國際觀察 | 英國《Transport analysis guidance(交通分析指南)》解讀及啟示

Web based《Transport Analysis Guidance》(《交通分析指南》,以下簡稱WebTAG)是英國交通部在其官方上發布的有關交通運輸評估的指南和工具包。所有需要政府批準或投資的道路和公共交通相關項目(涵蓋從需求管理措施到重大工程項目的所有項目)都需要參考WebTAG進行分析。針對不同層級項目團隊成員(高級管理者,項目經理和從業人員)的需求,WebTAG分為管理者指南和技術人員指南兩個部分。本文通過解讀英國《交通分析指南》,重點梳理了技術人員相關的建模和分析兩大部分內容,期望為國內交通模型發展提供參考借鑒。

 

 

01 英國交通分析指南解讀

 

 

1.概述
 
(1)WebTAG簡介

 

《交通分析指南》(以下簡稱TAG)是英國交通部在其官方網站上發布的有關交通運輸評估分析的理論和方法集合,由一系列適用于道路和公共交通相關項目的交通模型和評估方法以及系列軟件工具組成。這些有助于評估和制定交通相關措施,使分析人員能夠收集證據以支持業務案例開發,為投資決策提供依據。

 

(2)WebTAG 作用
 

所有需要政府批準或投資的道路和公共交通相關項目都需要使用TAG進行分析,WebTAG提供有關如何進行以下操作的建議:

 

設定目標并找出關鍵問題

針對目標和問題開發潛在的規劃設計方案

構建交通模型以評價多個規劃設計方案的優劣

如何開展符合政府部門審查要求的評估

 

(3)主要內容
 

按照使用者層級,WebTAG分為管理者指南和技術人員指南兩大部分,其中管理者指南是為項目管理者提供了更通用的指導,并進一步分高級管理者指南和項目經理指南;技術人員指南旨在為技術從業人員提供參考,也進一步分為交通分析指南和交通模型指南。WebTAG主要組成部分介紹如表1所示。

 
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表1 WebTAG主要組成部分

 

 

(4)更新機制和計劃
 

WebTAG最早于2013年10月29日發布,是國際上首部公開的標準化交通分析建模和評估手冊,隨著實踐的深入WebTAG的內容也在不斷更新,英國交通部致力于完善WebTAG使其內容與時俱進,最近更新發布于2021年5月19日。WebTAG記錄每一次更新并集中發布,以便對于從事中長期項目的項目參與者,查閱和抉擇是否將這些新方法納入項目分析過程。

 

為了更好的服務交通評估工作,以及考慮現階段交通評估工作中面臨的突發事件,如新型冠狀病毒(COVID-19)的傳播、政府財政和經濟展望的修訂、對凈零排放的承諾以及交通脫碳計劃。交通部制定了2021年度WebTAG綜合更新計劃。部分更新計劃列舉如下:

 
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表2 2021年度更新計劃(部分列舉)

 

 

2.英國交通項目開展過程簡介
 
(1)一般流程
 

交通工程項目開展分為評估和決策兩部分。交通評估過程指通過對不同階段的交通方案的建模分析,得出相應的指標對項目的影響程度進行評價。決策過程指政府部門參照英國財政部綠皮書(《中央政府的評估指南》)對政府投資項目從五個維度審核交通評估的結果,決定項目是否執行。

 
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圖1 項目開展交通評估的一般流程
 
 
(2)交通評估階段
 

交通評估工作是按照項目進展情況分為三大階段:

 

第一階段:初步評估,多方案篩選

 

針對目標制定多個潛在的解決方案,根據綠皮書中規定的五個維度(戰略、經濟、財務、管理、商務)設定的標準進行評估,從而列出備選方案。此階段成果有:

方案評估報告(OAR)——確定在階段二中進一步評估的首選方案;

評估規范報告(ASR)——確定進一步評估首選方案的范圍和方法;

 

第二階段:深入評估,對方案進一步評估

 

根據第一階段產生的ASR,分析人員將改進模型進行詳細分析,以得出用于支撐方案的證據。此階段結束時,提供的成果有:

詳細分析報告(DAR)——從經濟、環境、社會、收入分配和政府財政角度評估建設項目的廣泛影響;

評估摘要表(AST)——提煉每個方案的主要影響、次要影響因素,并以評估摘要表(AST)的形式呈現。

 

第三階段:后評估,對項目實施后的效果和收益評估

 

該階段是對已建設完成的項目的實施效果和收益進行評估,評估項目實施過程的項目組織管理效率,評估項目交付成果對預期目標的實現程度。

交通評估按照具體工作內容又可分為建模和分析板塊以及影響評估板塊,這部分內容將在下一節詳細描述。

 

(3)決策依據
 

根據《中央政府的評估指南》,政府投資項目必須從五個維度進行評估,分別為戰略層面、經濟層面、財務層面、管理層面和商務層面,各層面對交通評估結果要求如下:

 
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圖2 五層面對交通評估結果要求

 

值得說明的是,WebTAG能夠為項目的各層面分析提供參考和指示,主要是支持經濟層面的分析,盡管也可用于支持其他層面的分析,但其他層面的分析還需要補充參考與項目投資評估相關的其他指導和工具。

 

(4)決策過程
 

1)第一個決策點:基于SOBC(側重戰略大綱)的決策

 

基于初步評估階段編制的方案評估報告(OAR),決策者從5個維度尋找決策依據,做是否初步批復的決策。需要強調的是,項目的早期階段,決策者更加關注戰略層面的決策依據,提案是否具有戰略意義是是否執行下一步深入研究的基礎。

 

2)第二個決策點:根據OBC(五層面概述大綱)進行決策

 

第二個決策點側重于對方案的詳細評估,以找到最佳規劃設計方案。這個階段,擬建設的項目需要對五個層面進行充分詳細的分析,根據這些證據,決策者決定提案是否應該進入研究的最后階段。

 

3)第三個決策點:根據OBC(五層面全面分析)進行決策

 

與第二個決策點類似,第三個決策點也強調需要詳細的五層面決策依據,主要的區別在于,項目從詳細設計階段到評審/更新設計階段,隨著時間的推進,一些外部條件和前景信息發生改變,需要將這些最新信息考慮納入評估摘要表(AST)提供給決策者。

 

3.交通評估分析
 
(1)主要分析方法
 

項目交通評估是項目開展的基礎,是交通決策的重要依據。綠皮書建議采用成本效益分析方法(BCR)進行評估,通過收集項目有關的廣泛影響信息——不僅考慮了項目對建設方和使用方的直接影響,還考慮了項目實施后對環境、甚至更為廣泛地對社會和政府等的影響。分析人員應設法將項目的影響因素用貨幣價值表現,以便可以直接比較不同項目方案的成本和收益。

 

(2)建模與分析
 

項目影響的效果通常很復雜,分析成本效益法中廣泛的影響信息意味著需要理解和衡量交通相關項目的實施將如何改變出行方式(出發地和目的地的選擇,出行頻率,出行距離),社會活動(工作和休閑)和環境影響。因此需要構建精細的出行模型來預測人們的出行行為,對于影響較大的交通方案與措施,其分析模型的精細程度要求越高。

 

基于交通模型的預測結果,交通規劃分析人員的從經濟影響、環境影響、社會和分配影響等角度開展成本效益分析。

 

經濟影響:交通相關措施項目的更廣泛影響、再生影響(誘導投資)和就業影響、生產力影響等相關發展影響的評估

 

環境影響:涉及對建筑物和自然環境以及對人的影響。涵蓋的環境影響包括噪音、空氣質量、溫室氣體、景觀、城市景觀、歷史環境、生物多樣性和水環境。

 

社會和分配影響:為交通相關措施項目的社會影響和收入分配影響的評估提供建議。

 

對于某些交通模型無法直接測量的影響(例如噪聲,空氣質量,景觀,社會和收入分配),WebTAG提供了有關如何使用交通規劃模型之外的其他分析來衡量影響的信息。

 

(3)影響評估
 

成本效益法(BCR)通過將貨幣的估值應用于建模與分析過程中獲得的各類影響指標,分別匯總不同方案的評估摘要表以便決策者對不同的方案進行比選。貨幣估值參數大致分為直接獲取類參數和間接獲取類參數。

 

直接獲取類:可以直接從市場中支付的價格或未來市場中的價格預測中獲取,例如燃油價格。

 

間接獲取類:通過調查和實驗手段獲得,如采用特征定價模型獲得噪音影響值的和通過意向調查法(SP/RP)估計的時間價值等參數。

 

對于無法通過技術手段以貨幣價值表示的影響因素,在決策過程中也不能忽視,WebTAG給出了以一致的形式呈現這些影響的建議,以便決策者能清晰地了解影響的嚴重性。

 

最終,為了確保始終向決策者提供對影響的完整說明,所有影響(貨幣化、量化、不能量化的)都應進行匯總,并以評估摘要表(AST)的形式進行呈現。

 

WebTAG在實踐指導中具有權威性,交通部對各類支持交通業務的模型質量提出了最低的標準,以便項目管理者清晰地判斷自己的成果是否達標。交通項目建模和評估都必須嚴格遵守WebTAG已提供的標準流程和方法,對于未提及的方法的使用,項目管理者需與交通部反饋和商議,得到批復后才能使用。

 

4.如何使用WebTAG獲得交通建模工作指示?
 
(1)交通模型基本原理
 

根據經濟學的供需原理,交通系統反應了以下供需原理:

 

交通供給(如道路網絡或者公共交通設施)增加,會導致出行成本保持不變或降低(如,降低道路網擁擠或提高公共交通設施使用者的舒適度),交通供給與出行成本成反方向變動,如下圖供給曲線的函數所示。

 

交通需求增加,會增加道路網擁擠或降低公共交通設施使用者的舒適度,進而導致出行成本增加。交通需求與出行成本成正方向變動,如下圖需求曲線的函數所示。

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圖3 交通供給與交通需求曲線

 

一般來說,交通系統會趨于一種交通供給與交通需求平衡的穩定狀態?;诠┬杵胶庠?,構建交通模型的主要目標是通過對交通供給與交通需求分析建模獲得供需平衡解。

 

交通供給模型:對交通設施提供的服務進行建模,計算出行成本,為出行者的出行決策提供依據。

 

交通需求模型:基于給定供給條件下的出行成本,預測出行者出行行為(出行率、出行目的地、交通方式、出行時間等)選擇。

 

標準的交通建模流程圖如下:

 
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圖4 標準的交通建模流程圖

 

上述交通模型是一個對多個有多重復雜度算法求解的問題(NP難問題),找到精確的平衡解通常需要不成比例的資源消耗,實踐中考慮算法時間可行性一般采用滿足規定的誤差范圍內得到趨于平衡解的結果作為最終結果。

 

(2)可變需求模型和技術路線
 

交通建模過程中,考慮到道路和公共交通設施交通供給條件比較穩定,一般將交通供給設施因素固定,交通供給模型僅反饋需求變化導致的出行成本變化。因此交通建模側重于交通需求建模,根據其與出行成本的關系可分為固定需求方法、自身成本彈性方法、完全可變需求方法三類,各類的特點和應用場景如下:

 
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表3 需求模型分類
 
*英國軌道交通方式占比較低,2018年英國軌道出行比例全方式出行占比約為10%

 

交通部強烈建議使用可變需求模型,政府投資超過500萬以上的項目必須使用可變需求模型,并限制使用自身成本彈性方法和固定需求方法,其中固定需求模型僅在極為苛刻的條件下使用。

 

可變需求模型考慮慮以下出行行為選擇,構建相互關聯的多層次選擇模型:

 

出行次數選擇

方式選擇

一天中的時間選擇(宏觀/或微觀時間段選擇)

目的地選擇(出行分布)

路線選擇(分配)

 

以上選擇層次僅是代表常規出行選擇,針對具體工作可以增加其他選擇,例如停車選擇等。選擇的次序也不強制要求,TAG建議以下需求模型技術路線:

 
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圖5 基于可變需求法的交通建模的技術路線

 

英國交通部禁用四階段法(采用相互獨立出行產生、出行分布、方式劃分和交通分配四個子模型)構建交通模型。對于沒有能力構建可變需求模型的單位,交通部推薦使用政府開發的基于可變需求模型內核的模型平臺(DIADEM)。

 

(3)建模技術人員指南
 

更多為交通方案和政策評估提供證據的交通建模方法,可以參考建模技術人員指南,員指南介紹。主要內容和概要如下表所示:

 
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表4 建模技術人員指南主要內容和概要

 

02 對我國交通模型發展的啟示和思考

 

 

1.國內現狀回顧
 

近年來,國內交通管理部門逐漸意識到交通模型在支撐城市交通基礎設施規劃建設決策和交通政策研究的重要作用,交通模型不再被超大城市和發達城市所專有,越來越多的城市通過多種途徑逐步建立了自己的模型,同時,國內交通模型工作諸多問題也顯現出來,有些項目的交通建模流于形式,評估指標并非來自精細的交通模型實測而是弄虛作假、數據編造,或項目評估因各方壓力,去改變模型實測的數據指標和結果。還有一些城市的交通模型斥巨資建成后,就被束之高閣,缺乏實際應用和維護。其根本原因,與國內城市發展階段相關,在快速建設背景下,眾多基礎設施項目以政府投資為主導,弱化了項目的成本效益分析的工作需求,以至于交通分析者缺乏對交通模型數據校核和成本效益分析(BCR)的動力。

 

隨著城市建設的成熟,城市管理者開始重視項目的投資效益,投資模式也逐漸由政府主導向政企合作投資模式轉變,如一些高速公路回購項目和軌道建設項目,在基建項目緊縮和投資模式的轉變的新環境,由交通模型通過科學分析數據得出的評估結論將會越來越得到重視。

 

2.啟示和思考
 

通過梳理英國交通評估的經驗,提出對國內交通行業交通模型發展的啟示,以期為交通模型發展提供參考借鑒。

 

(1)加快技術升級,提升模型精度和應用廣度
 

國內大部分城市的交通建模均采用四階段法,四階段法存在不同子模型在行為參數上缺乏穩定性和一致的明顯缺陷,隨著隨機效用理論的引入,基于活動鏈的模型(ABM)在理論上有了重大的突破,然而基于個體的活動鏈模型存在模擬偏差、運行時間長、難以校核等劣勢使其距離實際應用還有一定的距離。目前,基于集計的出行鏈模型在理論和實踐中有了一定的進展,與ABM活動模型和傳統四階段模型的對比,綜合考慮了理論基礎、實際應用、政策敏感度三個維度23項指標,分析結果如表5所示。

 
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表5 三種典型模型體系性能對比

 

從上表可見,無論是集計出行鏈模型還是非集計ABM模型,在理論和政策敏感性方面較傳統模型均有顯著優勢;現階段實際應用方面,ABM模型目前較傳統模型尚有一定的差距,而集計出行鏈模型又略優于ABM模型?,F階段ABM模型現存模擬偏差、運行時間長、難以校核等劣勢在集計出行鏈模型中均可以得到更優的解決。綜上,交通模型技術升級技術路線分為兩步,首先,由相互獨立參數缺乏穩定性的四階段模型過渡到考慮出行鏈行為一致性的集計出行鏈模型,再隨著大數據分析技術的發展和計算機運算性能的提升,最終升級成非集計ABM模型。

 

(2)重視交通評估,形成行業規范指導文件
 

國內目前為止還沒有專門的交通模型規范、標準和導則發布。在城市發展成熟階段,城市交通發展越來越依賴于復雜而精明的決策支撐工具,交通管理部門逐漸意識到交通模型在城市交通規劃與政策評估工作中的重要性,然而,交通模型的開發和維護投入較大,沒有規范和標準的“硬”要求,很難獲得足夠的支持,進而導致模型精度不夠。另一方面,與國外項目開展流程類似,國內在項目建設前期也需要多輪次評估分析與決策,如可行性研究階段、初步設計階段和詳細設計階段,由于沒有規范建模指導,當不同階段的承包方不一致時,同一項目多套模型多套數據的情況時有發生,使得交通評估結論合理性、科學性受到了質疑。因此,制定一套交通模型構建的標準流程、對交通模型的精度提出“硬”要求,提升交通評估的權威性是當前亟需解決的問題。

 

(3)總結國內建模經驗,搭建交通模型基礎數據服務平臺
 

交通模型的精度很大程度上取決于其基礎輸入數據的完備性和準確度,大數據蓬勃發展也帶來了外部環境的深刻變化,獲取較為完整的本地城市交通相關領域的數據變得可行。在大力發展數字化建設的背景下,構建有序組織、信息共享的交通模型數據庫符合時代發展的需求。交通模型基礎數據包含地理信息數據、社會經濟發展數據以及出行特征參數,其中,通過獲取互聯網公開發布的信息可獲得原始的基礎地理信息數據、社會經濟發展數據,根據建模要求進行標準化處理后即可存儲至交通模型基礎數據庫。出行特征參數作為交通模型構建的核心輸入,采用傳統的居民出行調查法獲取、標定和校核耗時耗力,目前,通過大數據挖掘和小樣本調查相結合的居民出行特征提取方法正獲得逐步認可,但對技術人員的經驗和能力有較高的要求,獲得精度較高的出行特征參數是現階段城市交通模型構建的主要難點,通過整合將已有的各大城市居民出行特征參數存儲至交通模型基礎數據庫,能有效提升交通模型師和交通規劃師的工作效率。一方面為缺乏參數的中小城市建模技術人員提供參數參考,另一方面為交通規劃師做參數對比、合理性校核提供數據服務。

 

(4)響應“數字建設”,研發“數字治理”的核心——云上自主模型體系
 

交通模型建設周期較長,耗時耗力。融合城市數字化、智能化的發展,利用大數據分析挖掘技術,提取常用指標為新一代交通模型體系設計打下了良好的數據基礎,掌握自主的模型平臺底層技術,有利于突破國內模型體系升級技術瓶頸。云上自主模型平臺可有效分離模型構建和模型測試服務,可有效減少模型建設的人力投入,提高交通模型測試應用效率,賦能各相關交通規劃業務板塊,極大程度提升模型測試服務效率,并有助于交通模型持續更新和維護。

 

云上自主模型作為“數字治理”的核心,向下耦合交通基礎數據分析平臺的數據優勢,向上支持智慧道路、綜合監測、智能規劃等多項“數字治理”服務平臺。甚至在打破國內交通模型發展緩慢的僵局,進而實現中國交通模型體系發展的彎道超車。

 

結語
 

深城交作為國內較早一批發展交通模型的單位,在交通模型基礎理論研究、應用測試和服務交通規劃、政策評估工作上具有深厚的技術積累。先后構建了深圳、成都、重慶、武漢、無錫等10余個人口規模500萬以上城市的交通模型,并致力于交通模型關鍵技術的研發與升級。針對目前國內交通模型規范、標準和導則的空白,深城交積極主動與國內同行展開多輪次溝通和交流,承擔技術總結工作,以助力我國交通模型規范、標準和導則早日落地。

 

在當前信息化、智能化快速發展的時代背景下,深城交以全局性戰略性眼光,結合自身優勢,搭建提供交通行業數據全生命周期管理功能的TransPaaS平臺,打通“數字治理”交通治理核心技術,研發云上自主模型體系。未來深城交將繼續發揮數據技術優勢,團結行業生態伙伴,為政府、運營企業、規劃設計以及出行提供賦能支持,至“十四五”期末,建成面向智慧交通全鏈條、全生態的賦能平臺。

 

 

參考文獻:

 

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[5] Department for Transport, Dynamic Integrated Assignment and Demand Modelling (DIADEM) User Manual v7.0, UK, 2020

[6]張天然.大數據背景下的交通模型發展思考[J].城市交通,2016,14(02):22-28.

[7]賽文交通網.丘建棟:城市交通模型有存在必要嗎[EB/OL].2021. https://mp.weixin.qq.com/s/dLvwBgsqhHwNGdXyIeoGHA

 

 

交通信息與模型院

撰寫:劉曉玲、唐 鎧

審核:向燕陵

審定:丘建棟

 

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