城市軌道交通線網(wǎng)發(fā)展特征分析

歐陽長城

(廣州市地下鐵道總公司,510030,廣州∥副總工程師、高級工程師)

由于城市軌道交通的建設(shè)和運營都存在高投入的特點,這就需要深入探討城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模特征與其發(fā)展特征,以確立城市軌道交通在城市公共交通中的地位,尋求城市綜合經(jīng)濟實力與軌道交通效益相平衡。

1 城市軌道交通的城市規(guī)模劃分

為避免系統(tǒng)特征混淆,在對各城市的綜合交通目標(biāo)、線網(wǎng)規(guī)模、客流規(guī)模、系統(tǒng)選擇、設(shè)施配置、運營效率等因素進(jìn)行歸納分析時,從系統(tǒng)參數(shù)特征趨同的角度,對城市規(guī)模按500萬人、200萬人、100萬人三個等級予以劃分。

按這一分類標(biāo)準(zhǔn),目前世界上擁有軌道交通的500萬以上人口的城市有26座,線路長度占全部線路的23.32%;200萬～500萬人口的城市有35座,線路長度比例為38.66%;100萬～200萬人口的城市有48座,線路長度比例為15.10%;100萬以下人口的城市有55座,線路長度比例為22.92%。

表1 世界上已建城市軌道交通系統(tǒng)規(guī)模統(tǒng)計表

2 線網(wǎng)發(fā)展階段劃分及其特征

2.1 線網(wǎng)發(fā)展階段劃分

從各城市開展軌道交通建設(shè)的歷程來看,一般都經(jīng)歷了啟動期、發(fā)展期和完善期等三個階段。三個時期均具有比較明顯的特點。

啟動期：一般為10年左右時間,建成線路不超過線網(wǎng)規(guī)模的15%。人口大于200萬人的城市,平均建設(shè)的線路長度一般在 30～40 km,人口小于200萬人的城市,平均建設(shè)的線路長度一般在20～30 km。如廣州從1993年至2003年僅建成35.4 km線路,占在建線網(wǎng)的14.9%;大阪從1933年至1960年僅修建了16.7 km線路,占建成線網(wǎng)的14.15%。

發(fā)展期：一般為15～20年時間,線網(wǎng)在這個時期快速增長,年均建成線路可達(dá)10 km左右,建成線網(wǎng)一般達(dá)到城市線網(wǎng)規(guī)模的80%～90%。如巴黎從1898—1913年增建了172.6 km線路,平均年建成線路11.5 km,最高達(dá)到32.5 km,建成線網(wǎng)規(guī)模達(dá)到總線網(wǎng)的93.5%;大阪從1964—1985年增建了74.3 km線路,最高年建成線路長16.1 km,建成線網(wǎng)達(dá)到總線網(wǎng)的80%,到1993年建成線網(wǎng)達(dá)到總線網(wǎng)的90%;廣州從2003—2006年間建設(shè)了80.88 km線路,平均年建成線路20.2 km。

完善期：線網(wǎng)規(guī)模基本穩(wěn)定,其建設(shè)主要是對線網(wǎng)結(jié)構(gòu)和城市各區(qū)域提供運輸服務(wù)的完善,線網(wǎng)建設(shè)強度低。如大阪在1990—2005年的15年時間里,線網(wǎng)增建了13.7 km,建設(shè)長度僅為總線網(wǎng)的11.6%。

城市軌道交通線網(wǎng)建設(shè)的三階段特征,使其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)歷程整體呈現(xiàn)“S”型的發(fā)展趨勢,其中發(fā)展期對城市軌道交通建設(shè)的把握會對線網(wǎng)運營效益產(chǎn)生重大影響。目前,我國已有北京、上海、廣州、深圳等4座特大型城市進(jìn)入線網(wǎng)的發(fā)展期,其余11座城市尚處于啟動期。

2.2 線網(wǎng)發(fā)展各階段的客流規(guī)模特征

不同運營年限各等級規(guī)模城市的軌道交通站點日均客流強度分類統(tǒng)計如表2所示。從各規(guī)模城市的站點日均客流強度統(tǒng)計分布來看,其發(fā)展趨勢具有以下特征：

(1)500萬以上人口城市的站點日均客流強度具有初期向近期快速增長、遠(yuǎn)期逐步下降的發(fā)展特性。其初期站點日均客流強度基本為1～2萬人次/站量級,近期為大于2萬人次/站量級,遠(yuǎn)期為2萬人次/站量級。

(2)200萬～500萬人口城市的站點日均客流強度具有初、近期量級相近,且近期有所增長、遠(yuǎn)期逐步下降的發(fā)展特性。其初、近期站點日均客流強度基本小于 2萬人次/站量級,遠(yuǎn)期小于 1萬人次/站量級。

(3)200萬以下人口城市的站點日均客流強度具有初、近期量級相似,遠(yuǎn)期逐步增長的發(fā)展特性。其中100萬～200萬人口城市初、近期站點日均客流強度基本小于1萬人次/站量級,遠(yuǎn)期站點日均客流強度基本為1～2萬人次/站量級。

表2 城市軌道交通線網(wǎng)站點日均客流強度分布統(tǒng)計表

3 軌道交通評價參數(shù)設(shè)定

考慮到各城市存在規(guī)模、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、人口、經(jīng)濟、文化、交通習(xí)慣等諸多不同,選用國際通用的單位數(shù)值指標(biāo)中的供給指標(biāo)和使用指標(biāo)對軌道交通予以考量、比較。

式中：

LS——車站數(shù) ,座;

P——城市人口總數(shù),萬人;

Q——軌道交通線網(wǎng)日均客流量,萬人次/d。

對線網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展效率的評定,可采用以下單位數(shù)值指標(biāo)：

式中：

Δ Q——一定時期內(nèi)軌道交通線網(wǎng)日均客流變化量,萬人次/d;

ΔLS——一定時期內(nèi)軌道交通線網(wǎng)站點數(shù)變化量,座;

Δδr——一定時期內(nèi)人均軌道交通站點數(shù)變化量,座/萬人;

Δ Kr——一定時期內(nèi)站點日均客流強度變化量,萬人次/站。

4 軌道交通線網(wǎng)的發(fā)展特征及其指標(biāo)分析

考慮到線網(wǎng)客流的生長具有長期性的特點,且世界各國運營30年以上的線路有377條,線路長度達(dá) 8 924.7 km,占全部運營線路的69.3%。因此,本文重點對該部分的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

4.1 城市軌道交通的參數(shù)指標(biāo)統(tǒng)計與分析

城市軌道交通系統(tǒng)在城市交通系統(tǒng)中的功能及其運營效率受到城市交通現(xiàn)狀、國民經(jīng)濟發(fā)展階段、城市交通發(fā)展、城市空間發(fā)展和土地開發(fā)形成等多層面多因素的影響,各項指標(biāo)存在較大的離散性。各規(guī)模城市的軌道交通人均站點數(shù)與軌道交通方式使用指標(biāo)情況統(tǒng)計如表3所示。

從供給、使用指標(biāo)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看,存在明顯的效益區(qū)間。供給指標(biāo)位于該區(qū)間時,可以獲得明顯的使用效益。例如：500萬以上人口城市的人均軌道交通站點數(shù)為0.08～0.331座/萬人時,站點日均客流強度為1.94～5.2萬人次/站,軌道交通出行率為0.36～0.78次/人?d;200萬～500萬人口城市的人均軌道交通站點數(shù)為0.269～0.486座/萬人時,站點日均客流強度為0.74～2.1萬人次/站,軌道交通出行率為0.31～0.52次/人?d;100萬～200萬人口城市的人均軌道交通站點數(shù)為0.161～0.514座/萬人時,站點日均客流強度為1.15～1.74萬人次/站,軌道交通出行率為0.22～0.51次/人?d;100萬以下人口城市的人均軌道交通站點數(shù)為0.464～0.783座/萬人時,站點日均客流強度為0.5～1.15萬人次/站,軌道交通出行率為0.32～0.56次/人?d。

通過對各規(guī)模城市人均軌道交通站點數(shù)與軌道交通方式人均出行率、站點日均客流強度相互關(guān)系的分析,不難發(fā)現(xiàn)城市軌道交通所取得的交通效益與城市軌道交通資源配置有著直接關(guān)系,但兩者之間不存在線形關(guān)系。通過統(tǒng)計分析,可以初步形成以下結(jié)論：

(1)軌道交通在機動化出行中的比例與人均站點數(shù)指標(biāo)存在明顯的閥值。在達(dá)到該閥值之前,軌道交通承擔(dān)率會隨著人均站點數(shù)指標(biāo)的提高快速增長,并達(dá)到極值,之后開始回落,同時在一定范圍內(nèi),站點日均客流強度與其具有同步性。

(2)當(dāng)人均站點數(shù)指標(biāo)超過閥值后,站點日均客流強度和軌道交通出行率隨之下降,并無法實現(xiàn)綜合交通目標(biāo)。

(3)不同規(guī)模的城市除了閥值不同外,其在不同時期能夠取得的使用效果也存在較大的差異。

(4)從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看,大城市遠(yuǎn)期軌道交通方式在機動化出行中的分擔(dān)率按30%規(guī)劃具有可實現(xiàn)性。

4.2 線網(wǎng)發(fā)展的特征分析——供給-需求關(guān)系

通過統(tǒng)計分析,城市軌道交通的發(fā)展雖然受到各種城市條件和人文環(huán)境的制約,各自存在一定的發(fā)展特點,但最終仍符合于交通的供給-需求關(guān)系。因此,對規(guī)模效益區(qū)間[δr0,δr3]的分界點定義如下：

δr0——MKr等于平均客流強度時的人均站點數(shù)指標(biāo)值。

表3 人均站點數(shù)與軌道交通方式使用指標(biāo)關(guān)系表

δr3——MKr等于零時的人均站點數(shù)指標(biāo)值,此時線網(wǎng)客流量Q達(dá)到最大值。

結(jié)合以上分析,可將城市軌道交通的發(fā)展特性歸納為如圖1所示。其各階段發(fā)展特性如下：

(1)當(dāng)人均站點數(shù)從 δr0增加到 δr1時,線網(wǎng)客流量Q、站點日均客流強度Kr、邊界站點日均客流強度MKr均表現(xiàn)為遞增特點,且MKr＞Kr;此時線網(wǎng)發(fā)展處于規(guī)模收益遞增區(qū)。

(2)當(dāng)人均站點數(shù)從 δr1增加到 δr3時,MKr開始遞減;當(dāng)人均站點數(shù)為δr2時,Kr最大,這時MKr=Kr;當(dāng)人均站點數(shù)超過δr2時,Kr將逐步減少,此時線網(wǎng)發(fā)展進(jìn)入規(guī)模收益遞減區(qū);當(dāng)人均站點數(shù)為δr3時,MKr=0,線網(wǎng)客流量 Q達(dá)到最大值。

(3)當(dāng)人均站點數(shù)超過δr3時,MKr小于零,線網(wǎng)客流量將減少。

根據(jù)以上定義,對廣州、大阪的城市軌道交通線網(wǎng)客流發(fā)展進(jìn)行分析,其發(fā)展示意圖如圖2、圖3所示。可以得出,對于廣州市,δr0=0.043,時間位于2004年,即廣州地鐵2號線開通運營之后,線網(wǎng)運營開始進(jìn)入規(guī)模效益發(fā)展階段。對于大阪,δr2為0.118～0.273,屬于一個區(qū)間值,時間位于1965年至1980年;δr3=0.387,時間位于1990年;此后雖然線網(wǎng)仍然保持了一定的增長,但線網(wǎng)客流總量卻開始下降。

圖1 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展特性圖

5 城市軌道交通規(guī)劃指標(biāo)建議

鑒于軌道交通的實際運營現(xiàn)狀,進(jìn)行軌道交通規(guī)劃時,對其規(guī)模的確定應(yīng)在遵循追求城市綜合交通目標(biāo)的基礎(chǔ)上,同時兼顧自身效率和效益。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析,結(jié)合軌道交通運營成本平衡的基本概念,建議城市快速軌道交通各階段規(guī)劃指標(biāo)選取范圍如表4所示。

圖2 廣州市軌道交通發(fā)展示意圖

表4 線網(wǎng)規(guī)劃指標(biāo)目標(biāo)值選取范圍建議表

6 結(jié)論

(1)城市軌道交通運營效果與一個城市的各個層面聯(lián)系緊密,不能以單一模式認(rèn)識這一交通方式的發(fā)展,需要充分預(yù)計各種發(fā)展的可能。但其發(fā)展存在明顯的規(guī)模效益區(qū)間,因此在大力發(fā)展軌道交通并初步體會其優(yōu)越性和效率的同時,尤其需要注重其經(jīng)濟規(guī)模的論證,注重對運營效益的合理控制。

(2)規(guī)模收益遞增現(xiàn)象是規(guī)模經(jīng)濟的結(jié)果,表現(xiàn)為效益增加的幅度大于規(guī)模擴大的幅度。但規(guī)模的擴大是有限度的,超過一定限度后,規(guī)模收益遞增將消失。

(3)規(guī)模收益遞減發(fā)生在資源投入量超過一定限度以后,而在此之前,規(guī)模收益可能遞增,也可能不變。如果條件改變,雖不可能改變規(guī)模遞減規(guī)律現(xiàn)象的本質(zhì),但可以推遲出現(xiàn)遞減現(xiàn)象。大阪1965年至1980年間客流的發(fā)展就印證了這一現(xiàn)象。

(4)從萬人線路長度、線網(wǎng)客流強度,萬人站點數(shù)、站點日均客流強度兩組線網(wǎng)配置和效率指標(biāo)的相關(guān)性和客觀性來看,后一組指標(biāo)與線網(wǎng)效率評價指標(biāo)的相關(guān)性更強,因此在進(jìn)行軌道交通網(wǎng)絡(luò)效率分析時,應(yīng)補充萬人站點數(shù)、站點日均客流強度作為評價指標(biāo)。

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