低碳经济视角下的新型公交系统选型研究
李玮玮LI Wei-wei
（南京信息工程大学，南京210044）
摘要： 论文中首先对新型公交系统的分类进行分析，并对有轨电车、BRT 以及新型无轨电车的技术特性进行对比，提出综合成本的构成要素，并建立基于低碳经济视角的新型公交系统综合成本测算模型，分析了不同客流条件下新型公交系统的选择条件和规律，最后通过实例验证了模型的有效性和可行性。
关键词： 低碳经济；新型公交系统；系统选型
0 引言
新型公交系统（New Public Transit System）是近年来新出现的地面独立路权、舒适环保等特征的中低运量公共交通系统总称，包括有轨电车、无轨电车、BRT、行人辅助系统等多种交通系统。随着“健康生活、绿色出行”理念逐渐深入人心，以节能、环保、高效、美观为特征的新型交通工具越来越受到人们欢迎，面对不同的发展环境和建设条件，选择何种类型的新型公交系统也成为亟需解决的问题。
国内外学者对此进行了一定的探讨，Kühn F（2002）[1]讨论了BRT 与轻轨的选型问题，提出对于中等城市可首选BRT 方式，当客流持续增大到一定程度或财力充足时，可选择建设轻轨。Hass-Klau，C.（2003）[2]从财政、运营、需求等方面对公交和轻轨进行了全面的比较分析；Luke，Stephen 等（2006）[3]对各种不同的公共交通方式进行了对比，并介绍了其在世界各主要国家的应用情况。Scherer，Milena（2010）[4]分析了轻轨比公交更具吸引力的原因。国内学者李媛媛等（2005）[5]通过多属性决策方法，对常见公共交通模式的技术经济特性进行了分析。
综上所述，国内外学者从经济、运营等角度对新型公交系统选型进行了研究，但未从低碳视角对系统选型进行深入剖析，也未考虑碳税等对成本的影响，论文拟从低碳经济视角，对新型公交系统进行分析，力争构建基于低碳理念的新型公交系统选择方法。
1 新型公交系统类型分析
1.1 系统定义
新型公交系统目前在国际上尚缺乏严格、统一的定义，狭义上是指AGT 自动导向新交通系统或APM 自动旅客捷运系统。广义上的新型公交系统是为弥补现有交通方式在运行环境和服务上的缺失，或是由于现有交通方式难以适应出行需求而出现的新型公共交通方式的总称。新型公交系统是介于传统大运量地铁和公共汽电车系统之间的公共交通方式，通常包括行人连续运输系统、中低运量轨道交通系统、无轨电车系统等。新型公交系统具体发展形式多样，论文主要对应用最广泛的几种系统，如有轨电车、无轨电车、快速公交BRT、导向巴士等进行深入分析。
图1 城市交通工具的适应范围分析
1.2 系统特征比较分析
现代有轨电车、快速公交BRT 以及无轨电车系统均能适应单向客流需求在3000 到10000 人次/小时的客流走廊；但快速公交BRT 系统可以通过超车道、多车站设置以及灵活的线路运营组织满足更高量级的客流需求。
1.2.1 钢轮钢轨与胶轮导轨有轨电车
根据走行系统的差异，现代有轨电车可分为钢轮钢轨有轨电车和胶轮导轨电车两类，其基本技术性能如表1。
综上所述,主动教学法用于临床护理教学的有效性显著,可以显著提升实习生护理操作能力,对于实习生的多元化能力有着较为突出的培养作用,值得推广和应用。
工科类实验课程往往是通过演示或动手实验,以强化学生对教学中所涉及的概念理解。实验对学习的作用很大程度上取决于实验的本身。实验教学方式可以有演示性(或传统)、发现式、问题导向性和探究性。演示性、发现式、问题导向性的实验,其结果通常是预先确定的。而探究性实验,其结果是不确定的,操作程序由学生制定,这非常有利于对科学与工程知识的理解与应用,有利于工程型人才的培养[2]。
表1 钢轮钢轨电车及胶轮导轨电车技术性能对比
从技术性能上看，胶轮导轨电车具有爬坡能力强、转弯半径小的优势，而钢轮钢轨电车则具有运能大、供电方式多样的优势。
作为一家全球性的集团公司，Walter主要研发、生产和销售用于金属加工的精密刀具。品牌Walter是可转位硬质合金和PCD刀具系统生产商；品牌Walter Titex是高速钢和整体硬质合金钻头及铰刀生产商；品牌Walter Prototyp以高速钢、整体硬质合金螺纹加工刀具和铣刀而闻名；Walter Valenite提供可转位车刀片、钻头、铣刀和高技术含量的MODCO品牌非标刀具。
从经济性能上分析，采用国产70%低地板钢轮钢轨电车，单位公里建设成本为3000～4000 万元；若采用国外进口100%低地板钢轮钢轨有轨电车，车辆购置费用增加较高，单车购置费用约为2000～3000 万元，胶轮导轨电车更是高于钢轮钢轨有轨电车。（表2）
活动的设计是教研的核心任务，“如何使教研内容与教师需求相统一”是需要研究的一项重要内容。海淀区东片数学区域联合教研组进入实践研究的教师共21位，人数相对较少，因此信息沟通比较及时。在调研中我们发现，教师们对新课程的困惑主要集中在“新教材怎么教”及“怎么考”两方面。
记基础设施建设总投资为aii=1，2，3，不同类型的新型公交系统生命周期为mii=1，2，3，则年均基础设置建设费用Ai可通过下面公式计算：
从低碳出行角度分析，快速公交BRT 采用化石燃料能源，会对城市环境带来一定的污染，而有轨电车和无轨电车一般采用电力牵引，可采用水力、风力及核能等发点，对环境影响相对较小。随着人类生存环境的不断恶化，较多国家和地区开始研究出台碳税征收制度，如法国确定碳税标准为每排放1 吨二氧化碳征收17 欧元，国内财政部等相关部门也对碳税征收开展了前期研究，提出以征收碳税替代能源税的初步方案。因此，在分析交通工具的选型方式时，需考虑碳税对系统建设成本的影响。
从前面分析可知，有轨电车、无轨电车及BRT 系统的成本主要包括基础设施建设成本、车辆购置成本、基础设施维护成本、车辆维护成本、运营能耗及碳税等费用。
表2 国产钢轮钢轨电车及进口胶轮导轨电车建设费用对比
表3 有轨电车、无轨电车及快速公交BRT 系统建设费用对比
2 综合成本模型构建
从经济性能角度，有轨电车、无轨电车及BRT 的投资成本及运营年限有所差异。经济性能比较要考虑综合成本效益分析，对比各系统的建设、运营以及维护、能源消耗等综合费用，具体计算方法将在后续进行详细分析。
2.1 发车频率
记某条线路高峰期单向最大断面客流为V，BRT、无轨电车及有轨电车的标准载客量为Ci i=1，2，3，其中1 代表快速公交BRT，2 代表无轨电车，3 代表有轨电车。发车频率可通过如下公式计算：
2.2 线路所需的配车数
2.3 年均基础设施建设费用
1.2.2 有轨电车、BRT 与新型无轨电车
可见，胶轮导轨电车供应厂家少、国产化率低，车辆及相关设施配件多依赖进口，订购时间长、成本高；国内70%低地板钢轮钢轨有轨电车生产已较为普及，多个厂家已引进100%低地板有轨电车生产，从经济性角度看，钢轮钢轨有轨电车更占优势。
2.4 年均车辆购置费
记车辆的单价为rii=1，2，3，则年均车辆购置费Bi可通过下面公式计算：
2.5 维护费用
控制系统加入前馈补偿功能后，一旦出现LNG流量或者压力的扰动，前馈调节器就根据扰动的大小补偿对被控量的影响。只要前馈函数设置相对合理，实现近似补偿是可行的。
开关柜是配网的主要设备之一,是电力生产输送以及使用过程中最为关键的电气设备,同时也是故障发生率较高的一种设备[1]。开关柜内的局部放电特性能准确反映开关柜设备在不同阶段的损坏程度,利用这一特性对开关柜在绝缘状态进行在线带电检修是行之有效的途径[2]。
目前，我学院在进行机械产品测量实训过程中，没有统一的、标准的实训实验教学项目，任课教师根据教学标准（如要完成尺寸测量、表面粗糙度、形位误差测量的实训实验）完成教学任务，其主要原因是没有统一的测量实训指导书，不但影响实训室的建设，还会影响实训效果。
同理，记单位车公里维护费用为eii=1，2，3，vi i=1，2，3 为新型公交系统运行速度，车辆每天平均运营8 小时，则年均车辆维护费用为：
目前，课程教材大多侧重于理论知识介绍，且教学中的案例趋于陈旧，再加上课时有限，在案例教学时缺乏对案例背景、案例因果关系、发展过程、应用效果的深入剖析，这些因素都制约了学生实践能力的提升。
记年均每公里基础设施维护费用为dii=1，2，3，线路长度为l，则年均基础设施维护费用为：
记每天每车公里运营能耗为gii=1，2，3，则年均运营能耗费用为：
2.6 能耗费用
随着对低碳出行理念的重视，尾气排放对新型公交系统的选择影响越来越大。（图2）
此处采用碳税统计的方法，将尾气排放对环境及成本的影响纳入比较体系。记BRT 年均消耗柴油pi升，每升产生二氧化碳qi千克，每千克二氧化碳征收碳税wi元，则碳税费用Hi为：
图2 小汽车、公交车、无轨电车及有轨电车污染物排放对比图
2.7 综合成本
某条线路走廊长20km，单向最大断面客流为1 万人次/h，备选快速公交BRT 的载客量为150 人/列，无轨电车为180 人/列，有轨电车为250 人/列；车辆单价分别为200万元、400 万元及2000 万元；根据同类城市的建设经验，预计的基础建设总投资分别为2 亿元、5 亿元及13 亿元；年均每公里基础设施维护费用分别为1.65 万元/公里、3.35 万元/公里及11 万元/公里；BRT、无轨电车和有轨电车单位车公里的维护费用分别为0.58、0.43 和0.64 英镑[6]，单位车公里的能耗费用分别为2.16、0.54、0.9 元；每升柴油排放2.7kg 二氧化碳，每吨二氧化碳征收碳税17 欧元，快速公交BRT 每车公里消耗柴油0.56 升。试计算客流走廊选择不同新型公交系统的年均综合成本。
3 系统选型案例分析
新型公交系统的综合成本Si可通过下公式进行计算：
3.1 案例分析
通过前述建立的模型，代入相应的公式进行计算。
公共交通BRT 平均每年的综合成本Si为：
同理可获得，S2=0.94 亿元，S3=1.49 亿元。
模糊数学是研究与处理模糊性事物的一种新的数学模式[2]，浓香型白酒的窖泥质量本身是一些客观存在的模糊概念和模糊现象，应用模糊数学模型可对评价中的模糊性问题进行定量化处理，以反映窖泥质量的不确定性。本研究应用模糊数学模型，从感官和理化指标上对窖泥质量差异进行评价，以数据来客观反映浓香型白酒窖池窖泥质量的好坏。
故在单向最大断面客流为1 万人次/h 的情况下，考虑年均综合成本，无轨电车电车费用最小，钢轮钢轨有轨电车费用次之，快速公交BRT 年均综合成本最高。
3.2 规律挖掘
根据上述分析发现，不同新型公交系统的年均综合成本随着客流变化而发生变化，在其它参数确定的情况下，绘制不同单向最大断面客流对应的综合成本变化曲线。（图3）
从图3 中可以发现如下规律：
规律1：无轨电车的年均综合成本在三种新型公交系统中总体最低，由于系统运营采用电力，且基础设施建设成本低，从综合成本角度看，无轨电车系统经济性能最佳。
规律2：当高峰时段单向最大断面客流低于8000 人次/h 时，快速公交BRT 的年均综合成本低于有轨电车，此时可考虑采用在快速公交走廊内运行无轨电车车辆，则更加经济环保。
图3 BRT、无轨电车及有轨电车综合费用随单向最大断面客流量变化趋势图
规律3：当高峰时段单向最大断面客流高于8000 人次/h 时，客流总量明显，快速公交BRT 的年均综合成本高于有轨电车，此时采用有轨电车系统更加经济环保。
4 研究展望
新型公交系统选型研究除了综合成本因素外，还需考虑城市街道地形，如转弯半径、线路坡度、供电方式、城市财政能力、城市所处气候环境（如冬天是否易结冰）等条件，在未来的研究中可考虑将多种因素综合纳入选型的评价体系，进一步构建新型公交系统科学选型理论体系。
参考文献：
[1]Kühn F. Bus rapid or light rail transit for intermediate cities?[J]. Urban Mobility for All-La Mobilite Urbaine pour Tous CODATU X Goddard and Fatonzoun (eds) Swets & Zeilinger, Lisse The Netherlands, 2002.
[2]Hass-Klau C. Bus Or Light Rail: Making the Right Choice :a Financial, Operational and Demand Comparison of Light Rail,Guided Buses, Busways and Bus Lanes [M]. Environmental and Transport Planning, 2003.
[3]Luke S, MacDonald M (2006). Public transport mode selection: a review of international practice. Paper presented at:European Transport Conference 2006.
[4]Scherer M. Is Light Rail More Attractive to Users Than Bus Transit? [J]. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2010, 2144(1): 11-19.
[5]李媛媛，周伟，王元庆.城市公共交通发展模式的确定方法[J].交通运输系统工程与信息，2005，5（3）：41-45.
[6] Condon P M, Dow K. FOUNDATIONAL RESEARCH BULLETIN[J]. 2009.
Research on New Public Transit System Selection from the Perspective of Low-carbon Economy
（Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing 210044，China）
Abstract: The paper first analyzes the classification of new public transit systems, compares the technical characteristics of trams,BRTs and new trolleybuses, proposes the components of comprehensive cost, and establishes a new comprehensive cost estimation model for public transit system based on low-carbon economic perspective, and analyzes the selection conditions and laws of new public transit system under different passenger flow conditions. Finally, the validity and feasibility of the model are verified by an example.
Key words: low-carbon economy；new public transit system；system selection
中图分类号： F572；F205
文献标识码： A
文章编号： 1006-4311（2019）34-0258-03
课题项目： 江苏省生产力学会2018 年度开放课题（JSSCL2018B005）。
作者简介： 李玮玮（1980-），女，安徽桐城人，研究方向为经济管理。
标签：低碳经济论文; 新型公交系统论文; 系统选型论文; 南京信息工程大学论文;