公交专用道全寿命周期成本效益分析＊

马书红 王 瑶 刘 琼

（长安大学公路学院 西安 710064）

目前国内外对公交专用道效益的研究主要集中于2个方面：（1）交通效益的计算，主要从单点交叉口、通道的效益或路段与交叉口运行条件改善的交通效益等方面进行分析［1－2］；（2）交通影响分析，从微观和宏观等不同角度对公交专用道的设置对交通的影响及其效果进行分析［3－4］．全寿命周期理论（LCT）在交通领域的研究主要集中在轨道交通与高速公路方面，包括成本分析、环境影响分析、能耗和碳排放研究等［5－7］，对公交专用道整个寿命周期内的成本效益缺乏研究．鉴于此，本文引入全寿命周期理论对公交专用道的成本与效益展开研究，以便为公交专用道的改造提供决策参考，在其规划设计、建设实施过程中充分考虑运营的情况下，创造最大的经济与社会价值．

1 公交专用道全寿命周期分析

公交专用道全寿命周期是指公交专用道从寿命开始到寿命结束所经历的各个阶段，包括规划设计阶段（项目决策和方案设计）、建设实施阶段（项目施工和竣工验收）、运营管理阶段（运营维护、项目管理）和结构拆除阶段（残值），如图1．

图1 公交专用道全寿命周期阶段划分

2 公交专用道全寿命周期成本分析

2．1 公交专用道全寿命周期成本组成

公交专用道全寿命周期成本包括内部成本和外部成本2部分．内部成本包括：

1）规划设计成本 包括决策成本和方案设计成本，前者指项目策划、信息收集、方案选择、可行性研究的费用，后者包括初步设计、施工图设计、概预算编制及方案修改的费用．

2）建设实施成本 包括施工成本和竣工验收成本，前者主要指路面改造、交通标志标线迁移、交通护栏设置、路灯信号灯改迁、公交候车亭改造等费用，后者包括进行项目建设效益考核、整理分析各阶段资料的费用．

3）运营管理成本 包括路面、路灯、信号灯、交通标志标线、监控系统进行维修养护的费用和对公交专用道进行交通管制的一切费用．

4）残值 指公交专用道在整个寿命期末的纯价值．

外部成本包括：（1）建设实施阶段占道所引起的拥挤成本．（2）运营管理阶段，由于公交专用道的设置减少了社会车辆可利用车道数，从而引起拥挤产生相应的外部成本．拥挤所产生的外部成本主要包括出行时间增加成本、车辆运营增加成本、交通安全成本．

2．2 公交专用道全寿命周期成本计算方法

2．2．1 建设实施阶段外部成本 鉴于在单个路段上实施公交专用道耗时较短，假设建设公交专用道过程中道路车流量、公交车行驶路线、载客量均不变．

1）出行时间增加成本 假设公交专用道在建设实施过程中仅占用一条现有车道，采用美国BPR路阻函数计算路段行驶时间t

式中：t0为自由行驶时间，min；v为路段机动车交通量，辆／h；c为路段实用通行能力，辆／h；α，β为参数，一般取α＝0．15，β＝4．

则设置公交专用道前出行者总时耗为

式中：n为该路段单向机动车道数；q1，q2分别为单向公交车、非公交车流量，辆／h；c为单车道通行能力，辆／h；a，b分别为公交车、非公交车平均载客量，人／辆．

公交专用道在建设实施过程中占用1条现有车道，路段饱和度变为（q1＋q2）／（n－1）c，将（q1＋q2）／（n－1）c代入式（2）替换（q1＋q2）／nc得建设实施阶段出行者总时耗T＇0．因此，建设实施阶段单个路段上所有出行者出行时间增加量（T0＝T0′－T0，则建设实施阶段出行时间增加成本为

式中：ΔT0j为所有出行者在路段j上所增加的出行时间，min；m为根据全市城镇居民人均可支配收入计算的人均每分钟收入，元．

2）车辆运营增加成本 根据世界银行的经验公式［8］，将车辆运营成本简化为与交通负荷及车速有关．此时，单车每公里运营成本模型为

对单个研究路段而言，设路段长度为L，设置公交专用道前路段平均车速s0，将所有车辆简单划分为公交车与非公交车．此时路段上所有车辆的运营成本为

公交专用道建设实施时，路段平均车速s1，饱和度（q1＋q2）／（n－1）c代入式（5）分别替换s0，（q1＋q2）／nc得该路段所有车辆运营成本C′total0．故建设实施阶段车辆运营增加成本为

3）交通安全成本 公交专用道建设实施过程中占用了现有车道，造成道路拥挤、交通事故率增加．对建设实施阶段安全成本计算如下．

式中：pi为交通事故平均损失费，元／次；J＇i为建设实施阶段事故率，次／（万车·km）；Ji为公交专用道修建前的事故率，次／（万车·km）；Mi为建设实施阶段车辆行驶量，万车·km．i＝1为公交车，i＝2为非公交车．

2．2．2 运营管理阶段外部成本 假定居民在选择出行方式时主要考虑出行时间、出行费用、个人收入等因素，本文构建一个广义时间变量来反映确定性效用V［9］．

in

式中：Tin为个体n选择出行方式i的出行时间，min；Cin为个体n选择方式i的出行费用，元．

将可选出行模式看作可选的出行路线，广义出行时间作为路权，可采用Logit型的路径选择模型［10］来计算各种出行方式被选用的概率．

式中：P（k）为出行者n选择第k种出行方式的概率；t（k）为第k种出行方式的路权，用广义出行时间来表示各出行方式的平均路权；θ为分配参数，2路径时一般取3．00～3．50．

为避免误读、误会，释义，便成了首要功课。“三杂”之杂，为多种多样、丰富多彩意，决非杂乱之杂……大凡杂文家，一定会有相应的知识储备、文体实践和人生阅历——如此之“三”以“三杂”谓之，不算离奇、搞怪吧？

假设实施公交专用道前后路段出行总人数不变；公交车为固定票制，票价γ元；公交专用道实施前后，公交车交通量不变，载客量增加，非公交车载客量不变．应用式（9）计算公交车、非公交车被选择的概率，相关参数及计算过程见表1．

表1 运营管理阶段出行方式选择

1）出行时间增加成本 运营管理阶段，出行时间增加主要体现在（未转移到公交车出行）仍采用非公交车出行的出行者路段运行时间和交叉口延误的增加．

根据式（1）得设置公交专用道前后，采用非公交车出行的出行者在路段上所增加的时间．

计算交叉口出行时间增加量时主要考虑人均停车延误的变化．对设置公交专用道前后交叉口停车延误进行调查，得采用非公交车出行的出行者在交叉口上总延误的变化量．

式中：d2为设置公交专用道前非公交车交叉口平均延误，s／辆．

因此，运营管理阶段仍采用非公交车出行的出行者时间增加成本为

2）车辆运营增加成本 设置公交专用道前，非公交车运营成本为

设置公交专用道后，非公交车交通量为q＇2，车道饱和度为q＇2／（n－1）c，平均车速为s3，用q＇2，q＇2／（n－1）c，s3分别替换式（13）中的q2，（q1＋q2）／nc，s0得非公交车运营成本C′total2．因此，运营管理阶段非公交车运营成本增加量为

3）交通安全成本 运营管理阶段非公交车安全成本为

式中：J2″为运营阶段非公交车事故率，次／（万车·km）；M2′为运营管理阶段非公交车行驶量，万车·km．

2．3 公交专用道全寿命周期成本分析方法

在考虑时间因素的情况下，不同时间相同数额的资金具有不等的价值．因此，在进行公交专用道成本分析时需要将不同时刻的货币值折算成现值．

以现值为目标函数，得到公交专用道全寿命周期成本数学模型如下．

式中：CJ为公交专用道备选方案J全寿命周期成本的现值；CJt1，CJt21，CJt31，CJ4分别为备选方案J第t年的规划设计费用、建设实施费用、运营管理费用、残值；T1，T2分别为公交专用道的规划设计年限、建设实施年限；T为公交专用道的寿命周期；n为计算期；i为折现率．

3 公交专用道全寿命周期效益分析

3．1 公交专用道全寿命周期效益计算方法

1）出行时间节约效益 以式（1）为基础，得设置公交专用道前后单个路段上原采用公交车出行的出行者出行时间节约量．

由非公交车转移到公交车上的出行者出行时间节约量为

在交叉口停车延误调查的基础上，计算运营管理阶段采用公交车出行的出行者在交叉口上总延误的变化量

式中：d1为设置公交专用道前公交车在交叉口的平均延误（s／辆）．

运营管理阶段采用公交车出行的出行者时间节约效益为

2)车辆运营成本节约效益 很据式（4可得设置公交专用道前，公交车的运营成本为

设置公交专用道后，将公交车平均车速s2，公交专用道饱和度q1／c代入式（21）分别替换s0，（q1＋q2）／nc得设置公交专用道后公交车辆运营成本C＇total1．因此，运营管理阶段研究路段上公交车运营成本节约效益为：

3）安全效益 公交专用道的实施一定程度上缓解了道路的拥挤程度，降低了城市的交通事故．因此，对修建公交专用道的安全效益计算如下．

式中：J″1为运营阶段公交车事故率，次／万车·公里；M＇1为运营管理阶段公交车行驶量，万车公里．

3．2 公交专用道全寿命周期效益分析方法

在考虑时间因素的情况下，得公交专用道全寿命周期效益：

式中：BJ为公交专用道备选方案J全寿命周期效益的现值；BJt1，BJt2，BJt3分别为备选方案J 第t年的出行时间节约效益、车辆运营成本节约效益、安全效益．

4 案例分析

以某条公交专用道为例，总长4．2km，5车道，5交叉口，自由流速度50km·h－1，单车道通行能力1 600辆·h－1，其他参数见表2．该公交专用道的使用时段为早07：00～09：00，晚17：00～19：00，于2008年开始规划设计，前期规划设计费用342万元；2010年进行公交专用道改造，历时3个月完成，建设实施费用578万元；年运营管理费约18万元；寿命期12年，期末残值80万元．以2008年为基年，社会折现率8%，该地区居民人均年可支配收入22 244元，公交车的平均事故损失3 212元，非公交车的平均事故损失2 491元．

表2 路段道路状况表

该路段共有8个公交车站，公交车停靠站时间取40s；公交票价采用1元1票制．调查发现，实施公交专用道后13．2%的原采用非公交出行的出行者转移为公交车出行．应用前述方法，对该公交专用道全寿命周期成本效益进行计算（成本参数见表3），效益值分别为：出行时间节约效益B1＝1 132．7万元，车辆运营成本节约效益B2＝338．3万元，安全效益B3＝11．7万元．

以现值为目标函数，将表3中的参数分别代入式（16）及（24），得公交专用道全寿命周期成本约647．5万元，效益约8 529．7万元．

表3 公交专用道全寿命周期成本 万元

5 结束语

本文引入全寿命周期理论，分析了公交专用道全寿命周期成本、效益的构成，定量计算了公交专用道全寿命周期的外部成本，采用“有无对比法”对城市道路设置公交专用道后所产生的经济效益进行研究．考虑资金时间价值，分别构建出计算公交专用道全寿命周期成本、效益的数学模型．最后，利用所建模型对某条公交专用道全寿命周期成本、效益进行了计算．为了更加准确的对公交专用道成本效益进行估计，建立运营管理阶段出行方式选择模型时，应考虑更多的影响因素，并依据调查数据对参数进行标定，将是下一步研究的重点．

［1］白 玉，薛 昆，杨晓光．公交专用车道效益评价方法探讨［J］．公路交通科技，2004，21（1）：102－105．

［2］陆 建，王 炜，陈学武．公交专用车道设置条件与效益分析［J］．东南大学学报，1998，28（3）：103－107．

［3］钟永艳．公交专用道的交通影响分析［D］．成都：西南交通大学，2008．

［4］雷莲桂，向 凯，王力劭，等．不同饱和度下交叉口公交专用进口道运行效果研究［J］．交通运输系统工程与信息，2011，11（1）：90－96．

［5］陈进杰，陈 峰，梁青槐，等．城市轨道交通全寿命周期成本分析［J］．交通运输工程学报，2010，10（1）：82－87．

［6］陈进杰，王兴举，高桂凤．城市轨道交通阻断成本模型［J］．交通运输工程学报，2011，11（2）：102－107．

［7］潘美萍．基于LAC的高速公路能耗与碳排放计算方法研究及应用［D］．广州：华南理工大学，2011．

［8］Document of the World Bank．Project appraisal document on a proposed loan in the amount of US﹩100．0million to the people’s republic of China for the urumqi urban transport improvement project［R］．Report No：20157－CHA，Transport Sector Unit East Asia and Pacific Region：November 27，2000．

［9］马书红，孙传娇，周 伟，等．基于随机效用模型的大城市与卫星城市间交通模式配置研究［J］．武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2008，32（2）：316－319．

［10］王 炜，过秀成．交通工程学［M］．南京：东南大学出版社，2000．