城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統模型研究

劉 鵬

華南理工大學，土木與交通學院，廣州 510641

0 引 言

自國務院2005年3月批復《環渤海京津冀地區、長江三角洲地區、珠江三角洲地區城際軌道交通網規劃（2005-2020年）》以來，相繼又有成渝城市群、武漢都市圈、長株潭城市群、中原城市群等城市群編制各自的區域城際軌道交通線網規劃。近年來，出現了國內眾多城市群區域城際軌道交通規劃、建設、運營三者并存的局面。在此種背景下，結合城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接中的實際問題，系統地探討城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統布局規劃、運營管理和績效評價中的問題與對策，對于優化城市群和城市的空間布局、完善綜合交通銜接系統、方便城市群居民出行，也有著非常重要的理論意義和實踐意義。本論文試圖結合城市群交通需求空間形態的分析，在系統論、快慢變量結合論的基礎上，采用三視模型來分析城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統的特點和規律；為城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統布局規劃、運營協調、績效評價三位一體的研究提供了一種新的系統性、整體性的研究思路和方法。

1 城市群交通需求空間形態分析

城市群居民城鎮之間的出行通常表現為面（一定的城鎮區域，也包括相應的農村吸引區域）和點（交通樞紐或客流集散點）上的交通需求；同時由于城市群內部城市（鎮）之間經濟水平、人口密度的差異，這種地理面、點上的交通需求也是有主次和層次之分的。在城市群內部,均有等級不同、數量不等的客流集散點；根據市場競爭和比較優勢，通常等級較低的客流集散點用常規公交溝通串起來，等級較高的客流集散點用城市軌道交通連接、統一起來，形成城市內部的客流走廊，而城鎮之間的高等級客流集散點可采用包括城市群城際軌道交通等大容量、快速的交通方式連接起來，形成城市群內部城鎮之間的運輸通道。通常來說，城市群區域運輸通道上的出行需求是城市群區域層面出行需求的主體，如滬寧通道、滬杭通道上的出行占長三角城市群區域范圍內出行的比例較高。這些運輸通道往往因現有的運輸結構方式無法滿足通道上客流出行的需求或者出于適度提前的要求，需要修建服務水平更高、經濟效益更好的交通方式來滿足市場需求；通過合理分工和市場競爭，從現有交通運輸方式中吸引轉移一部分客流，同時，由于服務水平的提高，從城市群區域中產生誘增客流。在這種背景下，城市群區域城際軌道交通應運而生，布設在城市群對外運輸通道和城市群內部的客流走廊上，擔負起城市群區域內部客流運輸的重任。

從圖1可以看出，城市群區域城際軌道交通通常沿城市群對外運輸通道和城市群內部客流走廊布設，其所通過的兩側狹長區域通常是它的客流直接影響區，這種影響一方面是通過與之銜接的城市公交提供集散客流的作用實現的，另一方面是通過其他機動車、非機動車乃至步行等交通方式實現的。除此之外，通過與公路客運的分工與合作，汽車客運把一部分距離較遠的客流輸送進來，這部分客流所在區域就成了區域城際軌道交通的間接影響區[1]。一般而言，直接影響區仍是其主要的客流來源區，間接影響區當然也是不可忽視的輔助客流來源區。根據管理的關鍵性原理，做好城市群區域城際軌道交通與城市公交之間的銜接是城市群區域城際軌道交通與其他交通方式銜接的重點。從城市群居民完成起始點到目的地的一次出行過程來看，如果采用公共交通出行的話，兩端通常需要借助步行或非機動車到達城市公交經過的客流集散點，由城市公交載運到與之銜接的城市群區域城際軌道交通站點，通過銜接換乘，實現起、終點的出行，見圖2。

圖1 某城市群區域客流交通需求空間形態示意Fig.1 The space form of traffic demand in a urban agglomeration area

圖2 城市群區域城際軌道交通與城市公交接續示意Fig.2 Links between regional rail transit and urban public transit

2 城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統

2.1 系統論在解決城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接問題中的應用

一般系統論創始人貝塔朗菲把系統定義為：“系統是相互聯系相互作用的諸元素的綜合體”。中國學者錢學森認為：“系統是由相互作用相互依賴的若干組成部分結合而成的，具有特定功能的有機整體。”

根據圖1、圖2可以知道，兩端的城市公交與中間的城市群區域城際軌道交通實際上組成一個銜接系統，這個銜接系統由城市群區域城際軌道交通與城市公交的各類軟、硬件設施要素組成，各要素相互關聯、銜接協調，具備系統的一般特征。因此，用系統論的分析方法有利于更好地揭示銜接系統的規律，有助于換乘樞紐銜接布局問題和換乘組織管理問題的分析和解決。

城市群區域客流正是通過這個銜接系統由起點到達目的地。當然，客流通過此系統的快慢與安全舒適程度取決于該銜接系統組成要素之間的協調性以及運行效率的高低。從圖3可看出，銜接系統是為客流服務的，并且需要根據其需求特性，對城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統進行良好的協調與控制，以便滿足城市群區域客流安全、快捷、方便、舒適地出行。根據系統論的觀點，對銜接系統各組成要素特性、要素之間內在作用規律以及系統整體功能的認識，有助于更好地協調要素之間的關系、優化系統的整體功能。

圖3 城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統Fig.3 Coordination system between regional rail transit and urban public transit

2.2 慢變量決定論與快慢變量結合論

影響城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統結構和功能的變量很多，既有前期銜接規劃設計方面的影響變量，也有后期建設運營方面的影響變量；既有影響結構布局等硬件設施的變量，也有影響控制管理等軟件手段方面的變量；既有影響系統空間結構方面的變量，也有影響系統時間效率方面的變量；但不管從哪個角度來看，這些影響變量按其時變速度可分為三類：第一類是極慢變量，如銜接系統線路、站臺相互之間的位置距離等，它們在規劃期限內緩慢到近乎不變；第二類是慢變量，如銜接系統所在的城市群和城市的 GDP、工業總產值、人口數、大城市數量等經濟技術方面的變量，變化較慢；第三類是快變量，如銜接系統的換乘客流量、運營管理政策及措施等，這類變量的變化是快速的[2]。

對銜接系統運動狀態起決定作用、支配系統行為的變量不是快變量，而是極慢變量和慢變量。極慢變量的影響是本質的、必然的，同時又具有長效性。在城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統中，銜接系統設施設備布局的地理聯系特性包含了其地理幾何特征參數；銜接系統設施設備的容量、運能等級性則包含了其物性特征參數。銜接系統設施設備的效率和質量特性則包含了其技術特征參數。這三種特性參數之間的速度變化關系為：銜接系統設施設備地理幾何特征參數變化速度＜銜接系統設施設備物性特征參數變化速度＜銜接系統設施設備技術特征參數變化速度[3]。具體而言，城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統中三種交通方式銜接距離、銜接模式等都是極慢變量，這些變量要素的位置結構一經確定就幾乎長久不變；樞紐銜接系統設施的容量、通過能力，線路等級等變量是慢變量，如需改造則須付出較大代價成本；票制定價政策、運營時刻表、服務水平等控制管理措施都是快變量，可以根據客流量的變化和乘客的需要通過研究決策后做出改變。

因此，用極慢變量和慢變量確定城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統設施設備的結構布局方案，可避免因換乘客流量預測的或然性引起決策失誤，能最大限度地滿足經濟社會發展的本質需求，既科學合理，又具有較強的穩定性。由此可見，城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統前期的銜接規劃設計非常重要，直接影響著銜接系統的銜接布局結構，決定著后期運營協調的難易程度。

在慢變量（包括極慢變量、慢變量）決定論的基礎上，運用快慢變量結合論，可以充分發揮銜接系統的功能和效率。城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統其實是一個開放性的系統，慢變量決定的銜接布局是一個基礎上的操作平臺，銜接系統內外的客流轉換、信息交流等快變量信息為管理控制手段的適時適地運用提供了寬廣的舞臺。銜接布局的硬件設施與管理控制的軟件手段的合理結合可以更加充分地發揮銜接系統的功能和效率。

3 系統三視模型技術在城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統中的應用

系統論認為，世界是由系統組成的，每個系統都具有其本身的特征，可以從各個不同的側面描述一個系統。對象建模技術（OMT）（利用面向對象（Object Oriented）建模技術）中的三視模型技術從三個不同的思維角度觀察和分析一個系統，很好地描述了系統模型中對象的特征和關系、對象的操作行為，提煉出了系統模型的功能特征。文雅[4]等人對系統三視模型之間的相互關系研究表明：結構（靜態）模型為控制模型和功能模型提供了實質性的框架；控制（動態）模型描述系統中要素及要素間的操作行為，即不斷變化的系統中的控制因素；控制模型用來實現和指明系統的控制因素。系統結構模型是系統的結構和一些固定化的操作規則和次序，而控制模型則表示了系統的時間依賴行為及其對象結構的操作行為；功能模型表明一個如何從輸入值計算得到輸出值的過程。

城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統作為一個交通子系統，具有豐富的內涵，采用三視模型技術來分析它的結構和功能，可以更清楚地了解銜接系統的內涵和層次性，從而找到合適的控制方法和手段，更好地改善交通銜接系統的結構和功能[5]。在本文中，采用系統結構模型用來描述城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統各組成要素間的結構關系，即銜接系統中對象的靜態結構及對象間的關系結構；采用系統控制模型用來描述或模擬城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統中對象的操作過程、操作規則和次序，是對系統結構模型各組成要素資源的整合與控制，目的是管控客流在銜接系統內的移動方向和狀態，使之和諧有序地流動；系統功能模型描述銜接系統的組成要素在控制管理過程中引起的客流、時間流等連續數值流的變化，包括與這些數值流的變化有關的系統屬性—— 功能、約束以及效果等。下節內容將深入探討城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統三視模型的構建研究。

4 城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統三視模型構建

根據上文分析，用三視模型技術描述城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統如下：

1）城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統結構模型

在城市群綜合交通規劃中，根據不同交通方式的特點，各類交通方式應有機地銜接起來，形成級配合理、層次分明、功能協調的綜合交通網絡。從城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統結構模型的組成要素來看，主要有與綜合交通的銜接模式、車站廣場、水平步道、自動步道、樓梯、自動扶梯、升降電梯、售票窗口、檢票口、安檢口、換乘大廳、導向標識系統、動態信息顯示屏、語音廣播系統、觸摸查詢系統、城市公交和城市群區域城際軌道交通配置的運力車輛數等，這些組成要素之間的銜接布局與設計影響著銜接換乘流線的科學與合理程度，銜接信息標識的合理情況影響著乘客換乘的順暢程度，二者直接決定著城市公交與城市群區域城際軌道交通之間的銜接距離與通暢程度，進而影響著城市群區域客流的出行時間長短和便捷程度，結構見圖4。

2）城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統控制模型

城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統控制模型（見圖5）主要是對二者之間的銜接系統結構模型影響要素進行良好的銜接布局與設計優化，通過良好的導向標識和動態信息誘導，采取技術協調、運能協調、發車間隔和時刻表的協調，實施票制一體化等多種綜合協調方法與措施，使得城市公交與城市群區域城際軌道交通的銜接系統能夠適應城市群區域出行客流在流量、流速、流向方面的要求，能讓乘客安全、便捷地換乘和通行。

3）城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統功能模型

城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統功能模型描述的是城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統結構模型影響要素在控制措施和操作規則的作用下，城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統內部客流、時間流等連續值流的大小和變化，功能模型見圖6。

本文研究城市群區域城際軌道交通與城市公交之間的銜接問題的重點在于城市群區域出行客流在城市群區域城際軌道交通樞紐（經停點）城市公交與城市群區域城際軌道交通間的換乘時間和城市群區域出行客流在城市群區域城際軌道交通樞紐（經停點）等候城市群區域城際軌道交通和城市公交的候車時間，而后者的大小直接受城市公交和城市群區域城際軌道交通在城市群區域城際軌道交通樞紐（經停點）發車間隔的大小的影響。

圖4 城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統結構模型Fig.4 Structure model of the coordination system between regional rail transit and urban public transit

圖5 城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統控制模型Fig.5 Control model of the coordination system between regional rail transit and urban public transit

圖6 城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統功能模型Fig.6 Function model of the coordination system between regional rail transit and urban public transit

5 城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統三視模型相互關系

在城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統的三視模型中，結構模型揭示的是城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統影響要素之間的關系。這些要素之間的位置、距離和數量及匹配情況直接影響著換乘旅客行走的距離、時間以及便捷、舒適度；同時，銜接設施的合理布置為以后的運營協調提供了基礎，拙劣的銜接布局會加大以后運營管理協調的難度。控制模型的作用一方面在于根據管理提前的思想，在城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接布局規劃階段就按照方便以后運營管理的要求進行良好的銜接布局，另一方面在銜接設施建設好后，在運營階段對城市群區域城際軌道交通與城市公交進行運能、票制、運營時刻表等方面進行協調，目的在于縮短換乘等候時間，為旅客提供便捷、舒適的換乘[6]。由于銜接基礎設施建成后，很難改變，并且造價高，因此，在銜接布局規劃階段應進行銜接布局方案的評價，根據專家的評價結果對銜接布局進行多次改進、優化，直到得到滿意的方案才能進入實施階段。城市群區域城際軌道交通與城市公交之間良好的銜接布局在一定的運輸組織下，就會得到城市群區域城際軌道交通與城市公交之間的銜接功能，這些功能表現在提供給換乘乘客在換乘樞紐中的安全性、快速性、方便性和舒適性等多個方面。對銜接功能的指標進行量化和評價可以檢驗前期銜接布局和后期運營管理協調的成敗得失和效果，其中功能評價反饋的結論對銜接布局的作用一方面在于為以后類似的銜接布局提供經驗借鑒和指導，另一方面可以對本銜接布局方案在可能的條件下可以對銜接設施進行局部的調整改造。銜接功能評價的結論對后期運營協調的指導就表現出很強的靈活性和指導性，根據反饋意見可以對體制、票制和運營等方案做出較大范圍的調整和改進。城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統三視模型之間的關系見圖7。

圖7 城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統三視模型關系Fig.7 Relation model of the coordination system between regional rail transit and urban public transit

6 結束語

根據對城市群交通需求空間形態的分析，在系統論、慢變量決定論、快慢變量結合論的基礎上，采用三視模型來描述城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接系統，可以很好地吻合銜接系統的特點和規律；銜接系統的布局結構、管理控制、銜接功能與三視模型的結構模型、控制模型、功能模型非常契合；銜接系統三視模型可以為城市群區域城際軌道交通與城市公交銜接問題進行銜接規劃、運營協調、績效評價三位一體的研究提供了系統性、整體性的思路和方法。

[1] 王元慶，賀竹磬.多方式協調發展的運輸通道布局規劃體系[J]. 交通運輸工程學報，2004，4（3）：73-78.[2] 劉清軍. 公路網規劃現實思考與新思路[J]. 交通運輸工程學報，2004，28（2）:58-63.

[3] 曉 龍，王 博. 面向對象的建模設計技術與方法[M]. 北京：學苑出版社，1993.

[4] 文 雅. 大城市內外客運交通銜接系統的規劃理論與方法[D].上海：同濟大學，2006.

[5] 管楚度. 交通區位論[M]. 北京：人民交通出版社，2000.

[6] 張宇石，陳旭梅，于雷等. 基于換乘站點的軌道交通與常規公交運營協調模型研究[J]. 鐵道學報，2009，（6）：13-14.