城市軌道交通超長線路統計分析及思考

魏建強 ，周虎利

（1. 陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院)，西安 710043；2. 中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043）

隨著城市化進程的不斷推進，城市規模不斷擴大，呈現多中心、組團式發展，城市軌道交通在市民日常出行中扮演的角色越來越重要。同時，城市軌道交通線路的規劃與設計呈現出不斷加長的趨勢，超長線路越來越多，這類線路的建設也越來越受關注。

基于此，筆者首先分析影響線路長度的因素，然后梳理現有文獻對線路長度的研究，定性地確定超長線路的長度范圍，對國內已運營或在建的超長線路進行統計分析，以期為國內同類型線路的規劃建設提供借鑒與參考。

1 對線路長度的研究

我國《城市軌道交通工程項目建設標準》[1](以下簡稱“建設標準”)與《地鐵設計規范》[2]規定，城市軌道交通“每條線路長度不宜大于35 km，對超長線路應以最長交路運行1 h 為目標”。目前，對超長線路長度的界定還沒有明確統一的標準。

文獻[3]從時間目標值、線路串聯區域和客流特征等方面對超長線路進行了分析，認為城市軌道交通線路長度宜在15～35 km。這與現行《地鐵設計規范》的規定較為一致。

文獻[4]從交通效益、經濟效益和社會效益出發，以效益最大化為目標，建立了線路合理長度的計算模型，發現客流強度在2.0 萬～3.5 萬人次/(km·d)時的軌道交通單線合理長度取值為14.7～45.7 km，且長度隨客流強度的增強而增大。

文獻[5]以運營收益最優化為目標，綜合考慮工程建設費用、配置車輛購置費、運營維護費用、出行時間節約價值和客票收入等，按直線和環線兩類線路，分別提出了城市軌道交通線路長度的優化模型。

文獻[6]認為，從線路的上限來說，軌道交通全程運行時間為1 h 左右較為合理，根據線路采用系統的平均旅行速度，可大致確定線路長度的上限；從線路的下限來說，線路過短不能適應出行需求，將使客運量大大降低，影響運營效果，建議城市軌道交通線路的長度或初期建設長度不短于該市相關區域全方式平均出行距離的3～4 倍。

文獻[7]認為，城市軌道交通的長度受到城市性質、規模、形態、功能分布、人口、就業、發展水平等的影響，各條線路都有其各自的特點，所以不存在普遍適用的合理長度。

2 線路長度的影響因素

2.1 城市規劃與城市形態

城市軌道交通的規劃與建設，應以城市上位規劃為依據。就城市建成區而言，城市規劃在很大程度上引導著城市軌道交通的發展，這是因為城市主城區多為建成區，綜合設施和服務水平都相對較好，客流較為集中，居民的出行需求很大，地面交通擁堵，軌道交通的建設可以改善市民出行結構，緩解地面交通擁堵，建成區的規模大小在一定程度上影響著線路長度；對城市規劃區而言，軌道交通的引入可以對規劃的實現起到促進的作用，帶動規劃區的快速高質量發展[3]。我國地域寬廣，城市形態各異，有川道河谷型城市(如蘭州)，也有平原城市(如西安)。城市形態影響城市規劃與發展方向，進而影響城市軌道交通的走向和線路長度[3,7]。

2.2 軌道交通的客流效益

城市軌道交通的功能是綜合性的，如拓寬城市空間結構、提升城市地位、推動城市經濟發展等，但最根本的功能還是其對于城市經濟的影響，這種影響在很大程度上取決于軌道交通的客流效益。客流對于線路起終點的確定至關重要，而起終點又是確定線路長度的關鍵。因此，線路的起終點都應該有一定的客流來為線路提供初始客流，但線路起終點不應該設在大客流斷面的位置，所以線路長度會進一步增加[7]。

2.3 經濟效益和社會效益

城市軌道交通作為城市的一種非常重要的基礎設施，其投資巨大，工程建設及運營均需要投入大量的資金，國內鮮有城市軌道交通盈利的城市，且投資隨著線路長度的增加而增加。與之類似，線路長度增加，建設成本和運營成本也會增加，二者之間相互制約。因此，線路長度應以社會效益和經濟效益最大為原則，盡可能減少建設成本和運營成本，增加運營效益，尋求辦法使得盈虧盡可能達到平衡，使軌道交通的發展能夠最大限度地促進社會經濟與城市發展。

2.4 時間和速度目標值

為實現城市軌道交通快速系統的時間距離目的，體現城市空間通達性的公眾服務理念，同時為避免列車司機駕駛疲勞，城市軌道交通以單程運行時間1 h為基本約束條件，以旅行速度35 km/h 計，線路運營長度在35 km 內。按照這一原則，隨著運行時間的減少和旅行速度的提高，線路長度會相應地增加，線路最高運行速度也須增大。但最高運行速度大于100 km/h后，地下線的隧道斷面必須相應地增加，這必然增加工程投資。對于市域線，最高運行速度一般為100～160 km/h，實際旅行速度為50～80 km/h，按照運營1 h的原則，其線路長度宜控制在50～80 km 內，但這只是從時間和速度目標值的角度考慮，未考慮運營的經濟性及合理性。

2.5 系統制式與運營組織

不同的軌道交通系統制式具有不同的運輸能力和設計速度，這導致運營車輛數量的差別，直接影響乘客出行時間和工程成本，表1 列出了不同系統制式的部分參數。可以看出，對相同的線路長度而言，旅行速度、車輛定員和客運量等都差別較大，其運行時間和對客流需求及線路長度的適應程度也有差別[8]，選擇合適的系統制式來匹配線路長度和客流需求，避免造成運能浪費顯得尤為關鍵。

表1 不同系統制式參數對比Tab. 1 Comparison of parameters of different system standards

如果線路長度超過了1 h 的時間目標值，乘客出行時間明顯增加時，則需深入研究運營模式。設置越行站的方式雖可節約下車乘客的車站停靠時間，縮減其出行時間，但會增加被越行站部分乘客的候車時間。因此，設置越行站的行車組織方案應在深入研究后確定。

2.6 軌道交通的線路直達性

與其他公共出行方式有別，軌道交通很難直接到達乘客想要的目的地，往往需要走行較多的距離，所以線路直達性影響乘客出行效率，真正的直達比較難以實現。若一味地追求直達性，將直接增加軌道交通的線路長度，相應的投資和運營難度等都會增加。因此，合理規劃交通一體化銜接方式，也是為了解決線路在網絡運行中的通達性，包括便捷換乘和貫通直達的方式選擇。

3 國內城軌交通超長線路

通過對現有文獻的總結和梳理，超長線路以單程運行時間1 h 為目標，旅行速度達到最高運行速度的45%～50%為宜，據此計算，最高運行速度分別為80、100、120 km/h 時的旅行速度最高分別為40、50、60 km/h，此時對應的線路長度分別為40、50、60 km。文獻[9]給出了最高速度80、100、120 km/h 時的旅行速度、旅行時間、牽引能耗及車輛配置，120、100 km/h相對于80 km/h 的旅行速度增加明顯，旅行時間節約較多，牽引能耗增大，車輛配置數量減少明顯，車場規模也減少較多，但100 km/h 時的土建投資不會增加太多，而120 km/h 時的土建投資增加相對較多。基于此，在統計時暫將線路長度50 km 及以上的線路定為超長線路。

3.1 統計概況

國內城市軌道交通超長線路的統計結果如表2 所示。可以看出，國內最長的3 條超長線路依次為成都的13 號線、武漢的7 號線和上海的11 號線，目前已運營及在建的超長線路有25 條，均采用了符合城市規模與發展及客流需求的A 型或B 型車輛，大多為6 輛編組，有4 條線路采用了8 輛編組；最高運行速度均在80 km/h 及以上，10 條線路采用了80 km/h 的最高速度，8 條線路采用了100 km/h 的最高速度，5 條線路采用了120 km/h 的最高速度，采用90 km/h 與140 km/h 最高速度的線路各有1 條；部分線路是與既有線路貫通運營，大多線路在建設中采用分期的建設方式，分兩期甚至三期，僅3 條線路未分期。

表2 國內運營及在建城市軌道交通超長線路統計Tab. 2 Statistics of the domestic ultra-long urban rail transit lines in operation and under construction

續表

3.2 統計口徑

1) 統計時間截至2019 年12 月1 日。

2) 本次未統計鐵路部門管轄的線路。

3) 成都地鐵13 號線在中心城區最高速度為100 km/h，外圍最高速度為140 km/h；重慶環線于2018年開通東半環，其余在建。

4) 分期建設的線路，開通時間為一期工程開通運營的時間；未分期建設的線路，開通時間為全線開通運營的時間。

5) 線路運營里程和總里程長度僅供參考，統計數字的小數位數不做統一處理，避免引起更大的誤差。

4 國內超長線路的特點

4.1 超長線路的規劃

對統計的27 條線路按開通年限分類，結果如圖1所示。可以看出，國內開通運營及在建的軌道交通超長線路在逐年增加，2015 年后開通及在建的線路數量增長明顯，因此對超長線路的提前規劃尤為關鍵。規劃時應結合城市規劃、城市形態特征及城市發展方向做詳細的分析，在建設初期就必須做好規劃(包括建設時序)，應合理定位，做好客流預測，切實根據城市財力物力資源及建設能力，做到合理規劃、有序建設。

圖1 超長線路的開通時間Fig. 1 Opening time of the domestic ultra-long lines

4.2 線路的分期建設

從國內目前已運營及在建的超長線路來看，全部27 條線路中僅有3 條線路未分期建設，其中西安地鐵8 號線為城區內的環線，深圳地鐵11 號線有機場線的性質，青島地鐵13 號線有市域線的性質，其余線路均分兩期甚至三期建設，部分線路采用后期建設延伸段的方式，但往往隨著時間推移，因多種原因，要求線網規劃調整，改變延伸的長度或方向，成為超長線路。綜合來看，超長線路一般宜分期建設，主要是因為城市發展需要一定的時間儲備，軌道交通的運營也需要一定的客流支撐，當然特殊線路需要具體分析。具體分期建設時，也應考慮后期建設線路存在不穩定的變化風險，分段點需要預留靈活而可行的方案。首先，應考慮與城市規劃的協調性，城市發展及線路所在區域的先后發展順序；其次，應分析沿線對軌道交通需求的迫切性及客流強度；最后，應考慮工程投資、經濟效益及建設實施難度，并結合車場選址及大宗用地規劃等進行多方案比選，科學合理地確定分期建設方案[10]。

4.3 車輛選型及編組

圖2 超長線路的車輛選型Fig. 2 Selection of vehicles for ultra-long lines

重慶市采用跨座式單軌主要與城市地形形態密切相關，該市屬典型的山地槽谷型城市，跨座式單軌較A、B 型車的爬坡能力更強，工程投資相對較省，客運量與旅行速度也比較適宜；直線電機L 型車在國內使用得相對較少，目前廣州地鐵4、5、6 號線均采用了該車型。

在車輛編組方面，16 條線路采用了6 輛編組，線路占比最多，5 條線路采用了4 輛編組，5 條線路采用了8 輛編組，僅1 條線采用了7 輛編組，即天津地鐵6 號線，統計如圖3 所示。

4.4 最高運行速度

本次統計的27 條超長線路中，采用80、100、120 km/h 的最高速度的線路分別有11、8、5 條，采用75(未在圖中列出)、90 與140 km/h 的線路分別有1 條，統計如圖4 所示。

圖3 超長線路的車輛編組Fig. 3 Vehicle marshalling with ultra-long lines

圖4 超長線路最高運行速度及數量對比Fig. 4 Comparison of the maximum running speeds and number of ultra-long lines

成都地鐵13 號線采用了140 km/h 的最高速度，線路串聯主城區、龍泉驛區、簡州新城、簡陽新城，至天府國際機場，市區段平均站間距2 km，采用100 km/h的最高速度，外圍平均站間距4 km，采用140 km/h 的最高速度，既能滿足城市內部的客運需求，也可以提高機場客流的服務水平；最高速度采用120 km/h 的線路中，廣州地鐵3 號線與深圳地鐵11 號線具有機場線的性質，均連接機場，平均站間距在2 km 以上，適合最高速度120 km/h 的線路；南京地鐵S9 號線為市域線，設站僅6 座，平均站間距約8.5 km；青島地鐵13 號線為城際性質的線路，設站23 座，平均站間距約3 km；上海的16 號線為郊區線路，設站13 座，平均站間距約4.5 km。最高速度采用80 km/h 的線路除石家莊地鐵2號線連接主城區與正定新區外，其余大多為市區線路，由于城區發展水平都相對較高，受線路條件、站間距及客流需求等方面的限制，最高運行速度多采用80 km/h。

從開通運行的時間來看，最高速度100 km/h 及以上的線路在逐年增加，2015 年以前開通的100 km/h的超長線路僅6 條，2015 年以后增長迅速。由此可見，我國超長線路正朝著快速交通的方向前進，軌道快線越來越多，統計如圖5 所示。

圖5 100 km/h 及以上速度的超長線路Fig. 5 Ultra-lines at 100 km/h and above

4.5 軌道交通環線

本次統計的27 條線路中，有5 條線路為軌道交通環線，其中包含4 條獨立環線和1 條共線環線[11]；除西安地鐵8 號線外，其余4 條線路均采用分期建設的方式；最高運行速度除成都地鐵9 號線采用100 km/h外，其余均為80 km/h；車型方面，除沈陽地鐵環線與北京地鐵10 號線采用B 型車外，其余均采用A 型車；車輛編組方面，除成都地鐵9 號線采用8 輛外，其余均采用6 輛編組。軌道交通環線的建設表明，我國城市軌道交通的發展已達空前的規模，所以關于軌道交通環線的研究也應該重點關注。

5 關于超長線路的思考

5.1 超長線路出現的客觀原因

超長線路的出現原因眾多，總的來說可以歸納如下：

1) 城市在發展過程中出現多個衛星城或組團；

從2003年4月開始，伊拉克戰爭結束，美聯儲將聯邦基金利率下調至1%，美國和歐洲經濟開始復蘇，股市快速上行，同時加入WTO后的中國原油需求快速增長，宏觀周期走強。而美國原油庫存觸底反彈，原油市場進入需求和庫存同時上升的主動補庫存階段，宏觀周期占主導，布倫特油價從25美元/桶上漲至40美元/桶。

2) 城市市區范圍較大，內部發展已經無法滿足城市發展需求，需向外圍擴張至部分鄉鎮；

3) 城市市區范圍較大，市區發展成熟，需要環線來緩解城市交通壓力；

4) 城市形態呈現帶狀分布，如蘭州目前正在規劃建設的4 號線，其線路長度就超過了50 km；

5) 隨著我國航空業的發展和機場周邊的建設，大多數城市都在加緊規劃建設空港新城，為提高機場服務水平，在城市軌道交通線網規劃中規劃了機場線，線路連接城市中心、新城中心和交通樞紐，如成都的13 號線。

5.2 國內超長線路建設的經驗

超長線路在規劃建設中可以按照市區線、市域或城際線、機場線來劃分，合理確定其線路性質與特點。目前，國內大多數城市在軌道交通線網規劃中都有超長線路加入，是否需要規劃建設超長線路，應該根據各個城市的實際情況客觀分析后確定；一旦規劃建設勢在必行，就應該全線整體規劃，給線路以合適的功能定位，確定線路是市區線路、市域或城際線路還是機場性質的線路，再根據線路需要、城市自身的財政情況等分期或全線建設，具體的分期情況需要經技術經濟論證后確定。

在確定車輛選型及編組時，可參考國內已運營線路，但車輛編組仍然要以具體線路的客流特征及需求來具體分析、合理確定。

城市主城區的超長線路多采用80 km/h 的最高速度，市域或城際線、機場線采用的速度相對較高，多采用100、120 km/h 的最高速度，經過科學的經濟技術論證后，可以采用140 km/h 甚至更高的最高速度。

6 結論

通過對已運營及在建的超長線路的統計分析，主要得出如下結論：

1) 國內已運營的超長線路按照性質，大致可以分為市區(快)線、市域或城際線、機場線三類；

2) 國內早期開通運營的超長線路大多以分期的方式進行建設，首先開通一期工程，全線建成后貫通運營；

3) 國內目前的超長線路主要以A、B 型車，6 輛編組為主；

4) 本次統計的市區線采用80 km/h 的速度目標值，市域或城際線、機場線的速度目標值多采用100～140 km/h。

運行交路與客流密切相關，超長線路因走行的區域相比傳統線路更為特殊，客流有其自身的獨特性，所以運行交路會有所不同。因為數據采集的原因，本文未對國內已運營超長線路的客流與運營交路進行統計分析，后期將在這方面做進一步的研究。