轨道交通系统四网融合规划与运营策略研究

张嘉敏，张嘉锐

（1.山东科技大学 交通学院，讲师，山东 青岛 266590；

（2.中国铁路济南局集团有限公司 青岛机务段，工程师，山东 青岛 266041）

引言

我国轨道交通受管理模式与技术发展限制，高速铁路、城际铁路、市域快轨、城市轨道交通各制式间尚未形成系统联动，各自为政的现状制约着运输效率和服务质量的提升，亟待实现轨道交通系统同制式间的跨线与跨制式间的协同。2019年中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，明确提出：建设城市群一体化交通网，推进干线铁路（普铁和高铁）、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通融合发展，也被业界称之为轨道交通系统的“四网融合”；发改规划［2019］328号《国家发展改革委关于培育发展现代化都市圈的指导意见》提出要统筹考虑都市圈轨道交通网络布局，构建以轨道交通为骨干的通勤圈；在有条件地区编制都市圈轨道交通规划，推动干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通“四网融合”［1］［2］。轨道交通四网融合的技术条件是互联互通［3］，即：①设备设施层面互联互通，如信号、车辆、通信、供电、线路限界等的统一，为轨道交通的互联互通创造硬件基础条件，实现资源共享，提高设施设备利用率；②列车运行层面互联互通［4］［5］，允许列车在两条及以上的线路上以跨线模式或快慢车组合模式等运营组织方法运行，将“人在站上换乘”转换为“车在线间转换”，缩短乘客在站换乘时间，进而提高出行效率。

1 功能定位与关键技术参数

本质上轨道交通四网属于多制式复合网络，四网融合的首要任务是解决不同制式轨道交通互联互通问题，即将两条不同种类的轨道交通线路直接连通，旅客/列车可以从一条线路直接进入另一条线路。互联互通的衔接方式可以分散换乘结点的压力，乘坐跨线列车的旅客不必下车即可从一条线路转换至另一条线路。不同制式的轨道实现互联互通需具备三个基本条件：线路制式兼容、票制兼容和线路通过能力满足要求。

1.1 轨道交通四类网络的功能定位

在中国，干线铁路、城际铁路和市域铁路都由中国铁路总公司进行投资与管理，城市轨道交通由地方政府主导进行投资与管理。轨道交通四网所服务的地理区域半径不同，其各自主要功能定位也不同。

1.1.1 干线铁路 属国家级战略大通道支撑体系，实现国内省级行政区间组网贯通运营的铁路线网，是我国铁路运输的主动脉；承担全国范围的客货运输，以中长距离为主，服务全国各大城市群的快速联系，需要较高的在车服务质量和客票信息。

1.1.2 城际铁路 属城市群级别的区域轨道交通体系，连接区域内相邻的两个或多个城市，与国铁干线对接构建国家铁路网络，服务城市群内部各城市、重点城镇间的快速联系，兼顾部分外围组团联系；客流构成长短途兼有，以短途客流为主，列车运行速度一般为160～250km/h。

1.1.3 市域铁路 属都市圈轨道交通系统，与城市轨道交通、国铁干线相衔接，制式介于国铁与城市轨道交通之间，技术标准与国铁干线相似或相同；服务于城市核心区与城市郊区、城镇或卫星城之间、中心城区边缘与市域范围各中小城镇（城市副中心或组团）的出行，服务范围一般在50～100km，最高运行速度在80～160km/h的区间（2021年1月，青岛正式开行莱西、平度至主城区的市域高铁动车组往返列车，早中晚共3对）。

1.1.4 城市轨道交通 城市轨道交通（简称城轨），支撑城市主要客流走廊，是城市核心区重要的公共交通方式；服务范围以城市市区内部中长距离为主，适当外延，这类出行最需要关注的是准时性、可靠性、服务频率与换乘效率等。

1.2 轨道交通四类网络的关键技术参数

四类网络的关键技术参数包括速度目标值、旅行速度、站间距、服务频率（公交化程度）、服务客流范围，如表1所示。

表1 轨道交通四网关键技术参数

2 TOD与SOD基本理念

TOD（TransitOrientedDevelopment）20世纪90年代起源于北美，指公共交通引导城市发展，属交通导向型开发模式，主要适用于新城（区）开发过程中以轨道交通为导向的发展理念，以新（区）开发为主要背景目标。SOD（ServiceOrientedDevelopment）指运输移动服务满足交通需求，属客流追随型发展模式［6］，主要适用于建成区以轨道交通服务为导向的发展理念，以缓解交通拥堵为首要目标，即满足交通需求，近期建设应以满足交通需求，尤其是缓解中心区交通压力为主，在能力富裕的情况下，适当考虑超前建设，支持城市新的核心区和新城发展。TOD与SOD理念共同点在于其目标均以最大限度的吸引客流/货流为导向，实现轨道交通系统客流需求与运能供给的最佳匹配［7］。

针对轨道交通系统多路径、多客流OD的特征，在四网融合过中，以增强都市圈/城市群基础设施连接性贯通性为重点，以强化轨道交通系统的韧性为终极目标，根据城市区域经济发展阶段与地理特征，遵循TOD与SOD发展理念，构建以轨道交通为骨干的区域交通出行圈与货运物流圈，实施主动交通需求管理ADM（ActiveDemandManagement）侧重于轨道交通网络的竞合关系研究，以实现轨道交通系统整体时间优化、空间优化、时空协调优化。在线网规划阶段突出强调轨道交通网络的鲁棒性，优化轨道交通四网的线网级配关系，提高其抗毁性，以前瞻性避免后续运营阶段可能发生的网络系统级联失效问题［8］。

3 多制式复合网络规划融合

3.1 轨道交通多制式复合网络设备设施规划融合

列控系统等轨道交通自主开发系统和国外引进系统互联互通，如基于通信的列车控制系统CBTC、全自动运行系统FAO、欧洲列车控制系统ETCS之间的融合，各种制式轨道交通设备系统的互联互通，将不同系统的功能、接口标准化，规范互联互通技术的开发与运用；在确保列车安全高效运行的前提下，解决信号设备等不同厂商设备的互联互通，为实现列车的共线、跨线网络化运营和资源共享先决创造条件，进而提高轨道交通线网和设备利用率，降低其生命周期成本。

3.2 轨道交通多制式复合网络枢纽场站规划融合

首先根据人口规模、战略地位、综合交通运输体系规划、轨道交通各制式一体化融合发展、轨道交通各制式潜在运输需求等定性综合选取轨道交通系统线网节点［9］。其次，根据节点的人口规模、地区生产总值、地区财政收入等社会经济因素、节点的年客运量（年旅客发送人数）、年货运量（年货物运输量）等交通运输因素、可由节点的度来衡量的线网节点在线网中连接线路的数量等节点网络性能因素、直辖市、副省级、地级市、县级市、城市核心区、边缘区、郊区、建成区等节点行政等级因素、旅游城市、资源分布城市、港口城市等特殊节点因素综合计算节点重要度。再次，依据节点重要度运用聚类分析法划分节点等级层次，一级节点为主要客流集散点，二级节点为一般客流集散点，三级节点为辅助节点，四级节点为补充节点。铁路综合客运枢纽与城市轨道交通站点应一体设计、同步建设、同期运营。

3.3 轨道交通多制式复合网络通道走廊规划融合

轨道交通多制式复合网络通道走廊规划融合步骤如下：

①分析节点要素流强度、需求总量、空间距离等节点间相互关系，确定节点间各制式轨道线路连接的基本条件。

②根据经济吸引力和凝聚力、客货运输需求，确定区域空间发展轴线网，进而确定轨道交通运输通道走廊的大致方向。

③依据城市群空间结构、人口规模分布、产业布局、轨道交通各制式运输需求等，运用宏观分析法，结合区域空间发展轴线，初步判定轨道交通线网各制式通道走廊的数量和大致走向。

④综合运用、出行期望径路图法（以最短路径为准则）、两步聚类法/又称二阶聚类分析法定量分析生成轨道交通线网通道走廊的具体走向的初始方案集；其中在交通区位线法中，具体由连结节点等级确定交通区位线等级，高等级区位线对应于骨干线网，决定了通道走廊的主要方向，中等级区位线对应于次干线路，有效延伸和拓展骨干线网，低等级交通区位线对应于支线线路；出行期望径路图法以最短路径为准则。

⑤结合客流集散区的就业岗位数、劳动力人口等，以最大限度的吸引客流/货流为导向，利用节点锚固法协调站点布局、线路功能定位、线路必经控制点、线路间衔接，进行客流测试与方案评价，从系统角度着眼“通道+枢纽+网络”，匡算线网合理规模，修正并确定轨道交通线网各制式通道走廊的合理走向与路由，优化线网建设时序［10］。

4 多制式复合网络运营融合分析

在SOD/TOD理念指导下，以“互联网+”、“物联网+”为推动力，综合利用5G、人工智能、大数据等新一代信息技术，打造轨道交通系统云平台作为运营的基础支撑平台，以实现客运换乘“零距离”、物流衔接“无缝化”、运输服务“一体化”为核心目标，以干线铁路为主轴，以轨道交通客/货运枢纽为中心，针对如表2所示各角度与具体侧重点，从通道/走廊［11］［12］［13］与枢纽/场站［14］等层面，采取主辅协同一体化模式［15］［16］构建运营管理和客/货运输服务“一张网”，优化通道能力利用模式与枢纽运能配置方式，提升复合轨道交通系统总体运能、运输效率和服务质量，实现轨道交通四网的时间协调、空间协调、设施互联、票制互通、安检互认、信息共享、支付兼容，以及网络化智能运营［17］。

表2 多制式复合网络运营融合的角度与具体侧重点

5 四网融合案例分析

按城市群发育程度，山东半岛城市群目前处于成长阶段，城市群内部综合交通运输体系已初步形成，于2020年实现了省内市市通高铁，但各种交通运输方式间协调配合度较低，交通基础设施规模较小，城市间的地理通达性弱于成熟的城市群。多中心网络化发展模式是城市群空间结构发展的较高阶段，山东半岛城市群在空间结构规划方面构建“一群两心三圈”的区域发展格局，积极推进胶东都市圈（以青岛为核心，包括青岛、烟台、威海、潍坊、日照）、省会都市圈（以济南为核心，包括济南、淄博、泰安、聊城、德州、滨州、东营七市）、鲁南都市圈（由临沂、枣庄、济宁、菏泽四市构成）一体化开发；《国家综合立体交通网规划纲要（2021—2035）》提出将青岛列入国际性综合交通枢纽城市建设行列。

根据山东半岛城市群城市职能结构、城市节点等级、出行链、物流供应链，将青岛、济南作为山东半岛城市群的主要增长极，青岛—潍坊—淄博—济南—德州—聊城、威海—烟台—青岛—日照—临沂—枣庄、东营—滨州—淄博—济南—泰安—济宁—荷泽串连成轨道交通主要轴线，以此为基础优化山东半岛城市群轨道交通四网的总量规模、线网布局、多制式结构比例与衔接协调模式。

对标轨道上的京津冀［18］战略规划，应用相关增长极等交通区位发展理论、点—轴运输通道发展理论和线网构架理论［19］，在点—线—网能力规划方面，既要满足当前需求，又为远景发展储备运能，合理划分交通圈层，逐步建成轨道交通四网融合网络［20］，在统筹优化网内规划设计与运营管理的同时，突出注重强化网际衔接协调，构建一个涵盖高速铁路、普速铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通多模式、骨干线路、放射线路、联络线路、补充线路和支线多层次划分相互协调的山东半岛城市群区域轨道交通系统，其中放射线路以城市群内青岛、济南双核城市为中心，快速连接中心城市与发展轴外的重要城市或节点，联络线路联系起发展轴内主要城市和节点，能加密城际轨道交通线网；为做强省会经济圈、提升胶东经济圈、振兴鲁南经济圈、实现交通强省、打造具有全球影响力的山东半岛城市群当好交通先行。

6 结论

《国家综合立体交通网规划纲要》明确到2035年，铁路网总规模将达到20万公里，率先建成京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等城市群城际铁路网，加快都市圈市域铁路建设，促进干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路和城市轨道交通“四网融合”。在此全新战略背景下，全力发展多层次、多模式、多制式的轨道交通系统，探索都市圈/城市群轨道交通规划设计与运营管理“一张网”，推动中心城市、周边城市（镇）、新城新区等轨道交通有效衔接，推动轨道交通系统内部及不同制式之间的规划设计与运营管理的全面融合，加快实现便捷换乘/中转，更好适应客/货运输移动服务需求，实现轨道交通与城市综合体的无缝连接，使轨道交通成为都市圈、城市群区域公共交通出行、货物运输的主力军。