現代有軌電車功能定位研究

吳 瓊

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 概述

有軌電車于19世紀80年代開始在西方諸工業國集中出現，直到20世紀初，該交通方式進入鼎盛時期。至20世紀20年代，隨著汽車工業的興起和飛速發展，老式有軌電車由于噪聲、速度、舒適性等方面的缺陷，逐步衰退[1]。

現代有軌電車于20世紀90年代后期率先在法國發展起來。隨著在法國、德國、西班牙等多個西歐國家成功建設運營，其以嶄新的形象、舒適的服務迅速吸引了國內城市的關注和研究。我國諸多城市如沈陽、上海、天津、南京、廣州等均建設有現代有軌電車運營，其余如西安、煙臺、東莞等也在積極規劃建設有軌電車系統。

有軌電車代表了當前公交優先發展模式下的一種發展趨勢，是中低運量交通系統的重要發展方向。由于該方式較小的工程代價和投資規模，且本身具有較好的靈活性和拓展性，現已成為大量地區快速實現軌道化骨干交通體系的重要手段。與此同時，目前全世界有軌電車的使用功能差異性較為明顯，在不同地區的功能定位明顯不同，在此背景下，作為規劃設計的前提，特別是我國正處于現代有軌電車發展起步階段，對于該制式在具體使用中的功能研究和使用方式研究，具有較強的指導意義。

2 對現代有軌電車的認識

2.1 中低運量的公共交通系統

在現有較為成熟的城市軌道交通體系中，地鐵、市郊鐵路等制式作為大運量、高集約性的軌道交通模式在大中型城市廣泛應用，其每小時單向旅客輸送能力一般不小于3萬人次；輕軌、單軌系統以其每小時1～3萬人次的單向客運量成為中型城市軌道交通的較優選擇；而常規公交每小時旅客輸送能力一般不超過5 000人次。現代有軌電車的出現，有效填補了中高運量傳統軌道交通與常規公交間的運能空白，使城市軌道交通對各類型城市的匹配性得到了進一步的強化：現代有軌電車是一種中低運量的公共交通系統，其每模塊定員60～70人，每小時單向客運能力為0.5～1.0萬人次，該運量規模對絕大多數中小型城市的居民出行需求具有較強的適應性。需要注意的是，為適應道路建設條件，符合城市道路交叉口的半徑要求，減少對路面交通的干擾，現代有軌電車的編組不宜過長，鑒此，該制式的運輸能力難以組織到較高的水平。

2.2 道路化的軌道交通體系

現代有軌電車布設于城市道路之上，這一特征決定了該方式可有效適應城市道路的建設標準，兼具軌道交通和道路交通的雙重特征：從道路性上看，有軌電車需匹配城市道路較大的坡度條件和較小的曲線半徑，使之具有較強的爬坡能力和曲線靈活性，同時由于與道路交通混行，更加便于乘客的乘降與換乘；從其軌道特性上看，由于具有一定的獨立系統性，現代有軌電車的平均旅行速度和時間可達性較常規公交仍有一定優勢，且運能遠大于道路公交系統，綜合來看其運輸集約性遠強于常規道路交通，是地面公交的“升級版”[2]。但應看到的是，混合特性作為一把“雙刃劍”，同時制約著有軌電車的使用，具體表現為對路權的選擇、交叉口信號優先的配置、對既有道路機動車通行能力的干擾等方面，特別是道路布設要求使其對沿途路面條件要求較高，這就造成有軌電車難以深入覆蓋土地開發強度較大的老城區。

2.3 建設投資及周期較為節省

近年來，隨著國家社會經濟的飛速發展和城鎮化水平的快速提高，軌道交通建設已成為各大城市緩解交通困局的重要舉措，但從已有統計情況來看，傳統軌道交通特別是地鐵的建設成本持續攀升，地鐵每千米平均造價高達5～10億元，輕軌亦達到2～5億元/km。新型有軌電車由于線路布設要求較低，系統獨立性不強，其工程造價遠低于傳統城市軌道交通，同時由于工程規模較小，整體建設周期亦較短，綜合來看，現代有軌電車可實現較短周期和較低投資前提下公交系統的軌道化運營。

2.4 使用功能和運營方式靈活性較高

鑒于現代有軌電車兼具軌道特性和道路特性，其在功能實現和運營方式方面均具有較高的靈活性：一則由于可廣泛布設于符合設計要求的城市道路上，具有多種路權方式，與地面交通方式多以平交互通[3]，使其可適用于大量交通需求背景，加之自身較強的獨立性和集約性，從已有現代有軌電車使用經驗看，骨干型、補充型、拓展型、延伸型均可成為該制式的功能實現；二則基于現代有軌電車的道路公交特性，使其較傳統城市軌道交通獨立運營方式具有更大的選擇空間，與傳統公交系統運營方式相類似的跨線運營模式可進一步拓展現代有軌電車的服務功能和運輸效率。但從實際使用經驗和其自身特征看，現代有軌電車無法成為大型城市公共交通骨干系統，主要體現為在地鐵稀缺城區的應用[4]，且在不同類型區域背景下，現代有軌電車均有各自的使用功能，較傳統城軌體系的功能定位差異較大。

3 現代有軌電車功能定位研究

3.1 現代有軌電車的功能定位類型及其應用

整體上看，現代有軌電車實際應用存在下述3種功能定位類型。

(1)城市公共交通骨干

該類型主要為歐美等國應用，作為城市公交體系的骨干構成，承擔城市居民公交出行大部分客流，線路成網且覆蓋城市主要客流集散點、交通走廊和重點功能區。典型應用城市為南特、墨爾本、第戎、魯昂等，我國由于現代有軌電車研究與建設起步較晚，現尚無城市公交骨干應用先例。

(2)城市軌道交通補充

對于骨干城市軌道交通系統無法覆蓋的地區，以現代有軌電車方式滿足居民出行需求、提供集約化公交服務，該類型作為中高運量城市軌道系統輻射范圍內的軌道系統補充，是骨干公交網旅客運輸的輔助服務體系，城軌運輸體系的毛細血管。這一應用在全世界應用廣泛，特別是我國現代有軌電車應用的主要模式，國外如柏林、布拉格，國內如蘇州、珠海、廣州，規劃中的東莞等城市均為此種模式。

(3)城市軌道交通拓展

與補充模式相類似，但主要承擔骨干城市軌道交通的對外拓展功能，強調在一些客流規模不支持的交通走廊以現代有軌電車實現城市軌道網的綜合覆蓋，亦為骨干公交網的輔助體系。這一模式在全世界應用同樣廣泛，如曼徹斯特、巴黎，國內如北京香山線、上海松江線，規劃包頭石拐線等城市均采用此類型。

綜合來看，現代有軌電車功能應用亦可分為下列兩類：其一為城市范圍內部分區域及交通走廊的骨干交通構成，一般體現為新區、開發區、旅游區的公交主骨架以及部分運輸通道的骨干公交制式，該模式為中高運量城市軌道交通下的公交次骨干系統，軌道交通主干網的延伸、過渡和補充[5]，補充與拓展應用均為這一類型的子分支。其二為部分獨立個體城市的骨干公交系統，從現有經驗看主要應用于中小城市，是地鐵、輕軌等城軌系統在中低運量需求城市的替代。

3.2 現代有軌電車功能定位研究

3.2.1 約束條件研究

城市軌道交通的功能實現與城市經濟體量、人口規模、地緣特征、城區面積息息相關，這是因為城市公交體系是以城市土地開發為依托，結合實際經濟發展條件，以滿足居民日常出行為首要目標；其次，由于不同交通制式在運輸能力、運輸效率、實施成本方面均有各自特征，對城市運輸需求、財政承擔能力、土地開發潛力有各自匹配條件。綜上，確定影響現代有軌電車功能定位的主要因素為：

(1)人口；

(2)人均GDP；

(3)城市建成區面積；

(4)城市類型。

上述指標均為目標城市遠期規劃年度[6]。

3.2.2 模型的建立

多元回歸分析法是從各種經濟現象之間的相互關系出發，通過對與預測對象有聯系的現象變動趨勢的分析，推算預測對象未來狀態數量表現的一種預測方法。利用回歸模型進行定量預測是目前最為流行的統計方法之一。本次研究旨在通過對不同城市上述約束條件的回歸分析，量化現代有軌電車對城市的適應性指標，最終形成對現代有軌電車應用模式的量化預測體系。

(1)城市類型的確定

約束條件中僅有城市類型為非常規量化指標，該因素受自身政治地位、建設規模、人口數量、經濟水平等多方面影響，而不同類型城市在旅客集散、人員吸引方面有較大差距。本次研究通過對不同城市的城市指數計算，以期對城市類型進行初步定量分析，作為最終現代有軌電車功能定位測算模型中重要的測算指標。

考慮到區位因素是城市自身綜合發展的重要因素，對城市經濟發展水平、人口集聚能力、交通中轉需求均會產生直接影響，本次城市類型定量計算擬引入區位熵算法，即由哈蓋特(P.Haggett)所提出的專門化率算法，用以衡量某一區域要素的空間分布情況[7]。鑒于城市交通基礎設施一般指在一定經濟基礎上居民出行需求的解決工具，且對項目經濟性要求較高，故其整體發展趨勢具有較強的市場經濟特征。因此，本次沿用區位熵基本算法，即使用城市人口和GDP作為城市類型定量計算的主要因變量；需要指出的是，使用集聚強度的算法可避免由于現代有軌電車既有運營經驗主要集中于歐美各國，其人口、經濟發展階段與我國不相匹配導致的數據脫節。具體計算公式為

Qi=Si/Pi

式中Qi——i地區的區位熵；

Si——i地區GDP占全國總量比例；

Pi——i地區人口占全國總量比例。

當Qi指標越高，則可表明所研究地區經濟強度越大，經濟聚集度越高。鑒于城市軌道交通本身投資和運營成本較高，對所涉及城市財政及經濟發展水平要求較高，故而區位熵所體現指標在一定程度具備對城市指數的量化指導意義。

前述世界主要現代有軌電車應用城市區位熵測算如表1所示。

表1 世界主要現代有軌電車應用城市區位熵測算(2015年)

(2)功能定位的量化

功能定位一般指某一交通運輸方式在城市綜合交通體系中所承擔的實際運輸效果，是該交通方式在日常人員位移中所體現的價值，這一要素可體現為交通方式在居民出行、土地開發、人員集聚方面所產生的影響量。通過對這一價值的研究，可初步揭示某一交通方式在綜合交通體系中影響的強弱，從而表征該方式功能定位的量化指標。

鑒此，對功能定位的量化，即可認為是該交通方式的價值評價。考慮到城市交通對居民出行、土地開發、環境保護、拉動經濟等方面均會產生深遠的影響，需綜合考量某一交通方式自身運輸能力、時間可達性、線網分布、帶動就業等多方面因素，涉及面廣，內容多，對系統評價的各個影響因素需進行定量分析，對各因素具體化[8]。現建立如下價值評價的指標體系，如圖1所示。

圖1 交通方式價值評價指標體系

在實際測算中，確定功能性、路網性和社會性指標的權重值，分別采用a、b和c標識，則各評價權重向量分別為

a=(a1，a2，a3)；b=(b1，b2，b3)；c=(c1，c2，c3，c4)。

目前，價值評價方法主要包括層次分析法、模糊綜合評價法、灰色關聯系數法和價值函數法。其中層次分析法主觀性較強，結果不易令人信服；模糊綜合評價法如面對指標較多的情況時易出現超模糊現象；灰色關聯系數法難以確定數理關系的正負特性。綜上，本次研究采用價值函數確定某一交通方式的價值評價[9]。其表達式如下

V=a·(a1，a2，a3)(α1，α2，α3)+b·(b1，b2，b3)(β1，β2，β3)+c·(c1，c2，c3，c4)(γ1，γ2，γ3，γ4)

式中V——交通方式價值評價；

a、b、c——功能性、路網性、社會性指標權重；

(α1，α2，α3)——平均旅速、運輸能力、運價率指標值；

(β1，β2，β3)——線網密度、線網布局、站點設置指標值；

(γ1，γ2，γ3，γ4)——環保性、拉動GDP、帶動就業、土地開發指標值。

考慮到上述指標中同時存在定量指標和定性指標、正向指標和逆向指標，故需對指標進行同趨向性處理；為解決取值范圍和量綱差異性，對評價指標進行無量綱化處理[10-12]。

此外，由于本次研究僅為通過客觀技術手段嘗試實現主觀研判課題的量化計算，為簡化數據邏輯，加之考慮到實際應用中補充類型和拓展類型難以清晰界定，故模型建立中將補充與擴展應用合并建項。因此，本次研究將某一交通方式綜合評價指標V劃分為2個取值范圍，即為[0，0.8]、[0.8，∞]，具體劃分標準詳見表2。

表2 交通方式評價層級

使用AHP確定各指標(功能性、路網性、社會性指標)權重。

①構造判斷矩陣

兩兩因素重要性比較：采用1-9標度法對因素相對重要性做出判斷，給予量化。AHP設計了范圍1-9的比率標度[13]，見表3。

表3 因素比較標度

②求解因素判斷矩陣的特征向量及最大特征值

得到相應權重集如表4所示。

表4 權重集匯總

由計算可知，目標層各因素權重分別為：

0.4、0.3、0.3。

各指標層因素權重分別為：

a=(0.4，0.3，0.3)；

b=(0.3，0.4，0.3)；

c=(0.2，0.3，0.2，0.3)。

綜上，對前述城市現代有軌電車主要價值指標進行加權法測算如表5所示。

表5 相關城市現代有軌電車價值評價

(3)現代有軌電車定位測算模型的建立

根據既有及擬建現代有軌電車上述約束指標與線網功能統計數據(表6)，采用SPSS軟件對人口、人均GDP、城區面積和城市類型單因素與功能定位間數理關系進行多方式擬合，繪制曲線擬合如圖2所示。

表6 相關城市現代有軌電車功能應用與約束指標統計數據

注：數據指標源自2015年

圖2 人口、人均GDP、城區面積、城市類型與功能定位關系擬合曲線

由擬合結果比選可知，功能定位與城市人口規模、人均GDP、城區面積、城市類型的函數關系分別為：

V=exp(-0.324 997 86+6.494 083 11/P)；

V=exp(-0.279 791 55+1 134.694 683 13/G)；

V=exp(-0.283 465 76+5.769 291 52/A)；

V=exp(-0.344 929 48+0.113 791 98/Qi)。

據此分析，現代有軌電車功能定位和人口規模、人均GDP、城區面積和城市類型均呈指數關系。因此，可假設現代有軌電車與本次研究約束條件為多元指數模型，即

V=exp(a+bP+cG+dA+eQi)

(1)

式中，a、b、c、d、e均為待標定參數。

3.3 模型參數的標定與檢驗

該模型類型為可線性化的非線性回歸模型，將公式(1)兩邊取對數，得

lnV=a+bP+cG+dA+eQi，令lnV=Vn，可得

Vn=a+bP+cG+dA+eQi，后采用SPSS軟件對參數進行標定，得到模型如下

Vn=-1.744+0.000 11P+8.954-7G+7.509-6A-0.76Qi。

相關性檢驗如表7所示。

表7 模型參數標定相關性檢驗

由檢驗分析可知，功能定位與人口、人均GDP、城區面積、城市類型為多元回歸指數模型，將變量進行反變換，同時考慮到產業結構、政策導向等因素影響，引入方式偏好指數，最終得到現代有軌電車功能定位函數為

V=(1+μ)exp(-1.744+0.000 11P+

8.954-7G+7.509-6A-0.76Qi)

(2)

4 實例驗證分析

4.1 汝州市概況

汝州市位于河南省中西部，因汝河流經市域而得名。市域東與禹州、郟縣接壤，西與汝陽搭界，南與寶豐、魯山相連，北與登封、伊川為鄰。汝州城區距鄭州124 km，西北距洛陽80 km，東距許昌105 km，東南距平頂山75 km，西南距南陽180 km[14]，焦柳鐵路經城區西側跨汝河而折向東南，207國道從城區北、東側經過，洛平公路穿越城區中部與207國道相交，已建省道侯飯公路位于城區北側，洛平漯高速公路位于城區南側。

目前，焦柳鐵路設汝州火車站屬客貨三等中間站，客運量較小；汝州市至洛陽北郊機場和鄭州新鄭國際機場駕車時間在1～2 h，綜合交通條件優勢不明顯。未來年度，隨著汝登高速、鄭萬高鐵的建設，汝州對外交通聯系必將得到極大提升，可形成對接鄭州的交通廊道，鐵路客運便捷度將大幅提升，汝州交通優勢可實現有效體現[15]。

在《河南省新型城鎮化規劃(2014—2020年)》、《河南省城鎮體系規劃(2009-2020)》、《中原城市群總體發展規劃綱要(2006～2020)》中，汝州市被定義為50～100萬人口規模的城市，地區副中心城市，可成為全省區域經濟新的戰略支點；將承擔一定的區域性副中心城市建設分擔職能；是鄭州中心城市的衛星城、洛-平-漯(洛寧)產業發展帶重要節點。根據汝州市總體發展規劃，未來汝州將打造為豫西南區域性副中心城市，中原經濟區重要的先進制造業基地及綜合性現代服務業中心，積極融入以鄭州為核心的區域高速公路和鐵路運輸體系[15]。

4.2 汝州市現代有軌電車應用預測

未來汝州將大力加強各類交通基礎設施建設，重點推進骨干道路建設、市域公路和各類客貨運場站等改造升級工程，提升交通設施的服務水平，優化交通環境；建立完善的公共交通體系，倡導綠色低碳出行，推動清潔能源和新能源的應用，推進綠色低碳交通體系建設[15]。

將汝州市“十三五”末、2030年人口、人均GDP、城區面積及測算的城市類型指標代入回歸模型即公式(2)中，計算結果如表8所示。

表8 預測結果

注：汝州市未來發展控制性指標來源《河南省汝州市城鄉總體規劃(2015～2030)》

由計算結果可知，2020年前，汝州市現代有軌電車價值函數為0.68，該方式主要承擔市區綜合交通的補充和拓展功能；至2030年，現代有軌電車價值函數為0.89，這一公交體系將成為市區綜合交通主干構成。可以預見，受限于發展年度等因素，“十三五”時期汝州市現代有軌電車整體以建設推進為主；2020～2030年間，有軌電車體系將逐步完成并將最終成為汝州市居民出行骨干組成。

5 結語

現代有軌電車作為近年來發展較為迅速的一種城市軌道交通體系，現已成為廣大中小城市實現綜合交通軌道建設的主要選擇。針對這一方式的多重特性和靈活性特點，綜合分析了現代有軌電車建設與城市發展間的相關性，并嘗試借由既有較為成熟案例定量分

析有軌電車在不同環境下的應用測算，建立基于價值函數計算的功能定位預測多元回歸模型，并通過實例分析，對模型的有效性和可行性進行驗證，該方法對于現代有軌電車功能定位的預測應用較為直觀。

[1] 訾海波，過秀成，楊潔.現代有軌電車應用模式及地區適用性研究[J].城市軌道交通研究，2009(2)：46-49.

[2] 徐永成.現代有軌電車的適應性研究[J].都市快軌交通，2013，26(6)：112-115.

[3] 張晉，梁青槐，孫福亮，等.現代有軌電車適用性研究[J].都市快軌交通，2013，26(5)：6-9.

[4] 張伶婉.現代有軌電車在地鐵稀缺城區的應用情況和適用性分析[J].城市公共交通，2016(12)：39-42.

[5] 黎東平.現代有軌電車在我國內地的應用實踐與啟示——以蘇州為例[J].交通與運輸，2013(2)：105-107.

[6] 趙野，朱志國.我國現代有軌電車功能定位的初探[J].交通運輸工程與信息學報，2016，14(1)：70-75.

[7] 劉偉，張玲，張海芬.云南省城市規模分布演變及其空間特征[J].價值工程，2017，36(6)：15-18.

[8] 余修平，蔣育紅，張林鵬.城市公共自行車系統適應性評價指標體系研究[J].安徽冶金科技職業學院學報，2015，25(2)：49-52.

[9] 張志芳.基于價值函數的城市綠色交通規劃評價[J].交通節能與環保，2015(4)：52-55.

[10] 李晉，宋瑞，蔣金亮.基于模糊綜合評價模型的軌道交通安全性評價[J].交通科學與工程，2011，27(2)：91-95.

[11] 王海江，苗長虹.城市群對外服務功能量化解析—以山東半島、中原和關中三城市群為例[J].人文地理，2008(4)：51-57.

[12] 汪勇，吳麗霞，蔡明.基于熵權模糊物元的軌道交通運營安全評價[J].交通運輸研究，2015，1(6)：51-57.

[13] 馮振宇，周濤.重慶市主城區道路交通管理評價體系研究[J].現代商貿工業，2012(16)：54-56.

[14] 汝州市住房和城鄉建設局.河南省汝州市城鄉總體規劃(2015～2030)[Z].汝州：汝州市住房和城鄉建設局，2015.

[15] 汝州市住房和城鄉建設局.汝州市城市綜合交通體系規劃(2015～2030)[Z].汝州：汝州市住房和城鄉建設局，2015.