城市軌道交通環(huán)線分類及其設置條件

賀 惜，魏麗英

1 研究背景

城市軌道交通環(huán)線在交通線網中具有特殊地位和作用，歷來備受關注，目前全球擁有城市軌道交通系統(tǒng)的120多座城市中共有40多條環(huán)線，國內目前已全線建成的環(huán)線共3條。隨著我國城市軌道交通的迅速發(fā)展，環(huán)線也引起越來越多的重視，在建的就有4條，還有更多城市在開展相關規(guī)劃。但目前國內外環(huán)線統(tǒng)計分類較為混亂，且缺乏對國內既有環(huán)線規(guī)劃經驗的總結，環(huán)線設置與否及具體形式在國內一直存在爭議，不能為具有環(huán)線而設置環(huán)線，盲目設置不能產生良好效果。

2 環(huán)線分類

目前普遍認為世界上已建成環(huán)線共40多條，但類型劃分較為混亂，且統(tǒng)計數據陳舊。為方便研究，有必要對環(huán)線進行更為詳細的分類，環(huán)線可按環(huán)線功能和環(huán)線形態(tài)進行分類。

2.1 按功能分類

從環(huán)線在網絡中功能及與其他線路相互關系的角度，城市軌道交通環(huán)線可分為結構性環(huán)線和非結構性環(huán)線兩類，兩種類型環(huán)線的數量上大約各占一半。

2.1.1 結構性環(huán)線

結構性環(huán)線指的是對城市軌道交通線網結構起著支撐作用的環(huán)線，一般都環(huán)繞城市中心區(qū)設置，與網絡中多條放射線都相交，在線網形態(tài)上多呈現“放射+環(huán)”式結構。目前，國內外城市軌道交通結構性環(huán)線大約24條。按照環(huán)線與城市中心區(qū)的相對位置，又可以劃分為中心區(qū)環(huán)線和多中心環(huán)線兩種類型。

1）中心區(qū)環(huán)線。中心區(qū)環(huán)線指整個線路都處于城市核心區(qū)內，將市中心的換乘客流分散于環(huán)線上，主要起分流截流作用，可減輕中心換乘站的壓力。線路規(guī)模通常在20 km左右，如倫敦地鐵中央線22.5 km，莫斯科地鐵5號線19.4 km（見圖1），北京2號線地鐵23.1 km。

圖1 莫斯科地鐵5號線Fig. 1 Moscow Metro Line 5

2）多中心環(huán)線。多中心環(huán)線通常位于中心區(qū)外圍，串聯多個城市副中心、外圍組團中心和鐵路樞紐等大客流點，引導城市片區(qū)中心的形成與發(fā)展，使城市各中心在空間上保持一定距離又緊密聯系，改善了城市的布局。多中心環(huán)線規(guī)模一般在35 km左右。日本東京山手線是最典型的多中心環(huán)線，全長34.5 km，設站29座，環(huán)繞在以銀座地區(qū)為核心CBD，串聯著新宿、池袋等多個城市副中心（見圖2）。

2.1.2 非結構性環(huán)線

非結構性環(huán)線是為服務特定區(qū)域客流出行或躲避特定建筑等目的而設置，環(huán)狀段較短，基本無放射線與之相交，與線網中其他線路關系較弱的環(huán)線。目前，國內外城市軌道交通非結構性環(huán)線大約14條，具體信息統(tǒng)計如表1所示。

圖2 東京山手線Fig. 2 Tokyo Yamanote Line

表1 國內外城市軌道交通非結構性環(huán)線統(tǒng)計Tab. 1 Non-structural cirle lines of urban rail transit in the world

一類非結構性環(huán)線是為滿足城市局部特殊形態(tài)或功能要求而設置，服務于沿線客流集散，處于軌道交通網絡末端的環(huán)線。非結構性環(huán)線一般規(guī)模較小，多采用中低運量制式，基本對整體線網結構不產生影響。新加坡的3條輕軌環(huán)線是此類非結構性環(huán)線的典型案例，長度分別為10.7 km、10.3 km和7.8 km，系統(tǒng)采用自動駕駛技術，服務于周邊居民出行（見圖3）。紐約肯尼迪機場線、邁阿密自動捷運系統(tǒng)（見圖 4）等均屬于此類非結構性環(huán)線。

圖3 新加坡輕軌線Fig. 3 Singapore LRT

圖4 美國邁阿密自動捷運系統(tǒng)Fig. 4 Miami People Mover

另一類非結構性環(huán)線雖然線路總體較長，但環(huán)狀段長度較短，且基本沒有與環(huán)狀段相交的放射線路。如比利時沙勒羅瓦市的3條輕軌線路，其末端在市中心圍繞成環(huán)，環(huán)狀段約2 km，環(huán)狀段無相交線路（見圖5）。美國芝加哥地鐵網絡中形成的長約3 km的環(huán)狀線路，僅有2條放射線路與之相交。此外，還存在有軌電車線路末端形成的環(huán)，澳大利亞悉尼環(huán)狀段約2 km（見圖6）、墨爾本有軌電車也形成了長約2 km的環(huán)。

圖5 比利時沙勒羅瓦輕軌線Fig. 5 Charleroi Metro

圖6 澳大利亞悉尼有軌電車系統(tǒng)Fig. 6 Trams in Sydney

國內關于環(huán)線的討論，大多圍繞環(huán)狀段較長、有較多放射線與之相交，在線網中起結構支撐作用的結構性環(huán)線。本文著重探討結構性環(huán)線，以下所稱環(huán)線均指結構性環(huán)線。

2.2 按線路形態(tài)分類

按照環(huán)線形態(tài)，結構性環(huán)線又可分為以下 4類[1]（見表2）。

表2 城市軌道交通環(huán)線線路形態(tài)分類Tab. 2 Morphological classification of urban rail transit circle line

2.2.1 獨立環(huán)線

獨立環(huán)線為起終點相連，運營不間斷的環(huán)線，列車僅在環(huán)線內運行，其他線路的列車也不占用環(huán)線線路。這種環(huán)線應用最為廣泛，世界上大約有12條。這種環(huán)線運營組織簡單、各區(qū)段通行能力均等，但對客流的要求也最為嚴格，適用于全線客流量較大且均衡的情況。典型案例有日本山手線、莫斯科5號線、北京地鐵2號線等。

2.2.2 勺型環(huán)線

勺型環(huán)線指環(huán)形線向外有端頭放射的線路，端頭線路客流不需要通過換乘即可進入環(huán)線，運行稍復雜，適用于端頭到環(huán)線的客流量較大，而環(huán)內客流不大的情況。世界范圍內有東京大江戶線、布加勒斯特1號線等5條線。

東京大江戶線全長40.7 km（環(huán)線段長27.8 km），換乘站多達21站，放射狀端頭連接大型住宅區(qū)，運營組織稍復雜，主要運營交路為“6”型運營（見圖7），日均客流91.4萬人。

2.2.3 共線環(huán)線

共線環(huán)線為一條線獨立成環(huán)，而其他若干條線共同分享環(huán)線的部分通道，適用于環(huán)狀端客流密度不大，線路能力充足的情況。案例有上海地鐵4號線，布加勒斯特地鐵1號線，柏林地鐵S41/42線3條環(huán)線。

圖7 東京大江戶線Fig. 7 Tokyo O-Edo Line

上海地鐵4號線全長33.6 km，車站26站，其中17座換乘站。2005年開始與地鐵3號線共線運行，共線段共9站，長11 .8 km（見圖8）。但隨著日益增長的客流，客流壓力較大，目前正考慮拆分成獨立環(huán)線運行。

圖8 上海地鐵4號線Fig. 8 Shanghai Metro Line 4

2.2.4 組合環(huán)線

組合環(huán)線本質是兩條交會于兩點的獨立線路，無法貫通運營。之前普遍認為，組合環(huán)線適用于兩條線路客流差異比較大且線路間換乘量小的情況，世界上應用較少，只有巴黎地鐵2、6號線組成的組合環(huán)線[2-3]。

但近些年，隨著國內城市軌道交通的建設熱潮，組合環(huán)線在國內應用增多，且其涵義有了極大豐富。組合環(huán)線除發(fā)揮環(huán)線截流分流、滿足周向客流出行需求的功能外，同時兩端均向城市外圍延伸，保證了外圍大客流集散點與城市中心的聯系，使其不用換乘即可接入環(huán)內。適用于環(huán)線沿線客流不多，或由于城市中心吸引力不夠及發(fā)展不均衡等城市格局限制、外圍不同區(qū)域向心客流量差異較大且整體較少、對環(huán)線分流截流需求不高的城市。近幾年，國內天津、石家莊、福州等城市都開始設置組合環(huán)線。

天津組合環(huán)線由地鐵5、6號線組成（如圖9），環(huán)形段約34 km，線路覆蓋串聯了多個城市次級中心，同時兩端均向城市外圍延伸，保證了外圍主客流方向與中心的聯系，引導城市沿軸線向外拓展，提高了線網的通達性，增強了城市中心客流吸引力[4]。石家莊地鐵4、5號線形成的組合環(huán)線如圖10所示。21%、21.5%和12.5%。國內建設規(guī)劃的環(huán)線主要形式有獨立環(huán)線和組合環(huán)線兩種，獨立環(huán)線7條，組合環(huán)線4條，共線環(huán)線1條。

圖9 天津地鐵組合環(huán)線Fig. 9 Combination Circle in Tianjin Metro

總體而言，世界上城市軌道交通結構性環(huán)線中（見表3），獨立環(huán)線為主要形式，大約12條，組合環(huán)線5條，勺型環(huán)線5條，共線環(huán)線3條。占比分別為50%、

圖10 石家莊地鐵組合環(huán)線Fig. 10 Combination Circle in Shijiazhuang Metro

表3 國內外城市軌道交通結構性環(huán)線統(tǒng)計Tab. 3 Structural circle lines of urban rail transit in the world

3 環(huán)線特征與作用

結構性環(huán)線作用可歸納為以下3點：聯絡軌道交通放射線路，提高軌道交通網絡可達性；提供多點換乘，分流截流，減緩中心區(qū)客流壓力；滿足周向客流出行需求，提供橫向聯系，帶動沿線發(fā)展[5-7]。

結構性環(huán)線中，獨立環(huán)線應用最多。獨立環(huán)線具有客流量大、換乘客流比例高、運距短和斷面客流量波動性小等特征，部分環(huán)線客流量如表4所示，環(huán)線客流強度均明顯大于所在線網中其他地鐵線路。同時獨立環(huán)線存在以下兩點缺點：不同放射線路間轉換，只能通過環(huán)線換乘實現，且需要兩次，增加換乘量，乘客時間損耗增加；由于環(huán)線一般位于城市中心，通過區(qū)域用地條件緊張，停車場、車輛段等建設難度大。

表4 部分環(huán)線客流量Tab. 4 Passenger flow of some circle lines

4 環(huán)線設置條件

建設時機上，國外軌道交通整體起步較早，環(huán)線形成時間較長，基本都在自身的客流規(guī)律和城市發(fā)展規(guī)劃雙重作用下，逐步建成環(huán)線。我國地鐵發(fā)展起步較晚，環(huán)線大部分是一次規(guī)劃形成。在線網規(guī)劃建設中，最先是骨干線路（一般為放射線），其次是填充線路，用于填補線網空白，聯系放射線，增加線網密度，增加換乘點。填充線形式有切線、半環(huán)線（C型、L型）、環(huán)線等。其中環(huán)線設置與否及具體形式，各城市依據其城市特點來確定，主要考慮城市發(fā)展格局、客流條件和工程條件，具體設置條件如下。

4.1 城市發(fā)展格局

國家發(fā)改委頒布的《城市軌道交通規(guī)劃編制和評審要點》中規(guī)定：對于中心城區(qū)面積較大、各方向發(fā)展較均衡的城市，在規(guī)劃放射型線路的同時，研究設置環(huán)線的必要性。表明城市規(guī)模及發(fā)展格局是建設城市軌道環(huán)線的前提條件。

首先，城市規(guī)模對環(huán)線設置影響重大，國內外設置環(huán)線的基本都是中心城區(qū)面積大、人口數量多的大城市[8]。其次，城市格局對環(huán)線設置有重要影響，環(huán)線的功能不僅僅是串聯各放射線路、方便客流換乘，環(huán)線本身需要覆蓋人口和就業(yè)集中區(qū)，能夠吸引足夠大的客流。獨立環(huán)線適合強中心、各方向發(fā)展較為均衡的城市，用于截流分流、滿足周向客流出行需求，如北京、上海、重慶、成都、廣州等大城市。組合環(huán)線除發(fā)揮截流分流、滿足周向客流出行需求的功能外，端部放射線路還能接入環(huán)外圍大客流點，不用換乘即可接入環(huán)內，適用于發(fā)展不均衡、環(huán)線周向出行不多或整體向心客流少、對截流分流功能需求不高的城市，如石家莊、福州、天津等。

4.2 客流條件

客流條件是建設環(huán)線的最直接的考量指標之一。首先環(huán)線一般串聯商務區(qū)、商圈、交通樞紐等大型客流集散點，且之間形成客流走廊。國內外環(huán)線大多都與城市對外客運樞紐連接，倫敦環(huán)線串聯了6座大型火車站，莫斯科地鐵環(huán)線12座車站中有5座與干線鐵路樞紐站銜接。環(huán)線客流第二大來源是相交放射線的換乘客流。當放射線網規(guī)模足夠大、放射狀的直徑線達到一定數量時，放射環(huán)線對環(huán)線能起到很好的客流支持作用。有研究表明，環(huán)線換乘客流量一般達到線路總客運量的40%以上，如北京地鐵2號線換入量占客運量比例為 51%，北京地鐵 10號線的該比例為46%[9]。

我國深圳、南京、蘇州城市在軌道交通線網規(guī)劃中，都曾提出多個獨立環(huán)線方案。但客流測試后，對比全網客流量、出行時耗、換乘次數、客流斷面均衡性等方面，均不如非獨立環(huán)線方案，因此最終沒有采用獨立環(huán)線方案[10-12]。天津市地鐵環(huán)線形式經多次研究，考慮客流需求及特征，最終定為組合環(huán)線[13]。上海4號線正考慮拆分成獨立環(huán)線運行，也是考慮到日益增大的客流壓力。

4.3 工程條件

由于形態(tài)特殊，環(huán)線一般全部位于市中心，所在區(qū)域建設條件和用地條件緊張，停車場、車輛段等設施設置難度大，施工要求高。如東京大江戶線是在線網基本完畢后設計的，其線路地處城市核心區(qū)，建設時間長達14年，大部分車站位于地下3～4層，新宿站甚至達到地下7層，建設成本高昂。

5 環(huán)線長度與規(guī)模

線路長度也是設置中需重點考慮的因素，它對環(huán)線運營及服務水平有重要影響。環(huán)線過短，其串聯的區(qū)域有限，與其他放射線路交叉換乘率下降，換乘作用將大打折扣；環(huán)線長度過大，其客流的均衡性、運營時間及服務水平都會受到影響，車輛投入等運營成本也大大增加，最終將削弱環(huán)線的吸引力。經分析統(tǒng)計國內外地鐵環(huán)線，中心區(qū)環(huán)線長度一般在25 km左右，多中心環(huán)線長度一般為40 km左右。目前，隨著國內城市軌道交通環(huán)線的不斷增多，從環(huán)線不斷增長的長度來看，這些環(huán)線截流疏解功能在不斷弱化，而服務沿線功能在不斷強化。

6 結語

國內外城市軌道交通環(huán)線按照功能分為結構性和非結構性兩類，結構性環(huán)線是關注的重點。結構性環(huán)線又可按形態(tài)分為獨立、勺型、共線和組合四種類型，其中獨立環(huán)線最多，其他類型較少。國內城市軌道交通線網規(guī)劃建設中，最先是骨干線路，其次是填充線。填充線形式有切線、半環(huán)線、環(huán)線等。環(huán)線設置與否及具體形式，主要根據城市發(fā)展格局、客流條件和工程條件靈活選取，形式上以獨立環(huán)線和組合環(huán)線為主。獨立環(huán)線適合強中心、各方向發(fā)展較為均衡的城市，組合環(huán)線適用于城市發(fā)展不均衡、周向出行不多或向心客流少、對環(huán)線分流截流功能需求不高的城市。

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