城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模

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(1)未來居民出行總量分析

由于軌道線網(wǎng)規(guī)劃的遠(yuǎn)景年限往往超越城市綜合交通規(guī)劃遠(yuǎn)景年限，因此線網(wǎng)規(guī)劃往往無法得到所需遠(yuǎn)景年限的出行總量，但卻能從遠(yuǎn)景人口和出行強(qiáng)度的關(guān)系去推算，即Q=mτ式中：m———城市遠(yuǎn)景人口規(guī)模(含常住人口和流動(dòng)人口；τ———人口出行強(qiáng)度[次／(人·日)]。①城市人口規(guī)模根據(jù)我國的人口政策和人口發(fā)展現(xiàn)狀，城市人口規(guī)模是政策控制影響下的規(guī)模，各城市往往都有城市遠(yuǎn)景人口的控制目標(biāo)。如果缺乏這一數(shù)據(jù)，也可由當(dāng)?shù)貦?quán)威部門根據(jù)城市特點(diǎn)和人口發(fā)展規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)。②出行強(qiáng)度的分析預(yù)測(cè)

居民出行強(qiáng)度的影響因素主要是城市的結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、交通設(shè)施的完善程度等方面。一般情況，居民出行強(qiáng)度相對(duì)比較穩(wěn)定。例如東京1968年的人均出行強(qiáng)度為2.48次／(人·日)，1978年為2.53次／(人·日)，10年內(nèi)增加0.05次／(人·日)，增長不大。根據(jù)1984年廣州市居民出行調(diào)查，居民人均出行次數(shù)為2.09次／(人·日)；1996年廣州進(jìn)行了一次小規(guī)模的家訪調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明該年的人均出行次數(shù)為2.3次／(人·日)，略有增長。所以從長遠(yuǎn)看，大部分城市的出行強(qiáng)度不會(huì)有很大增長。我國部分城市居民出行強(qiáng)度及其變化情況分別如表1和表2所示。從表中可以看出，各大城市出行強(qiáng)度基本上在2.5次／(人·日)左右。表1我國部分城市居民出行強(qiáng)度表2我國部分城市居民出行強(qiáng)度變化(2)公交方式出行量占全方式出行量的比例從國外的情況看，在世界上大城市客運(yùn)交通中，因?yàn)楣步煌瓦\(yùn)效率比私人交通高得多，致使公共交通在城市綜合交通運(yùn)輸中占有明顯的優(yōu)勢(shì)。如紐約公共交通年客運(yùn)量占全市總客運(yùn)量的86.0%，東京公共交通年客運(yùn)量占城市總客運(yùn)量的70.6%，莫斯科公共交通年客運(yùn)量占城市總客運(yùn)量的91.6%。城市遠(yuǎn)景公交方式出行比例應(yīng)根據(jù)城市未來出行的需求與供給平衡關(guān)系，通過適合城市特點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)得來。但合理規(guī)模研究的目的是大致推算軌道的規(guī)模，因此無法事先給出一個(gè)公交的供給能力，科學(xué)預(yù)測(cè)就失去了基礎(chǔ)。所以比較可行的辦法是從分析城市居民出行特征入手，結(jié)合類比其他城市的情況，根據(jù)城市未來交通發(fā)展政策，以定性分析的手段進(jìn)行估計(jì)。目前我國多數(shù)城市交通結(jié)構(gòu)不盡合理，最主要的反映就是公交出行比例過低。我國大城市與國外城市相比，道路面積率低、人口密度大，因此必須鼓勵(lì)高效的交通結(jié)構(gòu)，即鼓勵(lì)公交。類比國外情況，公文優(yōu)先的要求就是大力發(fā)展以軌道交通為骨干、常規(guī)公交為主體的公共交通系統(tǒng)。遠(yuǎn)景公共交通的出行比例應(yīng)在50%以上。(3)軌道交通方式出行量占城市公交方式出行量的比例軌道交通客運(yùn)量占城市公交客運(yùn)量的比重，與城市道路網(wǎng)狀況、常規(guī)公交網(wǎng)密度、常規(guī)公交服務(wù)水平、軌道交通線網(wǎng)密度、運(yùn)送速度及車站分布有關(guān)。表3列舉了國外幾個(gè)城市的軌道交通客運(yùn)量占公共交通客運(yùn)量的比例。表3國外城市規(guī)劃的軌道交通客運(yùn)量占公共交通客運(yùn)量的比例巴黎的軌道交通線網(wǎng)密度大，服務(wù)水平非常高，吸引了大量的客流，其中也包括許多短途的乘客，平均運(yùn)距只有5.3km，線路平均負(fù)荷強(qiáng)度較低，約為1.64萬人次／(km·日)。莫斯科軌道交通的運(yùn)量基本上已經(jīng)飽和，近幾年隨著其他地面交通客運(yùn)方式的積極發(fā)展，軌道交通所承擔(dān)的客運(yùn)量占城市公交總客運(yùn)量的比例呈下降趨勢(shì)，說明莫斯科的線網(wǎng)能力已不能滿足城市日益增長的客運(yùn)需求。表4列舉了國內(nèi)幾個(gè)城市規(guī)劃的軌道交通方式占公共交通方式的比例。不難看出，遠(yuǎn)景年軌道交通所承擔(dān)的客運(yùn)量占全市公交總客運(yùn)量的比例在50%～55%范圍內(nèi)。假設(shè)軌道交通的換乘系數(shù)和公共交通的換乘系數(shù)沒有明顯差別，那么遠(yuǎn)景年軌道交通方式出行量占公共交通方式出行量的比例同樣在50%～55%的范圍內(nèi)。近期因線網(wǎng)不能全部完成，所占公交客運(yùn)量的比例可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。表4國內(nèi)幾個(gè)城市規(guī)劃的軌道交通客運(yùn)量占公共交通客運(yùn)量的比例

注：除北京外，其他城市的取值為規(guī)劃值。(4)線網(wǎng)負(fù)荷強(qiáng)度

線網(wǎng)負(fù)荷強(qiáng)度是指快速軌道線每日每千米平均承擔(dān)的客運(yùn)量，它是反映快速軌道線網(wǎng)運(yùn)營效率和經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要指標(biāo)。線網(wǎng)負(fù)載強(qiáng)度的影響因素有社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市結(jié)構(gòu)和線路布局等。世界各大城市的線網(wǎng)負(fù)荷強(qiáng)度的指標(biāo)如表5所示。有資料表明，國外軌道交通建設(shè)有兩種模式，一種是采用高運(yùn)量、低密度的線網(wǎng)，負(fù)荷強(qiáng)度高；另一種是采用低運(yùn)量、高密度的線網(wǎng)，負(fù)荷強(qiáng)度低。像巴黎和倫敦這樣的發(fā)達(dá)城市著重于提高軌道交通的舒適和方便程度，以吸引私人交通，減少私人交通工具泛濫帶來的城市交通阻塞，所以采用的是低運(yùn)量、高密度的線網(wǎng)，軌道交通的服務(wù)水平很高，效率相對(duì)較低；而莫斯科、墨西哥、香港采用的是高運(yùn)量、低密度的線網(wǎng)，它注重的是提高軌道交通的運(yùn)輸能力和運(yùn)輸效率，以緩解客運(yùn)需求與公共交通運(yùn)力嚴(yán)重不足的矛盾。表5線網(wǎng)負(fù)荷強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)表明，只有建設(shè)高運(yùn)量、低密度的線網(wǎng)，提高負(fù)荷強(qiáng)度，軌道交通才能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。從統(tǒng)計(jì)資料上看，香港、莫斯科的地鐵有較好的經(jīng)濟(jì)效益。例如香港1990年每人千米車費(fèi)收入為0.5元，每人千米經(jīng)營開支(含折舊)為0.34元，盈利0.16元，而當(dāng)年的線路日平均負(fù)荷強(qiáng)度為4.56萬人次／(km·日)，經(jīng)濟(jì)效益可見一斑。英國道克蘭輕軌系統(tǒng)每車千米運(yùn)營成本最初為3.22英鎊，或每車小時(shí)81英鎊，其中工資占55%，能源占9%，其他占36%。我國各大城市剛剛開始建設(shè)軌道交通，軌道交通的建設(shè)投資還很有限。在這種情況下，要求用最少的投資來最有效地解決城市交通的問題，同時(shí)要求軌道交通能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，使得運(yùn)營和建設(shè)能達(dá)到一個(gè)良性的循環(huán)，所以軌道交通適宜選擇高運(yùn)量、低密度的模式。國外軌道交通日平均線路負(fù)荷強(qiáng)度大部分在2.5～4.0萬人次／(km·日)之間，我國城市軌道交通線路負(fù)荷強(qiáng)度可稍高一些，建議在3.5～4.0萬人次／km·日)之間。4.2以人口總數(shù)推算線網(wǎng)規(guī)模城市的人口總數(shù)反映了城市的人口規(guī)模，以人口總數(shù)為基礎(chǔ)的人口線網(wǎng)密度指標(biāo)實(shí)質(zhì)上反映了人口規(guī)模對(duì)軌道線網(wǎng)規(guī)模的影響程度，其公式為L＝Mδ1式中：L———線網(wǎng)長度(km)；M———城市市區(qū)總?cè)丝跀?shù)(百萬人)；δ1———人口線網(wǎng)密度指標(biāo)(km／百萬人)。我國城市地少人多，軌道交通的發(fā)展剛剛起步，人口密度指標(biāo)取值不能過高，各城市可根據(jù)具體情況酌情考慮。4.3按線網(wǎng)服務(wù)覆蓋面推算線網(wǎng)規(guī)模線網(wǎng)規(guī)模分析中估計(jì)的成分很多，因此從多方面、多角度進(jìn)行估算是很有必要的。這里再介紹一種按線網(wǎng)服務(wù)覆蓋面計(jì)算線網(wǎng)規(guī)模的方法。再介紹一種按線網(wǎng)服務(wù)覆蓋面計(jì)算線網(wǎng)規(guī)模的方法。軌道交通線網(wǎng)作為一種公交網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備一定的線網(wǎng)密度，對(duì)于呈片狀集中發(fā)展的城市，人口就業(yè)密度比較平均，這時(shí)候就要求城市建成區(qū)都應(yīng)處于軌道交通的吸引范圍之內(nèi)。根據(jù)這一特點(diǎn)，可以利用城市建成區(qū)面積和線網(wǎng)密度的關(guān)系推導(dǎo)線網(wǎng)規(guī)模，即L＝Sδ2

式中：L———線網(wǎng)長度(km)；S———城市建成區(qū)面積(km2)；δ2———線網(wǎng)密度(km／km2)。4.4以面積線網(wǎng)密度推算線網(wǎng)規(guī)?？焖佘壍赖拿娣e線網(wǎng)密度實(shí)質(zhì)上表示了軌道線網(wǎng)的覆蓋面。市中心區(qū)和市邊緣區(qū)的線網(wǎng)密度有所不同，軌道網(wǎng)密度由市中心向外應(yīng)逐漸降低。居民利用快速軌道交通的出行時(shí)間由三部分構(gòu)成，即起點(diǎn)到車站的時(shí)間、乘坐軌道交通的時(shí)間和由車站到目的地的時(shí)間。在市中心，乘客到車站的距離一般在15min以內(nèi)，一般在車站停留時(shí)間為3～5min。若步行速度為4km／h，因此可以得出軌道車站的吸引范圍為650～800m。在城市外圍區(qū)，步行去車站的距離為800～1000m，加上考慮利用自行車、公交換乘等，外圍地區(qū)車站的吸引范圍能達(dá)到2km。在城市中心區(qū)，客流的需求是多方向的；而在邊緣區(qū)，利用軌道網(wǎng)的客流主要考慮向心方向。在市中心，考慮到能覆蓋并能滿足各方向的客流需求，可以把軌道網(wǎng)簡(jiǎn)化成一個(gè)棋盤形格局，線網(wǎng)間距為1.5km；在外圍區(qū)，可以把軌道網(wǎng)簡(jiǎn)化成相距4km的平行線(分別如圖1和圖2所示)。從簡(jiǎn)圖可以看出，市中心區(qū)的軌道面積線網(wǎng)密度為(2×1.5)／(1.5×1.5)＝1.33(km／km2)外圍區(qū)的軌道面積線網(wǎng)密度為1×44×4＝0.25(km／km2)這些指標(biāo)是根據(jù)我國城市居民的出行特點(diǎn)總結(jié)得出的，可在進(jìn)行我國城市的軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃時(shí)使用。圖1市中心軌道簡(jiǎn)圖圖2市郊區(qū)軌道簡(jiǎn)圖目前國內(nèi)外大城市軌道交通面積線網(wǎng)密度如表6所示。表6國內(nèi)外大城市軌道交通線網(wǎng)密度表各城市可根據(jù)其規(guī)劃的城市中心區(qū)用地面積和城市外圍區(qū)用地面積，利用以上分析出的指標(biāo)推算由軌道線網(wǎng)面積密度確定的軌道線網(wǎng)規(guī)模，這也反映出城市用地規(guī)模對(duì)軌道線網(wǎng)規(guī)模的影響作用。具體計(jì)算公式為式中：L總———路網(wǎng)中規(guī)劃線路總長度(km)；δ中———城市中心區(qū)面積線網(wǎng)密度指標(biāo)(km／km2)，通常取1.33km／km2；A中———城市中心區(qū)用地面積(km2)；δ外———城市外圍區(qū)面積線網(wǎng)密度指標(biāo)(km／km2)，通常取0.25km／km2；A外———城市外圍區(qū)用地面積(km2)。4.5以城市面積及估算軌道年客運(yùn)量推算線網(wǎng)規(guī)模城市面積界定了區(qū)域內(nèi)交通的分布范圍，即軌道交通覆蓋范圍的上限。設(shè)城市形狀、城市人口密度及其分布情況、人口結(jié)構(gòu)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平均保持不變，則城市面積的增加顯而易見將引起軌道交通覆蓋范圍的增加，從而使軌道規(guī)劃線網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大。而考慮極端情況：若城市面積小于一定限值，處于居民步行可達(dá)范圍之內(nèi)，則無論城市人口密度及其分布等其他因素如何改變，設(shè)置軌道線網(wǎng)都將是不必要的。城市的人口總數(shù)反映了城市的人口規(guī)模，但若由這一指標(biāo)來確定線網(wǎng)規(guī)模顯然是存在缺陷的，因?yàn)樽罱K決定軌道規(guī)模的應(yīng)該是城市規(guī)劃年度的軌道客運(yùn)量，它不僅與城市人口總數(shù)有關(guān)，還決定于整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、居民出行習(xí)慣以及軌道線網(wǎng)方案等因素。出于上述考慮，采用如下計(jì)算公式：L＝λ·Sα·Pτ式中：L———軌道線網(wǎng)長度(km)；S———城市面積(km2)；P———城市規(guī)劃年度軌道年客運(yùn)量估算值(百萬人次)；λ，α，τ———無量綱參數(shù)。由于軌道客運(yùn)量在很大程度上依賴于軌道線網(wǎng)方案，而軌道規(guī)模又是確定軌道線網(wǎng)方案的先決因素，因此本公式不但可采用規(guī)劃年度軌道客運(yùn)量的估算值以確定線網(wǎng)規(guī)模，還可以在整個(gè)方案計(jì)算完成后采用客流預(yù)測(cè)得到的軌道客運(yùn)量驗(yàn)證所選線網(wǎng)規(guī)模的正確性。根據(jù)世界上地鐵發(fā)育較為完善的幾座城市的有關(guān)數(shù)據(jù)，λ、α和τ的一般取值分別為2.401、0.298、0.322。以上方法分別體現(xiàn)了城市交通需求、城市人口規(guī)模和城市用地規(guī)模等主要因素對(duì)軌道線網(wǎng)規(guī)模的影響作用，應(yīng)用時(shí)可用以上各式分別計(jì)算出應(yīng)有的線網(wǎng)總長度，然后取其平均值或最大值作為控制路網(wǎng)規(guī)劃線路總長度的參考值。定量分析的計(jì)算結(jié)果只能反映出問題的局部，應(yīng)用時(shí)也不可忽略一些不能量化的因素如城市的組團(tuán)結(jié)構(gòu)、城市的經(jīng)濟(jì)條件等對(duì)軌道線網(wǎng)規(guī)模的影響作用，應(yīng)力求做到全面分析，綜合考慮。5結(jié)語城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模是指線網(wǎng)的總長度及其線路的數(shù)目。不同的線網(wǎng)規(guī)模對(duì)線網(wǎng)結(jié)構(gòu)、線路走向及其作用、功能等方面有很大影響。規(guī)模是總量平衡的問題，它涉及其他交通方式，涉及網(wǎng)絡(luò)層次。由于城際鐵路、市郊鐵路服務(wù)的對(duì)象并不是每天都到城區(qū)內(nèi)活動(dòng)，所以它不應(yīng)以人均出行量參與城區(qū)內(nèi)客流平衡，而應(yīng)以換乘量參與平衡。所謂城市軌道交通線網(wǎng)的規(guī)模，實(shí)際上就是城區(qū)軌道交通的規(guī)模，另外加上市郊鐵路和城際鐵路的市域內(nèi)線路里程共同構(gòu)成全網(wǎng)的軌道交通規(guī)模。城區(qū)軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的確定方法，習(xí)慣上有幾何分析法、運(yùn)輸強(qiáng)度分析法、類比法等。城區(qū)由內(nèi)向外的其他交通圈，站點(diǎn)覆蓋率的水平逐步放低，網(wǎng)絡(luò)密度也逐漸變疏，因此，要根據(jù)各區(qū)域不同的需求確定不同的服務(wù)權(quán)重，反復(fù)測(cè)算確定其規(guī)模。最終，每條線將增加一個(gè)端點(diǎn)站的覆蓋面積，這不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)密度的推算。運(yùn)用幾何分析法測(cè)算的規(guī)模，往往是從可能的角度出發(fā)，但有沒有足夠的客源，即需求如何，則應(yīng)通過客流預(yù)測(cè)、運(yùn)輸強(qiáng)度分析法來核算。運(yùn)輸強(qiáng)度分析法的核心是居民目平均出行次數(shù)和線路負(fù)荷強(qiáng)度的確定。通過對(duì)以往的居民日出行次數(shù)的測(cè)算，各城市大都偏高，增長速率過快。應(yīng)在人均國民生產(chǎn)總值相近的城市間尋找平均值，即用類比法，由專家咨詢形成推薦值。線路負(fù)荷強(qiáng)度也應(yīng)用此方法確定。由線路負(fù)荷強(qiáng)度確認(rèn)的規(guī)模與幾何密度確認(rèn)的規(guī)模往往是相悖的：從方便乘客角度出發(fā)，網(wǎng)絡(luò)密度愈大愈好，線網(wǎng)規(guī)模勢(shì)必偏大；從投資效益角度出發(fā)，線路負(fù)荷強(qiáng)度愈大愈好，線網(wǎng)規(guī)模勢(shì)必偏低。因此，在確定規(guī)模時(shí)應(yīng)兼顧二者，既不能取密度最大值，也不能僅憑負(fù)荷強(qiáng)度來