城市軌道交通網絡規劃的優化

摘　要: 對城市軌道交通網絡規劃中的相關問題, 如網絡規模、規劃與城市發展的關系, 規劃與土地使用的相關性等, 提出了一些定性與定量分析方法. 結合我國已建成開通的城市軌道交通系統的實際情況, 對城市軌道交通網絡建設的充分必要性、建設的時機及建設的次序等優化問題進行了探討.
關鍵詞: 城市軌道交通; 網絡規劃; 優化
　　目前, 世界各國大城市在發展城市交通的戰略問題上基本達成一個共識, 即發展城市軌道交通系統, 形成運量大、速度快、能耗低、污染少、安全可靠性強的現代化立體公共交通干線網, 適應城市發展的需要.
在我國, 城市軌道交通的建設已成為方興未艾、漸成熱點的大趨勢. 在經歷了長期的城市交通運能不足、水平落后、方式單一、效果不佳的困擾, 體驗了地下鐵道建成后帶來的種種直接效益和間接效益之后, 除北京、上海、廣州、天津已建成地下鐵道, 正在加快城市軌道交通發展成網的速度之外, 另有15 個城市正在規劃、立項、送審、籌建城市軌道交通系統.
無論是已建成運營還是規劃籌建的城市軌道交通系統, 囿于起步較晚、需求較急、資金較緊、起點較低、經驗較少、條件較差(包括體制、人才、管理等), 從而在城市軌道交通路線網的整體規劃與建設方面不可避免地存在一些值得注意、應盡早研究解決的問題: ① 重建設輕規劃; ② 重線路輕網絡; ③ 重建設輕管理; ④ 重引進輕國產; ⑤ 重局部輕整體; ⑥ 重近期輕遠期. 此外, 城市軌道交通系統的規劃、建設、運營與經營管理的體制與機制也存在一定的缺陷.
1　軌道交通建設的必要性與充分性
1. 1　城市軌道交通建設的必要性
1. 1. 1　城市公共客運交通運量需求
(1) 滿足單一方向路線的極大運量需求. 一般認為某一客運交通方向上, 單向高峰客流量大于0. 5 ～ 0. 8 萬人次h, 就有必要建設城市軌道交通路線, 否則該方向地面常規公交線路服務水平必然下降, 表現為車內擁擠不堪、車速低、延誤嚴重、道路上形成“ 列車”運行等. 表1 是一條城市軌道交通路線與一條地面公共汽車路線的運能比較.
表1　城市軌道交通路線與地面公共汽車路線的運能比較

　　當一條地面常規公共線路無法承擔超強的客流量時, 或者以犧牲乘客利益(擁擠、延誤、耗時、不舒適、不安全) 來勉強應付高峰小時客流需求時, 則應考慮修建城市軌道交通路線, 當然必須超前預測、提前規劃、適時建設.
(2) 滿足城市交通整體客運量需求. 通過預測, 可獲知城市遠期客運交通發展趨勢, 尤其是在人口密度大、人口絕對量高的發展中國家大城市, 解決地面道路交通擁擠, 滿足高強度陣發性客流需求, 最佳辦法是擁有科學合理的軌道交通網. 城市軌道交通在城市客運交通總量中占有相當高的比例, 例如發達國家的部分城市, 軌道交通完成的客運量往往占公共客運交通總量的50% 以上, 甚至可占總客運交通量的1/2 左右.
1. 1. 2　城市客運交通運距需求　城市軌道交通系統因其速度快、運量大, 可滿足較遠運距的客運需求. 如果按乘客比較合理的在途時間為1h 考慮(一般較高的標準為40 m in), 軌道交通與地面常規公共交通的服務范圍差異較大(見表2).
表2　軌道交通與地面常規公共交通的服務范圍

　　因此, 軌道交通路線的建設, 可使城市中心區人口密集的問題得到疏解緩和, 也使城市邊緣區、郊區的發展得到交通的強有力支持, 是現代大都市布局科學合理調整與擴展的有力保證.
1. 1. 3　城市現代化發展的技術需求　城市現代化發展是經濟實力與科學技術水平的集中表現, 而城市交通的現代化水平是主要標志之一. 軌道交通既符合城市現代化發展的需求, 又是城市現代化發展的標志之一.
1. 1. 4　城市可持續發展的長遠需求　城市發展已進入一個以環境保護與資源利用兩項可持續發展指標為主要評價指標的時期, 城市軌道交通系統具有環境優化保護與資源優化使用兩大特征, 即: ① 人均能源消耗在所有交通方式中最低; ② 人均占有交通用地在所有交通方式中最低; ③ 市民出行的時間、費用、舒適度等指標最佳; ④ 市民交通行為產生的對環境的污染最低; ⑤ 交通事故率最低; ⑥ 交通對城市發展的科學合理發展的引導支撐作用最優.
1. 2　城市軌道交通建設的充分性
一個城市有否建設城市軌道交通的必要性, 可表現為單一方向客運交通或遠距離大運量客運交通的需求, 也可能表現為城市總體發展的需求. 但因為城市軌道交通建設需要巨額投資, 較高的建筑施工技術要求, 較高的運營管理要求和設備制造要求, 又有較高的經營風險, 因此, 在強調建設必要性的同時, 必須認識建設的充分性.
(1) 具備城市軌道交通建設的經濟基礎. 一般以城市整體發展水平(如人均GD P 、財政收入等), 或以城市融資還貸能力作為主要衡量依據.
(2) 具備城市軌道交通建設的科學技術基礎. 城市軌道交通系統建設運營既有現代化的科學技術, 又有學科的交叉綜合, 因此, 完全依賴引進國際先進技術, 難以降低投資與運營成本, 難以持續發展.
(3) 具備城市軌道交通建設的觀念認識水平. 城市軌道交通系統必須具有一定超前性的規劃指導, 觀念認識的落后將直接導致規劃的欠科學完善、建設的滯后、運營管理的不足.

2　城市軌道交通網絡規模的確定
2. 1　城市軌道交通網絡規模指標
(1) 城市軌道交通網的線路總長度[2 ].
L = ∑Li　　i= 1, 2, 3, n
其中, Li 為城市軌道交通網第i 條線路的長度( km ). L 反映了網的規模, 由此可以估算總投資量、總輸送能力、總設備需求量、總經營成本、總體效益等, 并可據此決定相應的管理體制與運作機制.
(2) 城市軌道交通網的密度[3 ]. = S 或= L/Q L/ΡΡ
其中: S 為城市軌道交通網絡服務區面積(可以用相應的城市區域面積來計算) (km 2); Q 為城市軌道交通網絡服務區的總人口(可以用城市區域總人口來表示) ( 萬人). Ρ 只是一個總的城市軌道交通網密度[ (km /km 2) 或(km /萬人) ], 為了反映網絡在不同區域的密度, 可以再求Ρ中心(城市中心區密度), Ρ邊緣(城市邊緣區), Ρ郊區(城市郊區) 等, 來評價城市軌道交通網的合理程度.
(3) 城市軌道交通網的總輸送能力.
N = ∑Ni　　i= 1, 2, 3, n
其中, Ni 為第i條軌道交通線路的輸送能力(萬人次/單位時間段單位時間段可選用年、日、高峰小時等). N 表達了軌道交通在城市客運交通中的地位與作用、占有的份額與滿足程度. 城市軌道交通網的規模還可用能源總消耗量、產業總需求量、人力總需求量等來表示, 可根據需要選擇使用.
在上述規模指標中, 最主要的是運營線路總長度L, 關于L 的確定方法有定性分析與定量測算兩大類. 定性分析可依據城市發展規模、城市經濟實力、城市交通政策、城市發展戰略, 組織專家及有關部門人員分析研究, 得到一個比較可行的規模指標.
2. 2　L 的定量測算方法
(1) 由城市遠期土地與人口規模確定L. 經過對世界各國軌道交通系統運營情況的考察, 考慮城市軌道交通網規模(線路總長度L) 與城市遠期發展的人口期望值和土地面積值存在緊密相關的特征, 可建立數學模型:
a
2
L = a0 Pa1 S
其中: a0、a1、a2 均為待定系數; P為城市人口發展的期望值(萬人); S為城市遠期發展的面積(km 2).
在對世界各國軌道交通路線網[4 ] 較為完整(剔除了單一線路或2、3 條線路構成的簡單路網) 的48 個城市軌道交通的資料進行回歸運算, 得到0. 640 13 S0. 099 66 L = 1. 839 P　　考慮各城市的具體情況差異較大, 可對a0 作適當調整. 根據上述模型, 上海城市軌道交通網總長度的測算結果為425 km. 該數據可作為上海城市軌道交通網規劃的線路總長度指標的參考值. 在具體線路規劃與建設能力預備時作為主要依據之一.
(2) 根據城市交通方式的優化比例確定L.
T = n/ Q 其中: T為城市遠期客運交通總量(人次/單位時間段); n為遠期人均預期出行率[ 人次(人· 單位時間段) ], 可由城市交通規劃預測獲取; Q為人口期望值(人).
確定全市軌道交通總量:TS= TP /r2 其中: TP 為全市公共客運交通總量(人次/單位時間段), TP= T· r1; r1 為全市客運交通量公共客運交通所占比例; r2 為全市軌道交通客運量占全市公共客運交通總量中比例. r1, r2 可通過相關方法求得, 如采用專家法、比較分析法等.
確定了軌道交通線路數量、線路走向、線路長度, 然后可確定軌道交通網的線路總長度. 在此過程中, 可根據城市發展總體規劃對土地使用布局的調整, 優化線路走向.
(3) 根據城市用地規劃與交通規劃確定L. 傳統的規劃偏重于交通規劃的需求. 隨著城市發展對土地開發與布局優化調整的新要求, 更應注重軌道交通線路對城市土地開發與布局調整的引導支持作用, 從而更重視土地開發與布局優化所需建設的軌道交通路線. 這方面的規劃在國內尚未得到充分重視, 缺乏可信的實踐成果, 擬根據人口數、崗位數、產業發展趨勢、土地開發強度等確定軌道交通線路. 由軌道交通路線來支持與引導城市新開發地區(如副中心、衛星城、新城鎮、大型功能區等) 的持續發展.
城市軌道交通網的規模在規劃實施期內, 往往要根據城市發展的需求進行適當調整, 主要是線路走向、路網優化、設備產業化、運營管理體制完善等. 相對而言, 總長度的調整幅度不應很大. 因此, 城市軌道交通網的總長度是一個必須確定也是可以確定的基礎數據.
3　軌道交通網絡的建設時機與次序
　　建設時機有追隨型、滿足型、主導型的差異[5 ]. 比較理想的是主導型, 即對城市發展起到積極的良性的導向作用; 其次是滿足型, 即隨城市發展基本達到滿足的水平; 最差的是追隨型, 即始終落后于城市發展對軌道交通的需求. 當然, 極差的還有饑渴型, 也就是到了迫不得已之時, 才考慮建設軌道交通(在許多經濟欠發達地區的城市正是如此). 而這些城市恰恰又是十分需要、十分適合軌道交通系統為之服務的.
選擇建設時機的關鍵: 一是有良好的超前性規劃, 包括前述的規模依據; 二是第一條線路的建設必須有一定的超前性, 由此形成觀念認識的突破, 資金籌措與運用的實踐, 工程技術難題的解決, 運營管理要素的完善, 對整個網的建設具有很強的導向作用.
建設的次序指線路排序, 一般的共識是先建設貫通市中心的直徑線, 如“十”字形的干線, 或根據城市地形與布局特點建設主要客流方向的干線, 如香港的港島線、港九線形成的“T ”字形干線. 隨后的優先線路一般又定為環線, 使網的流通性、可達性、機動性、覆蓋率等項指標均有較好的改善.
在構成“直徑+ 環”形網之后, 選擇的取向有兩種, 一是填補環內的密度較低的缺陷, 也即優化環內服務水平, 是一種加強市中心的策略; 二是強化環外放射功能的取向, 即優化環外客流發展的需要與導向, 是一種強化城市邊緣區及郊區開發的策略.
相比之下, 強化市中心的策略所需投資代價高, 但對市中心區的地面交通、環境保護、凝聚力更有作用; 強化城市邊緣區的策略更有利于城市的合理布局, 單位投資的產出高. 兩方面又是互補性很強的狀態. 因此, 在經濟欠發達地區城市似乎適合選擇強化城市邊緣區的策略. 而在經濟發達地區的城市, 則應兼顧兩方面的發展.
4 上海城市軌道交通網的建設次序選擇
　　上海已建成并投入運營的地鐵1 號線, 是一條貫通城市南北的直徑線, 北向已有延伸至彭浦地區的規劃, 南向已連通至外環線以外的莘莊, 并有延伸至閔行的規劃. 已基本建成. 正在觀光試運營的地鐵2 號線一期工程, 西到中山公園, 東至浦東龍陽路, 是貫通城市內環線內的東西直徑線, 并有向西至虹橋機場, 向東至浦東機場的2 期規劃.
已完成全線鋪軌的明珠線(按次序應定為3 號線) 是一條高架方式的軌道交通路線, 基本按原鐵路滬杭內環線和淞滬鐵路走向定線改建, 已納入上海城市軌道交通網的內環西半環, 一期工程由東北端的江灣鎮到西南端的漕河涇(鐵路第二主客站).
按“十”字形加環的規律(即“ 申”字形結構), 上海軌道交通網建設的第四條線路應是內環東半環, 即從寶山路經提籃橋過江(地下隧道), 再從浦東新區浦建路一帶返回浦西, 在漕溪路與明珠線接軌, 從而構成環線, 如圖1 所示. 　　在“ 十”字形加環的網絡構成之后, 首要選擇應是加強城市邊緣地區的交通通達性水平, 支持城市布局調整優化的要求. 例如, 對上海城市改造優化布局相關的居民遷入區的軌道交通線(已成規模的中原小區、彭浦新村、吳淞寶山地區, 正在發展的桃浦地區, 急待軌道交通支持的浦東南北兩翼居民區), 這些路線有的已規劃待建, 有的尚無近期規劃, 需要調整抓緊優先建成. 從環線伸向邊緣地區的線路, 可以選擇地面獨

圖1　上海城市軌道交通網發展示意圖　　
立路基或高架方式, 從而降低投資及運營費用. 建設主體可以采用地區為主或采用BO T 方式運作. 至于經營與運營管理則可組建相關實體來實施. 在環內增加密度的布線值得慎重考慮, 以交通為主要功能, 必須兼顧觀光、商務、生活出行的需要, 同時需要考慮城市發展的形態與布局優化需求. 在上述強化環線外戰略實施過程中, 逐步優化環線內線路布置就有了較充裕的時間和空間. 當然, 不論是環外放射干線還是環內棋盤型干線的布局, 整個網絡眾多線路的換乘問題必須預先規劃, 在設計與建設中一步到位.
5　結　語
城市軌道交通網規劃與建設并非是一條一條線路的疊加, 在空間布局與時間選擇上均有一個優化的問題, 只有在規劃時充分認識到這一點, 才能防止出現線路走向不理想, 換乘模式不科學, 運營管理體制不合理, 總體效益差強人意的遺憾.

參考文獻:
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