基于功能分類的城市軌道交通系統需求

魏 運 許雙牛 任 靜 楊 珂

(1.北京城建設計研究總院有限責任公司 北京 100037;2.東南大學ITS研究中心 南京 210096)

基于功能分類的城市軌道交通系統需求

魏 運1，2許雙牛1任 靜1楊 珂1

(1.北京城建設計研究總院有限責任公司 北京 100037;2.東南大學ITS研究中心 南京 210096)

分析我國城市軌道交通系統發展及其類別，結合城市對軌道交通的需求，提出運量和速度兩個維度的城市軌道交通需求矩陣;針對城市軌道交通的特征及適應性，從滿足城市交通功能角度出發，提出我國城市軌道交通系統的發展方向及建議，期望能為我國城市軌道交通技術發展提供理論指導。

城市軌道交通;功能需求;系統分類

1 我國城市軌道交通系統現狀

自1965年修建北京地鐵一期工程以來，我國城市軌道交通已有近50年的發展歷程，取得了舉世矚目的成就［1］。截至2012年4月，我國大陸地區已有北京、上海、天津、廣州、長春、大連、重慶、武漢、深圳、南京等15個城市57條線(包括廣佛線)投入運營，正線線路總長1 768 km。根據國務院已批復的近期軌道交通建設規劃(規劃年度一般約為6～9年)，全國已有29個城市獲得批復建設，在建總里程超過1 600 km，至2020年線路規劃總里程將達6 100 km。

經過多年的發展，我國的城市軌道交通系統制式也已呈現多樣化的特點，除傳統的地鐵和輕軌外，還有直線電機、跨座式單軌、中低速磁懸浮、有軌電車等多種車輛制式，世界軌道交通的主要形式和系統在我國基本已采用［2］。總結過去1 700 km的發展經驗，我國城市軌道交通在系統制式多樣和技術不斷更新發展的同時，也暴露出一些突出問題。在軌道交通系統選型以及如何發展適合我國交通需求的城市軌道交通方面遇到了困難。城市的發展是多樣性的，不同區域、不同走廊所需要的交通系統是不同的。城市軌道交通系統的發展及選型應該以城市交通需求來決定車輛類型的發展，而不應局限于現有車輛制式對城市所提供的服務。因此，有必要基于對城市功能的分析，進一步梳理我國城市軌道交通系統的發展需求，建立完善的系統等級體系，并研發相應的成套技術，為不同層次的軌道交通體系提供完善可靠的技術支撐。本文旨在通過對城市軌道交通功能的適應性分析，從功能需求角度尋求適應我國城市軌道交通系統制式發展的方向，為我國城市軌道交通系統的健康可持續發展提供理論參考。

2 基于功能分類的系統需求研究

2.1 功能適應性區劃

城市軌道交通的發展應該服從于城市對交通的需求，不同城市及城市的不同交通走廊所具有的交通特性是不同的，故而對交通模式的需求也是不同的。分析國外發達城市軌道交通的發展發現，軌道交通與城市的協調發展是保持交通可持續發展的關鍵。不同層次的軌道交通線路提供不同區域的交通服務，下面從城市的不同功能區劃來分析城市軌道交通系統的發展需求。

2.1.1 都市區

隨著特大城市的發展和城鎮化率的不斷提高，在特大城市外圍的特定范圍內，與城市臨近的城鎮之間已經逐步呈現出同城化的經濟地帶，并已突破行政區劃概念的限制，在一定的區域范圍形成都市圈層。在該圈層，隨著同城化、區域一體化趨勢的增強，為解決該圈層交通擁堵、環境、城鄉一體化及能源等問題，需要發展用于長距離、快速的客運交通服務系統(如東京市郊鐵路)，最高速度在120～160 km/h，旅行速度一般為 60～80 km/h，運量大，站間距大，可以解決100 km半徑圈內的快速交通出行，以轉變汽車驅動的“攤大餅”式的城市發展模式，促進交通的可持續發展。我國長三角區域、珠三角區域及京津塘區域均有發展該交通系統的需求。

2.1.2 市域

城市的快速擴大，給城市外圍帶來的是衛星城市的大量建設，城市進一步向遠端組團式發展。這種市域范圍內的組團間的交通需求逐步加強，該范圍屬于馮杜能圈層理論的中圈層以內地區。在該功能區內，由于面積大、居民出行距離長，且人口密度遠遠高于郊區(外圈層)，因此應該發展中長距離、快速的城市客運交通系統(如巴黎的RER系統)，最高速度在120～160 km/h，旅行速度一般為40～60 km/h，運量大，發車密度高，可以解決50 km半徑圈內的快速交通出行。我國的直轄市以及部分省會城市具有這種需求。

2.1.3 主城區

主城區是整個城市核心功能與職能的載體，其地價遠高于中圈層和外圈層，成為居民經濟、文化、商業等活動的主要集聚地，交通擁堵嚴重，需要發展大運量、密間距、占地少的軌道交通系統。大運量、中速的軌道交通系統(如地鐵及輕軌系統)是解決該類交通的最佳選擇，最高速度為80～100 km/h，旅行速度一般在30～40 km/h之間，運量大，發車密度高，基本為地下全封閉系統，能解決20 km半徑圈內的通勤出行。目前，我國已運營的15個城市57條線路，里程近1800 km基本為該類系統，并且未來這種系統的建設需求仍然巨大。

2.1.4 組團內

在大城市的新城組團內部或中小城市的主要交通走廊也有發展大運量城市軌道交通的需求，但相比其他區域，其高峰斷面客流不大，還未達到地鐵級的運量。為了適應這種層次的交通需求，并實現與高一級運量系統間的銜接，發展中低運量、環境友好的輕軌或有軌電車系統的需求巨大。這種系統旅行速度一般小于30 km/h，高峰斷面不大于2萬人次/h，主要解決組團內部或次要走廊的交通出行，實現組團與主干交通網的合理配合。在歐洲發達城市，新型有軌電車已成為城市交通的一種潮流，成為各國城市建設的一項重要基礎設施。目前，我國的北京、天津、沈陽、大連等城市同樣開始重視有軌電車的發展。今后一段時期，大力發展現代有軌電車、APM等小運量軌道交通制式的綠色交通體系將成為趨勢。

2.1.5 功能適應性區劃分析

按照圈層理論，在城市的不同功能區形成了對軌道交通不同的需求，在城市主城區，主要由大中運量的軌道交通系統提供服務(如地鐵、輕軌);在市域范圍，主要由中長距離的大高運量快速軌道交通系統提供服務(如市域快線等);在遠郊區(都市圈)，主要由長距離大中運量快速軌道交通系統提供服務(如市郊鐵路、城際鐵路等)，具體需求如圖1所示。

圖1 不同功能區域的軌道交通需求

2.2 系統發展需求矩陣

《城市軌道交通工程項目建設標準》按運量等級把我國城市軌道交通系統劃分為3個類別:高運量、大運量及中運量，具體系統技術指標見表1［3］。

表1 《城市軌道交通工程項目建設標準》中的系統分類

該分類對3類系統的主要目標和技術標準進行了描述，對確定城市軌道交通的系統規模、系統配置水平、投資以及制定發展政策具有重要的指導意義。該標準解決的主要是主城區范圍內城市軌道交通的相關標準問題。隨著城市軌道交通的發展，許多系統按照城市的實際交通需求和技術所確定的主要系統目標(如旅行速度、線路長度等)可能超出了該標準的涵蓋范圍，并且該分類方法的粒度偏大，不好掌握分類標準，具有進一步細化的必要。

通過對城市不同功能區劃的分析，對比《城市軌道交通工程項目建設標準》對城市軌道交通系統的劃分，筆者從運量和速度兩個主要維度，同時參考客流特征(線路平均乘距)及站間距等參數，列出城市軌道交通系統的需求劃分矩陣，將城市軌道交通分為4級(按旅行速度劃分)4等(按線路最大斷面輸送能力劃分)，來分析我國城市軌道交通的發展需求，見表2。

表2 我國城市軌道交通系統需求劃分矩陣

1)新系統1。該系統主要解決長距離、快速的交通出行，是旅行速度在60～80 km/h的軌道交通運輸系統，可以突破城市軌道交通概念的范圍。適用于特大城市1 h交通圈的骨干系統，一般以地上敷設為主，設岔線與越行站。高峰小時斷面單向最大客流應在2.5萬人次以上，平均乘距一般大于20 km，平均站間距大于5 km。線路主要與城市交通樞紐、副中心、衛星城和外圍城鎮相連，是支撐我國城市長距離軌道運輸的關鍵系統，運量主要處于大運量、中運量之間，應研究與該運量級別相適應的載運系統及相關配套技術。

2)新系統2。該系統主要解決中長距離、快速的城市客運交通出行，是旅行速度為40～60 km/h的城市軌道交通運輸系統。適用于大、中城市市域范圍內軌道交通網絡中的快線，服務于0.5 h交通圈內的高密度出行，一般是中心以地下敷設為主，外圍以地上敷設為主。平均乘距一般大于15 km，平均站間距大于2 km。主要連接城市近域重要組團、主要交通樞紐、城市中心以及中心商務區。主要目的是提高次級網絡的效率，適用于高速、中速、低速系統的換乘客流，線路應與中速、低速網絡實現便捷的樞紐換乘。其運量等級應在高運量和大運量之間，應研究與該運量級別相適應的載運系統及相關配套技術。

3)新系統3。該系統主要解決組團內及區域走廊的中小運量出行，旅行速度一般低于30 km/h，主要適用于我國大、中城市輔助線路以及小城市的骨干線路，如現代有軌電車系統等。目前，該層次系統在我國已有部分應用。由于該種系統的研究較晚，相應的應用系統較少，仍然需要加強該運量等級承載系統及相關配套技術的研究。據估計，我國對該種系統的需求城市超過100個，應用需求非常大。

總體來看，我國目前建設的大部分城市軌道交通線路集中于城市的主城區，30～40 km/h旅行速度的城市軌道交通系統種類齊全，如我國A型車系統、B型車系統、直線電機系統、跨座式單軌系統等，并且經過實際運營的檢驗，其性能穩定、安全可靠，規劃、設計、建設、運營已經形成了完整的體系，已基本滿足該層次的交通需求。隨著城市的快速發展，也出現了一些突出的問題。首先，對城市軌道交通系統的定位較為模糊，在系統選線時未能充分考慮系統供給與交通需求的關系，多條線路為了服務郊區，在原有城區線路的基礎上向外延伸，線路已超過《城市軌道交通工程項目建設標準》的規定;其次，軌道交通體系不完整，系統的運能指標差距過大，缺乏必要的中間層次的系統類型及滿足郊區等需求的系統，不能很好地滿足我國城市多樣性發展的需求。特別對于解決長距離、大高運量的軌道交通系統，以及解決組團級、低速、中小運量系統層面，仍有較大的發展需求。

3 我國城市軌道交通系統發展方向建議

根據上述對我國城市軌道交通系統需求的分析，目前我國30～40 km/h的城市軌道交通系統已基本完善，其他類型的系統均需完善，具體現狀及需求見表3。

4 結語

我國城市軌道交通的發展雖然起步較晚，但經過50多年的發展也取得了巨大的成就，除建設規模和運營里程不斷增加外，城市軌道交通的制式也由原來的單一地鐵制式向多樣化發展，到目前已有地鐵、輕軌、市域快線、有軌電車、市郊鐵路等多種城市軌道交通系統，以及普通輪軌、直線電機、跨座式單軌、磁懸浮等多種系統制式，這些系統基本解決了中心城區中速系統的交通問題。隨著城市對交通多樣化的需求，現有的系統已不能滿足我國對城市交通的需求，同時在系統的定位和分類方面也過于含糊，不能很好地指導我國城市軌道交通系統發展的方向，筆者從功能角度，結合城市對軌道交通的需求，力爭尋求科學合理實現其功能的軌道交通系統類型及其發展方向。

［1］北京城建設計研究總院有限責任公司.輕軌交通技術集成示范報告［R］.北京，2011.

［2］北京城建設計研究總院有限責任公司.我國城市軌道交通技術發展戰略研究報告［R］.北京，2011.

［3］建標104—2008城市軌道交通工程項目建設標準［S］.北京:中國計劃出版社，2008.

［4］馮愛軍，魏運.輕軌交通系統在我國的應用前景［J］.都市快軌交通，2011，24(6):1-5.

［5］魏運，許雙牛，馮愛軍.我國城市軌道交通規劃問題與方法探討［J］.都市快軌交通，2010，23(6):44-48.

［6］陸梁.城市軌道交通的發展、分類與系統選擇［J］.城市軌道交通研究，1999，2(1):7-10.

［7］苗彥英.城市軌道交通的分類及定義研究［J］.鐵道車輛，1999，37(9):11-14.

［8］蔣雅君，楊其新.城市軌道交通系統的分類及選型［J］.城市軌道交通研究，2005，8(2):70-73.

［9］龍許友，魏慶朝.城市軌道交通系統模式與選型［J］.綜合運輸，2007(11):26-29.

Demand Analysis for Urban Rail Transit Systems Based on Function Classification

Wei Yun1，2Xu Shuangniu1Ren Jing1Yang Ke1
(1.Beijing Urban Engineering Design＆ Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100037;2.ITS Research Center，Southeast University，Nanjing 210096)

Abstract:The paper analyzed the development and categories of urban rail transit systems. Considering the urban demand for rail transport, a two dimensional matrix of urban rail traffic demand was proposed, the main parameters of the matrix being transport volume and speed.To meet the demand of urban transport functions and in view of the characteristics and adaptability of urban rail transit systems, development orientation and proposals for China’s urban rail transit systems were put forward, which will serve as theoretical guidance to China’s urban rail transit technology.

Key words:urban rail transit; functional requirements; system classification

U231

A

1672-6073(2013)01-004-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2013.01.002

收稿日期:2012-01-06

2012-03-06

作者簡介:魏運，男，博士研究生，主要研究方向為城市軌道交通規劃、交通信息工程與控制，luckyboy0309@163.com

北京市科委科技重點項目(D101100049610000)

(編輯:曹雪明)