送客流，既提高外圍低密度鄉村區域軌道交通的服務可達性，也能夠增加軌道交通末端段的客流量。如圖1所示，根據示范區實際的區位及人口分布情況，建立若干個組團式的需求響應捷運服務網絡，并通過構建廊道與距離最近的一個或兩個軌道交通站點相連。

從示范區各鄉鎮中，選取金澤鎮域組團進行初步的概念方案設計。路網布局依托主要干道，站點設置覆蓋金澤所有村，延伸軌道交通服務，實現村村通“公交”。金澤鎮共有建成鎮區及村級單元50余個，城際鐵路系統在金澤鎮區單元和西岑單元分別規劃有一個城際鐵路車站，其余村鎮單元均不在軌道交通站點步行覆蓋范圍內，傳統的公交線路無法為所有人口聚集的村鎮提供接駁軌道交通站點的服務。在設施規劃層面，金澤鎮需求響應捷運服務規劃布局如圖2所示，專屬通道覆蓋鎮區所有的道路，大約總長100 km，連接所有不同人口規模的居民點。專用的通道以單向為主，在有出行需求的居民點均可靈活設置50—200個直達站點。按照重車輛和輕基建的理念，即要求設計一種能夠滿足系統要求的高性能車型，而盡量降低通道的建設成本，以降低網絡擴張的難度，賦予網絡自動生長的能力。在運營層面，乘客從任意一個車站上車均可直達軌道交通站點，無固定運營線路，按照乘客的實際需求選擇直達的路徑。

3.3 需求預測和網絡容量估算

根據青浦區總體規劃，金澤鎮定位為上海西部生態旅游型特色城鎮。規劃方案實施后，預計小汽車出行量的50%將轉向需求響應捷運服務系統，該系統高峰小時客流量約為7 500人次。假設平均出行距離6 km，平均車速30 km/h，車頭時距能達到2—3 s，則該系統網絡的理論運能將達到3萬—4萬人次/h，預測高峰小時的實際客流量7 560人次約為理論網絡最大運能的20%—30%，因此該系統容量足以滿足高峰小時出行需求以及應對未來出行量的增長。需求響應捷運服務的運能供給根據實際出行需求實時響應，每小時的供給容量可以在0—40 000人次的區間內按需變化，即金澤鎮全天的小時出行需求量在0—7 560人次之間變化，則系統供給的運能也在同一區間內變化，除車輛調度產生的車輛空駛之外，其他的無效供給可以降低為零，從真正意義上實現提高公交服務水平的同時提高運輸效率。

假設平均載客率為2人，滿足高峰小時7 560人次的客流量預計需要的車輛數為866輛，車輛成本將占總建設成本最大的比例?？刂葡到y需要實現對數量較多的小型車輛的實時控制和調度。

需求響應捷運系統的設計希望將自動駕駛車輛的優勢最大限度地發揮出來。傳統小汽車在道路上行駛，根據道路交通出行安全的需要，車輛之間需要保持足夠的安全距離，這使得一條車道的通行能力受到很大的制約。而無人駕駛車輛的優勢是車輛的車頭時距可以根據車輛及控制系統的性能達到遠遠小于普通小汽車車頭時距的水平，從而大幅度提高一條通道的通行能力。也就是說，需求響應捷運系統的設計目標之一是大幅度地提高交通空間的使用效率。假設車頭時距為2 s，則在100 km總長度的網絡內，瞬時最大理論車輛數可以達到5 300輛，一小時的網絡理論運能可以達到42 000人次，一小時斷面流量2 500人次；若車頭時距為3 s，則瞬時網內車輛最大值為3 700輛，一小時的網絡理論運能為29 000人次，一小時斷面流量1 700人次。以金澤鎮為例，高峰小時的出行量為7 560人次，需求響應捷運系統網絡的車頭時距控制要求可以放寬到12 s，網絡小時運能7 882人次能夠滿足高峰小時的出行需求（見表1）。因此，車輛的性能及其控制系統的能力將決定需求響應捷運系統網絡的運能，車輛及其控制系統的設計也是非常重要的組成部分。以整體的系統設計為前提，進一步提出車輛和控制系統的設計要求。

3.4 效益評估

需求響應捷運服務作為一種新的交通模式，其設計目標之一是能夠彌補現有的各類可替代交通模式的不足，主要包括小汽車、出租車和普通地面公交。需求響應捷運系統比小汽車更節能環保、可持續，比出租車更靈活自由、隨叫隨到，比公交車更個性、省時、無障礙。

若金澤鎮需求響應捷運服務系統能夠建成，能夠獲得明顯的社會效益、經濟效益和環境效益。通過有無該系統的比較分析，預測需求響應捷運服務系統的出行分擔率將達到40%，系統建成后將能減少1.8萬人次/d的小汽車出行量（見圖3）。需求響應捷運服務系統能夠達到接近小汽車、高于出租車的服務水平，因此預測通過差異化的分級定價機制，系統收入將可以覆蓋系統運營及建設成本，為公共交通系統擺脫財政補貼依賴提供了可能。

需求響應捷運服務系統的車輛完全采用綠色能源，能夠有效減少非綠色能源出行的比例。該系統將采用高標準的無障礙設計，為各類人群提供更為公平的出行條件。采用專屬通道空間的設計手段為實現100%的交通安全提供保障，全系統零交通事故是需求響應捷運客運系統的重要設計目標之一。

3.5 服務的擴展

金澤鎮主城區是城市化程度較高的區域，距離軌道站點較近，既有公交配套相對成熟，需求響應捷運系統可作為遠期提升個性服務的儲備方案。該區域路網和建筑密度也相對較高，在路權保障方面更需要對道路紅線內的空間進行精細化的設計，局部區域可探索更貼近建筑和目的地的捷運服務。金澤鎮主城區拓展方案概念設計如圖4所示。

在道路紅線內，該系統的單向通道覆蓋所有的市政道路，需要對道路空間進行精細化設計，因此選擇在道路斷面內設計一條寬度2.5 m左右的專用通道。由于建成區內道路交叉口及地塊機動車出入口的密度較高，該系統的專用道局部建議采用淺埋下穿的方式。

在道路紅線外，因該系統本身是一種需要和步行交通更加貼近的模式，結合地塊及建筑物進行一體化設計是比較理想的設計形式，既有利于站點更加靠近最終目的地，也有利于避免與道路機動車輛的交織。在將該系統引入地塊內部之前，需要先設計一種空間尺寸、噪聲、震動等各方面都不會對建筑物及步行環境產生負面影響的車輛；同時還需要探討對地塊規劃設計條件進行部分調整的可能性。

4 結論與展望

面對人民對美好生活的向往，在數字化轉型的新形勢下，城市交通服務要有所突破，需要在兩個方面進行努力：一是基于需求響應的精細化供給和多樣化服務；二是基于全出行鏈的集約運送與個性送達的無縫銜接。需求響應雖然是需求響應捷運系統的一個重要特點，但是它更強調個性化服務、靈活性供給和最優配置，提供點到點的服務。需求響應捷運系統可以單獨成網，也可以是集約化公交的尾端擴展（近期主要通過站點換乘實現轉換）；未來，更有可能實現需求響應捷運與集約通道的無縫轉換（遠期通過車輛智能靈活編組運行構建集約通道），真正實現門到門的零換乘服務。將來的發展重點是在集約化快速系統的基礎上加載需求響應捷運系統，形成更有競爭力的門到門公交服務，替代小汽車出行，在滿足高效運行的同時兼顧個性化需求。

世界正在快速地發生改變。從氣候變化到資源的稀缺；從個體經濟、共享經濟、低碳社區到人工智能和全自動化。這些趨勢迫使我們改變規劃和設計城市的方法，改變我們建造的基礎設施，以及改變我們從一個地方到另一個地方的出行方式。需求響應捷運系統作為一種城市交通應用場景，其探索性研究有利于創新具有可持續性發展的交通問題解決方案。