城市轨道交通线网发展特征分析

欧阳长城

(广州市地下铁道总公司,510030,广州∥副总工程师、高级工程师)

由于城市轨道交通的建设和运营都存在高投入的特点,这就需要深入探讨城市轨道交通网络的规模特征与其发展特征,以确立城市轨道交通在城市公共交通中的地位,寻求城市综合经济实力与轨道交通效益相平衡。

1 城市轨道交通的城市规模划分

为避免系统特征混淆,在对各城市的综合交通目标、线网规模、客流规模、系统选择、设施配置、运营效率等因素进行归纳分析时,从系统参数特征趋同的角度,对城市规模按500万人、200万人、100万人三个等级予以划分。

按这一分类标准,目前世界上拥有轨道交通的500万以上人口的城市有26座,线路长度占全部线路的23.32%;200万～500万人口的城市有35座,线路长度比例为38.66%;100万～200万人口的城市有48座,线路长度比例为15.10%;100万以下人口的城市有55座,线路长度比例为22.92%。

表1 世界上已建城市轨道交通系统规模统计表

2 线网发展阶段划分及其特征

2.1 线网发展阶段划分

从各城市开展轨道交通建设的历程来看,一般都经历了启动期、发展期和完善期等三个阶段。三个时期均具有比较明显的特点。

启动期：一般为10年左右时间,建成线路不超过线网规模的15%。人口大于200万人的城市,平均建设的线路长度一般在 30～40 km,人口小于200万人的城市,平均建设的线路长度一般在20～30 km。如广州从1993年至2003年仅建成35.4 km线路,占在建线网的14.9%;大阪从1933年至1960年仅修建了16.7 km线路,占建成线网的14.15%。

发展期：一般为15～20年时间,线网在这个时期快速增长,年均建成线路可达10 km左右,建成线网一般达到城市线网规模的80%～90%。如巴黎从1898—1913年增建了172.6 km线路,平均年建成线路11.5 km,最高达到32.5 km,建成线网规模达到总线网的93.5%;大阪从1964—1985年增建了74.3 km线路,最高年建成线路长16.1 km,建成线网达到总线网的80%,到1993年建成线网达到总线网的90%;广州从2003—2006年间建设了80.88 km线路,平均年建成线路20.2 km。

完善期：线网规模基本稳定,其建设主要是对线网结构和城市各区域提供运输服务的完善,线网建设强度低。如大阪在1990—2005年的15年时间里,线网增建了13.7 km,建设长度仅为总线网的11.6%。

城市轨道交通线网建设的三阶段特征,使其网络建设历程整体呈现“S”型的发展趋势,其中发展期对城市轨道交通建设的把握会对线网运营效益产生重大影响。目前,我国已有北京、上海、广州、深圳等4座特大型城市进入线网的发展期,其余11座城市尚处于启动期。

2.2 线网发展各阶段的客流规模特征

不同运营年限各等级规模城市的轨道交通站点日均客流强度分类统计如表2所示。从各规模城市的站点日均客流强度统计分布来看,其发展趋势具有以下特征：

(1)500万以上人口城市的站点日均客流强度具有初期向近期快速增长、远期逐步下降的发展特性。其初期站点日均客流强度基本为1～2万人次/站量级,近期为大于2万人次/站量级,远期为2万人次/站量级。

(2)200万～500万人口城市的站点日均客流强度具有初、近期量级相近,且近期有所增长、远期逐步下降的发展特性。其初、近期站点日均客流强度基本小于 2万人次/站量级,远期小于 1万人次/站量级。

(3)200万以下人口城市的站点日均客流强度具有初、近期量级相似,远期逐步增长的发展特性。其中100万～200万人口城市初、近期站点日均客流强度基本小于1万人次/站量级,远期站点日均客流强度基本为1～2万人次/站量级。

表2 城市轨道交通线网站点日均客流强度分布统计表

3 轨道交通评价参数设定

考虑到各城市存在规模、结构、形态、人口、经济、文化、交通习惯等诸多不同,选用国际通用的单位数值指标中的供给指标和使用指标对轨道交通予以考量、比较。

式中：

LS——车站数 ,座;

P——城市人口总数,万人;

Q——轨道交通线网日均客流量,万人次/d。

对线网建设和发展效率的评定,可采用以下单位数值指标：

式中：

Δ Q——一定时期内轨道交通线网日均客流变化量,万人次/d;

ΔLS——一定时期内轨道交通线网站点数变化量,座;

Δδr——一定时期内人均轨道交通站点数变化量,座/万人;

Δ Kr——一定时期内站点日均客流强度变化量,万人次/站。

4 轨道交通线网的发展特征及其指标分析

考虑到线网客流的生长具有长期性的特点,且世界各国运营30年以上的线路有377条,线路长度达 8 924.7 km,占全部运营线路的69.3%。因此,本文重点对该部分的相关数据进行对比分析。

4.1 城市轨道交通的参数指标统计与分析

城市轨道交通系统在城市交通系统中的功能及其运营效率受到城市交通现状、国民经济发展阶段、城市交通发展、城市空间发展和土地开发形成等多层面多因素的影响,各项指标存在较大的离散性。各规模城市的轨道交通人均站点数与轨道交通方式使用指标情况统计如表3所示。

从供给、使用指标的统计数据来看,存在明显的效益区间。供给指标位于该区间时,可以获得明显的使用效益。例如：500万以上人口城市的人均轨道交通站点数为0.08～0.331座/万人时,站点日均客流强度为1.94～5.2万人次/站,轨道交通出行率为0.36～0.78次/人◦d;200万～500万人口城市的人均轨道交通站点数为0.269～0.486座/万人时,站点日均客流强度为0.74～2.1万人次/站,轨道交通出行率为0.31～0.52次/人◦d;100万～200万人口城市的人均轨道交通站点数为0.161～0.514座/万人时,站点日均客流强度为1.15～1.74万人次/站,轨道交通出行率为0.22～0.51次/人◦d;100万以下人口城市的人均轨道交通站点数为0.464～0.783座/万人时,站点日均客流强度为0.5～1.15万人次/站,轨道交通出行率为0.32～0.56次/人◦d。

通过对各规模城市人均轨道交通站点数与轨道交通方式人均出行率、站点日均客流强度相互关系的分析,不难发现城市轨道交通所取得的交通效益与城市轨道交通资源配置有着直接关系,但两者之间不存在线形关系。通过统计分析,可以初步形成以下结论：

(1)轨道交通在机动化出行中的比例与人均站点数指标存在明显的阀值。在达到该阀值之前,轨道交通承担率会随着人均站点数指标的提高快速增长,并达到极值,之后开始回落,同时在一定范围内,站点日均客流强度与其具有同步性。

(2)当人均站点数指标超过阀值后,站点日均客流强度和轨道交通出行率随之下降,并无法实现综合交通目标。

(3)不同规模的城市除了阀值不同外,其在不同时期能够取得的使用效果也存在较大的差异。

(4)从统计数据看,大城市远期轨道交通方式在机动化出行中的分担率按30%规划具有可实现性。

4.2 线网发展的特征分析——供给-需求关系

通过统计分析,城市轨道交通的发展虽然受到各种城市条件和人文环境的制约,各自存在一定的发展特点,但最终仍符合于交通的供给-需求关系。因此,对规模效益区间[δr0,δr3]的分界点定义如下：

δr0——MKr等于平均客流强度时的人均站点数指标值。

表3 人均站点数与轨道交通方式使用指标关系表

δr3——MKr等于零时的人均站点数指标值,此时线网客流量Q达到最大值。

结合以上分析,可将城市轨道交通的发展特性归纳为如图1所示。其各阶段发展特性如下：

(1)当人均站点数从 δr0增加到 δr1时,线网客流量Q、站点日均客流强度Kr、边界站点日均客流强度MKr均表现为递增特点,且MKr＞Kr;此时线网发展处于规模收益递增区。

(2)当人均站点数从 δr1增加到 δr3时,MKr开始递减;当人均站点数为δr2时,Kr最大,这时MKr=Kr;当人均站点数超过δr2时,Kr将逐步减少,此时线网发展进入规模收益递减区;当人均站点数为δr3时,MKr=0,线网客流量 Q达到最大值。

(3)当人均站点数超过δr3时,MKr小于零,线网客流量将减少。

根据以上定义,对广州、大阪的城市轨道交通线网客流发展进行分析,其发展示意图如图2、图3所示。可以得出,对于广州市,δr0=0.043,时间位于2004年,即广州地铁2号线开通运营之后,线网运营开始进入规模效益发展阶段。对于大阪,δr2为0.118～0.273,属于一个区间值,时间位于1965年至1980年;δr3=0.387,时间位于1990年;此后虽然线网仍然保持了一定的增长,但线网客流总量却开始下降。

图1 城市轨道交通网络发展特性图

5 城市轨道交通规划指标建议

鉴于轨道交通的实际运营现状,进行轨道交通规划时,对其规模的确定应在遵循追求城市综合交通目标的基础上,同时兼顾自身效率和效益。通过统计数据分析,结合轨道交通运营成本平衡的基本概念,建议城市快速轨道交通各阶段规划指标选取范围如表4所示。

图2 广州市轨道交通发展示意图

表4 线网规划指标目标值选取范围建议表

6 结论

(1)城市轨道交通运营效果与一个城市的各个层面联系紧密,不能以单一模式认识这一交通方式的发展,需要充分预计各种发展的可能。但其发展存在明显的规模效益区间,因此在大力发展轨道交通并初步体会其优越性和效率的同时,尤其需要注重其经济规模的论证,注重对运营效益的合理控制。

(2)规模收益递增现象是规模经济的结果,表现为效益增加的幅度大于规模扩大的幅度。但规模的扩大是有限度的,超过一定限度后,规模收益递增将消失。

(3)规模收益递减发生在资源投入量超过一定限度以后,而在此之前,规模收益可能递增,也可能不变。如果条件改变,虽不可能改变规模递减规律现象的本质,但可以推迟出现递减现象。大阪1965年至1980年间客流的发展就印证了这一现象。

(4)从万人线路长度、线网客流强度,万人站点数、站点日均客流强度两组线网配置和效率指标的相关性和客观性来看,后一组指标与线网效率评价指标的相关性更强,因此在进行轨道交通网络效率分析时,应补充万人站点数、站点日均客流强度作为评价指标。

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