特大城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模綜合效應(yīng)測(cè)算模型研究

沈 犁

（西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院 成都 610031）

特大城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模綜合效應(yīng)測(cè)算模型研究

沈 犁

（西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院 成都 610031）

為研究影響特大城市軌道線網(wǎng)規(guī)模宏觀因素的綜合效應(yīng)機(jī)理，在定性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行軌道線網(wǎng)綜合效應(yīng)測(cè)算模型的量化研究。在考慮人口、土地、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境4項(xiàng)主要影響因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入城市總體職住不均衡性與軌道交通線網(wǎng)基本形態(tài)判別2項(xiàng)指標(biāo)，依照相關(guān)適用性，綜合以上各要素，構(gòu)建線網(wǎng)規(guī)模的分段性測(cè)算模型，以匡算其合理范圍。最后以成都市為例對(duì)測(cè)算模型的結(jié)果進(jìn)行比較分析，證明所提出的測(cè)算模型可行且具有較好的適用性。

城市交通；綜合效應(yīng)模型；綜合分析法；軌道交通線網(wǎng)規(guī)模；總體職住不均衡性；線網(wǎng)基本形態(tài)判別

U 231

A

1 城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模研究現(xiàn)狀

在進(jìn)行城市軌道建設(shè)前必須明確軌道線網(wǎng)的規(guī)劃發(fā)展?fàn)顩r，需要根據(jù)城市現(xiàn)狀以及各發(fā)展規(guī)劃階段的整體規(guī)模形態(tài)、土地使用布局、交通出行特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)力等情況，從宏觀上合理地確定軌道交通線網(wǎng)的規(guī)模。對(duì)于此方面的研究，國(guó)外學(xué)者的成果較少，國(guó)內(nèi)孫有望等［1］對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的確定做了定量分析，顧保南等［2］介紹了估算城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的三種方法，陳旭梅等［3］針對(duì)軌道線網(wǎng)的影響因素確立了遞階層次結(jié)構(gòu)模型；金鍵等［4］分析了基于城市軌道交通梯度效益、彈性效應(yīng)、平衡效應(yīng)和綜合效應(yīng)的線網(wǎng)規(guī)模匡算方法；柳蔭等［5］計(jì)算了在不同經(jīng)濟(jì)水平條件下軌道交通規(guī)模與人口密度的量化關(guān)系；林麗凡等［6］也在綜合考慮城市人口規(guī)模、土地面積、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、交通需求等多方面因素的基礎(chǔ)上，提出了線網(wǎng)規(guī)模的綜合匡算法；程萬(wàn)斌［7］與杜佳文［8］則分別以西安以及海峽西岸城市群為例探討了包含軌道線網(wǎng)在內(nèi)的綜合交通網(wǎng)的合理規(guī)劃布局。但上述文獻(xiàn)均主要針對(duì)人口、土地、經(jīng)濟(jì)三項(xiàng)宏觀因素進(jìn)行回歸分析，沒有考慮實(shí)際人口與土地的相互作用機(jī)制，欠缺對(duì)影響軌道線網(wǎng)規(guī)模的綜合效應(yīng)進(jìn)行全面而細(xì)致的分析。因此，本文主要通過(guò)主導(dǎo)因素與綜合效應(yīng)分析相結(jié)合的方式對(duì)以地鐵為主的特大城市軌道交通線網(wǎng)的合理規(guī)模進(jìn)行分析，并著重討論宏觀因素作用機(jī)理下的綜合效應(yīng)影響，定性分析與量化研究相結(jié)合匡算軌道線網(wǎng)總長(zhǎng)度的合理范圍。

2 城市軌道線網(wǎng)規(guī)模綜合效應(yīng)分析

以10年為一規(guī)劃階段，根據(jù)圈層結(jié)構(gòu)理論提出的城市空間層次分異特征，將城市由核心至外圍劃分為三大圈層，包括以中心城為主的一圈層、以規(guī)劃新城區(qū)為主的二圈層及以遠(yuǎn)郊區(qū)為主的三圈層，而不同圈層的人口、土地規(guī)模對(duì)于線網(wǎng)規(guī)模具有差異化影響，圈層越大，人口與用地分布的相異性越高，各類用地間的連通距離越遠(yuǎn)，居民出行距離也越長(zhǎng)，從而要求線網(wǎng)規(guī)模越大。

從宏觀層面來(lái)看，綜合效應(yīng)主要涉及人口、土地、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境4方面要素，前兩項(xiàng)主要表述城市總體交通出行需求，為正效應(yīng)；后兩項(xiàng)則用以表述城市總體建設(shè)可承擔(dān)能力，具有制約性影響。對(duì)于經(jīng)濟(jì)要素，當(dāng)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低時(shí)，其對(duì)線網(wǎng)規(guī)模形成主要約束，人口、土地等因素不具有顯著性影響；當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，線網(wǎng)規(guī)模將受多方面綜合效應(yīng)影響，此時(shí)人口、土地兩因素具有顯著性影響。對(duì)于環(huán)境規(guī)模而言，主要考慮軌道交通環(huán)境承載力的影響。針對(duì)上述4要素，設(shè)立總?cè)丝跀?shù)目、總用地面積、總經(jīng)濟(jì)水平、軌道交通環(huán)境承載力影響參量4項(xiàng)總體指標(biāo)。

由于上述4項(xiàng)總體指標(biāo)不能完全表征城市對(duì)軌道交通的綜合效應(yīng)影響，所以提出2項(xiàng)表征局部人口土地分布對(duì)整體交通特征影響的指標(biāo)：首先在考慮城市居民職住分離現(xiàn)象［9-10］的基礎(chǔ)上提出總體職住不均衡性概念，基于與各類別用地面積相關(guān)的土地職住類比，按各圈層整體與局部的職住不均衡性來(lái)判定城市總體職住不均衡性；其次主要依據(jù)各階段城市形態(tài)與空間布局、中心城連通包括副中心在內(nèi)的外圍組團(tuán)的主要客運(yùn)廊道數(shù)來(lái)判定軌道線網(wǎng)的基本構(gòu)架形態(tài)類型，同時(shí)考慮軌道網(wǎng)絡(luò)對(duì)城市核心區(qū)輻射能力的增強(qiáng)作用及對(duì)實(shí)現(xiàn)城市多中心組團(tuán)結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)作用。城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的綜合效應(yīng)作用機(jī)理如圖1所示。

圖1 軌道線網(wǎng)規(guī)模綜合效應(yīng)作用機(jī)理

3 城市軌道線網(wǎng)規(guī)模匡算模型構(gòu)建

3.1 參數(shù)設(shè)立及總體指標(biāo)判定

設(shè)立參數(shù)指標(biāo)如表1所示，并按下式測(cè)算總體指標(biāo)參量。

表1 參數(shù)指標(biāo)

本文基于交通方式選擇的可替代性，將軌道交通環(huán)境承載力視為與階段性交通規(guī)劃方案相協(xié)調(diào)的體現(xiàn)方式控制與需求反映的指標(biāo)，考慮土地資源、人口容量與私家車保有量限制三方面約束，可得38

其中，Tn/T與（∑i=1∑j=1pnij+Fn）/P分別代表私家車輛控制度與人口數(shù)量飽和度，其乘積越接近1表示交通環(huán)境對(duì)軌道交通需求性越大，相對(duì)于私家車出行的替代作用越強(qiáng)，其承載力越高。

3.2 城市總體職住不均衡性與線網(wǎng)基本形態(tài)判別指標(biāo)

3.2.1 城市總體職住不均衡性判定

Bn為關(guān)于人口與土地的綜合作用參量，同樣存在圈層擴(kuò)散趨勢(shì)影響，因此可得

3.2.2 軌道交通線網(wǎng)基本形態(tài)判定

考慮軌道線網(wǎng)基本構(gòu)架形態(tài)的影響，其具體判別需要依據(jù)城市各階段空間形態(tài)布局與交通出行特征，尤其是對(duì)城市主要客運(yùn)交通走廊的判別，這對(duì)以公共交通為導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)城市中心區(qū)與外圍各組團(tuán)協(xié)調(diào)發(fā)展模式具有重要意義。

首先，城市形態(tài)主要包含分散組團(tuán)型、狹長(zhǎng)帶型、圈層發(fā)展型等多種形式，而針對(duì)不同階段具有不同空間形態(tài)的城市形式，軌道交通線網(wǎng)也會(huì)呈現(xiàn)出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)發(fā)展態(tài)勢(shì)。對(duì)于分散組團(tuán)型的城市，其要求以軌道交通為主導(dǎo)實(shí)現(xiàn)中心城與各組團(tuán)之間的緊密連接，并有效減少組團(tuán)間中長(zhǎng)距出行的時(shí)間損耗；對(duì)于狹長(zhǎng)帶型的城市而言，由于其具有較為明顯的單一主導(dǎo)客流方向（一般為順沿狹長(zhǎng)帶的貫穿方向），因此要求軌道交通的線路走向應(yīng)與主導(dǎo)客流方向基本一致；除此之外，像圈層發(fā)展型的團(tuán)狀城市，軌道交通線網(wǎng)應(yīng)與道路網(wǎng)絡(luò)相協(xié)調(diào)，主要呈多方向放射狀或棋盤式方格網(wǎng)狀。因此，將城市各階段的空間形態(tài)作為軌道交通線網(wǎng)形態(tài)判別的一項(xiàng)必要的參考因素。

對(duì)于城市交通出行特征尤其是對(duì)中心城連通外圍副中心與衛(wèi)星城的主要城市客運(yùn)交通廊道的判別來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)效應(yīng)場(chǎng)理論來(lái)描述客運(yùn)交通走廊對(duì)交通源流的集聚強(qiáng)度，辨析就業(yè)人群的主要通勤流向，同時(shí)分析交通廊道上與距離相關(guān)聯(lián)的效益衰減效應(yīng)，從而判別既有與潛在的城市客運(yùn)交通廊道總數(shù)［14-15］，因此可得

3.3 軌道交通出行總量測(cè)算

根據(jù)不同圈層結(jié)構(gòu)分析居民平均出行強(qiáng)度，對(duì)各圈層居民的出行總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并依據(jù)各階段與遠(yuǎn)景擬達(dá)到的軌道交通方式出行比例目標(biāo)值來(lái)預(yù)測(cè)軌道交通出行總量；各規(guī)劃期與遠(yuǎn)景的公交出行比例與軌道出行比例，鑒于影響公共交通供給能力的不確定因素難以進(jìn)行準(zhǔn)確的量化分析，建議依據(jù)對(duì)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)趨勢(shì)的分析，以定性分析法對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，軌道交通出行比例也可采用同樣方式進(jìn)行估計(jì)；此處流動(dòng)人口僅做總量合計(jì)，其出行強(qiáng)度采用普遍值3，可得同時(shí)得到軌道交通客運(yùn)總量為hnVn。

3.4 軌道線網(wǎng)合理規(guī)模綜合效應(yīng)測(cè)算模型

在綜合考慮人口數(shù)量、用地面積、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、軌道交通環(huán)境承載力、城市總體職住不均衡性和軌道交通線網(wǎng)形態(tài)等影響參量的基礎(chǔ)上，根據(jù)世界部分城市軌道交通規(guī)模與其經(jīng)濟(jì)、人口指標(biāo)的關(guān)系以及2013年度中國(guó)地級(jí)以上城市的GDP狀況，構(gòu)建了匡算城市軌道線網(wǎng)合理規(guī)模的分段性匡算模型，其主要以現(xiàn)階段城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平即GDP指標(biāo)（單位：億元）來(lái)進(jìn)行適用性劃分，可得

同時(shí)參考國(guó)內(nèi)外城市的軌道線路日平均客運(yùn)量tn與平均長(zhǎng)度ln，可通過(guò)類比得到另兩種方式測(cè)算的線網(wǎng)總長(zhǎng)度，即其中，tn/ln為線路平均負(fù)荷強(qiáng)度，從而可以確定線網(wǎng)總長(zhǎng)度的大致波動(dòng)范圍Ln～［min{Ln1，Ln2，Ln3}，max{Ln1，Ln2，Ln3}］。

基于所確定的線網(wǎng)總長(zhǎng)度范圍，還應(yīng)測(cè)算相應(yīng)的負(fù)荷強(qiáng)度與線網(wǎng)密度，并與國(guó)內(nèi)外城市對(duì)應(yīng)階段的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行類比分析，這樣一方面確保軌道交通系統(tǒng)在可接受的負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，另一方面確保軌道交通系統(tǒng)的線網(wǎng)覆蓋率與軌道出行可達(dá)性滿足階段性要求，從而能較全面地評(píng)判線網(wǎng)規(guī)模的合理性。設(shè)立In為線網(wǎng)負(fù)荷強(qiáng)度，Dn為線網(wǎng)密度，可得

4 算例分析

以成都市為例，依據(jù)2010年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及2020年、2030年與遠(yuǎn)景年預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)各年限相適宜的軌道線網(wǎng)規(guī)模進(jìn)行匡算分析，其中2010年數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，得到表2的基礎(chǔ)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)式（4）、（5）以及對(duì)案例城市形態(tài)布局的判定得到表3所示結(jié)果。

表2 城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)［16-17］

表3 職住不均衡性分析與參數(shù)判定結(jié)果

根據(jù)成都市實(shí)際發(fā)展情況，取I=2，Cn1=0.7，Cn2= 1.5，an1=1.3，an2=1.2，an3=1.1（n=1、2、3、4分別對(duì)應(yīng)2010年、2020年、2030年、遠(yuǎn)景年）；同時(shí)判定q= 0.95［18］，P=2 640，T=420，A=A4。根據(jù)上述基礎(chǔ)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與合理規(guī)模測(cè)算模型匡算結(jié)果Ln1如表4所示，由于經(jīng)濟(jì)總量遠(yuǎn)大于3 000億元，所以采用式（10）測(cè)算Ln1。

表4 Ln1測(cè)算結(jié)果

國(guó)外城市市區(qū)軌道線路平均長(zhǎng)度約在15～25 km，一般不宜短于15 km或大于35 km；因此分別取15 km、25 km、35 km三種線路平均長(zhǎng)度為例來(lái)測(cè)算線網(wǎng)總長(zhǎng)度，同時(shí)取定相應(yīng)日均負(fù)荷強(qiáng)度為3.9，2.7，2.1（萬(wàn)人次/km）［19］，通過(guò)式（11）（12）得到線網(wǎng)總長(zhǎng)度Ln2與Ln3，結(jié)果分別如表5、6所示。

表5 Ln2測(cè)算結(jié)果km

表6 Ln3測(cè)算結(jié)果km

將表4、5、6所測(cè)算的線網(wǎng)規(guī)模與成都市軌道交通建設(shè)規(guī)劃報(bào)告［16］以及成都市地鐵1號(hào)線三期工程的可行性研究報(bào)告［17］的結(jié)果進(jìn)行綜合比較，依據(jù)現(xiàn)狀階段的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或規(guī)劃階段的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)所測(cè)算的線網(wǎng)規(guī)模通常為第n個(gè)時(shí)段未來(lái)約10年的適宜軌道線網(wǎng)規(guī)模，因此將本文所測(cè)算的線網(wǎng)規(guī)模結(jié)果與規(guī)劃結(jié)果按4個(gè)規(guī)劃階段進(jìn)行對(duì)比，其中Ln1的測(cè)算結(jié)果最優(yōu)，其對(duì)比結(jié)果如表7所示，差異度均在±10％以內(nèi)，可見本文所提出的模型具有較好的預(yù)測(cè)效果。

表7 Ln1測(cè)算結(jié)果對(duì)比

5 結(jié)論

本文主要討論了影響軌道線網(wǎng)規(guī)模的宏觀因素的綜合效應(yīng)機(jī)理，在定性分析的基礎(chǔ)上對(duì)綜合效應(yīng)模型進(jìn)行量化研究。首先在考慮人口數(shù)量、用地面積、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與交通環(huán)境承載力4項(xiàng)主要影響因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入了城市總體職住不均衡性與軌道交通線網(wǎng)基本形態(tài)判別兩項(xiàng)指標(biāo)，綜合以上各要素并依照相關(guān)適用性構(gòu)建了線網(wǎng)規(guī)模的分段性測(cè)算模型，以匡算軌道交通線網(wǎng)總長(zhǎng)度的合理范圍。最后以成都市軌道線網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)狀況為基礎(chǔ)，對(duì)測(cè)算模型的適用性進(jìn)行了對(duì)比分析，證實(shí)了本文所提出的測(cè)算模型具有較好的可行性與適用性。

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（編輯：曹雪明）

Research on Comprehensive Effect Model for Measuring Scale of Urban Rail Transit Network in Metropolitan

Shen Li
（School of Transportation and Logistics，Southwest Jiaotonguniversity， Chengdu 610031）

To study the comprehensive effect of macro factors on scale of urban rail transit network,the author carried out a quantitative study by establishing models to calculatethe rational scale of urban rail transit network based on qualitative analysis.After considering four main factors of population,land use,economy and environment,the author introduced two other indexes including general workplace and residence imbalance index and urban rail network configuration index.According to its applicability,the sectional models were built to estimate the rational network scale on the basis of all the factors and indexes above.At last,taking Chengdu as an example,a comparative analysis for evaluating the calculation results of sectional models was done,and the proposed model was proved to be prominently feasible and applicable.

urban traffic；integration effect model；comprehensive analysis method；scale of urban rail transit network；general workplace and residence imbalance index；general network form index

16726073（2015）06003906

10.3969/j.issnn.16726073.2015.06.009

2014-11-30

2014-12-31

沈犁，男，博士研究生，交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理專業(yè)，shenli0927@163.com

國(guó)家自然科學(xué)基金（51108390）