魏 運(yùn) 許雙牛 任 靜 楊 珂

(1.北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司 北京 100037;2.東南大學(xué)ITS研究中心 南京 210096)

基于功能分類的城市軌道交通系統(tǒng)需求

魏 運(yùn)1，2許雙牛1任 靜1楊 珂1

(1.北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司 北京 100037;2.東南大學(xué)ITS研究中心 南京 210096)

分析我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展及其類別，結(jié)合城市對(duì)軌道交通的需求，提出運(yùn)量和速度兩個(gè)維度的城市軌道交通需求矩陣;針對(duì)城市軌道交通的特征及適應(yīng)性，從滿足城市交通功能角度出發(fā)，提出我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展方向及建議，期望能為我國(guó)城市軌道交通技術(shù)發(fā)展提供理論指導(dǎo)。

城市軌道交通;功能需求;系統(tǒng)分類

1 我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)現(xiàn)狀

自1965年修建北京地鐵一期工程以來，我國(guó)城市軌道交通已有近50年的發(fā)展歷程，取得了舉世矚目的成就［1］。截至2012年4月，我國(guó)大陸地區(qū)已有北京、上海、天津、廣州、長(zhǎng)春、大連、重慶、武漢、深圳、南京等15個(gè)城市57條線(包括廣佛線)投入運(yùn)營(yíng)，正線線路總長(zhǎng)1 768 km。根據(jù)國(guó)務(wù)院已批復(fù)的近期軌道交通建設(shè)規(guī)劃(規(guī)劃年度一般約為6～9年)，全國(guó)已有29個(gè)城市獲得批復(fù)建設(shè)，在建總里程超過1 600 km，至2020年線路規(guī)劃總里程將達(dá)6 100 km。

經(jīng)過多年的發(fā)展，我國(guó)的城市軌道交通系統(tǒng)制式也已呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)，除傳統(tǒng)的地鐵和輕軌外，還有直線電機(jī)、跨座式單軌、中低速磁懸浮、有軌電車等多種車輛制式，世界軌道交通的主要形式和系統(tǒng)在我國(guó)基本已采用［2］?？偨Y(jié)過去1 700 km的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)城市軌道交通在系統(tǒng)制式多樣和技術(shù)不斷更新發(fā)展的同時(shí)，也暴露出一些突出問題。在軌道交通系統(tǒng)選型以及如何發(fā)展適合我國(guó)交通需求的城市軌道交通方面遇到了困難。城市的發(fā)展是多樣性的，不同區(qū)域、不同走廊所需要的交通系統(tǒng)是不同的。城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展及選型應(yīng)該以城市交通需求來決定車輛類型的發(fā)展，而不應(yīng)局限于現(xiàn)有車輛制式對(duì)城市所提供的服務(wù)。因此，有必要基于對(duì)城市功能的分析，進(jìn)一步梳理我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展需求，建立完善的系統(tǒng)等級(jí)體系，并研發(fā)相應(yīng)的成套技術(shù)，為不同層次的軌道交通體系提供完善可靠的技術(shù)支撐。本文旨在通過對(duì)城市軌道交通功能的適應(yīng)性分析，從功能需求角度尋求適應(yīng)我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)制式發(fā)展的方向，為我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

2 基于功能分類的系統(tǒng)需求研究

2.1 功能適應(yīng)性區(qū)劃

城市軌道交通的發(fā)展應(yīng)該服從于城市對(duì)交通的需求，不同城市及城市的不同交通走廊所具有的交通特性是不同的，故而對(duì)交通模式的需求也是不同的。分析國(guó)外發(fā)達(dá)城市軌道交通的發(fā)展發(fā)現(xiàn)，軌道交通與城市的協(xié)調(diào)發(fā)展是保持交通可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。不同層次的軌道交通線路提供不同區(qū)域的交通服務(wù)，下面從城市的不同功能區(qū)劃來分析城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展需求。

2.1.1 都市區(qū)

隨著特大城市的發(fā)展和城鎮(zhèn)化率的不斷提高，在特大城市外圍的特定范圍內(nèi)，與城市臨近的城鎮(zhèn)之間已經(jīng)逐步呈現(xiàn)出同城化的經(jīng)濟(jì)地帶，并已突破行政區(qū)劃概念的限制，在一定的區(qū)域范圍形成都市圈層。在該圈層，隨著同城化、區(qū)域一體化趨勢(shì)的增強(qiáng)，為解決該圈層交通擁堵、環(huán)境、城鄉(xiāng)一體化及能源等問題，需要發(fā)展用于長(zhǎng)距離、快速的客運(yùn)交通服務(wù)系統(tǒng)(如東京市郊鐵路)，最高速度在120～160 km/h，旅行速度一般為 60～80 km/h，運(yùn)量大，站間距大，可以解決100 km半徑圈內(nèi)的快速交通出行，以轉(zhuǎn)變汽車驅(qū)動(dòng)的“攤大餅”式的城市發(fā)展模式，促進(jìn)交通的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)長(zhǎng)三角區(qū)域、珠三角區(qū)域及京津塘區(qū)域均有發(fā)展該交通系統(tǒng)的需求。

2.1.2 市域

城市的快速擴(kuò)大，給城市外圍帶來的是衛(wèi)星城市的大量建設(shè)，城市進(jìn)一步向遠(yuǎn)端組團(tuán)式發(fā)展。這種市域范圍內(nèi)的組團(tuán)間的交通需求逐步加強(qiáng)，該范圍屬于馮杜能圈層理論的中圈層以內(nèi)地區(qū)。在該功能區(qū)內(nèi)，由于面積大、居民出行距離長(zhǎng)，且人口密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于郊區(qū)(外圈層)，因此應(yīng)該發(fā)展中長(zhǎng)距離、快速的城市客運(yùn)交通系統(tǒng)(如巴黎的RER系統(tǒng))，最高速度在120～160 km/h，旅行速度一般為40～60 km/h，運(yùn)量大，發(fā)車密度高，可以解決50 km半徑圈內(nèi)的快速交通出行。我國(guó)的直轄市以及部分省會(huì)城市具有這種需求。

2.1.3 主城區(qū)

主城區(qū)是整個(gè)城市核心功能與職能的載體，其地價(jià)遠(yuǎn)高于中圈層和外圈層，成為居民經(jīng)濟(jì)、文化、商業(yè)等活動(dòng)的主要集聚地，交通擁堵嚴(yán)重，需要發(fā)展大運(yùn)量、密間距、占地少的軌道交通系統(tǒng)。大運(yùn)量、中速的軌道交通系統(tǒng)(如地鐵及輕軌系統(tǒng))是解決該類交通的最佳選擇，最高速度為80～100 km/h，旅行速度一般在30～40 km/h之間，運(yùn)量大，發(fā)車密度高，基本為地下全封閉系統(tǒng)，能解決20 km半徑圈內(nèi)的通勤出行。目前，我國(guó)已運(yùn)營(yíng)的15個(gè)城市57條線路，里程近1800 km基本為該類系統(tǒng)，并且未來這種系統(tǒng)的建設(shè)需求仍然巨大。

2.1.4 組團(tuán)內(nèi)

在大城市的新城組團(tuán)內(nèi)部或中小城市的主要交通走廊也有發(fā)展大運(yùn)量城市軌道交通的需求，但相比其他區(qū)域，其高峰斷面客流不大，還未達(dá)到地鐵級(jí)的運(yùn)量。為了適應(yīng)這種層次的交通需求，并實(shí)現(xiàn)與高一級(jí)運(yùn)量系統(tǒng)間的銜接，發(fā)展中低運(yùn)量、環(huán)境友好的輕軌或有軌電車系統(tǒng)的需求巨大。這種系統(tǒng)旅行速度一般小于30 km/h，高峰斷面不大于2萬人次/h，主要解決組團(tuán)內(nèi)部或次要走廊的交通出行，實(shí)現(xiàn)組團(tuán)與主干交通網(wǎng)的合理配合。在歐洲發(fā)達(dá)城市，新型有軌電車已成為城市交通的一種潮流，成為各國(guó)城市建設(shè)的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)設(shè)施。目前，我國(guó)的北京、天津、沈陽、大連等城市同樣開始重視有軌電車的發(fā)展。今后一段時(shí)期，大力發(fā)展現(xiàn)代有軌電車、APM等小運(yùn)量軌道交通制式的綠色交通體系將成為趨勢(shì)。

2.1.5 功能適應(yīng)性區(qū)劃分析

按照圈層理論，在城市的不同功能區(qū)形成了對(duì)軌道交通不同的需求，在城市主城區(qū)，主要由大中運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)提供服務(wù)(如地鐵、輕軌);在市域范圍，主要由中長(zhǎng)距離的大高運(yùn)量快速軌道交通系統(tǒng)提供服務(wù)(如市域快線等);在遠(yuǎn)郊區(qū)(都市圈)，主要由長(zhǎng)距離大中運(yùn)量快速軌道交通系統(tǒng)提供服務(wù)(如市郊鐵路、城際鐵路等)，具體需求如圖1所示。

圖1 不同功能區(qū)域的軌道交通需求

2.2 系統(tǒng)發(fā)展需求矩陣

《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》按運(yùn)量等級(jí)把我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)劃分為3個(gè)類別:高運(yùn)量、大運(yùn)量及中運(yùn)量，具體系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)見表1［3］。

表1 《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中的系統(tǒng)分類

該分類對(duì)3類系統(tǒng)的主要目標(biāo)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了描述，對(duì)確定城市軌道交通的系統(tǒng)規(guī)模、系統(tǒng)配置水平、投資以及制定發(fā)展政策具有重要的指導(dǎo)意義。該標(biāo)準(zhǔn)解決的主要是主城區(qū)范圍內(nèi)城市軌道交通的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)問題。隨著城市軌道交通的發(fā)展，許多系統(tǒng)按照城市的實(shí)際交通需求和技術(shù)所確定的主要系統(tǒng)目標(biāo)(如旅行速度、線路長(zhǎng)度等)可能超出了該標(biāo)準(zhǔn)的涵蓋范圍，并且該分類方法的粒度偏大，不好掌握分類標(biāo)準(zhǔn)，具有進(jìn)一步細(xì)化的必要。

通過對(duì)城市不同功能區(qū)劃的分析，對(duì)比《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)的劃分，筆者從運(yùn)量和速度兩個(gè)主要維度，同時(shí)參考客流特征(線路平均乘距)及站間距等參數(shù)，列出城市軌道交通系統(tǒng)的需求劃分矩陣，將城市軌道交通分為4級(jí)(按旅行速度劃分)4等(按線路最大斷面輸送能力劃分)，來分析我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展需求，見表2。

表2 我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)需求劃分矩陣

1)新系統(tǒng)1。該系統(tǒng)主要解決長(zhǎng)距離、快速的交通出行，是旅行速度在60～80 km/h的軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)，可以突破城市軌道交通概念的范圍。適用于特大城市1 h交通圈的骨干系統(tǒng)，一般以地上敷設(shè)為主，設(shè)岔線與越行站。高峰小時(shí)斷面單向最大客流應(yīng)在2.5萬人次以上，平均乘距一般大于20 km，平均站間距大于5 km。線路主要與城市交通樞紐、副中心、衛(wèi)星城和外圍城鎮(zhèn)相連，是支撐我國(guó)城市長(zhǎng)距離軌道運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵系統(tǒng)，運(yùn)量主要處于大運(yùn)量、中運(yùn)量之間，應(yīng)研究與該運(yùn)量級(jí)別相適應(yīng)的載運(yùn)系統(tǒng)及相關(guān)配套技術(shù)。

2)新系統(tǒng)2。該系統(tǒng)主要解決中長(zhǎng)距離、快速的城市客運(yùn)交通出行，是旅行速度為40～60 km/h的城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)。適用于大、中城市市域范圍內(nèi)軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的快線，服務(wù)于0.5 h交通圈內(nèi)的高密度出行，一般是中心以地下敷設(shè)為主，外圍以地上敷設(shè)為主。平均乘距一般大于15 km，平均站間距大于2 km。主要連接城市近域重要組團(tuán)、主要交通樞紐、城市中心以及中心商務(wù)區(qū)。主要目的是提高次級(jí)網(wǎng)絡(luò)的效率，適用于高速、中速、低速系統(tǒng)的換乘客流，線路應(yīng)與中速、低速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)便捷的樞紐換乘。其運(yùn)量等級(jí)應(yīng)在高運(yùn)量和大運(yùn)量之間，應(yīng)研究與該運(yùn)量級(jí)別相適應(yīng)的載運(yùn)系統(tǒng)及相關(guān)配套技術(shù)。

3)新系統(tǒng)3。該系統(tǒng)主要解決組團(tuán)內(nèi)及區(qū)域走廊的中小運(yùn)量出行，旅行速度一般低于30 km/h，主要適用于我國(guó)大、中城市輔助線路以及小城市的骨干線路，如現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)等。目前，該層次系統(tǒng)在我國(guó)已有部分應(yīng)用。由于該種系統(tǒng)的研究較晚，相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)較少，仍然需要加強(qiáng)該運(yùn)量等級(jí)承載系統(tǒng)及相關(guān)配套技術(shù)的研究。據(jù)估計(jì)，我國(guó)對(duì)該種系統(tǒng)的需求城市超過100個(gè)，應(yīng)用需求非常大。

總體來看，我國(guó)目前建設(shè)的大部分城市軌道交通線路集中于城市的主城區(qū)，30～40 km/h旅行速度的城市軌道交通系統(tǒng)種類齊全，如我國(guó)A型車系統(tǒng)、B型車系統(tǒng)、直線電機(jī)系統(tǒng)、跨座式單軌系統(tǒng)等，并且經(jīng)過實(shí)際運(yùn)營(yíng)的檢驗(yàn)，其性能穩(wěn)定、安全可靠，規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)已經(jīng)形成了完整的體系，已基本滿足該層次的交通需求。隨著城市的快速發(fā)展，也出現(xiàn)了一些突出的問題。首先，對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)的定位較為模糊，在系統(tǒng)選線時(shí)未能充分考慮系統(tǒng)供給與交通需求的關(guān)系，多條線路為了服務(wù)郊區(qū)，在原有城區(qū)線路的基礎(chǔ)上向外延伸，線路已超過《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定;其次，軌道交通體系不完整，系統(tǒng)的運(yùn)能指標(biāo)差距過大，缺乏必要的中間層次的系統(tǒng)類型及滿足郊區(qū)等需求的系統(tǒng)，不能很好地滿足我國(guó)城市多樣性發(fā)展的需求。特別對(duì)于解決長(zhǎng)距離、大高運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)，以及解決組團(tuán)級(jí)、低速、中小運(yùn)量系統(tǒng)層面，仍有較大的發(fā)展需求。

3 我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展方向建議

根據(jù)上述對(duì)我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)需求的分析，目前我國(guó)30～40 km/h的城市軌道交通系統(tǒng)已基本完善，其他類型的系統(tǒng)均需完善，具體現(xiàn)狀及需求見表3。

4 結(jié)語

我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展雖然起步較晚，但經(jīng)過50多年的發(fā)展也取得了巨大的成就，除建設(shè)規(guī)模和運(yùn)營(yíng)里程不斷增加外，城市軌道交通的制式也由原來的單一地鐵制式向多樣化發(fā)展，到目前已有地鐵、輕軌、市域快線、有軌電車、市郊鐵路等多種城市軌道交通系統(tǒng)，以及普通輪軌、直線電機(jī)、跨座式單軌、磁懸浮等多種系統(tǒng)制式，這些系統(tǒng)基本解決了中心城區(qū)中速系統(tǒng)的交通問題。隨著城市對(duì)交通多樣化的需求，現(xiàn)有的系統(tǒng)已不能滿足我國(guó)對(duì)城市交通的需求，同時(shí)在系統(tǒng)的定位和分類方面也過于含糊，不能很好地指導(dǎo)我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展的方向，筆者從功能角度，結(jié)合城市對(duì)軌道交通的需求，力爭(zhēng)尋求科學(xué)合理實(shí)現(xiàn)其功能的軌道交通系統(tǒng)類型及其發(fā)展方向。

［1］北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司.輕軌交通技術(shù)集成示范報(bào)告［R］.北京，2011.

［2］北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司.我國(guó)城市軌道交通技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告［R］.北京，2011.

［3］建標(biāo)104—2008城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

［4］馮愛軍，魏運(yùn).輕軌交通系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用前景［J］.都市快軌交通，2011，24(6):1-5.

［5］魏運(yùn)，許雙牛，馮愛軍.我國(guó)城市軌道交通規(guī)劃問題與方法探討［J］.都市快軌交通，2010，23(6):44-48.

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［7］苗彥英.城市軌道交通的分類及定義研究［J］.鐵道車輛，1999，37(9):11-14.

［8］蔣雅君，楊其新.城市軌道交通系統(tǒng)的分類及選型［J］.城市軌道交通研究，2005，8(2):70-73.

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Demand Analysis for Urban Rail Transit Systems Based on Function Classification

Wei Yun1，2Xu Shuangniu1Ren Jing1Yang Ke1
(1.Beijing Urban Engineering Design＆ Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100037;2.ITS Research Center，Southeast University，Nanjing 210096)

Abstract:The paper analyzed the development and categories of urban rail transit systems. Considering the urban demand for rail transport, a two dimensional matrix of urban rail traffic demand was proposed, the main parameters of the matrix being transport volume and speed.To meet the demand of urban transport functions and in view of the characteristics and adaptability of urban rail transit systems, development orientation and proposals for China’s urban rail transit systems were put forward, which will serve as theoretical guidance to China’s urban rail transit technology.

Key words:urban rail transit; functional requirements; system classification

U231

A

1672-6073(2013)01-004-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2013.01.002

收稿日期:2012-01-06

2012-03-06

作者簡(jiǎn)介:魏運(yùn)，男，博士研究生，主要研究方向?yàn)槌鞘熊壍澜煌ㄒ?guī)劃、交通信息工程與控制，luckyboy0309@163.com

北京市科委科技重點(diǎn)項(xiàng)目(D101100049610000)

(編輯:曹雪明)