诊疗全球堵车病

汽车工业在中国、印度等发展中国家继续发展,堵车问题也随之发展起来,它并非仅仅是路少车多那样简单,全球的交通科学家们都在对此问题进行诊断和给出解决方案。

大城市的交通痛

在北京、上海、广州、深圳,交通堵塞都算不上新闻了,但是现在,就连成都、长沙、西安、兰州这样的城市的报纸也开始频频以交通堵塞为题来做新闻。堵车固然不是现代城市独有――考古学家们在被火山灰掩埋的庞贝城遗址中,就发现了古代也有马队和大车队堵车的证据,但是马车制造的尾气和噪音可是要比汽车少得多了。

单算经济账,2009年度GDP近12,000亿元的北京,按中国社科院数量经济与技术经济研究所的测算,因拥堵造成的社会成本损失高达146亿元人民币,这已经超过了被认为是全世界最拥挤的商业城市莫斯科(12亿美元),成了名副其实的“首堵”。整个英国这个数字是20-30亿英镑,还不算所有人在堵塞中浪费的S0万年时间,而人均拥有汽车最多的美国每年因堵车造成的经济损失也高达700-1000亿美元。如果再考虑堵车对都市居民健康造成的影响,它的危险要比单纯的经济影响严重得多。

莫斯科准备修建400公里以上的道路,来缓解每天多达650个的堵点,北京市交通委早已挠破头皮,寄望于建设“大外环”,并改变各地进京的“漏斗状”路网。在这种全球性的病症面前,各地交管部门、城市规划建设者们都在寻找科学的解决方案。

优化路网结构最关键

早在20世纪50年代,现代空气动力学的开拓者,及生物流体力学的奠基人詹姆斯・赖特希尔(SlrJames Lighthfll)就已经通过流体力学来考察交通的流向与互相影响,至今,交通这一极其复杂的问题仍然吸引着计算机、工程技术甚至天文学领域的科学家关注,当然还有数学家。

当中国、印度这类发展中国家的新引擎轰鸣声像海啸一样地涨起来,征地修路总有个尽头;而在欧美,道路的容量也被开发得差不多了,于是如何优化路网结构成了这些汽车、城市,乃至整个人类能否顺利前进的关键。

今天的科学家们有了高速计算机的帮助,可以模拟数以千计的虚拟车辆在路上是怎样互相影响的,从这些研究里能找到些线索,帮我们了解堵车这种看起来是随机发生的现象。虽然在一条自由通行的道路上,车子达到一定的密度肯定会造成堵车,但研究交通的科学家们却在很多年内,都没有搞清楚堵起来的具体原因。

美国的研究者们最先尝试用建模的方式,在实验室中构造出堵车现象。在计算机程序中,虚拟的小车们有着各自不同的运行习惯和特点,然后它们自发地在道路上组织起来。在模拟程序中,的确发生了和现实中堵车很像的情况,就像结晶过程一样,在某一点车流突然逐渐变慢,最后停了下来。通常的观点认为,这种情况的堵车是由于道路过载造成的。

像爆炸波一样的“堵车波”

德国戴姆勒・克莱斯勒研究中心的研究者BorisKerner一直在研究可以顺利前进的车流与不同容量的道路之间的关系。Kerner将堵车称为一种“同步交通流”,因为他发现,一旦进入堵车状态,所有的车就会陷入一种以同样速度,集群式蠕动前进的境地,这种情况还会像波浪一样向车流的上游蔓延。

最近,英国埃克塞特大学的一个数学家小组却发现,这种情况并不完全是因为道路过载,司机们的行为也与此大有关系。他们设计了一个模型,模拟在车道上出现一些意外情况,比如有人抛锚,或者卡车变道,结果发现在某种情况下,如果汽车以一定的密度和速度在道路上前进,一个司机突然刹一脚车,会在后方的车流中引发一个短暂停顿的“堵车波”,而且持续数英里之远。在第一个司机踩刹车时,后面的车也被迫刹车,这样A持续到整个车流越来越密,发展成一个走走停停、长达数英里的堵车带,直至最后堵死。整个过程类似于一次自发的蝴蝶效应,仿佛一个新手在北京复兴门的一脚刹车便会让在国贸上班的某位白领迟到一个小时。

汽车大国日本的研究人员也发现了类似的堵车波传递现象,他们弄了22辆真的小汽车,在一条划好的230米长的圆形路线上单向跑圈,要求司机们都按时速30千米驾驶。一开始22辆车跑得很顺,但当一个司机改变了他的车速,有两辆车的距离缩短了,而且很快就形成了一个小型的堵车局面,这个堵塞本身逐步向后移动。参与研究的名古屋大学物理学家YukiSugiyama说:“虽然我们试验中出现的堵塞很轻微,其行为不同于大的高速公路,但当车辆一个接一个驶进公路,总量超过了公路承载能力临界值时,车的自由行驶状态就会变得不稳定。”

对这种不知道怎样就发生了的堵车,科学家们称之为“幽灵式堵车”。美国麻省理工学院的科学家们则发现,“幽灵式堵车”的波动与爆炸形成的冲击波有很类似的地方,而且即使所有的司机都以相同的方式行驶,它也会发生。交通模型表明,有两种情况会诱发“幽灵式堵车”:一、车流密度大,行驶缓慢;二、司机需要时间来适应新的交通环境。

交通亟待科学管理

并不是所有的堵车都可以从技术或科学理论来解释。

在北京,从2010年8月13日―直持续到9月中旬的京藏高速大堵车吸引了世界各大媒体的关注。这条西北方向进京的主干道,一直从进京方向、河北堵到了内蒙古境内。其实在平时,司机被困在这条几百千米的路上三四天也不罕见。在这次每天几乎只能前进2千米的世纪大堵车中,随着堵车迅速形成了一条小型经济带迅速围绕公路形成,公路周边的居民很多都成了向司机们高价卖水和食品的小贩,与阿根廷作家胡里奥・科萨塔尔的著名堵车小说《南方高速公路》中的描写―模―样。

表面上看这条路上超载的拉煤大货车是堵车的关键原因,但更深层次的原因是路网不健全。另一条进京道路八达岭高速公路,对4吨以上的货运车辆限行,导致京张、丹拉、宣大等路的货运车辆都像漏斗一样,通过张家口汇集到110国道新线。按照中国科技大学姜锐博士的说法,“缓解拥堵的措施有3个。一是减少汽车出行量,二是增加现有交通设施,三是科学管理。如果无需采取前两种策略,就能缓解拥堵,则显然是管理出了问题。”

超大城市的规划问题

拜发展经济所赐,北京现在已经是全球堵车最热门的城市之一,在美国《外交政策》的新榜单上排行第一,同时上榜的还有墨西哥城、圣保罗、莫斯科、尼日利亚的拉备斯。这个有2000多万常住人口的城市,平均每个人每天在路上花掉1个小时,有84%的人认为被交通影响了工作学习。更可怕的是,机动车保有量已超4SO万的北京还在以每天增加2100辆的速度,迅速向东京、纽约、洛杉矶、伦敦这些超级大城市看齐;而且司机们纷纷表示,宁可在自己的车里吹着空调堵,也不愿在公交车或地铁上被人挤着堵。

英国交通研究实验室(Transport ResearchLaboratory,TEL)负责交通行为研究的首席顾问TimRees认为。这些大城市的城市规划难辞其咎,“有些城市是依赖修建汽车决速路满通需要的,这却更容易导致堵车,”他说,“―旦路上有堵车的倾向,人们会习惯性地想要抄近道快点脱离,或是从道外超车从空隙中向前钻,其他司机不得不减速、刹车,这会引起长达20英里的连锁反应。”理想状况下,要想减轻交通压力,所有司机应当在线内老老实实等着,但这极少极少发生。而在快速干道的网络之间,又缺乏大量细密的小路,使得一旦某几条主路发生堵塞,司机们便无路可走。

在北京,城市中心的发展非常单一化,商业经济依然集中在CBD或金融街这样的老城区;城区北部又发展过热,住宅扎堆,再加上周边十多个在规划中或已建成的卫星城,如回龙观、天通苑等,形成大量的城际通行人口,其实这种模式早已被莫斯科、伦敦证明了是一种失败的策略。

从严厉到搞笑的防堵

全世界面对这样一个问题给出了无数种解决方案,从极端严厉的到荒诞不经的都有。北京的办法是尾号限行,周一至周五,每天有两个号码的车牌不能上路,比如周一尾号是1与6的车不能上路,周二是2与7,以此类推,到了下个月,再换成周二尾号是1与6不能上路。还有发明家正在研究把车底挖空抬高拉大,可以让小汽车在其中穿行的轨道公

交车(《新知客》2010年9月刊有过报道)。