大城市城市軌道交通線網規劃關鍵技術探討

冷海洋,秦國棟,池利兵

(1.中國城市建設研究院有限公司,北京 100120； 2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 概述

根據國發[2014]51號《國務院關于調整城市規模劃分標準的通知》,城區常住人口100萬以上500萬以下的城市為大城市[1]。隨著大城市城市化水平不斷提高,機動化進程不斷加快,城市病癥狀也逐漸顯現,城市軌道交通在支撐城市空間發展、緩解交通問題等方面的優勢讓大城市修建城市軌道交通成為必然趨勢[2-3]。

根據《城市軌道交通2017年度統計和分析報告》,截止2017年末,中國內地56個開工建設城市軌道交通的城市,超大、特大城市在建線路長度2 232.4 km,占比37.74%；大城市在建線路長度3 651.5 km,占比58.46%[4]。該數據可以看出,大城市逐步成為城市軌道交通建設重要參與者。

在目前已開通運營城市軌道交通的城市中,超大、特大城市運營線路總長3 152.6 km,占比62.64%；大城市運營線路總長1 871.2 km,占比37.18%。超大、特大城市作為城市軌道交通建設的先驅,為城市軌道交通的規劃和建設積累了大量的經驗[5-6]。大城市在人口、經濟、城市空間及用地、交通出行特征等方面與超大、特大城市存在明顯差異,在城市軌道交通規劃和建設中如果粗放的套用超大、特大城市的經驗,可能會導致大城市的城市軌道交通線網規劃出現服務范圍不清晰、功能定位及層次劃分不清晰、規模測算偏大及線網框架結構不合理等諸多問題。

為使城市軌道交通規劃技術更好地服務大城市,基于現有的城市軌道交通線網規劃方法,分析大城市與城市軌道交通的關系,對城市軌道交通線網規劃的關鍵技術提出優化建議。

2 大城市與城市軌道交通關系研究

大城市與城市軌道交通的關系可以從大城市城市軌道交通的定位分析著手,同時結合城市軌道交通建設政策,分析大城市經濟、人口、空間結構、出行與客流特征對城市軌道交通規劃和建設的影響。在分析中,通過大城市與超大、特大城市的對比,更能體現大城市與城市軌道交通關系的特征。

2.1 城市軌道交通定位分析

城市軌道交通定位可以從兩個角度分析：一是城市軌道交通在城市發展及城市綜合交通體系中所承擔的功能,二是城市軌道交通發展經濟層面的定位。

大城市與超大、特大城市一樣,在城市化進程中,城市軌道交通能緩解中心區的交通供需矛盾,改善有限土地資源下的交通供給,同時引導合理城市空間布局的形成和發展。但大城市與超大、特大城市在客流規模、交通出行特征及交通基礎設施機動化承受能力的差異,使軌道交通在交通體系中的定位存在差異。超大、特大城市需要高密度的城市軌道交通線網為主體的公交體系,支撐公共交通成為通勤出行的最主要方式。而大城市的城市軌道交通更多的是承擔公共交通系統的骨干功能,通過服務重要客運走廊、強化與常規公交及其他交通方式的一體化銜接,提高城市公共交通的服務水平。

目前,城市軌道交通定位依然是以“政府承擔的公益性”為主,“市場主導的經營性”為輔。城市軌道交通“政府承擔的公益性”的定位使得大城市在城市軌道交通建設和運營能力上與超大、特大城市存在明顯的差距,難以支撐高密度城市軌道交通線網的建設和運營成本。

2.2 社會經濟分析

根據國務院辦公廳2018年7月頒布的國辦發[2018]52號《國務院辦公廳關于進一步加強城市軌道交通規劃建設管理的意見》(以下簡稱“52號文”),對申建地鐵的城市相關標準的要求為：城市一般公共財政預算收入在300億元以上,地區生產總值3 000億元以上,相比于原政策,地區生產總值和城市一般公共財政預算收入的要求提高了1倍。申報輕軌項目的地區生產總值和城市一般公共財政預算收入也分別由600億元、60億元調整為1 500億元和150億元,要求提高1倍有余[7-8]。

經濟門檻的提高,對超大、特大城市的影響較小,但是對于申報城市軌道線網建設的大城市有較大影響。部分城市在一般公共財政預算及地區生產總值要求的約束下無法滿足上報要求。同時,“52號文”提出城市軌道交通建設資金籌措、建設規模等需與地方財力相匹配,嚴格把控風險,對大城市的城市軌道交通建設提出了更嚴格的要求。

目前,政策在經濟上約束更多是針對城市軌道交通的建設,但是在大城市的城市軌道交通線網規劃中,也應根據政府實際可承受能力,結合城市發展和客流的需求打造精細化的軌道交通網絡,不宜盲目擴大城市軌道交通線網規模,防止出現規劃與未來建設脫節的問題。

2.3 人口分析

“52號文”提出的人口指標由“城區”變為“市區”,指標的要求并未發生改變。按照城市建設統計指標解釋[9],市區指設市城市本級行政管轄的地域,不包括市轄縣和市轄市,其范圍是大于城區的。同時,根據《2017年城市建設統計年鑒》中城區人口及市區人口的統計數據[10],城市的市區人口均不小于城區人口,該變化實際放寬了部分大城市軌道交通建設在人口指標上的申請條件。如蘇州,2017年城區人口為269.78萬人,市區人口為356.3萬人；東莞市作為不設區的地級市,市區人口即為市域人口,2017年東莞市常住人口達到834.25萬人。

2.4 出行特征及客流分析

從出行特征角度,大城市相比超大、特大城市,人口密度相對較小,機動化可承受能力較強,公共交通出行比例相對較小,使得大城市很難支撐“高密度”的城市軌道交通發展模式,而應結合城市發展和居民出行需求向“高客流”發展,打造精細化的城市軌道交通網絡。

人口和出行特征也在一定程度上決定了軌道交通的客流規模,在“52號文”中提出：申報發展地鐵的城市,規劃線路的客流規模達到單向高峰小時3萬人以上；申報建設輕軌的城市,規劃線路客流規模達到單向高峰小時1萬人以上。

“52號文”對客流的指標要求也是城市軌道交通建設規劃的重要約束。值得注意的是,由于線網規劃的規劃期限通常與城市總體規劃相一致,其客流預測年限也與城市總體規劃協調,分為近期、遠期、遠景。但是城市軌道交通建設規劃階段的客流預測中初期、近期、遠期分別為項目建成通車后的第3年、第10年和第25年。建設規劃的客流預測年限的特殊性與線網規劃階段的客流預測年限不能完全保持一致,但時間范圍存在較大重合。因此,城市軌道交通線網規劃作為城市軌道交通建設規劃的上位規劃,應該適當考慮與后續建設規劃階段客流的協調性。

2.5 空間結構分析

城市軌道交通線網的布局受到城市空間結構的影響,城市軌道交通線網的布局也能對城市的發展帶來積極的作用。在城市軌道交通線網規劃中,需要結合城市空間結構選擇合適的城市軌道交通線網布局結構和模式,城市空間可在軌道交通支撐下,引導自身發展,實現城市用地布局的不斷完善。

2.6 小結

結合大城市在城市軌道交通定位、社會經濟、人口、出行特征及客流、空間結構等方面的分析,大城市城市軌道交通難以支撐“高密度”的發展模式,而是應該基于出行需求,規劃和建設“高客流,精細化”的城市軌道交通線網。

3 大城市城市軌道交通線網規劃關鍵技術分析

結合現有城市軌道交通線網規劃方法[11-13],可以將城市軌道交通線網規劃分為前提研究、線網框架研究和規劃可實施性研究三個部分。

3.1 前提研究

在現有城市軌道交通線網規劃的技術體系中,第一部分內容一般稱作背景研究,主要強調對規劃自身的分析,包括確定規劃城市、研究內容、規劃原則等?；诖蟪鞘信c城市軌道交通關系研究提出以下建議。

(1)大城市的城市軌道交通發展限制因素相比超大、特大城市要多,應基于現狀及規劃的經濟、人口、空間和用地的發展情況,明確城市軌道交通在城市現狀及發展過程中的定位,并對開展城市軌道交通線網規劃或調整工作的必要性進行分析。

(2)城市軌道交通線網規劃需要與城市總體規劃、城市綜合交通體系規劃協調一致,體現在兩個方面：一是軌道發展的目標和戰略層面,城市軌道交通發展的目標和戰略應該支撐城市和城市綜合交通體系的發展；二是在方案層面,城市軌道交通方案與城市總體規劃的空間、用地和城市綜合交通體系中其他交通系統的發展相協調。

(3)根據GB/T 50546—2018《城市軌道交通線網規劃標準》,城市軌道交通線網規劃的規劃范圍應與城市總體規劃的規劃范圍一致[14-15]。在線網規劃編制過程中,總體規劃的規劃范圍不能等同于城市軌道交通的服務范圍。對于多數大城市,外圍組團、縣區在經濟及人口上與中心城區有較大差距,從需求角度無法支撐城市軌道交通的建設。對部分人口規模較大、經濟發展較好、與中心城區交流較多的,可以考慮規劃建設城市軌道交通或者預留城市軌道交通的建設條件。

(4)軌道交通線網的層次劃分是城市軌道交通線網方案的重要支撐[16-18]。在確定城市軌道交通服務范圍后,實際上在一定程度上已經提出了城市軌道交通的功能層次劃分。中心城區的城市軌道交通線網一般是由普線構成,當中心城區需要利用城市軌道交通建立與外圍功能區的銜接時,應考慮增加快線服務層次。但最終功能層次的劃分應根據方案層面的客流測試結果進行修正,當快線客流過低時,應考慮采用其他方式代替,并對城市軌道交通的功能層次形成反饋。

由以上四點可以看出,城市軌道交通方案制定前的研究不僅僅是對規劃背景的分析,還從戰略層面對城市軌道交通方案提出指引,可以稱為前提研究。

3.2 方案研究

在現有城市軌道交通線網規劃的技術體系中,方案研究部分是從“面”、“點”、“線”三個層次分析[19-20]?；诳土黝A測、發展規模分析及結構分析,形成線網的初步方案,對初步方案進行比選后形成推薦方案。

在方案研究層面,大城市與超大、特大城市的差異不體現在內容層面,而是體現在研究方法和思路上,大城市軌道交通線網方案研究應從打造“高客流、精細化”線網角度著手。

3.2.1 線網規模

城市軌道交通線網規模是線網方案制定的基礎[21]。城市軌道交通系統是城市重要基礎設施,具有投資大、建設周期長、運營成本高等特點,在建成后相當長的運營期是虧損的,需要城市政府提供財政補貼。當城市軌道交通線網建設規模過大時,將對城市財政形成負擔,不利于城市社會、經濟的健康發展,建設規模過小將難以滿足未來城市發展和交通需求。可以基于對現有城市軌道交通線網規模的預測方法,分析不同方法對大城市的適用性。

目前,城市軌道交通線網規模預測方法主要包括以下3種類型。

(1)交通需求分析法

基于城市總體或者各組團、功能區的規劃人口、出行總量、城市軌道出行比例及城市軌道交通運行的預估指標，來確定城市發展遠期和遠景的線網規模(表 1)。對于大城市而言,城市人口來源于城市總體規劃,出行總量和城市軌道交通出行比例來源于城市綜合交通體系規劃,在現有的城市規劃中,人口及交通的發展目標往往過于樂觀,且現有城市軌道交通線網規劃很難對上位規劃形成反饋,導致該種方法所預測的規模偏高。

表1 交通需求分析法流程

(2)社會經濟分析法

常規的社會經濟法一般是根據城市財政情況,結合城市軌道交通系統的建設及運營成本,測算城市軌道交通建設的可承受度。該方法一般用于城市軌道交通建設規劃中,考慮到經濟測算的時效性,很難指導城市軌道交通線網規劃遠景的規模,但也因近期經濟測算的準確性,能更為精確地測算近期(5～10年)政府可承受的城市軌道交通建設規模,能針對性地指導城市軌道交通線網近期的建設規模,結合城市的發展,合理地確定近期城市軌道交通建設的方案。

結合現有的城市軌道交通建設管理政策,可以采用的測算指標主要包括城市公共財政預算收入和城市維護建設財政性資金。其中,政府資本金占當年城市公共財政預算收入的比例一般不超過5%,軌道交通出資額占城市維護建設財政性資金的比例一般不超過30%[22]。

(3)服務水平分析法

服務水平分析法其本質上屬于類比,由于城市的中心城區與外圍組團或功能區之間的發展可能存在較大差異,服務水平分析法可能產生較大誤差。為了提高服務水平分析法的有效性,在GB/T 50546—2018《城市軌道交通線網規劃標準》的線網布局中,針對中心城區建立了線網密度指標(km/ km2)和人口及就業崗位密度之和(萬人/km2)的關系,由于兩個指標均是基于中心城區空間區域面積的統計指標,實際是建立了線網密度和人口及就業崗位密度之間的關系,可以用于推算中心城區的線網規模。

由以上3種規模預測的方法可以看出,交通需求分析法是基于上位規劃對遠期及遠景的規模進行預測,較易出現規模預測過高的問題,但是作為規劃控制,保證骨架線網及近期建設線網合理的情況下適當超前也是合理的；其中,骨架線網及近期建設線網的規?？梢岳蒙鐣洕治龇ê头账椒治龇ù_定,從而實現大城市城市軌道交通規?！敖诰毢侠怼⑦h期控制預留”的目標。

3.2.2 線網布局模式

線網布局模式屬于城市軌道交通線網規劃的“面”層分析,可以從城市軌道交通和市域軌道交通兩個層面分析。

(1)城市軌道交通線網布局

大城市個性化的地理特征和城市空間布局均會影響到線網的布局模式。如何將城市地理特征、城市空間、出行需求等與城市軌道交通線網的布局模式結合,是大城市城市軌道交通線網布局的關鍵。如三面環山、南北狹長的太原市與濱海、濱江、南北狹長的南通市,在城市軌道交通線網布局時,考慮其南北向通道數量及東西向通道長度的限制,一般不考慮環形線網,更多采用棋盤式布局模式。

大城市需要結合城市地理形態、城市空間的典型特征確定合理的骨架線網形式,如表2所示。

表2 典型城市形態的推薦骨架線網形式

(2)市域軌道線網布局

對于大多數大城市,市域線路并非城市軌道交通的主體,特別是在大城市城市軌道交通線網規模較小的情況下。市域線路的布局盡量采用直線式或者貫穿式的模式(圖1),貫穿城區,可以使市域快線與城市軌道交通便捷換乘的同時,有較高客流水平,結合合理的運營組織模式,可以兼顧服務中心城區與外部的客流。

圖1 大城市市域軌道交通推薦布局模式

部分特殊的市域空間結構也會影響市域軌道交通布局模式,如東莞市城市空間呈分散的組團模式,包含中心城區在內的中心組團與其他組團在人口、經濟上差異并不明顯,因此,東莞市軌道交通在規劃和建設中其服務范圍為市域,首先利用市域軌道交通實現組團間的快速聯系(圖2),再考慮城市組團內部服務需求。

圖2 東莞市域軌道交通布局模式分析

3.2.3 線網框架的確定

線網框架屬于城市軌道線網規劃的“線”層和“點”層的規劃。

在“線”層面：大城市中心城區的開發強度一般遠小于超大、特大城市,城市軌道交通線網在中心城區的規模也相對較小,線路走廊的布局間距較大,導致大城市城市軌道交通線網框架的線路選擇彈性更小。在大城市選擇中心城區的線網框架走廊時，應優先基于客流需求選擇城市主走廊,提高城市軌道交通線路的直達性,提高城市軌道交通對機動化出行的競爭力。次要走廊則建議結合市域軌道交通布設,或者作為遠期建設線路。

在“點”層面：大城市中需要城市軌道交通銜接的重要交通樞紐、城市公共服務中心一般分布在城市各發展方向上,在骨架線網的構建中,應避免在骨架線路上刻意串聯全部或者過多重要節點,導致線路曲折、繞行,換乘系數明顯增加,應結合節點的重要程度和軌道交通出行需求,確定合理的銜接順序和銜接方案。

3.2.4 方案比選

基于線網規模、布局模式和框架可以形成多種城市軌道交通線網方案,通過方案比選形成最終方案。方案比選一般從“與城市發展的協調性”、“服務水平”、“運營效果”和“建設實施性”四個角度考慮?；诖蟪鞘信c城市軌道交通關系研究提出以下建議。

(1)在與城市發展的協調性中,應考慮城市軌道交通線網方案與軌道交通定位的協調性。

(2)基于大城市軌道交通“高客流”的發展模式,在服務水平中除了居住及就業人口的覆蓋率指標外,還應從換乘系數或直達系數體現服務的優劣。

(3)對于運營效果的評價,可以采用負荷強度、客流強度、單向最大斷面客流等直接體現客流效果的指標。也可以將平均運距及平均出行時間與大城市現狀及預測出行規律進行對比,說明城市軌道交通與出行需求的符合程度。

(4)建設實施性的評價指標一般包括工程實施可行性、分期建設合理性及與現有建設工程/計劃的協調性,建議增加對城市軌道交通建設經濟效益的評價,其指標可以采用客運周轉量與建設資金的比值。

3.3 實施規劃

實施規劃主要包括城市軌道交通建設時序、系統制式選擇、線路敷設方式、車輛基地及聯絡線規劃、軌道交通一體化研究及城市軌道交通沿線土地利用規劃等內容,是大城市的城市軌道交通向精細化發展的重要保障。

在GB/T 50546—2018《城市軌道交通線網規劃標準》中對實施規劃的內容提出了具體要求。結合大城市特征和城市軌道交通“精細化”的要求,對大城市的城市軌道交通實施規劃提出以下建議。

(1)城市軌道交通建設時序

大城市的城市軌道交通建設時序應結合城市與交通發展的需求提出。同時還應結合城市軌道交通線網規模中的社會經濟分析法,對建設時序和規模進行優化。

(2)系統制式

對于大城市的城市軌道交通制式,在普線層面應優先選擇城軌；在快線層面,隨著高鐵客運的不斷發展,普通鐵路客運功能逐漸弱化,應積極考慮采用鐵路制式、利用既有鐵路開行快線的可行性。

(3)線路敷設方式

在選擇城市軌道交通敷設方式時應重視經濟性要求,對于有條件采用高架方式的部分線路,應經過經濟性論證后才可變更為地下線。

(4)軌道交通一體化研究

大城市城市軌道交通相比超大、特大城市,其換乘距離敏感性更強,大城市的城市軌道交通一體化水平對客流的影響更為顯著。為保障城市軌道交通的服務水平,大城市應結合實際的出行特征,對城市軌道交通自身及與其他交通方式的銜接進行針對性研究。

4 結語

大城市在社會經濟、人口、空間、用地及交通出行特征等方面與超大、特大城市存在明顯差異,也帶來了城市軌道交通線網規劃技術的差異性,大城市需要構建“高客流、精細化”的城市軌道交通線網。

現有的城市軌道交通線網規劃流程和方法可以用于大城市的軌道交通線網規劃,但部分關鍵技術應結合大城市對城市軌道交通的特殊需求進行優化,優化內容包括：前提研究層面的必要性分析、戰略目標制定、服務范圍確定以及層次劃分；方案研究層面的規模測算、布局模式選擇、線網框架構建以及方案比選；實施規劃中建設時序制定、系統制式和敷設方式選擇及一體化研究。

通過城市軌道交通線網規劃關鍵技術的優化,更好適應大城市城市軌道交通線網規劃編制的需求。