特大城市多层次轨道交通网络整合问题思考

顾保南，寇 俊

(同济大学交通运输工程学院，上海201804)

特大城市多层次轨道交通网络整合问题思考

顾保南，寇 俊

(同济大学交通运输工程学院，上海201804)

未来10年，中国特大城市将大规模建设市域快速轨道交通系统。这为在整个市域范围内改善铁路、中心城轨道交通、市域快速轨道交通及其结合关系提供了良好契机。总结轨道交通网络之间的三种结合类型：点状结合、线状结合、网状结合，并分析不同结合类型的服务效果差异。提出轨道交通网络整合的概念，论述轨道交通网络整合的必要性和可行性。重点阐述轨道交通网络整合的主要技术措施。最后，指出中国市域快速轨道交通规划中需要注意的主要问题。

市域快速轨道交通；市郊铁路；城市轨道交通；网络规划；网络整合；系统制式

近10年，中国轨道交通快速发展，在特大城市中形成了多个层次的轨道交通系统类型。特大城市都有国家铁路系统(以下简称“铁路”，包括客运为主的普速铁路、高速铁路、城际铁路)及城市轨道交通系统(以下简称“城轨”，包括地铁、轻轨等)，部分特大城市开始规划建设市域快速轨道交通系统(以下简称“市域快轨”)。对于只有铁路与城轨两类轨道交通系统的特大城市，其轨道交通系统之间的结合比较简单，一般是城轨衔接铁路客站，两者形成换乘关系。随着市域快轨网络加入城市交通系统之后，各类轨道交通系统之间的结合关系变得复杂，不仅体现在结合主体对象数量的增多，而且体现在结合方式的多样化、结合范围的扩大以及不同轨道交通系统之间的整合等方面。本文主要就轨道交通网络整合的相关问题加以讨论。

1 轨道交通系统之间的结合类型及其服务效果差异

1.1 结合类型

1）点状结合。

某条铁路在一个城市只有一个车站(点)与城轨或市域快轨结合。点状结合是常见的结合类型，即城轨线路在铁路车站附近设站，形成换乘关系。这种轨道交通系统结合关系通常存在于特大城市的中心城区，特大城市外围的铁路车站一般依靠非轨道交通方式接驳。

2）线状结合。

某条铁路与城轨或市域快轨在某个交通走廊(线)上有多个换乘点。分为两种情况：①共通道，不同轨道交通系统的列车分线行驶；②两类或多类系统的列车共轨运营(也称共线运营)。第一种线结合的案例是柏林，在其中心区的Westkreuz与Ostkreuz之间，铁路与市域快轨(S-Bahn)的线路并行布置但分线行驶，在Lehrter，Ostbahnhof，Zoologischer Garten，Alexanderpl等车站均可换乘。第二种线结合的案例在德国和日本有多个[1]。德国卡尔斯鲁厄市采用轻轨、市域铁路及城际铁路之间的共轨运营方式。日本铁路公司有6家客运公司参与共轨运营；日本私铁有43家公司参与共轨运营，不同公司的列车可以共同使用同一车站(共站运营)。中国在建的重庆跳蹬—江津市域快轨线拟采用双流制(DC1 500 V及AC25 KV)，未来可望与重庆地铁5号线互联互通，实现共轨及共站运营。

3）网状结合。

某条铁路进入特大城市后分为两支或多支线路，在该城市的市区及郊区设有多个铁路车站；如果该城市有多条铁路进入，这些铁路的支线之间相互联络，形成市内铁路网，铁路列车可以互联互通。例如，沪宁城际铁路进入上海市域后，一支通往上海站，一支通往上海虹桥站，在上海虹桥站—浦东国际机场的联络线建成后，还可以通往浦东国际机场及上海东站。如果市域快轨能够与铁路兼容，铁路列车可以开行到市域快轨线网中，那么铁路列车的停靠站选择性进一步改善。互连互通性能优良的网状结构案例是柏林铁路网。

1.2 服务效果差异

1）点状结合方式使得一个城市的铁路出行全部集中在这一个车站上，市民的平均接驳时间很长，尤其是郊区居民。随着铁路客运需求增长，车站常年人满为患。上海市区已有近600 km城市轨道交通线网运营，但是上海市郊30 km半径圈附近居民到上海站、虹桥站的公共交通接驳时间仍然需要1.3~1.8 h，50 km半径圈附近居民则达到1.7~2.4 h。而上海虹桥站—杭州东站的高铁列车仅耗时1 h，上海虹桥站—南京站(南京南站)仅耗时1.5~2.0 h。郊区到铁路客站仅30 km的接驳时间大于300 km的城际列车行程时间。到铁路车站的接驳时间偏长是中国城际铁路出行普遍面临的问题。

2）线状结合方式下，一个城市的铁路出行可以分散到若干个车站上，铁路运营部门在行车组织方面具有可调节性，乘客也具有便利选择性。当某个车站客流过大时，铁路部门安排列车运行图时可以减少该车站的列车停靠次数，而增加其他车站的列车停靠次数。乘客可根据各车站的列车时刻表选择接驳时间较短的车站乘车。

3）网状结合方式下，一个城市的铁路出行可选车站数比线状结合方式更多，一条铁路的某次列车进入该市后可在多个车站(市区或郊区)选择性停靠，始发站上不同车次的列车可开往不同的方向。这使得乘客的出发车站及到达车站均有更多选择，无论是出发还是到达均可节省铁路车站接驳时间。

2 轨道交通网络整合的必要性及可行性

2.1 概念

轨道交通网络整合指不同类型轨道交通线网通过线状或网状结合的方式使不同线网之间形成多点换乘甚至共站运营。

铁路与城轨形成点状结合关系，在工程建设难度上低于线状结合，因此广泛采用。许多城市的铁路车站以前没有地铁，现在都已增加了地铁车站与铁路车站换乘，如上海站、南京站等。由于这种方式的服务效果较差，未来具有多层次轨道交通的城市需要向线状或网状结合关系方向发展。这项工作的关键在于规划阶段的线网整合。如果规划阶段在铁路沿线没有预留城轨或市域快轨线位，那么要实现线状或网状结合关系则需在工程建设、经济成本等方面付出更大代价。

2.2 需求

1）铁路车站集散能力日趋紧张。

特大城市的铁路主客站将面临客流集散能力不足的问题。以上海市为例，无论是上海站还是上海虹桥站，其客流集散能力(主要是铁路站台与地铁站台之间的通道能力)已趋于饱和，难以应对未来客流的成倍增长，因而需要增设新的铁路车站。其他特大城市也有类似的困惑，这与中国铁路的强劲客流增长潜力有关。

交通供给的增加会刺激交通需求增长。自2005年铁路客运专线快速建设以来，铁路客运量快速增长。2005年底中国铁路网运营里程为6.2万km，年客运量为11.6亿人次；2015年底中国铁路网运营里程为12.1万km，年客运量为25.0亿人次。经过10年时间，铁路网里程增加近1倍，而铁路客运量增加约1.12倍。根据2016版《中长期铁路网规划》，至2025年，中国铁路网运营里程可达17.5万km；加上各省市规划的省域城际铁路及市域铁路，铁路网总里程可望超过20万km。因此，10年后铁路客运量可望在2015年基础上增加1倍以上。

2）市郊通勤客流需求增长潜力巨大。

随着特大城市的人口向郊区转移，市郊的客源大量增长。目前，中国铁路及城轨对市郊的轨道交通客运服务水平很低，导致市郊的轨道交通客流量很小。

尽管近10年中国铁路客运量持续大幅度增长，但到2016年铁路人均年乘次仅为2.0次，而德国联邦铁路(DB)为23.0次(1999年)[2]、日本国铁(JR)68.2次(1999年)[3]。德国、日本铁路之所以出行乘次比中国高出数十倍，是由于其运送了大量短距离旅客。2005年、2015年中国铁路的平均乘距分别为524 km，472 km，说明长距离旅客比例较大。德国铁路乘客人均年乘次中，长距离2.0次(平均乘距237 km)，短距离21.0次(平均乘距22 km)，德国联邦铁路平均乘距41 km。日本国铁的人均年乘次是德国联邦铁路的3倍，但平均乘距更短，仅为28 km。因此，如果未来中国铁路加强短距离客流服务，其客流增长潜力可达5倍以上。面对如此强劲的铁路客流增长，中国未来不少特大城市的铁路车站客流集散能力都会严重不足。

根据美国《交通统计年报1995》[4]，通过计算可以得出结论：在都市圈或城市群地区，市郊轨道交通通勤客流量(市郊—中心城1 640+630万人次·d-1、市郊—市郊3 320万人次·d-1、市郊—其他城市320+240+90万人次·d-1)是中心城内部通勤客流量(2 690万人次·d-1)的2.3倍(见图1)。

随着中国铁路网的加密，尤其是城际铁路及市域快轨线路的大量增加，城市群地区的短距离乘客可望大幅度增加。

3）市郊居民出行便捷性要求提高。

未来10年，特大城市市郊的城镇化进程将加快推进，市郊人口增长迅速；工作类型与城市居民趋同，通勤出行距离显著扩大；道路交通拥堵，出行时间偏长；市郊居民的收入水平大幅度提高又迫切要求缩短出行时间及提高出行舒适度。这些因素均要求郊区城镇具有便捷的轨道交通网络。

2.3 契机

近10年，特大城市将大规模建设市域快轨网络，同时还有一些连接20万以上人口规模县城的国家铁路项目。目前，不仅北京、上海、重庆等直辖市规划了上千千米的市域快轨线网，杭州、南京等省会城市也在规划建设中心城与周围县市连接的市域快轨线路。根据《中长期铁路网规划》，国家铁路网要连接20万人以上的城市，特大城市周围的许多县城均是国家铁路网的连接对象。这为轨道交通网络整合提供了良好契机。

3 轨道交通网络整合要点

3.1 目的和主要对象

轨道交通网络整合的功能性目的是完善特大城市整个市域的轨道交通服务便捷性，包括中心城内部、中心城—其他城市、中心城—市郊城镇、市郊城镇—市郊城镇、市郊城镇—其他城市等方面的出行便捷性。

随着城轨线网规划的实施，特大城市中心城内部的出行时间大部分在1 h以内；这些城轨线网都注重与铁路主辅客站衔接，中心城的对外铁路交通基本解决。目前存在的问题主要在于与市郊城镇有关的轨道交通出行便捷性方面：1)市郊中小城镇到中心城市中心区的出行时间偏长，大部分在1.5 h以上；2)部分市郊大型城镇(20~100万人)到铁路主辅客站的时间过长，例如，上海的宝山、青浦、奉贤、浦东地区等乘铁路列车的接驳时间接近2 h，南京、杭州等省会城市外围的县城普遍缺乏铁路车站；3)市郊中小城镇之间缺乏直接的轨道交通联系；4)市郊大型城镇与相邻大城市的市郊大型城镇缺乏直接的轨道交通联系。

图1 美国市郊轨道交通通勤客流规模与形态结构Fig.1 The scale and structure of commuter flow in suburban rail transit in the U.S.

针对这些问题，网络整合涉及的主要对象是位于市郊范围的城轨、市域快轨及铁路支线，其中市域快轨因其范围广、选线灵活而成为网络整合中的主体。

式中：Tomjb为起点城市出发小区到城轨或市域快轨车站的接驳时间，与接驳距离及接驳方式有关；Tomwait为起点城市出发小区往铁路车站途中在城轨或市域快轨车站的等待时间，一般取列车发车间隔的一半；Tometro为起点城市出发小区往铁路车站途中乘城轨或市域快轨列车的车上时间，与列车运行速度及停站方式有关；Toswait为起点城市乘坐铁路列车的等待时间，包括从城轨或市域快轨车站到铁路车站的行走时间及在铁路车站的候车时间，如果是市内出行，此项为0；Todtrain为起、讫城市铁路车站之间的铁路车上时间，与列车运行速度及停站方式有关，如果有中转，则包含中转时间，如果是市内出行，此项为0；Tdmwait为终点城市铁路车站往目的小区途中在城轨或市域快轨车站的等待时间，一般取列车发车间隔的一半；Tdmetro为终点城市在铁路车站往目的小区途中乘城轨或市域快轨列车的车上时间，与列车运行速度及停站方式有关；Tdmjb为终点城市城轨或市域快轨车站到目的小区的接驳时间，与接驳距离及接驳方式有关。

基于公式(1)可以看出，要减少出发小区—到达小区整个出行链的时间，与网络整合有关的途径有：减少接驳时间、车站等待时间、线网内的换乘时间、列车车上时间。

3.2 影响市郊城镇轨道交通出行便捷性的主要因素

市郊居民出行需求巨大，但要把这些乘客吸引到轨道交通中来，关键是设法提高轨道交通出行便捷性。轨道交通出行便捷性可用乘客在起讫点(出发小区—目的小区)间采用轨道交通方式的出行链总时间Tz来反映。Tz越短，表示便捷性越好。计算公式为

3.3 主要技术措施

3.3.1 减少市郊城镇到市域快轨或铁路车站的接驳时间

1）在市域快轨选线时，尽量缩短车站与附近城镇的距离，以减少附近城镇居民到车站的接驳时间，进而减少到中心城、铁路车站的出行时间。这就要求平面曲线半径标准有一定的灵活性(低于城际铁路设计标准)；轨道交通线路设施与沿线土地利用之间也要相互结合，以提高建设和运营效益。

2）在市郊城镇增设铁路车站数量。铁路干线进入特大城市市郊，分出若干支线，直接连接市郊城镇，缩短市郊居民到铁路车站的接驳距离、简化接驳环节(市域快轨接驳铁路客站)。如果市郊城镇预留了铁路支线的线位及站位，这项措施的工程代价就会显著降低。另外，要使此措施有效，还要求铁路部门在安排列车运行图时在该站有足够的停靠次数，否则乘客的等待时间就会增加。

3）铁路列车开行到市域快轨网络上。其好处显而易见，铁路列车可以利用市域快轨的车站停靠，不需兴建专门的铁路支线就可以到达相关的市郊城镇，大大缩短了接驳时间。其需要解决的问题也很多，一是要求市域快轨设施(建筑限界、站台长度、供电制式、列车运行控制系统)能够兼容铁路列车；二是沿线车站具有越行条件，否则会大大影响铁路行车速度；还有车站客运管理、收支分摊协议等一系列问题。如果市域快轨采用铁路制式，上述问题则相对简单。

3.3.2 减少市域快轨与城轨或铁路的换乘时间

1）市域快轨延伸至中心城内，与城轨线网的两个或多个车站换乘。这样可以减少乘客换乘次数，同时也能减少因客流集中在一个车站上换乘的拥挤程度。

2）市域快轨线路延伸到铁路车站范围内。例如，大型铁路客站一般有10~15个站台(20~30股站线)，可以拿出1~2个站台(2~4股站线)供市域快轨使用，这样乘客的换乘距离可以缩短。但是，也需要解决安检、客流进出站、换乘路径等诸多运营管理问题。

3.3.3 减少市域快轨线网不同线路之间的换乘时间

1）组织本市市域快轨的跨线列车运营。特大城市的市郊区域比中心城大得多，市域快轨线路纵横交错。在相交的市域线路之间建立双向联络线，组织跨线列车运营，这对起讫点均在本市市郊的城镇之间的出行便捷性改善作用显著。市郊空间范围大，大部分市郊城镇之间的出行需要经由2~4条线路，如果没有跨线运营，换乘次数就多；市郊线路的断面客流量一般很小，因而发车频率很低，列车发车间隔较长，可达30~120min，导致换乘等待时间很长。这样的市郊轨道交通出行即使与拥堵道路上的小汽车出行相比也已失去竞争力。这一方面要求市郊线路采取统一的系统制式，另一方面要求线路之间具有列车可互通运行的联络线，即互联互通、网络化运营。

2）人员交流频繁的相邻城市之间，也可考虑实现跨市域的互联互通。这是更大范围内的网络化运营，可增加轨道交通的客流吸引力，提高相关市域快轨设施的使用效能。例如，上海市域快轨线网与苏州、嘉兴的市域快轨线网在空间上毗邻，调整部分线路走向即可实现物理上的连通。然而，要实现它们之间的网络化运营，还要求车型、供电、运控等多方面的协调，列车始发终到的停车、列检等许多问题有待解决。

3.3.4 减少一条线路上的列车运营时间

1）在一条线路上采用非正常的行车组织措施，如前后列车错开停靠车站并隔站停靠，可提高列车旅行速度。

2）在小站上布设越行线，组织特快、大站快车、慢车等不同类型的列车。日本京都—大阪—神户走廊上有3条并行的轨道交通线路，每条线路均可组织快慢车运行；列车最高速度110~130 km·h-1，平均站间距1.5~3.0 km，平均停站距离1.5~15.0 km，慢车旅行速度35~50 km·h-1，快车旅行速度可达55~95 km·h-1[5]。需要注意的是，快慢车的行车组织方式会降低线路通行能力，在运能紧张的线路上不宜采用。

4 中国市域快轨规划需要注意的问题

从已规划建设的市域快轨线路来看，需要注意以下问题：

1）旅行速度不够快。上海市地铁11号线(规划R3)、9号线(规划R4)功能定位是市域快线，但因最高速度不高、缺乏越行线等原因，导致旅行速度不足45 km·h-1，不能满足特大城市交通便捷性服务标准。北京、杭州、南京等城市在建的市域线均未采用越行模式。在制式选择上，偏向地铁制式。国外不少市域线选用铁路制式，最高速度比地铁更高(120~160 km·h-1)，还可以与铁路互联互通，对市郊长距离线路的服务效果比地铁制式好。

2）市域快轨线网结构主要是由中心城向外的放射状线网，对市郊城镇之间的直接联系不够重视。特大城市外围的市郊大型城镇数量一般有5~8个，这些城镇的人口规模在快速增长，可发展到30~100万人。

3）对本市市域线之间及其与邻市市域线之间的互联互通还不够重视。

5 结语

市域快轨在中国刚开始规划建设，对其功能定位、技术特点的认识还不一致。市域快轨作为一支新生力量加入到城市交通体系中，会对城市交通的规划建设产生深远影响。市域快轨向中心城内部延伸，与城轨线网会产生衔接、连通的需求；市域快轨向市外延伸会与铁路、邻市市域快轨产生衔接、连通的需求；市域快轨线网本身因线路长、条数多会产生衔接、连通的需求。不同的结合方式，对市域线的走向、敷设方式、系统制式、运营交路、管理方式都有深远影响。

[1]周建军，顾保南.国外市域轨道交通共线运营方式的发展和启示[J].城市轨道交通研究，2004，7(6)：75-77.Zhou Jianjun,Gu Baonan.Development of Joint Operation in Foreign Metropolitan Rail Transit[J].Urban Mass Transit,2004,7(6):75-77.

[2]Deutscher Verkehrs-Verlag GmbH.Verkehr in Zahlen 2004/2005[R].Berlin:Deutscher Verkehrs-Verlag GmbH,2006.

[3]日本国土交通省铁道局.数字でみる鉄道2000[M].东京：(財)运输政策研究机构，2000.

[4]Research and Innovative Technology Administration.Transportation Statistics Annual Report 1995[R].Washington DC:Bureau of Transportation Statistics,U.S.Department of Transportation,1995.

[5]邓澄远，顾保南.京都至大阪轨道交通走廊线路间关系分析[J].城市轨道交通研究，2016，19(3)：16-20.Deng Chengyuan,Gu Baonan.Relationship between the Lines along Kyoto-Osaka Rail Transit Corridor and Lessons for China[J].Urban Mass Transit,2016,19(3):16-20.

Integration of Multi-Level Rail Transit Network in Mega Cities

Gu Baonan,Kou Jun
(College of Transportation Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)

In next decade,large-scale rapid rail transit system will be developed in China’s mega cities,which will provide good opportunities for the improvement and integration of railway,rail transit in central district,and metropolitan rapid rail transit covering entire metropolitan area.This paper summarizes the characteristics of three connecting types of rail transit network,namely point connection,linear connection and network connection,as well as their different service performance.By proposes the concept of rail transit network integration,the paper discusses the necessity and feasibility of integrating rail transit network,and the main technical measures for rail transit network integration.Finally,the paper points out the main problems that must be recognized in urban rapid rail transit planning in China.

metropolitan rapid rail transit;suburban railway;urban rail transit;network planning;network integration;different types of rail transit system

1672-5328（2017）05-0059-05

U491.1+2

A

10.13813/j.cn11-5141/u.2017.0509

2017-08-18

顾保南(1962—)，男，江苏扬中人，博士，教授。主要研究方向：轨道交通规划与设计。E-mail:gbnyyh@163.com