特大城市多層次軌道交通網絡整合問題思考

顧保南，寇 俊

(同濟大學交通運輸工程學院，上海201804)

特大城市多層次軌道交通網絡整合問題思考

顧保南，寇 俊

(同濟大學交通運輸工程學院，上海201804)

未來10年，中國特大城市將大規模建設市域快速軌道交通系統。這為在整個市域范圍內改善鐵路、中心城軌道交通、市域快速軌道交通及其結合關系提供了良好契機。總結軌道交通網絡之間的三種結合類型：點狀結合、線狀結合、網狀結合，并分析不同結合類型的服務效果差異。提出軌道交通網絡整合的概念，論述軌道交通網絡整合的必要性和可行性。重點闡述軌道交通網絡整合的主要技術措施。最后，指出中國市域快速軌道交通規劃中需要注意的主要問題。

市域快速軌道交通；市郊鐵路；城市軌道交通；網絡規劃；網絡整合；系統制式

近10年，中國軌道交通快速發展，在特大城市中形成了多個層次的軌道交通系統類型。特大城市都有國家鐵路系統(以下簡稱“鐵路”，包括客運為主的普速鐵路、高速鐵路、城際鐵路)及城市軌道交通系統(以下簡稱“城軌”，包括地鐵、輕軌等)，部分特大城市開始規劃建設市域快速軌道交通系統(以下簡稱“市域快軌”)。對于只有鐵路與城軌兩類軌道交通系統的特大城市，其軌道交通系統之間的結合比較簡單，一般是城軌銜接鐵路客站，兩者形成換乘關系。隨著市域快軌網絡加入城市交通系統之后，各類軌道交通系統之間的結合關系變得復雜，不僅體現在結合主體對象數量的增多，而且體現在結合方式的多樣化、結合范圍的擴大以及不同軌道交通系統之間的整合等方面。本文主要就軌道交通網絡整合的相關問題加以討論。

1 軌道交通系統之間的結合類型及其服務效果差異

1.1 結合類型

1）點狀結合。

某條鐵路在一個城市只有一個車站(點)與城軌或市域快軌結合。點狀結合是常見的結合類型，即城軌線路在鐵路車站附近設站，形成換乘關系。這種軌道交通系統結合關系通常存在于特大城市的中心城區，特大城市外圍的鐵路車站一般依靠非軌道交通方式接駁。

2）線狀結合。

某條鐵路與城軌或市域快軌在某個交通走廊(線)上有多個換乘點。分為兩種情況：①共通道，不同軌道交通系統的列車分線行駛；②兩類或多類系統的列車共軌運營(也稱共線運營)。第一種線結合的案例是柏林，在其中心區的Westkreuz與Ostkreuz之間，鐵路與市域快軌(S-Bahn)的線路并行布置但分線行駛，在Lehrter，Ostbahnhof，Zoologischer Garten，Alexanderpl等車站均可換乘。第二種線結合的案例在德國和日本有多個[1]。德國卡爾斯魯厄市采用輕軌、市域鐵路及城際鐵路之間的共軌運營方式。日本鐵路公司有6家客運公司參與共軌運營；日本私鐵有43家公司參與共軌運營，不同公司的列車可以共同使用同一車站(共站運營)。中國在建的重慶跳蹬—江津市域快軌線擬采用雙流制(DC1 500 V及AC25 KV)，未來可望與重慶地鐵5號線互聯互通，實現共軌及共站運營。

3）網狀結合。

某條鐵路進入特大城市后分為兩支或多支線路，在該城市的市區及郊區設有多個鐵路車站；如果該城市有多條鐵路進入，這些鐵路的支線之間相互聯絡，形成市內鐵路網，鐵路列車可以互聯互通。例如，滬寧城際鐵路進入上海市域后，一支通往上海站，一支通往上海虹橋站，在上海虹橋站—浦東國際機場的聯絡線建成后，還可以通往浦東國際機場及上海東站。如果市域快軌能夠與鐵路兼容，鐵路列車可以開行到市域快軌線網中，那么鐵路列車的停靠站選擇性進一步改善。互連互通性能優良的網狀結構案例是柏林鐵路網。

1.2 服務效果差異

1）點狀結合方式使得一個城市的鐵路出行全部集中在這一個車站上，市民的平均接駁時間很長，尤其是郊區居民。隨著鐵路客運需求增長，車站常年人滿為患。上海市區已有近600 km城市軌道交通線網運營，但是上海市郊30 km半徑圈附近居民到上海站、虹橋站的公共交通接駁時間仍然需要1.3~1.8 h，50 km半徑圈附近居民則達到1.7~2.4 h。而上海虹橋站—杭州東站的高鐵列車僅耗時1 h，上海虹橋站—南京站(南京南站)僅耗時1.5~2.0 h。郊區到鐵路客站僅30 km的接駁時間大于300 km的城際列車行程時間。到鐵路車站的接駁時間偏長是中國城際鐵路出行普遍面臨的問題。

2）線狀結合方式下，一個城市的鐵路出行可以分散到若干個車站上，鐵路運營部門在行車組織方面具有可調節性，乘客也具有便利選擇性。當某個車站客流過大時，鐵路部門安排列車運行圖時可以減少該車站的列車停靠次數，而增加其他車站的列車停靠次數。乘客可根據各車站的列車時刻表選擇接駁時間較短的車站乘車。

3）網狀結合方式下，一個城市的鐵路出行可選車站數比線狀結合方式更多，一條鐵路的某次列車進入該市后可在多個車站(市區或郊區)選擇性停靠，始發站上不同車次的列車可開往不同的方向。這使得乘客的出發車站及到達車站均有更多選擇，無論是出發還是到達均可節省鐵路車站接駁時間。

2 軌道交通網絡整合的必要性及可行性

2.1 概念

軌道交通網絡整合指不同類型軌道交通線網通過線狀或網狀結合的方式使不同線網之間形成多點換乘甚至共站運營。

鐵路與城軌形成點狀結合關系，在工程建設難度上低于線狀結合，因此廣泛采用。許多城市的鐵路車站以前沒有地鐵，現在都已增加了地鐵車站與鐵路車站換乘，如上海站、南京站等。由于這種方式的服務效果較差，未來具有多層次軌道交通的城市需要向線狀或網狀結合關系方向發展。這項工作的關鍵在于規劃階段的線網整合。如果規劃階段在鐵路沿線沒有預留城軌或市域快軌線位，那么要實現線狀或網狀結合關系則需在工程建設、經濟成本等方面付出更大代價。

2.2 需求

1）鐵路車站集散能力日趨緊張。

特大城市的鐵路主客站將面臨客流集散能力不足的問題。以上海市為例，無論是上海站還是上海虹橋站，其客流集散能力(主要是鐵路站臺與地鐵站臺之間的通道能力)已趨于飽和，難以應對未來客流的成倍增長，因而需要增設新的鐵路車站。其他特大城市也有類似的困惑，這與中國鐵路的強勁客流增長潛力有關。

交通供給的增加會刺激交通需求增長。自2005年鐵路客運專線快速建設以來，鐵路客運量快速增長。2005年底中國鐵路網運營里程為6.2萬km，年客運量為11.6億人次；2015年底中國鐵路網運營里程為12.1萬km，年客運量為25.0億人次。經過10年時間，鐵路網里程增加近1倍，而鐵路客運量增加約1.12倍。根據2016版《中長期鐵路網規劃》，至2025年，中國鐵路網運營里程可達17.5萬km；加上各省市規劃的省域城際鐵路及市域鐵路，鐵路網總里程可望超過20萬km。因此，10年后鐵路客運量可望在2015年基礎上增加1倍以上。

2）市郊通勤客流需求增長潛力巨大。

隨著特大城市的人口向郊區轉移，市郊的客源大量增長。目前，中國鐵路及城軌對市郊的軌道交通客運服務水平很低，導致市郊的軌道交通客流量很小。

盡管近10年中國鐵路客運量持續大幅度增長，但到2016年鐵路人均年乘次僅為2.0次，而德國聯邦鐵路(DB)為23.0次(1999年)[2]、日本國鐵(JR)68.2次(1999年)[3]。德國、日本鐵路之所以出行乘次比中國高出數十倍，是由于其運送了大量短距離旅客。2005年、2015年中國鐵路的平均乘距分別為524 km，472 km，說明長距離旅客比例較大。德國鐵路乘客人均年乘次中，長距離2.0次(平均乘距237 km)，短距離21.0次(平均乘距22 km)，德國聯邦鐵路平均乘距41 km。日本國鐵的人均年乘次是德國聯邦鐵路的3倍，但平均乘距更短，僅為28 km。因此，如果未來中國鐵路加強短距離客流服務，其客流增長潛力可達5倍以上。面對如此強勁的鐵路客流增長，中國未來不少特大城市的鐵路車站客流集散能力都會嚴重不足。

根據美國《交通統計年報1995》[4]，通過計算可以得出結論：在都市圈或城市群地區，市郊軌道交通通勤客流量(市郊—中心城1 640+630萬人次·d-1、市郊—市郊3 320萬人次·d-1、市郊—其他城市320+240+90萬人次·d-1)是中心城內部通勤客流量(2 690萬人次·d-1)的2.3倍(見圖1)。

隨著中國鐵路網的加密，尤其是城際鐵路及市域快軌線路的大量增加，城市群地區的短距離乘客可望大幅度增加。

3）市郊居民出行便捷性要求提高。

未來10年，特大城市市郊的城鎮化進程將加快推進，市郊人口增長迅速；工作類型與城市居民趨同，通勤出行距離顯著擴大；道路交通擁堵，出行時間偏長；市郊居民的收入水平大幅度提高又迫切要求縮短出行時間及提高出行舒適度。這些因素均要求郊區城鎮具有便捷的軌道交通網絡。

2.3 契機

近10年，特大城市將大規模建設市域快軌網絡，同時還有一些連接20萬以上人口規模縣城的國家鐵路項目。目前，不僅北京、上海、重慶等直轄市規劃了上千千米的市域快軌線網，杭州、南京等省會城市也在規劃建設中心城與周圍縣市連接的市域快軌線路。根據《中長期鐵路網規劃》，國家鐵路網要連接20萬人以上的城市，特大城市周圍的許多縣城均是國家鐵路網的連接對象。這為軌道交通網絡整合提供了良好契機。

3 軌道交通網絡整合要點

3.1 目的和主要對象

軌道交通網絡整合的功能性目的是完善特大城市整個市域的軌道交通服務便捷性，包括中心城內部、中心城—其他城市、中心城—市郊城鎮、市郊城鎮—市郊城鎮、市郊城鎮—其他城市等方面的出行便捷性。

隨著城軌線網規劃的實施，特大城市中心城內部的出行時間大部分在1 h以內；這些城軌線網都注重與鐵路主輔客站銜接，中心城的對外鐵路交通基本解決。目前存在的問題主要在于與市郊城鎮有關的軌道交通出行便捷性方面：1)市郊中小城鎮到中心城市中心區的出行時間偏長，大部分在1.5 h以上；2)部分市郊大型城鎮(20~100萬人)到鐵路主輔客站的時間過長，例如，上海的寶山、青浦、奉賢、浦東地區等乘鐵路列車的接駁時間接近2 h，南京、杭州等省會城市外圍的縣城普遍缺乏鐵路車站；3)市郊中小城鎮之間缺乏直接的軌道交通聯系；4)市郊大型城鎮與相鄰大城市的市郊大型城鎮缺乏直接的軌道交通聯系。

圖1 美國市郊軌道交通通勤客流規模與形態結構Fig.1 The scale and structure of commuter flow in suburban rail transit in the U.S.

針對這些問題，網絡整合涉及的主要對象是位于市郊范圍的城軌、市域快軌及鐵路支線，其中市域快軌因其范圍廣、選線靈活而成為網絡整合中的主體。

式中：Tomjb為起點城市出發小區到城軌或市域快軌車站的接駁時間，與接駁距離及接駁方式有關；Tomwait為起點城市出發小區往鐵路車站途中在城軌或市域快軌車站的等待時間，一般取列車發車間隔的一半；Tometro為起點城市出發小區往鐵路車站途中乘城軌或市域快軌列車的車上時間，與列車運行速度及停站方式有關；Toswait為起點城市乘坐鐵路列車的等待時間，包括從城軌或市域快軌車站到鐵路車站的行走時間及在鐵路車站的候車時間，如果是市內出行，此項為0；Todtrain為起、訖城市鐵路車站之間的鐵路車上時間，與列車運行速度及停站方式有關，如果有中轉，則包含中轉時間，如果是市內出行，此項為0；Tdmwait為終點城市鐵路車站往目的小區途中在城軌或市域快軌車站的等待時間，一般取列車發車間隔的一半；Tdmetro為終點城市在鐵路車站往目的小區途中乘城軌或市域快軌列車的車上時間，與列車運行速度及停站方式有關；Tdmjb為終點城市城軌或市域快軌車站到目的小區的接駁時間，與接駁距離及接駁方式有關。

基于公式(1)可以看出，要減少出發小區—到達小區整個出行鏈的時間，與網絡整合有關的途徑有：減少接駁時間、車站等待時間、線網內的換乘時間、列車車上時間。

3.2 影響市郊城鎮軌道交通出行便捷性的主要因素

市郊居民出行需求巨大，但要把這些乘客吸引到軌道交通中來，關鍵是設法提高軌道交通出行便捷性。軌道交通出行便捷性可用乘客在起訖點(出發小區—目的小區)間采用軌道交通方式的出行鏈總時間Tz來反映。Tz越短，表示便捷性越好。計算公式為

3.3 主要技術措施

3.3.1 減少市郊城鎮到市域快軌或鐵路車站的接駁時間

1）在市域快軌選線時，盡量縮短車站與附近城鎮的距離，以減少附近城鎮居民到車站的接駁時間，進而減少到中心城、鐵路車站的出行時間。這就要求平面曲線半徑標準有一定的靈活性(低于城際鐵路設計標準)；軌道交通線路設施與沿線土地利用之間也要相互結合，以提高建設和運營效益。

2）在市郊城鎮增設鐵路車站數量。鐵路干線進入特大城市市郊，分出若干支線，直接連接市郊城鎮，縮短市郊居民到鐵路車站的接駁距離、簡化接駁環節(市域快軌接駁鐵路客站)。如果市郊城鎮預留了鐵路支線的線位及站位，這項措施的工程代價就會顯著降低。另外，要使此措施有效，還要求鐵路部門在安排列車運行圖時在該站有足夠的停靠次數，否則乘客的等待時間就會增加。

3）鐵路列車開行到市域快軌網絡上。其好處顯而易見，鐵路列車可以利用市域快軌的車站停靠，不需興建專門的鐵路支線就可以到達相關的市郊城鎮，大大縮短了接駁時間。其需要解決的問題也很多，一是要求市域快軌設施(建筑限界、站臺長度、供電制式、列車運行控制系統)能夠兼容鐵路列車；二是沿線車站具有越行條件，否則會大大影響鐵路行車速度；還有車站客運管理、收支分攤協議等一系列問題。如果市域快軌采用鐵路制式，上述問題則相對簡單。

3.3.2 減少市域快軌與城軌或鐵路的換乘時間

1）市域快軌延伸至中心城內，與城軌線網的兩個或多個車站換乘。這樣可以減少乘客換乘次數，同時也能減少因客流集中在一個車站上換乘的擁擠程度。

2）市域快軌線路延伸到鐵路車站范圍內。例如，大型鐵路客站一般有10~15個站臺(20~30股站線)，可以拿出1~2個站臺(2~4股站線)供市域快軌使用，這樣乘客的換乘距離可以縮短。但是，也需要解決安檢、客流進出站、換乘路徑等諸多運營管理問題。

3.3.3 減少市域快軌線網不同線路之間的換乘時間

1）組織本市市域快軌的跨線列車運營。特大城市的市郊區域比中心城大得多，市域快軌線路縱橫交錯。在相交的市域線路之間建立雙向聯絡線，組織跨線列車運營，這對起訖點均在本市市郊的城鎮之間的出行便捷性改善作用顯著。市郊空間范圍大，大部分市郊城鎮之間的出行需要經由2~4條線路，如果沒有跨線運營，換乘次數就多；市郊線路的斷面客流量一般很小，因而發車頻率很低，列車發車間隔較長，可達30~120min，導致換乘等待時間很長。這樣的市郊軌道交通出行即使與擁堵道路上的小汽車出行相比也已失去競爭力。這一方面要求市郊線路采取統一的系統制式，另一方面要求線路之間具有列車可互通運行的聯絡線，即互聯互通、網絡化運營。

2）人員交流頻繁的相鄰城市之間，也可考慮實現跨市域的互聯互通。這是更大范圍內的網絡化運營，可增加軌道交通的客流吸引力，提高相關市域快軌設施的使用效能。例如，上海市域快軌線網與蘇州、嘉興的市域快軌線網在空間上毗鄰，調整部分線路走向即可實現物理上的連通。然而，要實現它們之間的網絡化運營，還要求車型、供電、運控等多方面的協調，列車始發終到的停車、列檢等許多問題有待解決。

3.3.4 減少一條線路上的列車運營時間

1）在一條線路上采用非正常的行車組織措施，如前后列車錯開停靠車站并隔站停靠，可提高列車旅行速度。

2）在小站上布設越行線，組織特快、大站快車、慢車等不同類型的列車。日本京都—大阪—神戶走廊上有3條并行的軌道交通線路，每條線路均可組織快慢車運行；列車最高速度110~130 km·h-1，平均站間距1.5~3.0 km，平均停站距離1.5~15.0 km，慢車旅行速度35~50 km·h-1，快車旅行速度可達55~95 km·h-1[5]。需要注意的是，快慢車的行車組織方式會降低線路通行能力，在運能緊張的線路上不宜采用。

4 中國市域快軌規劃需要注意的問題

從已規劃建設的市域快軌線路來看，需要注意以下問題：

1）旅行速度不夠快。上海市地鐵11號線(規劃R3)、9號線(規劃R4)功能定位是市域快線，但因最高速度不高、缺乏越行線等原因，導致旅行速度不足45 km·h-1，不能滿足特大城市交通便捷性服務標準。北京、杭州、南京等城市在建的市域線均未采用越行模式。在制式選擇上，偏向地鐵制式。國外不少市域線選用鐵路制式，最高速度比地鐵更高(120~160 km·h-1)，還可以與鐵路互聯互通，對市郊長距離線路的服務效果比地鐵制式好。

2）市域快軌線網結構主要是由中心城向外的放射狀線網，對市郊城鎮之間的直接聯系不夠重視。特大城市外圍的市郊大型城鎮數量一般有5~8個，這些城鎮的人口規模在快速增長，可發展到30~100萬人。

3）對本市市域線之間及其與鄰市市域線之間的互聯互通還不夠重視。

5 結語

市域快軌在中國剛開始規劃建設，對其功能定位、技術特點的認識還不一致。市域快軌作為一支新生力量加入到城市交通體系中，會對城市交通的規劃建設產生深遠影響。市域快軌向中心城內部延伸，與城軌線網會產生銜接、連通的需求；市域快軌向市外延伸會與鐵路、鄰市市域快軌產生銜接、連通的需求；市域快軌線網本身因線路長、條數多會產生銜接、連通的需求。不同的結合方式，對市域線的走向、敷設方式、系統制式、運營交路、管理方式都有深遠影響。

[1]周建軍，顧保南.國外市域軌道交通共線運營方式的發展和啟示[J].城市軌道交通研究，2004，7(6)：75-77.Zhou Jianjun,Gu Baonan.Development of Joint Operation in Foreign Metropolitan Rail Transit[J].Urban Mass Transit,2004,7(6):75-77.

[2]Deutscher Verkehrs-Verlag GmbH.Verkehr in Zahlen 2004/2005[R].Berlin:Deutscher Verkehrs-Verlag GmbH,2006.

[3]日本國土交通省鐵道局.數字でみる鉄道2000[M].東京：(財)運輸政策研究機構，2000.

[4]Research and Innovative Technology Administration.Transportation Statistics Annual Report 1995[R].Washington DC:Bureau of Transportation Statistics,U.S.Department of Transportation,1995.

[5]鄧澄遠，顧保南.京都至大阪軌道交通走廊線路間關系分析[J].城市軌道交通研究，2016，19(3)：16-20.Deng Chengyuan,Gu Baonan.Relationship between the Lines along Kyoto-Osaka Rail Transit Corridor and Lessons for China[J].Urban Mass Transit,2016,19(3):16-20.

Integration of Multi-Level Rail Transit Network in Mega Cities

Gu Baonan,Kou Jun
(College of Transportation Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)

In next decade,large-scale rapid rail transit system will be developed in China’s mega cities,which will provide good opportunities for the improvement and integration of railway,rail transit in central district,and metropolitan rapid rail transit covering entire metropolitan area.This paper summarizes the characteristics of three connecting types of rail transit network,namely point connection,linear connection and network connection,as well as their different service performance.By proposes the concept of rail transit network integration,the paper discusses the necessity and feasibility of integrating rail transit network,and the main technical measures for rail transit network integration.Finally,the paper points out the main problems that must be recognized in urban rapid rail transit planning in China.

metropolitan rapid rail transit;suburban railway;urban rail transit;network planning;network integration;different types of rail transit system

1672-5328（2017）05-0059-05

U491.1+2

A

10.13813/j.cn11-5141/u.2017.0509

2017-08-18

顧保南(1962—)，男，江蘇揚中人，博士，教授。主要研究方向：軌道交通規劃與設計。E-mail:gbnyyh@163.com