城市軌道交通線網發展特征分析

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絡的規模特征與其發展特征,以確立城市軌道交通在城市公共交通中的地位,尋求城市綜合經濟實力與軌道交通效益相平衡。

1 城市軌道交通的城市規模劃分

為避免系統特征混淆,在對各城市的綜合交通目標、線網規模、客流規模、系統選擇、設施配置、運營效率等因素進行歸納分析時,從系統參數特征趨同的角度,對城市規模按500萬人、200萬人、100萬人三個等級予以劃分。

按這一分類標準,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規模統計表

2 線網發展階段劃分及其特征

2.1 線網發展階段劃分

從各城市開展軌道交通建設的歷程來看,一般都經歷了啟動期、發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規模的15%。人口大于200萬人的城市,平均建設的線路長度一般在 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,占建成線網的14.15%。

發展期：一般為15～20年時間,線網在這個時期快速增長,年均建成線路可達10 km左右,建成線網一般達到城市線網規模的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,最高達到32.5 km,建成線網規模達到總線網的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,建成線網達到總線網的80%,到1993年建成線網達到總線網的90%;廣州從2003—2006年間建設了80.88 km線路,平均年建成線路20.2 km。

完善期：線網規模基本穩定,其建設主要是對線網結構和城市各區域提供運輸服務的完善,線網建設強度低。如大阪在1990—2005年的15年時間里,線網增建了13.7 km,建設長度僅為總線網的11.6%。

城市軌道交通線網建設的三階段特征,使其網絡建設歷程整體呈現“S”型的發展趨勢,其中發展期對城市軌道交通建設的把握會對線網運營效益產生重大影響。目前,我國已有北京、上海、廣州、深圳等4座特大型城市進入線網的發展期,其余11座城市尚處于啟動期。

2.2 線網發展各階段的客流規模特征

不同運營年限各等級規模城市的軌道交通站點日均客流強度分類統計如表2所示。從各規模城市的站點日均客流強度統計分布來看,其發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、遠期逐步下降的發展特性。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、遠期逐步下降的發展特性。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,遠期逐步增長的發展特性。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 城市軌道交通線網站點日均客流強度分布統計表

3 軌道交通評價參數設定

考慮到各城市存在規模、結構、形態、人口、經濟、文化、交通習慣等諸多不同,選用國際通用的單位數值指標中的供給指標和使用指標對軌道交通予以考量、比較。

式中：

LS——車站數 ,座;

P——城市人口總數,萬人;

Q——軌道交通線網日均客流量,萬人次/d。

對線網建設和發展效率的評定,可采用以下單位數值指標：

式中：

Δ Q——一定時期內軌道交通線網日均客流變化量,萬人次/d;

ΔLS——一定時期內軌道交通線網站點數變化量,座;

Δδr——一定時期內人均軌道交通站點數變化量,座/萬人;

Δ Kr——一定時期內站點日均客流強度變化量,萬人次/站。

4 軌道交通線網的發展特征及其指標分析

考慮到線網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 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數據進行對比分析。

4.1 城市軌道交通的參數指標統計與分析

城市軌道交通系統在城市交通系統中的功能及其運營效率受到城市交通現狀、國民經濟發展階段、城市交通發展、城市空間發展和土地開發形成等多層面多因素的影響,各項指標存在較大的離散性。各規模城市的軌道交通人均站點數與軌道交通方式使用指標情況統計如表3所示。

從供給、使用指標的統計數據來看,存在明顯的效益區間。供給指標位于該區間時,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。

通過對各規模城市人均軌道交通站點數與軌道交通方式人均出行率、站點日均客流強度相互關系的分析,不難發現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系,但兩者之間不存在線形關系。通過統計分析,可以初步形成以下結論：

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

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

(3)不同規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)從統計數據看,大城市遠期軌道交通方式在機動化出行中的分擔率按30%規劃具有可實現性。

4.2 線網發展的特征分析——供給-需求關系

通過統計分析,城市軌道交通的發展雖然受到各種城市條件和人文環境的制約,各自存在一定的發展特點,但最終仍符合于交通的供給-需求關系。因此,對規模效益區間[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指標值。

表3 人均站點數與軌道交通方式使用指標關系表

δr3——MKr等于零時的人均站點數指標值,此時線網客流量Q達到最大值。

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

(1)當人均站點數從 δr0增加到 δr1時,線網客流量Q、站點日均客流強度Kr、邊界站點日均客流強度MKr均表現為遞增特點,且MKr＞Kr;此時線網發展處于規模收益遞增區。

(2)當人均站點數從 δr1增加到 δr3時,MKr開始遞減;當人均站點數為δr2時,Kr最大,這時MKr=Kr;當人均站點數超過δr2時,Kr將逐步減少,此時線網發展進入規模收益遞減區;當人均站點數為δr3時,MKr=0,線網客流量 Q達到最大值。

(3)當人均站點數超過δr3時,MKr小于零,線網客流量將減少。

根據以上定義,對廣州、大阪的城市軌道交通線網客流發展進行分析,其發展示意圖如圖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,線網運營開始進入規模效益發展階段。對于大阪,δr2為0.118～0.273,屬于一個區間值,時間位于1965年至1980年;δr3=0.387,時間位于1990年;此后雖然線網仍然保持了一定的增長,但線網客流總量卻開始下降。

圖1 城市軌道交通網絡發展特性圖

5 城市軌道交通規劃指標建議

鑒于軌道交通的實際運營現狀,進行軌道交通規劃時,對其規模的確定應在遵循追求城市綜合交通目標的基礎上,同時兼顧自身效率和效益。通過統計數據分析,結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劃指標選取范圍如表4所示。

圖2 廣州市軌道交通發展示意圖

表4 線網規劃指標目標值選取范圍建議表

6 結論

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

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

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

(4)從萬人線路長度、線網客流強度,萬人站點數、站點日均客流強度兩組線網配置和效率指標的相關性和客觀性來看,后一組指標與線網效率評價指標的相關性更強,因此在進行軌道交通網絡效率分析時,應補充萬人站點數、站點日均客流強度作為評價指標。

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