基于山地特征的城市轨道交通应用分析

冯 浩，周天星，陈仕列

基于山地特征的城市轨道交通应用分析

冯 浩，周天星，陈仕列

（中铁二院工程集团有限责任公司，交通与城市规划研究院，成都 610031）

山地城市存在地形地貌复杂、生态环境敏感、城市建设用地紧张、交通通道有限、道路蜿蜒曲折、坡度大等特点，轨道交通的发展应用与平原城市有较多不同之处。本文在研究山地城市交通出行特征和发展轨道交通的适应性的基础上，分析了轨道交通功能定位和对城市空间结构的引导与平衡功能，提出了轨道交通制式选择原则和组团间骨架线网+组团内辅助线网主次分明的线网构架发展模式，为我国众多山地城市轨道交通发展提供参考。

山地城市；轨道交通；出行特征；系统制式；线网形态

0 引 言

我国是多山之国，山地面积占陆地面积的2/3以上，山地城镇数接近全国城镇总数的一半。随着国家“一带一路”发展战略的实施，东部沿海地区及西部地区广大山地、城镇将成为对外开放的前沿。山地城市的地形条件复杂，用地多被山峦或溪河等分割形成组团式布局模式，且大都存在土地资源稀缺、交通通道有限、道路蜿蜒曲折、坡度大、断头路及错位路多、易造成突发性交通阻塞、工程条件复杂、投资大等问题[1]。由于山地城市可选用的交通方式及交通通道均有限，因此相较于平原城市，公共交通系统发挥着更为重要的作用。而轨道交通因其具备运输能力大、低碳环保、安全性高等特点，能够更好地支撑和引领城市空间布局的扩展，在我国山地城市受到越来越多的重视[2]。本文将重点对山地城市的交通特征、轨道交通发展模式等相关问题进行深入研究，在完善内部交通的同时充分对接对外通道，实现点线共同发展，以供“一带一路”大通道上的众多山地城市借鉴。

1 山地城市发展轨道交通的适应性分析

随着我国城镇化进程的加快，众多大中型山地城市经济社会发展迅速，在人口规模、经济总量、客流需求等方面已达到或即将达到建设城市轨道交通的条件，如重庆、兰州、宜昌、宜宾、内江等城市。本节重点从山地城市出行特征、系统契合性、空间结构等方面研究大中型山地城市轨道交通的适应性。

1.1 山地城市交通出行特征

对比分析我国山地城市和平原城市交通出行数据可以发现，山地城市交通出行一般呈现以下几点显著特征：

（1）步行和公交占出行方式的比例较大

山地城市由于受地形起伏大、道路坡度陡等因素影响，非机动车出行较为困难。同时，与平原地区相比，山区经济社会发展总体水平相对滞后，私家汽车的保有量和出行比例一般较低。因此，山地城市步行和公交出行方式多高于平原城市，占总出行量的较大比例。如贵阳、重庆等西南地区典型山地城市2015年步行比例均超过40%，公交出行比例均超过30%，远高于我国平原地区，而且随着城市轨道交通的发展，公交出行比例仍将得到大幅提高[3]。

（2）组团内部出行比例较高

山地城市用地高低起伏，往往被山脉、江河、冲沟、丘谷所分割，城市空间多呈组团式发展形态，如达州、宜宾、泸州、贵阳、大理、涪陵、内江等。根据城市规模的不同，又可细分为单中心组团型、多中心组团型和星座型城市空间结构。在城市用地布局时，山地城市多选择组团内工作和生活就地平衡的综合住区发展模式，以减少居民出行过程中的时间消耗、能源消耗以及对城市道路交通系统的压力[4]。因此，相对于规模相近的城市，山地城市组团内部近距离出行所占的比例相对更高，出行距离“近多远少”的分布特点较为显著。从调查资料看，2016年内江市居民全方式平均出行距离为2.79 km，其中居民3 km以内的出行占75%，非步行方式平均出行距离为4. 14 km。居民出行时耗中，出行比例最高的是10～20 min的出行和20～30 min的出行。

（3）组团间客流走廊集中分布，出行规律性较强

山地城市组团间可建设用地少、通道资源不足、交通基础设施建设成本高，组团之间的客流只能汇集到有限的几条骨架道路上然后再行分散[5]，如图1、2所示。因此，组团间（尤其是中心组团与外围组团间）多形成一定规模的客运走廊，且出行时间存在着明显的早高峰和晚高峰，分别集中在7:00~9:00和17:00~19:00。对于以上班、上学为目的的跨组团出行，除了早晚有明显的出行高峰外，还存在午高峰。如达州市通川中路、红旗路、南坝路、通川大桥、红旗大桥、洲河大桥在高峰小时均达到饱和，通川北路、朝阳东路饱和度超过0.9，道路服务水平很低。贵阳市老城区与周边组团联系主要通过北京西路、黔灵山路、甲秀南路等骨架道路。

图1 达州市组团间主要客流走廊示意图

图2 贵阳市组团间主要客流走廊示意图

1.2 轨道交通系统与山地城市交通特点的契合分析

（1）山地城市用地条件适合发展轨道交通

山地城市山水阻隔、坡陡弯多、组团间可用通道资源有限的现实条件，决定了道路交通基础设施建设无法适应经济发展所带来的居民出行需求增加。要在众多限制条件下很好的解决居民的出行问题，最佳的方式就是采用大运量、快速的公共交通方式，从而避免路权争夺、拥堵加剧、信号等待、交通安全等问题[1]。城市轨道交通在专用行车道上运行，不受其他交通工具干扰，无交通堵塞现象并且不受气候影响，同时具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点，是山地城市居民出行的首选[3]。以香港为例，多山的地形条件促进了城市的集约化建设，为轨道交通的发展提供了较好的基础，全港公共交通的机动化分担率高达90%以上，轨道分担率37%，位居全球之首，是世界闻名的公交都市。

（2）轨道交通将成为山地城市居民出行主体

山地城市公交出行方式高于平原城市，占出行总量比例大。而常规公交存在速度低、舒适性和准时性差、与其他地面交通相互干扰、污染物排放量高等缺点，轨道交通可完全避免上述问题，得到国内外大中城市的青睐。国家发改委（发改基础[2015]969号）明确提出城市绿色交通项目，提倡发展多种形式的大容量公共交通，改善慢行交通设施条件，构建以公共交通为主的城市交通出行系统。鼓励具备条件的城市启动编制以地面或高架敷设为主的轻轨系统规划，逐步优化大城市轨道交通结构。相关资料数据显示，目前我国山地城市轨道交通出行比例还处在较低水平，如重庆2013年主城区居民日均机动化出行总量为875万人次/日，其中轨道交通出行比例仅为9.9%[3]。究其根本原因在于我国轨道交通尚处于发展阶段，山地城市轨道交通线网多未形成规模，与其他交通方式的接驳也不尽完善，常规公交仍占据公共交通主体。但随着国家和地方各大城市对轨道交通系统建设逐步推进，轨道交通将凭借其运行不受干扰和安全、准点、快捷的优势，逐渐吸引更多的山地城市居民选择该方式出行，从而占据主体地位[4]。从东京、香港两座山地城市交通发展经验可以看出，轨道交通出行比例分别达到了公交出行量的77.7%、41%。重庆、贵阳、达州三座城市综合交通规划目标明确提出，2030年轨道交通分担率将分别达到公交出行量的60%、60%和50%。

（3）轨道交通可引导山地城市空间结构优化，促进组团平衡发展

山地城市交通出行不便，城市各组团因地理区位和产业结构等发展条件不同，多数存在发展不平衡的问题。轨道交通系统建设之前，城市居民就业和居住往往倾向于选择交通便利、发展成熟的老城区，而城市规划外围组团和新区虽发展空间和潜力巨大、发展政策良好，却受限于交通条件无法得到快速发展。轨道交通系统的规划建设，拉近组团间时空距离，为山地城市居民出行提供了安全高效的选择，可引导居民分布和城市空间结构优化调整，实现老城组团优化发展、新区组团快速发展的和谐局面[4]。同时，城市轨道交通通过站点实现与城市社会系统的互动，并依托沿线站点影响城市空间发展，逐渐形成沿轴线串珠状发展形式，从而引导城市商业、金融业、旅馆业、综合办公和生活居住等用地向外扩展。比较著名的有“哥本哈根手指状规划”（见图3）、“汉堡区域规划”（见图4）、“日内瓦规划”。山地城市达州通过规划轨道交通支撑城市空间从现状的一城三区多点的结构向“一心六片，沿州河与明月江发展的组团式布局结构”发展。

图3 哥本哈根手指状轨道线网规划

图4 德国汉堡轴状轨道线网规划

2 山地城市轨道交通系统制式选择

轨道交通制式选择需要综合考虑项目运输能力需求、行车组织、线路功能、沿线条件、供电电压、车辆来源、产品价格、维修能力、环境景观以及项目技术经济合理性等多方面的因素。对于高运量和大运量系统，地铁制式已成为常用的和主要的选择对象。统计工程建设投资与运营费用（主要是能耗和维修费）等综合成本，钢轮钢轨地铁系统的寿命周期成本相对较低。同时，从国内目前车辆和机电设备制造业的技术力量和装备水平看，地铁系统具备较为理想的国产化条件。对于中、低运量系统，可供选择的系统制式更为多样化。为提高选线的灵活、降低工程投资和运营成本，可以选择更为轻量化的轻轨系统、单轨系统和有轨电车等制式[4]。

山地城市地形高低悬殊、地貌结构分明，轨道交通制式选择必须充分考虑系统爬坡能力、曲线半径等技术要求。普通钢轮钢轨系统由于最大坡度为35‰，最小曲线半径250 m，无法满足线路敷设要求。单轨系统（见图5）、中低速磁浮（见图6）和直线电机系统爬坡能力可达到60‰，最小曲线半径可达到50m，是山地城市轨道交通系统制式重点选择类型。但是，地形条件仅是轨道交通制式选择的重要因素之一，除此之外还需统筹考虑系统运量规模、城市景观、施工条件、线网资源共享、系统制式成熟度、国产化率等众多因素[6]。同一城市相同功能等级和地形特点类似的线路，轨道交通制式和车辆选型应尽量保持一致，有利于路网车辆资源的统一管理和调剂，实现资源的优化配置和轨道交通建设的规模效益；有利于控制建设成本和运营成本，形成一定的设备需求市场，带动城市经济发展。如山地城市重庆主城区轨道交通线网中主要存在两种制式，分别为2号线、3号线等7条线路采用的跨座式单轨制式；1号线、4号线等11条线路采用的钢轮钢轨制式[4-7]。

图5 重庆跨座式单轨列车

图6 长沙中低速磁浮列车

3 山地城市轨道交通线网形态

通过对国内外城市轨道线网结构形态的研究，可以发现城市轨道交通线路相互组合，并受各个城市具体的人文地理环境等条件制约，形成多种形式各异的线网结构。其中最常见、最基本的线网结构有三种形式，分别为网格式、无环放射式、有环放射式。放射式线网是最基本的线网结构形态，国内外已开通轨道运营的城市中，有近80%的城市采用的是放射形线网结构形态。对于多中心组团式山地城市来说，轨道交通线网结构形态基本呈现以核心组团（如老城区或大型新区）为中心，辐射各副中心组团的放射形态[8,9]。以重庆主城区为例，轨道网络构架呈现以双中心为核心向外放射、东西部外围槽谷呈两带的“双心放射+两带”形态，见图7。其中，以南部为中心、北部向外放射的网络是城市轨道发展的基本构架，是轨道交通线网规划布局的重点，中部区域则是轨道交通网络服务的重点区域[4]。所以，城市组团空间结构的分布和组团间主要交通走廊的走向是确定山地城市轨道交通线网形态的主要控制因素。而在组团内部，则应以轨道交通骨架走廊沿线站点为中心切向布置辅助公交线路，可以是轻轨、有轨电车或常规公交。从而构成山地城市主次分明的公交发展模式，其中大运量轨道交通主要服务组团间及组团内主要客流走廊，中低运量轨道交通或常规公交主要服务组团内次级客流走廊，并承担为骨干线路收集喂给客流的功能[10]，如图8所示。以达州市轨道交通线网为例，线网形态呈现以西城片区、南城片区为中心的放射状格局，轨道交通是各片区间的联系骨架，组团内部采用常规公交线路予以补充。

图7 重庆市轨道交通线网结构示意图

图8 多中心组团式城市轨道交通线网模式图

4 结束语

山地城市具有地形地貌复杂、生态环境敏感、城市建设用地紧张等特点，同时，特殊的用地条件也造就了特有的城市空间和独特的交通特质。通过研究发现山地城市多具有如下交通出行特征，比如，步行和公交出行方式高于平原城市，占总出行量的较大比例；组团内部近距离出行所占的比例相对更高，出行距离“近多远少”的分布特点较为显著；组团间多形成一定规模的客运走廊，且出行时间存在着明显的早高峰和晚高峰。研究认为轨道交通系统与山地城市交通特点较为契合，是解决交通问题的最佳途径，同时也可引导居民分布和城市空间结构优化调整，促进组团平衡发展。山地城市轨道交通制式选择必须充分考虑系统爬坡能力、曲线半径等技术要求，结合多方面因素统筹规划。线网形态多呈现组团间骨架线网+组团内辅助线网主次分明的发展模式。随着国家“一带一路”发展战略的实施和经济社会的发展，必将有越来越多的山地城市启动轨道交通的规划建设，希望此文能提供一定参考。

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（中文编辑：李愈，英文审改：孙湛博）

Analysis of Urban Rail Transit Based on the Characteristics Mountainous Cities

FENG Hao，ZHOU Tian-xing，CHEN Shi-lie

（Transportation and Urban Planning Institute, China Railway Eryuan Engineering Group Co. Ltd, Chengdu 610031，China）

Mountainous cities have unique characteristics such as complex topography, sensitive ecological environment, tense urban construction land, limited traffic corridors, winding roads, steep slope, among others. Compared to plain cities, the application and development of rail transit in mountainous cities is very much different. This paper studies the characteristics of transportation and adaptability of rail transit in mountainous cities, analyzes its functional classification, and its relations to urban spatial structure. We then propose the principles for the mode choice of urban rail transit system and put forward a development scheme that is comprised of intra-group skeleton network and inter-group secondary network. The goal of the paper is to provide a reference for the development of urban rail transit in moutainous cities.

mountainous cities; rail transit; trip characteristics; system mode; network design

1672-4747（2018）03-0125-06

U12

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2018.03.019

2017-04-26

冯浩（1977—），男，汉族，四川富顺人，工学学士，工程师，研究方向为轨道交通线网规划。

冯浩，周天星，陈仕列. 基于山地特征的城市轨道交通应用分析[J]. 交通运输工程与信息学报, 2018, 16（3）: 125-130.