歐陽(yáng)長(zhǎng)城

(廣州市地下鐵道總公司,510030,廣州∥副總工程師、高級(jí)工程師)

由于城市軌道交通的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)都存在高投入的特點(diǎn),這就需要深入探討城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模特征與其發(fā)展特征,以確立城市軌道交通在城市公共交通中的地位,尋求城市綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力與軌道交通效益相平衡。

1 城市軌道交通的城市規(guī)模劃分

為避免系統(tǒng)特征混淆,在對(duì)各城市的綜合交通目標(biāo)、線網(wǎng)規(guī)模、客流規(guī)模、系統(tǒng)選擇、設(shè)施配置、運(yùn)營(yíng)效率等因素進(jìn)行歸納分析時(shí),從系統(tǒng)參數(shù)特征趨同的角度,對(duì)城市規(guī)模按500萬(wàn)人、200萬(wàn)人、100萬(wàn)人三個(gè)等級(jí)予以劃分。

按這一分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),目前世界上擁有軌道交通的500萬(wàn)以上人口的城市有26座,線路長(zhǎng)度占全部線路的23.32%;200萬(wàn)～500萬(wàn)人口的城市有35座,線路長(zhǎng)度比例為38.66%;100萬(wàn)～200萬(wàn)人口的城市有48座,線路長(zhǎng)度比例為15.10%;100萬(wàn)以下人口的城市有55座,線路長(zhǎng)度比例為22.92%。

表1 世界上已建城市軌道交通系統(tǒng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)表

2 線網(wǎng)發(fā)展階段劃分及其特征

2.1 線網(wǎng)發(fā)展階段劃分

從各城市開(kāi)展軌道交通建設(shè)的歷程來(lái)看,一般都經(jīng)歷了啟動(dòng)期、發(fā)展期和完善期等三個(gè)階段。三個(gè)時(shí)期均具有比較明顯的特點(diǎn)。

啟動(dòng)期：一般為10年左右時(shí)間,建成線路不超過(guò)線網(wǎng)規(guī)模的15%。人口大于200萬(wàn)人的城市,平均建設(shè)的線路長(zhǎng)度一般在 30～40 km,人口小于200萬(wàn)人的城市,平均建設(shè)的線路長(zhǎng)度一般在20～30 km。如廣州從1993年至2003年僅建成35.4 km線路,占在建線網(wǎng)的14.9%;大阪從1933年至1960年僅修建了16.7 km線路,占建成線網(wǎng)的14.15%。

發(fā)展期：一般為15～20年時(shí)間,線網(wǎng)在這個(gè)時(shí)期快速增長(zhǎng),年均建成線路可達(dá)10 km左右,建成線網(wǎng)一般達(dá)到城市線網(wǎng)規(guī)模的80%～90%。如巴黎從1898—1913年增建了172.6 km線路,平均年建成線路11.5 km,最高達(dá)到32.5 km,建成線網(wǎng)規(guī)模達(dá)到總線網(wǎng)的93.5%;大阪從1964—1985年增建了74.3 km線路,最高年建成線路長(zhǎng)16.1 km,建成線網(wǎng)達(dá)到總線網(wǎng)的80%,到1993年建成線網(wǎng)達(dá)到總線網(wǎng)的90%;廣州從2003—2006年間建設(shè)了80.88 km線路,平均年建成線路20.2 km。

完善期：線網(wǎng)規(guī)模基本穩(wěn)定,其建設(shè)主要是對(duì)線網(wǎng)結(jié)構(gòu)和城市各區(qū)域提供運(yùn)輸服務(wù)的完善,線網(wǎng)建設(shè)強(qiáng)度低。如大阪在1990—2005年的15年時(shí)間里,線網(wǎng)增建了13.7 km,建設(shè)長(zhǎng)度僅為總線網(wǎng)的11.6%。

城市軌道交通線網(wǎng)建設(shè)的三階段特征,使其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)歷程整體呈現(xiàn)“S”型的發(fā)展趨勢(shì),其中發(fā)展期對(duì)城市軌道交通建設(shè)的把握會(huì)對(duì)線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)效益產(chǎn)生重大影響。目前,我國(guó)已有北京、上海、廣州、深圳等4座特大型城市進(jìn)入線網(wǎng)的發(fā)展期,其余11座城市尚處于啟動(dòng)期。

2.2 線網(wǎng)發(fā)展各階段的客流規(guī)模特征

不同運(yùn)營(yíng)年限各等級(jí)規(guī)模城市的軌道交通站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度分類(lèi)統(tǒng)計(jì)如表2所示。從各規(guī)模城市的站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分布來(lái)看,其發(fā)展趨勢(shì)具有以下特征：

(1)500萬(wàn)以上人口城市的站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度具有初期向近期快速增長(zhǎng)、遠(yuǎn)期逐步下降的發(fā)展特性。其初期站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度基本為1～2萬(wàn)人次/站量級(jí),近期為大于2萬(wàn)人次/站量級(jí),遠(yuǎn)期為2萬(wàn)人次/站量級(jí)。

(2)200萬(wàn)～500萬(wàn)人口城市的站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度具有初、近期量級(jí)相近,且近期有所增長(zhǎng)、遠(yuǎn)期逐步下降的發(fā)展特性。其初、近期站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度基本小于 2萬(wàn)人次/站量級(jí),遠(yuǎn)期小于 1萬(wàn)人次/站量級(jí)。

(3)200萬(wàn)以下人口城市的站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度具有初、近期量級(jí)相似,遠(yuǎn)期逐步增長(zhǎng)的發(fā)展特性。其中100萬(wàn)～200萬(wàn)人口城市初、近期站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度基本小于1萬(wàn)人次/站量級(jí),遠(yuǎn)期站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度基本為1～2萬(wàn)人次/站量級(jí)。

表2 城市軌道交通線網(wǎng)站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度分布統(tǒng)計(jì)表

3 軌道交通評(píng)價(jià)參數(shù)設(shè)定

考慮到各城市存在規(guī)模、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、人口、經(jīng)濟(jì)、文化、交通習(xí)慣等諸多不同,選用國(guó)際通用的單位數(shù)值指標(biāo)中的供給指標(biāo)和使用指標(biāo)對(duì)軌道交通予以考量、比較。

式中：

LS——車(chē)站數(shù) ,座;

P——城市人口總數(shù),萬(wàn)人;

Q——軌道交通線網(wǎng)日均客流量,萬(wàn)人次/d。

對(duì)線網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展效率的評(píng)定,可采用以下單位數(shù)值指標(biāo)：

式中：

Δ Q——一定時(shí)期內(nèi)軌道交通線網(wǎng)日均客流變化量,萬(wàn)人次/d;

ΔLS——一定時(shí)期內(nèi)軌道交通線網(wǎng)站點(diǎn)數(shù)變化量,座;

Δδr——一定時(shí)期內(nèi)人均軌道交通站點(diǎn)數(shù)變化量,座/萬(wàn)人;

Δ Kr——一定時(shí)期內(nèi)站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度變化量,萬(wàn)人次/站。

4 軌道交通線網(wǎng)的發(fā)展特征及其指標(biāo)分析

考慮到線網(wǎng)客流的生長(zhǎng)具有長(zhǎng)期性的特點(diǎn),且世界各國(guó)運(yùn)營(yíng)30年以上的線路有377條,線路長(zhǎng)度達(dá) 8 924.7 km,占全部運(yùn)營(yíng)線路的69.3%。因此,本文重點(diǎn)對(duì)該部分的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 城市軌道交通的參數(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)與分析

城市軌道交通系統(tǒng)在城市交通系統(tǒng)中的功能及其運(yùn)營(yíng)效率受到城市交通現(xiàn)狀、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段、城市交通發(fā)展、城市空間發(fā)展和土地開(kāi)發(fā)形成等多層面多因素的影響,各項(xiàng)指標(biāo)存在較大的離散性。各規(guī)模城市的軌道交通人均站點(diǎn)數(shù)與軌道交通方式使用指標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)如表3所示。

從供給、使用指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看,存在明顯的效益區(qū)間。供給指標(biāo)位于該區(qū)間時(shí),可以獲得明顯的使用效益。例如：500萬(wàn)以上人口城市的人均軌道交通站點(diǎn)數(shù)為0.08～0.331座/萬(wàn)人時(shí),站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度為1.94～5.2萬(wàn)人次/站,軌道交通出行率為0.36～0.78次/人?d;200萬(wàn)～500萬(wàn)人口城市的人均軌道交通站點(diǎn)數(shù)為0.269～0.486座/萬(wàn)人時(shí),站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度為0.74～2.1萬(wàn)人次/站,軌道交通出行率為0.31～0.52次/人?d;100萬(wàn)～200萬(wàn)人口城市的人均軌道交通站點(diǎn)數(shù)為0.161～0.514座/萬(wàn)人時(shí),站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度為1.15～1.74萬(wàn)人次/站,軌道交通出行率為0.22～0.51次/人?d;100萬(wàn)以下人口城市的人均軌道交通站點(diǎn)數(shù)為0.464～0.783座/萬(wàn)人時(shí),站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度為0.5～1.15萬(wàn)人次/站,軌道交通出行率為0.32～0.56次/人?d。

通過(guò)對(duì)各規(guī)模城市人均軌道交通站點(diǎn)數(shù)與軌道交通方式人均出行率、站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度相互關(guān)系的分析,不難發(fā)現(xiàn)城市軌道交通所取得的交通效益與城市軌道交通資源配置有著直接關(guān)系,但兩者之間不存在線形關(guān)系。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,可以初步形成以下結(jié)論：

(1)軌道交通在機(jī)動(dòng)化出行中的比例與人均站點(diǎn)數(shù)指標(biāo)存在明顯的閥值。在達(dá)到該閥值之前,軌道交通承擔(dān)率會(huì)隨著人均站點(diǎn)數(shù)指標(biāo)的提高快速增長(zhǎng),并達(dá)到極值,之后開(kāi)始回落,同時(shí)在一定范圍內(nèi),站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度與其具有同步性。

(2)當(dāng)人均站點(diǎn)數(shù)指標(biāo)超過(guò)閥值后,站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度和軌道交通出行率隨之下降,并無(wú)法實(shí)現(xiàn)綜合交通目標(biāo)。

(3)不同規(guī)模的城市除了閥值不同外,其在不同時(shí)期能夠取得的使用效果也存在較大的差異。

(4)從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看,大城市遠(yuǎn)期軌道交通方式在機(jī)動(dòng)化出行中的分擔(dān)率按30%規(guī)劃具有可實(shí)現(xiàn)性。

4.2 線網(wǎng)發(fā)展的特征分析——供給-需求關(guān)系

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,城市軌道交通的發(fā)展雖然受到各種城市條件和人文環(huán)境的制約,各自存在一定的發(fā)展特點(diǎn),但最終仍符合于交通的供給-需求關(guān)系。因此,對(duì)規(guī)模效益區(qū)間[δr0,δr3]的分界點(diǎn)定義如下：

δr0——MKr等于平均客流強(qiáng)度時(shí)的人均站點(diǎn)數(shù)指標(biāo)值。

表3 人均站點(diǎn)數(shù)與軌道交通方式使用指標(biāo)關(guān)系表

δr3——MKr等于零時(shí)的人均站點(diǎn)數(shù)指標(biāo)值,此時(shí)線網(wǎng)客流量Q達(dá)到最大值。

結(jié)合以上分析,可將城市軌道交通的發(fā)展特性歸納為如圖1所示。其各階段發(fā)展特性如下：

(1)當(dāng)人均站點(diǎn)數(shù)從 δr0增加到 δr1時(shí),線網(wǎng)客流量Q、站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度Kr、邊界站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度MKr均表現(xiàn)為遞增特點(diǎn),且MKr＞Kr;此時(shí)線網(wǎng)發(fā)展處于規(guī)模收益遞增區(qū)。

(2)當(dāng)人均站點(diǎn)數(shù)從 δr1增加到 δr3時(shí),MKr開(kāi)始遞減;當(dāng)人均站點(diǎn)數(shù)為δr2時(shí),Kr最大,這時(shí)MKr=Kr;當(dāng)人均站點(diǎn)數(shù)超過(guò)δr2時(shí),Kr將逐步減少,此時(shí)線網(wǎng)發(fā)展進(jìn)入規(guī)模收益遞減區(qū);當(dāng)人均站點(diǎn)數(shù)為δr3時(shí),MKr=0,線網(wǎng)客流量 Q達(dá)到最大值。

(3)當(dāng)人均站點(diǎn)數(shù)超過(guò)δr3時(shí),MKr小于零,線網(wǎng)客流量將減少。

根據(jù)以上定義,對(duì)廣州、大阪的城市軌道交通線網(wǎng)客流發(fā)展進(jìn)行分析,其發(fā)展示意圖如圖2、圖3所示?？梢缘贸?對(duì)于廣州市,δr0=0.043,時(shí)間位于2004年,即廣州地鐵2號(hào)線開(kāi)通運(yùn)營(yíng)之后,線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)開(kāi)始進(jìn)入規(guī)模效益發(fā)展階段。對(duì)于大阪,δr2為0.118～0.273,屬于一個(gè)區(qū)間值,時(shí)間位于1965年至1980年;δr3=0.387,時(shí)間位于1990年;此后雖然線網(wǎng)仍然保持了一定的增長(zhǎng),但線網(wǎng)客流總量卻開(kāi)始下降。

圖1 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展特性圖

5 城市軌道交通規(guī)劃指標(biāo)建議

鑒于軌道交通的實(shí)際運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀,進(jìn)行軌道交通規(guī)劃時(shí),對(duì)其規(guī)模的確定應(yīng)在遵循追求城市綜合交通目標(biāo)的基礎(chǔ)上,同時(shí)兼顧自身效率和效益。通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,結(jié)合軌道交通運(yùn)營(yíng)成本平衡的基本概念,建議城市快速軌道交通各階段規(guī)劃指標(biāo)選取范圍如表4所示。

圖2 廣州市軌道交通發(fā)展示意圖

表4 線網(wǎng)規(guī)劃指標(biāo)目標(biāo)值選取范圍建議表

6 結(jié)論

(1)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)效果與一個(gè)城市的各個(gè)層面聯(lián)系緊密,不能以單一模式認(rèn)識(shí)這一交通方式的發(fā)展,需要充分預(yù)計(jì)各種發(fā)展的可能。但其發(fā)展存在明顯的規(guī)模效益區(qū)間,因此在大力發(fā)展軌道交通并初步體會(huì)其優(yōu)越性和效率的同時(shí),尤其需要注重其經(jīng)濟(jì)規(guī)模的論證,注重對(duì)運(yùn)營(yíng)效益的合理控制。

(2)規(guī)模收益遞增現(xiàn)象是規(guī)模經(jīng)濟(jì)的結(jié)果,表現(xiàn)為效益增加的幅度大于規(guī)模擴(kuò)大的幅度。但規(guī)模的擴(kuò)大是有限度的,超過(guò)一定限度后,規(guī)模收益遞增將消失。

(3)規(guī)模收益遞減發(fā)生在資源投入量超過(guò)一定限度以后,而在此之前,規(guī)模收益可能遞增,也可能不變。如果條件改變,雖不可能改變規(guī)模遞減規(guī)律現(xiàn)象的本質(zhì),但可以推遲出現(xiàn)遞減現(xiàn)象。大阪1965年至1980年間客流的發(fā)展就印證了這一現(xiàn)象。

(4)從萬(wàn)人線路長(zhǎng)度、線網(wǎng)客流強(qiáng)度,萬(wàn)人站點(diǎn)數(shù)、站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度兩組線網(wǎng)配置和效率指標(biāo)的相關(guān)性和客觀性來(lái)看,后一組指標(biāo)與線網(wǎng)效率評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性更強(qiáng),因此在進(jìn)行軌道交通網(wǎng)絡(luò)效率分析時(shí),應(yīng)補(bǔ)充萬(wàn)人站點(diǎn)數(shù)、站點(diǎn)日均客流強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

[1] 葉霞飛,明瑞利,李忍相.東京、首爾軌道交通客流成長(zhǎng)規(guī)律與特征分析[J].城市軌道交通研究,2008,6(6)：16.

[2] 王治,葉霞飛,顧保南,等.上海市真如副中心軌道交通建設(shè)規(guī)劃協(xié)調(diào)方案[J].城市軌道交通研究,2007(5)：28.

[3] 譚瑜,葉霞飛.東京新城發(fā)展與軌道交通建設(shè)的相互關(guān)系研究[J].城市軌道交通研究,2009(3)：1.