市域軌道交通線銜接模式評價方法研究

施毓鳳，葉霞飛，周 勇

(1.上海交通職業技術學院，上海200433;2.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，上海200092)

隨著城市的發展，郊區與市區間的交通需求越來越大，作為連接市區與郊區的市域軌道交通線(以下簡稱市域線)需要解決其與市區的良好銜接問題［1-2］。由于我國市域線還處于初期發展階段，有關其分段、貫通模式的專門研究還很少。多數研究僅限于對線路特征和客流特征的定性研究，提出了采用區別于一般貫通模式的建議［3-4］，目前還缺乏客觀的評價指標體系和評價模型，很難應用于實際的線路設計中。針對這種現狀，筆者對嘗試著通過分析市域線銜接模式選擇對關鍵因素的影響程度，建立市域線銜接模式的評價指標體系，對市域線的銜接模式進行定量評價，以期為國內市域線的線路設計提供參考。

1 市域線銜接模式的概念及其特征

從市域線與市區的銜接模式來看，基本上可以分為分段與貫通兩種模式。所謂貫通模式，是指市域線在郊區和市區采用同一種軌道交通制式，乘客無需換乘可直接進出市區;而分段模式，是指市域線上存在1個或者多個物理分段點把線路分割成幾段，各段采用不同的軌道交通制式，通過這些分段點的乘客必須通過換乘才能進入其他段線路的車站。這兩種模式最主要的區別在于市域線進入市區的方式，筆者在此把這兩種方式統稱為市域線的銜接模式。

2 銜接模式選擇對關鍵因素的影響及其影響程度分析

市域線銜接模式的選擇，除了要考慮不同銜接模式的特征與適應性外，還需要考慮銜接模式選擇對哪些因素產生影響及其影響程度，以便為市域線銜接模式的評價提供基礎。總體來說，不同銜接模式將對市域線的建設成本、運營成本、沿線環境以及乘客出行等因素產生不同程度的影響。需要說明的是，市域線不同銜接模式對這些因素的影響，實際上是由系統制式、運營組織方案和分割點等構成的組合方案產生的。因此，在分析銜接模式對關鍵因素的影響和影響程度時，需要結合系統制式、運營組織和分割點的特征進行綜合考慮。

2.1 建設成本

分段、貫通模式所采用的不同的軌道交通制式和運營組織方案，將對建設成本中的車站土建工程成本、供電系統成本、車輛購置成本等產生影響;同時由于銜接模式的不同導致一些車站規模的變化將引起車站拆遷成本和用地成本的變化，從而對工程建設其他費用產生影響。

2.1.1 車站土建工程成本

不同的銜接模式，將對站臺長度、寬度和折返站的折返線長度造成影響。在貫通模式下，如果采用大小交路運行，一般需要考慮折返站的規模和折返線的設計、建造;在分段模式下，分段點前后有可能采用不同的列車編組，因此分段點前后的站臺長度有可能不同;同時在分段模式下，必然要考慮分段點車站的設計，為了便于換乘一般采用雙向島式車站，其車站規模要比一般車站大。因此，不同銜接模式下的車站土建工程成本可以表示為:

式中:C車站為車站總造價，萬元;為i車站的土建造價指標，萬元;li，wi分別代表i車站的長度和寬度，m;為j折返站的折返線造價，萬元/m;為j折返站的折返線長度，m。

2.1.2 供電系統成本

在我國，一般的城市軌道交通都采用DC 1 500 V，但是市郊鐵路一般是采用AC25 kV。AC25 kV相對于直流制供電減少了牽引變電所、中壓環網電纜、接觸網導線、雜散電流防護等工程量，具有顯著的經濟優勢［5］。如果在市域線不同區段采用不同的軌道交通制式，其供電制式也有可能不同，因此對線路供電設備成本將產生影響。

式中:C供電為線路供電設備費用，萬元;Lk為第k段線路的長度，km;為第k段線路的供電設備單價，萬元 /km。

2.1.3 拆遷工程和用地成本

不同的銜接模式結合不同的運營組織，線路上各個車站規模會有所差別，而車站規模的差別除了對車站土建工程產生影響外，也對車站周圍的拆遷面積和用地面積產生影響，從而造成不同銜接模式下的車站拆遷工程和用地成本(統稱為工程建設其他費用)的差別。式中:C其他為不同銜接模式下的工程建設其他費用，萬元分別代表i車站周邊的拆遷價格和土地價格，萬元分別代表i車站建設產生的拆遷面積和占地面積。

2.1.4 車輛購置費

在分段和貫通情況下，列車編組數量、列車速度、車輛種類等不同將引起運用車輛數量以及車輛購置費用的差別。

式中:C車輛為車輛的總購置費用，萬元;nk為第k段線路的車輛購置數，veh為第k段線路所采用的車輛單價，萬元 /veh。

根據以上4個方面的分析，與市域線銜接模式相關的建設成本可以表示為:

2.2 運營成本

不同的銜接模式配合不同的運營組織方案，線路的運營成本必然也會受到影響。在分段模式下為適應不同段的客流特征，可以在分段點前后采取不同的運營組織方案。在客流量較高的市區，可采用“大編組高密度”模式，而在市郊段可根據具體客流情況，適當縮小列車編組，即采用“小編組高密度”模式，或其他模式。在貫通模式下，為了滿足市區大客流的需要，市域線一般采用大編組運行。通常以年車輛·公里成本來評價運營成本［6］。因此，可以通過計算不同銜接模式下的車輛年走行公里數來衡量運營成本的大小。

式中:C運營為線路的年運營費用，萬元 /a;Nk為第k段線路年車輛走行公里數，veh·km/a為第k段線路運營費用單價，萬元 /(veh·km)。

2.3 環境影響

在不同的銜接模式與運營組織方案組合下，市域線對沿線的環境影響程度是不同的。從線路制式來看，市郊鐵路的噪音、振動要比地鐵和輕軌的噪聲、振動影響大［7］;同時線路上的行車速度和行車間隔以及列車編組數都將對噪聲、振動產生不同程度的影響。而有關不同軌道交通制式和運營特征的噪聲、振動影響的計算方法已在文獻［8］中有所論述，限于篇幅此處不再重述。

2.4 乘客出行

不同銜接模式對乘客出行的影響可以分為兩方面，一方面是對乘客旅行時間的影響，一方面是對乘客出行方便性的影響。

從旅行時間來看，在同樣滿足客運需求的條件下，采用分段模式，市區段與郊區段可以采用不同的列車編組數量和發車密度，從而減少郊區沿線乘客的候車時間，但將相應增加部分乘客的換乘時間。同時，分段模式下郊區段線路與市區段線路運營交路相對獨立，因此郊區段線路可采用與市區段不同制式的高速車型，以節約郊區段乘客的乘車時間。采用貫通模式，可減少部分乘客的換乘時間，但郊區沿線乘客有可能因為發車間隔加大而增加候車時間。

從出行方便性來看，如果采用分段模式，則部分乘客在分段點車站必須通過換乘才能進出市區，必然降低部分乘客出行的直達性;而采用貫通模式，線路上的乘客無需換乘就可以到達目的車站，線路直達性好。

因此，不同的銜接模式對乘客出行中的乘車時間、在車站的候車和換乘耗時都有影響。由于乘車時間、候車時間和換乘耗時等不同的時間給人的感覺是不一樣的［6］，為衡量不同銜接模式對乘客出行的影響，需要把不同的時間分別給以權值以轉化成同一概念的感覺時間。假設車站客流的平均等候時間為車站發車間隔時間的一半，則銜接模式對乘客出行影響的計算方法如下:

式中:T旅為線路上乘客的總旅行時間，h/d;ti為i車站的平均發車間隔，min;為第j個分段點的平均換乘耗時(取決于分段點的車站換乘設計和分段點的發車間隔)，min;τ候車，τ乘車，τ換乘分別代表候車時間權值、乘車時間權值和換乘時間權值;Li-i'為i車站到i'車站的站間距離，km;Vi-i'為i車站到i'車站的旅行速度，km/h;Qi-i'為在i車站上車到i'車站下車的客流量，人/d;Qi為i車站的上車客流量，人/d;為j分段點的換乘客流量，人 /d。

3 銜接模式的評價方法

3.1 評價指標體系的建立和量化

市域線銜接模式對關鍵因素的影響是結合系統制式、運營組織和分割點的不同特征而形成。因此，對分段、貫通模式的評價實際上是對一系列的組合方案進行評價。筆者建立了如圖1中的市域線銜接模式評價指標體系。評價指標體系從不同的層面上反映銜接模式組合方案與相關因素的關系，同時從出行者、運營者和沿線居民等3方利益出發，體現市域線銜接模式選擇是權衡多方利益進行價值判斷的沖突分析過程。

圖1 市域軌道交通線銜接模式評價指標體系Fig.1 Evaluation index system for connecting mode of RRT

根據以上指標體系，一般可以利用層次分析法、灰度分析法等模糊評價方法對銜接模式進行評價。為了體現市域軌道交通線路“提高效率，降低成本”的設計原則，筆者利用總費用現值方法把各項指標量化為經濟指標，對銜接模式進行評價。在評價指標體系中，“建設成本”和“運營成本”指標本身就是經濟性評價指標，可以直接計算成現值進行比較。因此，主要是把“旅行時間”“噪聲影響”和“振動影響”3個指標進行量化。

3.1.1 服務水平指標的量化——旅行時間成本

在服務水平指標中的“旅行時間”可以通過時間價值轉化為旅行時間成本。旅行時間成本可以表示為:

式中:C旅行時間為線路上乘客的總旅行時間成本，萬元/a;T旅為線路上乘客的總旅行時間(式(7))，h/d;G為乘客的單位時間價值，元 /h。

3.1.2 環境影響的量化——環境影響成本

軌道交通沿線的噪聲、振動要符合有關的控制標準，在分段或者貫通模式下，不同區段線路產生的噪聲、振動必須通過采用各種措施把噪聲、振動控制在相應的標準限值以內。根據已有的資料顯示，不同的減振降噪措施的成本是不同的。因此，環境影響成本可以表示為:

式中:C環境為銜接模式方案中的環境影響成本，萬元;c噪聲為噪聲控制的成本，萬元 /［km·dB(A)］;c振動為振動控制的成本，萬元 /［km·dB］;Ls為軌道交通沿線的噪聲控制標準，dB(A);VLs為軌道交通沿線的振動控制標準，dB;為第k段線路的基礎噪聲值，dB(A);為第k段線路的基本振級，dB。

3.2 評價模型的構建

假設市域線的建設期為m年，計算周期為t年(包括建設期與運營期)，建設成本中的車站土建成本、工程建設其他費用(拆遷成本和用地成本)作為一次性投資計入整個計算周期;供電設備、車輛和減振降噪設備都有一定的使用年限，在整個計算周期內根據其使用年限適時追加購買;運營成本和旅行時間成本在各個年度的年末產生。把以上所有成本折現到運營第一年年初形成市域線銜接模式的總費用現值評價模型如式(10):

式中:

式中:PVC銜接模式為銜接模式方案的總費用現值，萬元;PVC旅行時間，PVC建設，PVC運營，PVC環境分別代表銜接模式方案中乘客旅行時間成本、建設成本、運營成本和環境影響成本的總現值，萬元為第 i年線路上乘客的總旅行時間成本［式(8)］，萬元;為第i年的運營費用［式(6)］，萬元;分別代表計算周期內第n次購買供電設備、車輛和環境控制設備的費用［式(2)、式(4)、式(9)］，萬元;m為建設期，a;t為計算周期，a;p為折現率;n供電，n車輛，n環境分別代表供電設備、車輛和環境控制設備在計算周期內的購買次數;t供電、t車輛、t環境，分別代表供電設備、車輛和環境控制設備的平均使用年限，a。

4 案例研究

筆者以上海軌道交通9號線(以下簡稱9號線)為案例進行市域線銜接模式的設計與評價。9號線是上海市第一條以市域線理念設計的軌道交通線，連接中心城及市郊新城［9］。從客流特征來看，9號線客流存在明顯的時空分布不均衡性:客流高峰小時斷面位于桂林路站—宜山路站之間，而在七寶站和世紀大道站以外的客流量大幅減少;早晚2個高峰小時的客流占了全日客流的30%左右，而平峰各小時的客流量基本是全日客流量的3%～4%。同時，線路兩端之間的直達客流很少，九亭站及以遠組團與羅山路—東靖路組團之間的客流交換量僅占全日總客流量的0.1%。

4.1 銜接模式方案的形成

根據9號線的線路特征和客流特征，考慮到銜接模式的功能適應性和客流適應性，借鑒文獻［9］對有關運行交路的方案比選研究，筆者以中春路和民生路為分割點形成如表1中的4種銜接模式方案。

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4.2 銜接模式的評價

通過計算得到各指標的總費用現值如表2。計算結果顯示，方案4為總費用現值最小的方案，各方案按照總費用現值從小到大的排序為:方案4→方案2→方案3→方案1。同時分段模式都要優于貫通模式。

表2 上海軌道交通9號線銜接模式方案總費用現值計算結果Table 2 PVC of Line 9 of Shanghai Rail Transit /億元

5 結論

從具體數據來看，采用分段模式雖然會增加某些乘客的換乘時間，但是由于分段后在郊區段通過小編組高密度的運營組織方案減少了大部分乘客的候車時間，因此客流總體的旅行時間并不一定會增加(分段模式中方案3的旅行時間成本小于貫通模式方案1的旅行時間成本)。在分段模式下，由于郊區段線路一般采用郊區鐵路制式，同時郊區段可以采用小編組的運營組織方案，因此分段模式的建設成本和運營成本都要比貫通模式節省。然而，在郊區段采用郊區鐵路制式會增加沿線的噪聲振動影響程度和范圍，相應的環境控制成本也會有所增加。從總體成本來看，分段模式都要比貫通模式節約成本。

值得注意的是，市域線采用分段模式，為了盡量減少在分段點通過客流的換乘時間，需要對分段點車站進行優化設計，便于線路雙向折返和同站臺換乘;另外，對于采用市郊鐵路制式的區段，要對其環境影響進行控制，采用一些減振降噪措施減少線路對環境的影響。

目前國內在市域軌道交通線銜接模式方面的研究工作比較缺乏，筆者所提出的市域線銜接模式的評價指標體系還需要結合實踐和相關理論進一步完善;同時由于旅行舒適度難以量化，銜接模式中的服務水平指標只考慮了乘客旅行時間成本，如何在市域線銜接模式評價模型中引入乘客旅行舒適性指標等將是下一階段研究工作的課題。

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