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　　摘要：随着低碳模式逐渐获得人们的重视，构建低碳、环保、低耗、高效、安全的交通发展模式势在必行。现有国内外研究多集中于通过能源消耗或客运周转量作为目标对交通结构进行优化。在这种情况下，利用碳足迹计算公式，将人均碳足迹最小和城市客运交通运输效率最大作为目标，以城市市民出行需求总量、发达城市能源消耗限值、居民可达性以及各类交通方式的运力上限作为约束条件，构建出低碳高效的城市客运交通优化模型。运用该模型对２０２０年北京市客运交通结构进行配置，并与传统的客运交通结构进行对比，结果表明新的客运交通结构的交通运输能效要比传统的模式有一定的提升，同时人均碳足迹降低了５．９６５ｇ／人，下降了１３．７％。研究结果表明，通过低碳模式进行优化后的城市客运交通结构具有一定的合理性，对于研究符合城市发展的低碳客运交通发展模式具有借鉴作用。

　　关键词：城市交通；低碳交通；客运交通结构优化；碳足迹；ＩＰＣＣ评估测算

　　0、引言

　　近百年来，全球大气层平均温度上升了０．７４℃，气候变暖已成为世界各界学者关注的焦点。科学界普遍认为温室效应是造成全球变暖的重要原因，而人类活动则是温室效应加剧的重要驱动因子。在此背景下，碳循环和碳减排开始引起世界各国的高度重视，碳足迹的研究也随之受到人们的关注。碳足迹起源于加拿大生态经济学家ＷｉｌｌｉａｍＲｅｅｓ等在１９９２年提出的生态足迹，作为节能减排的基本量化参数，主要用来评价人类活动产生的温室气体对环境的影响，并且已成为目前各国公认的度量碳排放的有力依据。美国《国家科学院学报》的研究表明，过去１０年全球二氧化碳排放总量增加１３％，而源自交通工具的碳排放增长率却达２５％。报告预测，到２０５０年，全球交通领域的碳排放将增长３０％～５０％。国际能源机构（ＩＥＡ）的统计数据也表明，交通领域的石油消耗占全球石油消费的５７％，而预计到２０２０年，这个数字将达到６２％以上。

　　由于国外碳足迹研究起步较早，至今已经有了许多研究成果，其计算方法大致可以分为４种：

　　投入产出法（ＩＯ）、生命周期评估法（ＬＣＡ）、ＩＰＣＣ碳排放计算法以及碳排放计算器。Ｓｔｏｋｅｎｂｅｒｇａ与Ｌ．Ｈｉｌｌｓｍａｎ分别对墨西哥和美国佛罗里达洲的公路运输领域进行了碳足迹的计算，研究表明通过鼓励市民乘坐公共交通工具，能够有效减少交通碳排放，但并未继续对城市客运系统结构进行分析。我国作为能源消耗世界第二大国，交通领域的能耗比占全社会的１８％，但对于碳足迹的研究仍还处于初级阶段，苏城元等人利用ＩＰＣＣ２００６提供的碳足迹公式对上海市城市交通发展模式进行了测算分析，但并未提出具体的碳足迹计算结果来进一步论证减排效果，胡莹菲等则对厦门ＢＲＴ系统和普通公交出行方式在碳足迹测算方面进行了对比分析，证明ＢＲＴ是降低碳排放的有力手段，但其分析的目标仅针对公交系统。

　　而在现今对城市客运系统结构的研究中，大部分是将能源消耗或客运周转量等作为目标进行优化，而本文则从另一角度出发，选择对基于低碳模式下的城市客运交通系统结构进行分析。在结合碳排放相关主要特征的基础上，利用交通出行方式和交通出行需求等各方面与碳排放之间的关系构建城市客运交通碳足迹计算模型，并把城市客运交通运输效率代替传统的客运周转量作为目标，最终确定以最小单位客运周转量碳足迹和最大城市客运交通运输效率为目标，寻求满足城市客运需求、发展需求以及能源需求等各个方面的城市客运交通发展模式，依此对客运交通结构进行优化并对其进行验证。

　　1、模型目标分析

　　交通模式是指在城市各因素的影响下，城市交通系统中不同交通方式所分担的客运量的比例关系，反映了不同交通方式在交通系统中的功能与地位，标志了城市交通系统中一定交通需求在一定供给平衡下的本质特征。基于碳足迹的城市交通发展模式，应在满足人们出行需求、促进社会发展的基础上，提倡与环境和谐相处的有利于可持续发展的城市低碳交通发展模式。可通过构建以单位客运周转量碳足迹作为一目标函数的交通结构优化模型，同时因为交通运输效率为交通结构优化的重要指标，因此将其作为另一目标函数，从而建立双目标规划模型来进行城市发展模式研究。

　　１．１城市客运交通碳足迹测算

　　城市交通系统复杂多变，影响因素涉及面广，

　　所以造就了城市交通碳排放问题研究的复杂性，城市交通碳排放主要是有各种交通工具的尾气排放产生。笔者主要研究城市客运交通，忽略城市内部货运。城市客运交通出行方式除步行外还包括常规公交、地铁、私家车、出租车及自行车等，因此根据出行方式不同也可以用下列公式测算城市客运交通碳足迹。

　　ＱＣ＝ΣｎｉＴｉ×ωｉ式中Ｔｉ为各交通方式的客运周转量，人·ｋｍ；ωｉ为各种交通方式ＣＯ２排放因子，ｇ／（人·ｋｍ），据１９９９年美国能源基金会测算，不同交通方式ＣＯ２排放因子。

　　因此在此城市客运交通测算模型的基础上，城市单位客运周转量碳足迹应满足：ｍｉｎ（ΣｎｉＴｉ×ωｉ）／ΣｎｉＴｉ出行方式步行自行车轨道交通出租车常规公交小汽车排放因子。

　　１．２城市客运交通运输能效

　　运输效率是反映交通结构是否合理化的重要指标，在一定的运输距离内，运输效率高则运输时间和成本相应较低，产生的无效交通也就越少，减基于低碳模式下的城市客运交通结构优化研究———王仁杰魏艳楠许伦辉１７少了对社会造成的负面效应。在低碳经济下城市客运交通结构优化的目标之一是城市交通方式总的运输效率最高。但是，吕慎等人提出城市交通系统中的不同交通方式所承担的单位客运周转量对交通效率的影响也不同，即对城市交通运输效率改善的贡献程度大小不一，各种交通方式客运周转量的权重，。

　　2、研究模型构建

　　２．１模型假设条件

　　１）城市客运交通方式组成是已知的、相对固定的，不考虑货运交通。

　　２）所研究的城市为一个封闭系统，忽略城市间交通的影响，包括污染物排放影响、能耗影响和客流量影响。

　　３）所研究城市的交通需求状况相对确定。

　　２．２模型约束条件

　　在过往对于碳足迹模型的研究当中，研究者们往往仅仅针对居民的出行需求以及能源消耗进行研究，将其列为主要约束条件，忽略了每个城市中每种交通方式存在的运输限值与其可达性的不同，包括其未来的相关变化。本文为了能够更科学地基于低碳模式对交通客运系统结构进行优化，根据影响碳足迹的相关因素，同时结合低碳理念，将模型的约束条件设置为以下四点：城市居民的出行需求约束、居民可达性约束、城市交通能源的消耗约束以及各种交通方式发展规模约束。

　　１）城市居民的出行需求约束。交通结构优化的先决条件应满足城市居民的出行需求，城市客运周转量是反映城市客运交通系统供给能力的重要指标，因此，要求所有交通方式提供的客运周转量之和必须大于等于规划所预测的该年客运周转量（人·ｋｍ），即ΣｎｉＴｉ≥Ｄ城市居民出行的需求总量的确定，目前有２种方法：①四阶段法，计算较为复杂；②简略算法，是以基准年居民的平均出行距离为基础进行测算，计算公式如下。Ｄ＝Ｔ×ｄ×ＡＮＡ式中：Ｔ为规划年城市居民出行总量，人次／ｄ；ｄ为现状居民的平均出行距离，ｋｍ；Ａ为规划年城市用地面积，ｋｍ２；ＮＡ为现状城市用地面积，ｋｍ２。

　　２）居民可达性约束。交通可达性指的是整个城市交通的畅达性，指居民选用某种出行方式，在合理出行时间预算内能够完成一定的出行距离，也是指采用某种交通方式的便利程度。约束公式如下。Σｎｉｖｉ×ＴｉΣｎｉＴｉ×ｔ≥Ｒ式中：ｖｉ为ｉ种交通方式平均速度，ｋｍ／ｈ；ｔ为规划年城市居民出行的平均时间；Ｒ为规划年城市等效半径。

　　３）城市交通能源的消耗约束。城市交通需求必然带来城市能源消耗，同时带来大气污染，造成城市碳排放加剧，因此要控制交通能耗。此约束条件表明城市交通所消耗的能源不能超过城市交通能耗的承载力，计算如下。ΣｎｉＴｉ×ｅｃｐｉ≤ｅｎｃ式中：ｅｃｐｉ为各交通方式的能源消耗因子，；ｅｎｃ为城市客运交通的能源消耗限值。

　　各种交通方式发展规模约束。城市客运交通结构优化还应该考虑各种交通方式的可能发展规模，反映到约束条件上，就是每种交通方式所承担的客运周转量应在交通规划范围内，约束条件表达为Ｔｍｉｎｉ≤Ｔｉ≤Ｔｍａｘｉｍｉｎ为各种交通方式承担的客运周转量下限；Ｔｉｍａｘ为各种交通方式承担的客运周转量上限。各种交通方式承担的客运周转量的上限是由城市相关资源及各种交通工具发展水平等条件所决定的，体现了社会可持续性；下限则体现了交通容量，主要考虑各种交通方式的供给不过分闲置。

　　２．３模型的构建