城市轨道交通网络规划的优化

摘　要: 对城市轨道交通网络规划中的相关问题, 如网络规模、规划与城市发展的关系, 规划与土地使用的相关性等, 提出了一些定性与定量分析方法. 结合我国已建成开通的城市轨道交通系统的实际情况, 对城市轨道交通网络建设的充分必要性、建设的时机及建设的次序等优化问题进行了探讨.

关键词: 城市轨道交通; 网络规划; 优化

　　目前, 世界各国大城市在发展城市交通的战略问题上基本达成一个共识, 即发展城市轨道交通系统, 形成运量大、速度快、能耗低、污染少、安全可靠性强的现代化立体公共交通干线网, 适应城市发展的需要.
在我国, 城市轨道交通的建设已成为方兴未艾、渐成热点的大趋势. 在经历了长期的城市交通运能不足、水平落后、方式单一、效果不佳的困扰, 体验了地下铁道建成后带来的种种直接效益和间接效益之后, 除北京、上海、广州、天津已建成地下铁道, 正在加快城市轨道交通发展成网的速度之外, 另有15 个城市正在规划、立项、送审、筹建城市轨道交通系统.
无论是已建成运营还是规划筹建的城市轨道交通系统, 囿于起步较晚、需求较急、资金较紧、起点较低、经验较少、条件较差(包括体制、人才、管理等), 从而在城市轨道交通路线网的整体规划与建设方面不可避免地存在一些值得注意、应尽早研究解决的问题: ① 重建设轻规划; ② 重线路轻网络; ③ 重建设轻管理; ④ 重引进轻国产; ⑤ 重局部轻整体; ⑥ 重近期轻远期. 此外, 城市轨道交通系统的规划、建设、运营与经营管理的体制与机制也存在一定的缺陷.
1　轨道交通建设的必要性与充分性
1. 1　城市轨道交通建设的必要性
1. 1. 1　城市公共客运交通运量需求
(1) 满足单一方向路线的极大运量需求. 一般认为某一客运交通方向上, 单向高峰客流量大于0. 5 ～ 0. 8 万人次h, 就有必要建设城市轨道交通路线, 否则该方向地面常规公交线路服务水平必然下降, 表现为车内拥挤不堪、车速低、延误严重、道路上形成“ 列车”运行等. 表1 是一条城市轨道交通路线与一条地面公共汽车路线的运能比较.
表1　城市轨道交通路线与地面公共汽车路线的运能比较

　　当一条地面常规公共线路无法承担超强的客流量时, 或者以牺牲乘客利益(拥挤、延误、耗时、不舒适、不安全) 来勉强应付高峰小时客流需求时, 则应考虑修建城市轨道交通路线, 当然必须超前预测、提前规划、适时建设.
(2) 满足城市交通整体客运量需求. 通过预测, 可获知城市远期客运交通发展趋势, 尤其是在人口密度大、人口绝对量高的发展中国家大城市, 解决地面道路交通拥挤, 满足高强度阵发性客流需求, 最佳办法是拥有科学合理的轨道交通网. 城市轨道交通在城市客运交通总量中占有相当高的比例, 例如发达国家的部分城市, 轨道交通完成的客运量往往占公共客运交通总量的50% 以上, 甚至可占总客运交通量的1/2 左右.
1. 1. 2　城市客运交通运距需求　城市轨道交通系统因其速度快、运量大, 可满足较远运距的客运需求. 如果按乘客比较合理的在途时间为1h 考虑(一般较高的标准为40 m in), 轨道交通与地面常规公共交通的服务范围差异较大(见表2).
表2　轨道交通与地面常规公共交通的服务范围

　　因此, 轨道交通路线的建设, 可使城市中心区人口密集的问题得到疏解缓和, 也使城市边缘区、郊区的发展得到交通的强有力支持, 是现代大都市布局科学合理调整与扩展的有力保证.
1. 1. 3　城市现代化发展的技术需求　城市现代化发展是经济实力与科学技术水平的集中表现, 而城市交通的现代化水平是主要标志之一. 轨道交通既符合城市现代化发展的需求, 又是城市现代化发展的标志之一.
1. 1. 4　城市可持续发展的长远需求　城市发展已进入一个以环境保护与资源利用两项可持续发展指标为主要评价指标的时期, 城市轨道交通系统具有环境优化保护与资源优化使用两大特征, 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 市民出行的时间、费用、舒适度等指标最佳; ④ 市民交通行为产生的对环境的污染最低; ⑤ 交通事故率最低; ⑥ 交通对城市发展的科学合理发展的引导支撑作用最优.
1. 2　城市轨道交通建设的充分性
一个城市有否建设城市轨道交通的必要性, 可表现为单一方向客运交通或远距离大运量客运交通的需求, 也可能表现为城市总体发展的需求. 但因为城市轨道交通建设需要巨额投资, 较高的建筑施工技术要求, 较高的运营管理要求和设备制造要求, 又有较高的经营风险, 因此, 在强调建设必要性的同时, 必须认识建设的充分性.
(1) 具备城市轨道交通建设的经济基础. 一般以城市整体发展水平(如人均gd p 、财政收入等), 或以城市融资还贷能力作为主要衡量依据.
(2) 具备城市轨道交通建设的科学技术基础. 城市轨道交通系统建设运营既有现代化的科学技术, 又有学科的交叉综合, 因此, 完全依赖引进国际先进技术, 难以降低投资与运营成本, 难以持续发展.
(3) 具备城市轨道交通建设的观念认识水平. 城市轨道交通系统必须具有一定超前性的规划指导, 观念认识的落后将直接导致规划的欠科学完善、建设的滞后、运营管理的不足.

2　城市轨道交通网络规模的确定
2. 1　城市轨道交通网络规模指标
(1) 城市轨道交通网的线路总长度[2 ].
l = ∑li　　i= 1, 2, 3, n
其中, li 为城市轨道交通网第i 条线路的长度( km ). l 反映了网的规模, 由此可以估算总投资量、总输送能力、总设备需求量、总经营成本、总体效益等, 并可据此决定相应的管理体制与运作机制.
(2) 城市轨道交通网的密度[3 ]. = s 或= l/q l/ρρ
其中: s 为城市轨道交通网络服务区面积(可以用相应的城市区域面积来计算) (km 2); q 为城市轨道交通网络服务区的总人口(可以用城市区域总人口来表示) ( 万人). ρ 只是一个总的城市轨道交通网密度[ (km /km 2) 或(km /万人) ], 为了反映网络在不同区域的密度, 可以再求ρ中心(城市中心区密度), ρ边缘(城市边缘区), ρ郊区(城市郊区) 等, 来评价城市轨道交通网的合理程度.
(3) 城市轨道交通网的总输送能力.
n = ∑ni　　i= 1, 2, 3, n
其中, ni 为第i条轨道交通线路的输送能力(万人次/单位时间段单位时间段可选用年、日、高峰小时等). n 表达了轨道交通在城市客运交通中的地位与作用、占有的份额与满足程度. 城市轨道交通网的规模还可用能源总消耗量、产业总需求量、人力总需求量等来表示, 可根据需要选择使用.
在上述规模指标中, 最主要的是运营线路总长度l, 关于l 的确定方法有定性分析与定量测算两大类. 定性分析可依据城市发展规模、城市经济实力、城市交通政策、城市发展战略, 组织专家及有关部门人员分析研究, 得到一个比较可行的规模指标.
2. 2　l 的定量测算方法
(1) 由城市远期土地与人口规模确定l. 经过对世界各国轨道交通系统运营情况的考察, 考虑城市轨道交通网规模(线路总长度l) 与城市远期发展的人口期望值和土地面积值存在紧密相关的特征, 可建立数学模型:
a
2
l = a0 pa1 s
其中: a0、a1、a2 均为待定系数; p为城市人口发展的期望值(万人); s为城市远期发展的面积(km 2).
在对世界各国轨道交通路线网[4 ] 较为完整(剔除了单一线路或2、3 条线路构成的简单路网) 的48 个城市轨道交通的资料进行回归运算, 得到0. 640 13 s0. 099 66 l = 1. 839 p　　考虑各城市的具体情况差异较大, 可对a0 作适当调整. 根据上述模型, 上海城市轨道交通网总长度的测算结果为425 km. 该数据可作为上海城市轨道交通网规划的线路总长度指标的参考值. 在具体线路规划与建设能力预备时作为主要依据之一.
(2) 根据城市交通方式的优化比例确定l.
t = n/ q 其中: t为城市远期客运交通总量(人次/单位时间段); n为远期人均预期出行率[ 人次(人· 单位时间段) ], 可由城市交通规划预测获取; q为人口期望值(人).
确定全市轨道交通总量:ts= tp /r2 其中: tp 为全市公共客运交通总量(人次/单位时间段), tp= t· r1; r1 为全市客运交通量公共客运交通所占比例; r2 为全市轨道交通客运量占全市公共客运交通总量中比例. r1, r2 可通过相关方法求得, 如采用专家法、比较分析法等.
确定了轨道交通线路数量、线路走向、线路长度, 然后可确定轨道交通网的线路总长度. 在此过程中, 可根据城市发展总体规划对土地使用布局的调整, 优化线路走向.
(3) 根据城市用地规划与交通规划确定l. 传统的规划偏重于交通规划的需求. 随着城市发展对土地开发与布局优化调整的新要求, 更应注重轨道交通线路对城市土地开发与布局调整的引导支持作用, 从而更重视土地开发与布局优化所需建设的轨道交通路线. 这方面的规划在国内尚未得到充分重视, 缺乏可信的实践成果, 拟根据人口数、岗位数、产业发展趋势、土地开发强度等确定轨道交通线路. 由轨道交通路线来支持与引导城市新开发地区(如副中心、卫星城、新城镇、大型功能区等) 的持续发展.
城市轨道交通网的规模在规划实施期内, 往往要根据城市发展的需求进行适当调整, 主要是线路走向、路网优化、设备产业化、运营管理体制完善等. 相对而言, 总长度的调整幅度不应很大. 因此, 城市轨道交通网的总长度是一个必须确定也是可以确定的基础数据.
3　轨道交通网络的建设时机与次序
　　建设时机有追随型、满足型、主导型的差异[5 ]. 比较理想的是主导型, 即对城市发展起到积极的良性的导向作用; 其次是满足型, 即随城市发展基本达到满足的水平; 最差的是追随型, 即始终落后于城市发展对轨道交通的需求. 当然, 极差的还有饥渴型, 也就是到了迫不得已之时, 才考虑建设轨道交通(在许多经济欠发达地区的城市正是如此). 而这些城市恰恰又是十分需要、十分适合轨道交通系统为之服务的.
选择建设时机的关键: 一是有良好的超前性规划, 包括前述的规模依据; 二是第一条线路的建设必须有一定的超前性, 由此形成观念认识的突破, 资金筹措与运用的实践, 工程技术难题的解决, 运营管理要素的完善, 对整个网的建设具有很强的导向作用.
建设的次序指线路排序, 一般的共识是先建设贯通市中心的直径线, 如“十”字形的干线, 或根据城市地形与布局特点建设主要客流方向的干线, 如香港的港岛线、港九线形成的“t ”字形干线. 随后的优先线路一般又定为环线, 使网的流通性、可达性、机动性、覆盖率等项指标均有较好的改善.
在构成“直径+ 环”形网之后, 选择的取向有两种, 一是填补环内的密度较低的缺陷, 也即优化环内服务水平, 是一种加强市中心的策略; 二是强化环外放射功能的取向, 即优化环外客流发展的需要与导向, 是一种强化城市边缘区及郊区开发的策略.
相比之下, 强化市中心的策略所需投资代价高, 但对市中心区的地面交通、环境保护、凝聚力更有作用; 强化城市边缘区的策略更有利于城市的合理布局, 单位投资的产出高. 两方面又是互补性很强的状态. 因此, 在经济欠发达地区城市似乎适合选择强化城市边缘区的策略. 而在经济发达地区的城市, 则应兼顾两方面的发展.
4 上海城市轨道交通网的建设次序选择
　　上海已建成并投入运营的地铁1 号线, 是一条贯通城市南北的直径线, 北向已有延伸至彭浦地区的规划, 南向已连通至外环线以外的莘庄, 并有延伸至闵行的规划. 已基本建成. 正在观光试运营的地铁2 号线一期工程, 西到中山公园, 东至浦东龙阳路, 是贯通城市内环线内的东西直径线, 并有向西至虹桥机场, 向东至浦东机场的2 期规划.
已完成全线铺轨的明珠线(按次序应定为3 号线) 是一条高架方式的轨道交通路线, 基本按原铁路沪杭内环线和淞沪铁路走向定线改建, 已纳入上海城市轨道交通网的内环西半环, 一期工程由东北端的江湾镇到西南端的漕河泾(铁路第二主客站).
按“十”字形加环的规律(即“ 申”字形结构), 上海轨道交通网建设的第四条线路应是内环东半环, 即从宝山路经提篮桥过江(地下隧道), 再从浦东新区浦建路一带返回浦西, 在漕溪路与明珠线接轨, 从而构成环线, 如图1 所示. 　　在“ 十”字形加环的网络构成之后, 首要选择应是加强城市边缘地区的交通通达性水平, 支持城市布局调整优化的要求. 例如, 对上海城市改造优化布局相关的居民迁入区的轨道交通线(已成规模的中原小区、彭浦新村、吴淞宝山地区, 正在发展的桃浦地区, 急待轨道交通支持的浦东南北两翼居民区), 这些路线有的已规划待建, 有的尚无近期规划, 需要调整抓紧优先建成. 从环线伸向边缘地区的线路, 可以选择地面独

图1　上海城市轨道交通网发展示意图　　
立路基或高架方式, 从而降低投资及运营费用. 建设主体可以采用地区为主或采用bo t 方式运作. 至于经营与运营管理则可组建相关实体来实施. 在环内增加密度的布线值得慎重考虑, 以交通为主要功能, 必须兼顾观光、商务、生活出行的需要, 同时需要考虑城市发展的形态与布局优化需求. 在上述强化环线外战略实施过程中, 逐步优化环线内线路布置就有了较充裕的时间和空间. 当然, 不论是环外放射干线还是环内棋盘型干线的布局, 整个网络众多线路的换乘问题必须预先规划, 在设计与建设中一步到位.
5　结　语
城市轨道交通网规划与建设并非是一条一条线路的叠加, 在空间布局与时间选择上均有一个优化的问题, 只有在规划时充分认识到这一点, 才能防止出现线路走向不理想, 换乘模式不科学, 运营管理体制不合理, 总体效益差强人意的遗憾.

参考文献:
[1] 　杨国宁编译. 世界主要地铁概况[j ]. 地铁与轻轨, 1996, (2): 8～ 10.
[2] 　w alm sley d, perrett k. the effect of rap id transit on public transpo rt and urban developm ent [m ]. london: hm so , 1992.
[3] 　a ttoe w. t ransit land use & urban fo rm-new sys2 tem successes at affo rdable p ieces[m ]. n ew your: b illboard publictions, 1988.
[4] 　尹　洪, 宋清. 世界城市地铁与轻轨概况[j ]. 地铁与轻轨, 1991, (1): 7～ 9.
[5] 　m eyer m d,m aler e j. u rban transpo rtation p lan2 ning[m ].london:hutchinson, 1995.