基于山地特征的城市軌道交通應用分析

馮 浩，周天星，陳仕列

基于山地特征的城市軌道交通應用分析

馮 浩，周天星，陳仕列

（中鐵二院工程集團有限責任公司，交通與城市規劃研究院，成都 610031）

山地城市存在地形地貌復雜、生態環境敏感、城市建設用地緊張、交通通道有限、道路蜿蜒曲折、坡度大等特點，軌道交通的發展應用與平原城市有較多不同之處。本文在研究山地城市交通出行特征和發展軌道交通的適應性的基礎上，分析了軌道交通功能定位和對城市空間結構的引導與平衡功能，提出了軌道交通制式選擇原則和組團間骨架線網+組團內輔助線網主次分明的線網構架發展模式，為我國眾多山地城市軌道交通發展提供參考。

山地城市；軌道交通；出行特征；系統制式；線網形態

0 引 言

我國是多山之國，山地面積占陸地面積的2/3以上，山地城鎮數接近全國城鎮總數的一半。隨著國家“一帶一路”發展戰略的實施，東部沿海地區及西部地區廣大山地、城鎮將成為對外開放的前沿。山地城市的地形條件復雜，用地多被山巒或溪河等分割形成組團式布局模式，且大都存在土地資源稀缺、交通通道有限、道路蜿蜒曲折、坡度大、斷頭路及錯位路多、易造成突發性交通阻塞、工程條件復雜、投資大等問題[1]。由于山地城市可選用的交通方式及交通通道均有限，因此相較于平原城市，公共交通系統發揮著更為重要的作用。而軌道交通因其具備運輸能力大、低碳環保、安全性高等特點，能夠更好地支撐和引領城市空間布局的擴展，在我國山地城市受到越來越多的重視[2]。本文將重點對山地城市的交通特征、軌道交通發展模式等相關問題進行深入研究，在完善內部交通的同時充分對接對外通道，實現點線共同發展，以供“一帶一路”大通道上的眾多山地城市借鑒。

1 山地城市發展軌道交通的適應性分析

隨著我國城鎮化進程的加快，眾多大中型山地城市經濟社會發展迅速，在人口規模、經濟總量、客流需求等方面已達到或即將達到建設城市軌道交通的條件，如重慶、蘭州、宜昌、宜賓、內江等城市。本節重點從山地城市出行特征、系統契合性、空間結構等方面研究大中型山地城市軌道交通的適應性。

1.1 山地城市交通出行特征

對比分析我國山地城市和平原城市交通出行數據可以發現，山地城市交通出行一般呈現以下幾點顯著特征：

（1）步行和公交占出行方式的比例較大

山地城市由于受地形起伏大、道路坡度陡等因素影響，非機動車出行較為困難。同時，與平原地區相比，山區經濟社會發展總體水平相對滯后，私家汽車的保有量和出行比例一般較低。因此，山地城市步行和公交出行方式多高于平原城市，占總出行量的較大比例。如貴陽、重慶等西南地區典型山地城市2015年步行比例均超過40%，公交出行比例均超過30%，遠高于我國平原地區，而且隨著城市軌道交通的發展，公交出行比例仍將得到大幅提高[3]。

（2）組團內部出行比例較高

山地城市用地高低起伏，往往被山脈、江河、沖溝、丘谷所分割，城市空間多呈組團式發展形態，如達州、宜賓、瀘州、貴陽、大理、涪陵、內江等。根據城市規模的不同，又可細分為單中心組團型、多中心組團型和星座型城市空間結構。在城市用地布局時，山地城市多選擇組團內工作和生活就地平衡的綜合住區發展模式，以減少居民出行過程中的時間消耗、能源消耗以及對城市道路交通系統的壓力[4]。因此，相對于規模相近的城市，山地城市組團內部近距離出行所占的比例相對更高，出行距離“近多遠少”的分布特點較為顯著。從調查資料看，2016年內江市居民全方式平均出行距離為2.79 km，其中居民3 km以內的出行占75%，非步行方式平均出行距離為4. 14 km。居民出行時耗中，出行比例最高的是10～20 min的出行和20～30 min的出行。

（3）組團間客流走廊集中分布，出行規律性較強

山地城市組團間可建設用地少、通道資源不足、交通基礎設施建設成本高，組團之間的客流只能匯集到有限的幾條骨架道路上然后再行分散[5]，如圖1、2所示。因此，組團間（尤其是中心組團與外圍組團間）多形成一定規模的客運走廊，且出行時間存在著明顯的早高峰和晚高峰，分別集中在7:00~9:00和17:00~19:00。對于以上班、上學為目的的跨組團出行，除了早晚有明顯的出行高峰外，還存在午高峰。如達州市通川中路、紅旗路、南壩路、通川大橋、紅旗大橋、洲河大橋在高峰小時均達到飽和，通川北路、朝陽東路飽和度超過0.9，道路服務水平很低。貴陽市老城區與周邊組團聯系主要通過北京西路、黔靈山路、甲秀南路等骨架道路。

圖1 達州市組團間主要客流走廊示意圖

圖2 貴陽市組團間主要客流走廊示意圖

1.2 軌道交通系統與山地城市交通特點的契合分析

（1）山地城市用地條件適合發展軌道交通

山地城市山水阻隔、坡陡彎多、組團間可用通道資源有限的現實條件，決定了道路交通基礎設施建設無法適應經濟發展所帶來的居民出行需求增加。要在眾多限制條件下很好的解決居民的出行問題，最佳的方式就是采用大運量、快速的公共交通方式，從而避免路權爭奪、擁堵加劇、信號等待、交通安全等問題[1]。城市軌道交通在專用行車道上運行，不受其他交通工具干擾，無交通堵塞現象并且不受氣候影響，同時具有運量大、速度快、安全、準點、保護環境、節約能源和用地等特點，是山地城市居民出行的首選[3]。以香港為例，多山的地形條件促進了城市的集約化建設，為軌道交通的發展提供了較好的基礎，全港公共交通的機動化分擔率高達90%以上，軌道分擔率37%，位居全球之首，是世界聞名的公交都市。

（2）軌道交通將成為山地城市居民出行主體

山地城市公交出行方式高于平原城市，占出行總量比例大。而常規公交存在速度低、舒適性和準時性差、與其他地面交通相互干擾、污染物排放量高等缺點，軌道交通可完全避免上述問題，得到國內外大中城市的青睞。國家發改委（發改基礎[2015]969號）明確提出城市綠色交通項目，提倡發展多種形式的大容量公共交通，改善慢行交通設施條件，構建以公共交通為主的城市交通出行系統。鼓勵具備條件的城市啟動編制以地面或高架敷設為主的輕軌系統規劃，逐步優化大城市軌道交通結構。相關資料數據顯示，目前我國山地城市軌道交通出行比例還處在較低水平，如重慶2013年主城區居民日均機動化出行總量為875萬人次/日，其中軌道交通出行比例僅為9.9%[3]。究其根本原因在于我國軌道交通尚處于發展階段，山地城市軌道交通線網多未形成規模，與其他交通方式的接駁也不盡完善，常規公交仍占據公共交通主體。但隨著國家和地方各大城市對軌道交通系統建設逐步推進，軌道交通將憑借其運行不受干擾和安全、準點、快捷的優勢，逐漸吸引更多的山地城市居民選擇該方式出行，從而占據主體地位[4]。從東京、香港兩座山地城市交通發展經驗可以看出，軌道交通出行比例分別達到了公交出行量的77.7%、41%。重慶、貴陽、達州三座城市綜合交通規劃目標明確提出，2030年軌道交通分擔率將分別達到公交出行量的60%、60%和50%。

（3）軌道交通可引導山地城市空間結構優化，促進組團平衡發展

山地城市交通出行不便，城市各組團因地理區位和產業結構等發展條件不同，多數存在發展不平衡的問題。軌道交通系統建設之前，城市居民就業和居住往往傾向于選擇交通便利、發展成熟的老城區，而城市規劃外圍組團和新區雖發展空間和潛力巨大、發展政策良好，卻受限于交通條件無法得到快速發展。軌道交通系統的規劃建設，拉近組團間時空距離，為山地城市居民出行提供了安全高效的選擇，可引導居民分布和城市空間結構優化調整，實現老城組團優化發展、新區組團快速發展的和諧局面[4]。同時，城市軌道交通通過站點實現與城市社會系統的互動，并依托沿線站點影響城市空間發展，逐漸形成沿軸線串珠狀發展形式，從而引導城市商業、金融業、旅館業、綜合辦公和生活居住等用地向外擴展。比較著名的有“哥本哈根手指狀規劃”（見圖3）、“漢堡區域規劃”（見圖4）、“日內瓦規劃”。山地城市達州通過規劃軌道交通支撐城市空間從現狀的一城三區多點的結構向“一心六片，沿州河與明月江發展的組團式布局結構”發展。

圖3 哥本哈根手指狀軌道線網規劃

圖4 德國漢堡軸狀軌道線網規劃

2 山地城市軌道交通系統制式選擇

軌道交通制式選擇需要綜合考慮項目運輸能力需求、行車組織、線路功能、沿線條件、供電電壓、車輛來源、產品價格、維修能力、環境景觀以及項目技術經濟合理性等多方面的因素。對于高運量和大運量系統，地鐵制式已成為常用的和主要的選擇對象。統計工程建設投資與運營費用（主要是能耗和維修費）等綜合成本，鋼輪鋼軌地鐵系統的壽命周期成本相對較低。同時，從國內目前車輛和機電設備制造業的技術力量和裝備水平看，地鐵系統具備較為理想的國產化條件。對于中、低運量系統，可供選擇的系統制式更為多樣化。為提高選線的靈活、降低工程投資和運營成本，可以選擇更為輕量化的輕軌系統、單軌系統和有軌電車等制式[4]。

山地城市地形高低懸殊、地貌結構分明，軌道交通制式選擇必須充分考慮系統爬坡能力、曲線半徑等技術要求。普通鋼輪鋼軌系統由于最大坡度為35‰，最小曲線半徑250 m，無法滿足線路敷設要求。單軌系統（見圖5）、中低速磁浮（見圖6）和直線電機系統爬坡能力可達到60‰，最小曲線半徑可達到50m，是山地城市軌道交通系統制式重點選擇類型。但是，地形條件僅是軌道交通制式選擇的重要因素之一，除此之外還需統籌考慮系統運量規模、城市景觀、施工條件、線網資源共享、系統制式成熟度、國產化率等眾多因素[6]。同一城市相同功能等級和地形特點類似的線路，軌道交通制式和車輛選型應盡量保持一致，有利于路網車輛資源的統一管理和調劑，實現資源的優化配置和軌道交通建設的規模效益；有利于控制建設成本和運營成本，形成一定的設備需求市場，帶動城市經濟發展。如山地城市重慶主城區軌道交通線網中主要存在兩種制式，分別為2號線、3號線等7條線路采用的跨座式單軌制式；1號線、4號線等11條線路采用的鋼輪鋼軌制式[4-7]。

圖5 重慶跨座式單軌列車

圖6 長沙中低速磁浮列車

3 山地城市軌道交通線網形態

通過對國內外城市軌道線網結構形態的研究，可以發現城市軌道交通線路相互組合，并受各個城市具體的人文地理環境等條件制約，形成多種形式各異的線網結構。其中最常見、最基本的線網結構有三種形式，分別為網格式、無環放射式、有環放射式。放射式線網是最基本的線網結構形態，國內外已開通軌道運營的城市中，有近80%的城市采用的是放射形線網結構形態。對于多中心組團式山地城市來說，軌道交通線網結構形態基本呈現以核心組團（如老城區或大型新區）為中心，輻射各副中心組團的放射形態[8,9]。以重慶主城區為例，軌道網絡構架呈現以雙中心為核心向外放射、東西部外圍槽谷呈兩帶的“雙心放射+兩帶”形態，見圖7。其中，以南部為中心、北部向外放射的網絡是城市軌道發展的基本構架，是軌道交通線網規劃布局的重點，中部區域則是軌道交通網絡服務的重點區域[4]。所以，城市組團空間結構的分布和組團間主要交通走廊的走向是確定山地城市軌道交通線網形態的主要控制因素。而在組團內部，則應以軌道交通骨架走廊沿線站點為中心切向布置輔助公交線路，可以是輕軌、有軌電車或常規公交。從而構成山地城市主次分明的公交發展模式，其中大運量軌道交通主要服務組團間及組團內主要客流走廊，中低運量軌道交通或常規公交主要服務組團內次級客流走廊，并承擔為骨干線路收集喂給客流的功能[10]，如圖8所示。以達州市軌道交通線網為例，線網形態呈現以西城片區、南城片區為中心的放射狀格局，軌道交通是各片區間的聯系骨架，組團內部采用常規公交線路予以補充。

圖7 重慶市軌道交通線網結構示意圖

圖8 多中心組團式城市軌道交通線網模式圖

4 結束語

山地城市具有地形地貌復雜、生態環境敏感、城市建設用地緊張等特點，同時，特殊的用地條件也造就了特有的城市空間和獨特的交通特質。通過研究發現山地城市多具有如下交通出行特征，比如，步行和公交出行方式高于平原城市，占總出行量的較大比例；組團內部近距離出行所占的比例相對更高，出行距離“近多遠少”的分布特點較為顯著；組團間多形成一定規模的客運走廊，且出行時間存在著明顯的早高峰和晚高峰。研究認為軌道交通系統與山地城市交通特點較為契合，是解決交通問題的最佳途徑，同時也可引導居民分布和城市空間結構優化調整，促進組團平衡發展。山地城市軌道交通制式選擇必須充分考慮系統爬坡能力、曲線半徑等技術要求，結合多方面因素統籌規劃。線網形態多呈現組團間骨架線網+組團內輔助線網主次分明的發展模式。隨著國家“一帶一路”發展戰略的實施和經濟社會的發展，必將有越來越多的山地城市啟動軌道交通的規劃建設，希望此文能提供一定參考。

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（中文編輯：李愈，英文審改：孫湛博）

Analysis of Urban Rail Transit Based on the Characteristics Mountainous Cities

FENG Hao，ZHOU Tian-xing，CHEN Shi-lie

（Transportation and Urban Planning Institute, China Railway Eryuan Engineering Group Co. Ltd, Chengdu 610031，China）

Mountainous cities have unique characteristics such as complex topography, sensitive ecological environment, tense urban construction land, limited traffic corridors, winding roads, steep slope, among others. Compared to plain cities, the application and development of rail transit in mountainous cities is very much different. This paper studies the characteristics of transportation and adaptability of rail transit in mountainous cities, analyzes its functional classification, and its relations to urban spatial structure. We then propose the principles for the mode choice of urban rail transit system and put forward a development scheme that is comprised of intra-group skeleton network and inter-group secondary network. The goal of the paper is to provide a reference for the development of urban rail transit in moutainous cities.

mountainous cities; rail transit; trip characteristics; system mode; network design

1672-4747（2018）03-0125-06

U12

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2018.03.019

2017-04-26

馮浩（1977—），男，漢族，四川富順人，工學學士，工程師，研究方向為軌道交通線網規劃。

馮浩，周天星，陳仕列. 基于山地特征的城市軌道交通應用分析[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2018, 16（3）: 125-130.