城轨交通线网发展特征及运营设施配置
2011-04-13 05:48
城市轨道交通线网发展特征及运营设施配置
【摘 要】论述城市轨道交通网络建设发展中值得研究的问题,包括城市规模与城市轨道交通网络规模的关系、与线网规模相适应的线网客流量以及各种资源配置的关系、伴随线网规模运营而产生的网络化运营服务性诉求及设施配置与单线建设特征的差异等。在对各城市规模分类的基础上,通过对城市轨道交通在各发展时期的网络规模、服务水平、运营设施配置参数的统计、归纳和趋势分析,结合运营成本和效益原则,提出各相关规模城市不同发展阶段的发展特征,以及其各阶段的网络规模、服务水平和运营设施配置标准。
【关键词】城市轨道交通 线网规模 网络服务水平 运营设施配置
至2006年,世界上已有170多个城市拥有轨道交通系统,运营线路650多条,运营里程超过1.29万km。目前,我国已有10座城市拥有轨道交通系统,运营线路32条,运营里程944 km。虽然近年来北京、上海、广州等城市开始步入轨道交通网络化建设、运营阶段,积累了初步的网络运营经验,但对城市轨道交通网络的发展阶段划分、服务水平和运营设施配置标准尚处于探索阶段。
1、轨道交通的城市规模划分
为避免系统特征的混淆,在对各城市的综合交通目标、线网规模、客流规模、系统选择、设施配置、运营效率等各因素进行归纳分析时,从系统参数特征趋同的角度,对城市规模按500万人、200万人、100万人3个等级予以划分。
按这一分类标准,目前世界上拥有轨道交通的500万以上人口的城市26座,线路长度比例为23.32%;200~500万人口的城市35座,线路长度比例为38. 66%; 100~200万人口的城市48座,线路长度比例为15.10%;100万人以下人口的城市55座,线路长度比例为22.92%,见表1。
从各城市开展轨道交通建设的历程来看,一般都经历了3个阶段:启动期、发展期和完善期,3个时期均具有比较明显的特点。
1)启动期:从国内外各城市的建设情况来看,一般这个时期为10年左右的时间,建成线路不超过线网规模的15%。如广州从1993年至2003年仅建成35.4 km线路,占在建线网的14.9%。
2)发展期:一般为15年至20年左右的时间,线网在这个时期快速增长,年均建成线路可达10km左右,建成线网一般达到城市线网规模的80% ~90%。如巴黎从1898年至1913年,增建172.6 km,建成线网规模达到93.5%。
3)完善期:线网规模基本稳定,其建设主要是对线网结构和城市各区域提供运输服务的完善,线网建设强度低。如巴黎从1922—2005年的83年时间,线网增建了29.5 km,建设长度仅有14.3%。
城市轨道交通线网建设的3个阶段特征,使其网络建设历程整体呈现S型的发展趋势,其中发展期对城市轨道交通建设的把握会对线网运营效益产生重大影响。
2、轨道交通线网发展特征及其运营配置
城市轨道交通系统运营效率虽然受到城市交通现状、国民经济发展阶段、城市交通发展、城市空间发展和土地开发形成等多层面多因素的影响,各项指标存在较大的离散性,但从供给、使用指标的统计数据来看,存在明显的效益区间。当供给指标位于该区间时, 可以获得明显的使用效益。考虑到线网客流发展具有长期性的特点,本文重点对运营30年以上线路的相关数据进行对比分析。
通过分析,发现城市轨道交通的效益与城市轨道交通资源配置有着直接关系,虽然两者之间不存在线形关系,并可以初步形成以下结论:
1)轨道交通在机动化出行中的比例与人均站点数指标存在明显的阀值,在达到该阀值之前,轨道交通承担率会随着人均站点数指标的提高而快速增长,并达到极值,之后开始回落,同时在一定范围内,站点日均客流强度与其具有同步性。
2)当人均站点数指标超过阀值后,站点日均客流强度和轨道交通出行率随之下降,并无法实现综合交通目标。
3)不同规模的城市除了阀值不同外,其在不同时期能够取得的使用效果也存在较大的差异。
4)从统计数据看,大城市远期轨道交通方式在机动化出行中的分担率按30%规划具有可实现性。
各规模城市轨道交通人均站点数与轨道交通方式使用指标情况统计见表2。
结合轨道交通的3个发展阶段,对其进行运营参数的统计,其系统配置参数统计见表3。
3、线网线路长度及站间距分布分析
在影响线网各运营设施配置的众因素中,除了线网结构形态外,其首要因素为线路长度和站间距分布。根据资料统计,各规模城市轨道交通线网中20% ~50%的线路长度不超过15 km,40% ~65%的线路长度为15~36 km,线网平均线路长度为15. 8~25. 4 km,也存在线网平均线路长度超过36 km的情况,其最大平均线路长度分别达到51和60.5 km。超过60%的城市平均站间距为0.7~1.68 km,40.9%的200万~500万人口规模的城市和21.8%的100万人口规模的城市线路平均站间距超过1. 5 km,最大平均站间距超过2.5 km,显示出与超长线路相匹配的特性,见图1。
分析表明,城市轨道交通线网平均线路长度的选定存在以下特征:
1)线网平均线路长度一般不超过36 km,且线路长度与城市规模存在一定的相关性,线路长度随着人口规模的降低呈减少趋势。对200万以上人口的城市,线路长度宜为15~36 km,100万人口以下城市线路长度可小于15 km。
2)对于200万~500万和100万以下人口规模的城市线网,由于城市形态和线网规模的制约,线网存在超长线路的可能。
3)平均站间距在0. 8~1. 5 km的区间居绝对优势,体现了轨道交通运行对“快速”的要求与线路服务水平和运营效益的平衡,可以看出,站间距是速度与效益的平衡性指标。
4、线网行车服务水平分布分析
在线网结构、规模确定后,直接影响网络车辆、定员配置的是网络行车密度(TC)参数。从资料统计来看:500万人口以上规模的城市线网最小行车间隔平均水平初、近、远期分别为5、3、2 min及以内水平;200万~500万人口规模的城市分别为4、4、2. 5min水平; 200万以下人口规模的城市基本为3min水平。从总体上看,线网行车间隔存在以下特征:
1)线网行车间隔与城市人口规模不存在明确的相关性,但在线网各发展阶段均存在基本服务水平的要求,线网行车间隔可以归纳为4~6min、2~3min和2min这3个标准。
2)线网行车间隔具有随管理水平提高和运营时间推移而逐步减小的趋势特征。在线网启动期服务水平多选用4~6min标准;在发展期,其服务水平标准逐步提高;在完善期,行车间隔趋于稳定或略有回升,服务水平多选用2min及以内标准,以发挥其最大运营效能,见图2。
在线网完善期,线网建设规模基本可满足城市客运要求,轨道交通的服务供给与城市需求之间基本达到动态平衡,若继续增加线路建设规模,则可能存在以下两种情况:其一为加密线网密度,由于线网对客流点的平衡作用,其他线路的客流强度降低,因此,从运营经济性考虑,可采用适当减少行车密度的措施,以保持合理运营效益;其二为线网向外延伸,由于为非大客流点,则向外延伸线路会使本线平均客运强度下降,而线网行车密度基本维持原有水平。
5、线网每千米线路车辆配置指标分布分析
线网每千米线路车辆配置实际上受到线路的旅行速度、行车密度以及车辆乘客站立密度标准等因素的直接影响,使各线路车辆配置指标存在差异,但由于以上各因素在技术标准选取上的趋同性,使线路车辆配置指标同样出现趋同性。从每千米线路配置指标资料统计来看: 500万人口以上规模的城市平均线路配车(NC)初、近、远期分别为6、9、13辆/km; 200万~500万人口规模的城市分别为6、8、10辆/km; 100万~200万人口规模的城市分别为4、6、9辆/km; 100万人口以下规模的城市分别为2、4、5辆/km。在考量线路配车指标的同时,由于线路客流强度存在差异,因此需要同步考量车辆日客流强度指标。就车辆客流强度统计来看,其分布范围为444~6 697人次/辆,各规模城市平均车辆客流强度指标初、近、远期分别为1 900~2 200人/辆、1 500~2 000人/辆、1 400~1 800人/辆。
线网每千米线路车辆配置和车辆日客流强度存在以下特征:
1)在线网启动期,每千米线路配车存在基本模数;在线网发展期,每千米线路配车指标呈不断增长趋势,同期车辆日客流强度随之增大并快速发展至高峰,之后逐步降低;在线网完善期以后,每千米线路配车指标趋于稳定,车辆日客流强度有所下降。总体上,各规模城市的车辆日客流强度呈现初期大,近、远期逐步降低的特点。
2)线网每千米线路配车指标在各发展期存在明显发展特征。线网启动期(初期)每千米线路配车指标一般为完善期(远期)的36% ~65%,平均为47%;线网发展期(近期)线路配车一般为远期的69%~83%,平均为75%。
3)结合线路长度、站间距和行车密度分析, 200万人口以上城市的轨道交通车辆编组适宜采用6辆以上编组,见图3。
结合线路长度、站间距、行车间隔水平等因素,通过统计归纳,在线网规划阶段可以采用以下公式估算各时期车辆配属数,其估算精度范围为±20%,基本可以满足规划阶段的需求
其中:L为线网站间距, km;Tmin为线网行车密度,min;K为线网平均车辆客流强度,人/辆·d;Kc为线路车辆客流强度,人/辆·d;Nc为线路平均配车数,辆。
6、线网定员配置指标分布分析
线网效率除了通过线网客流强度、线路车辆配置、车辆客流强度等指标表达外,还需要通过线网定员配置指标予以表达。统计数据显示: 500万人口以上规模城市线网平均定员为60~80人/km;200万~500万人口规模城市为40~60人/km;100万~200万人口规模城市存在2个量级,量级1初期为20人/km,近、远期为20~40人/km,量级2初期为40~60人/km,近、远期为100~120人/km;100万人口以下规模城市为20~30人/km。线网定员配置指标分布的发展存在以下特征:
1) 500万以上人口城市线网定员各发展期配置指标虽然处于同一个量级内,但其发展形态为V字形,线网定员配置指标呈现初、远期高,近期低的特性。
2) 200万~500万人口城市线网各发展期定员指标基本相当,线网定员具有与线网发展的同步特征。
3) 200万人口以下城市线网定员配置指标呈现初期低,近、远期高,量级基本相当的特点,且具有伴随线网、客流增长的特性。
7、城市轨道交通线网规划指标及运营参数指标建议
鉴于轨道交通的实际运营现状,轨道交通规划对其规模的确定,应在遵循追求城市综合交通目标的基础上,同时兼顾自身效率和效益。通过统计数据分析,结合轨道交通运营成本平衡的基本概念,城市快速轨道交通各阶段的规划指标选取范围建议如表4所示,城市快速轨道交通线网运营设施配置规划指标选取范围建议如表5所示。
8、结论
1)城市轨道交通运营效果与一个城市的各个层面联系紧密,其效果存在较大差异,不可以一种单一模式认识这一交通方式的发展,需要充分预计各种发展的可能,但其发展又存在明显的规模效益区间,这一特点无疑提醒人们,尤其需要注重其经济规模的论证,注重对运营效益的合理控制,以避免过犹不及问题的发生。
2)规模收益递增现象是规模经济的结果,但规模的扩大是有限度的,超过一定限度后规模收益递增将消失。
3)在线网的启动期、发展期,运营设施资源的配置在一定范围内与线网长度、客流的增长具有同步性。在该时期,线网行车密度、配属车数、运营定员等设施配置水平表现出与之匹配的特性。
4)构成城市轨道交通线网的两个最基本要素———线网结构特征和线网密度,对确定线网合理的行车密度、每公里线路配车数以及线路定员等运营设施配置指标的经济性,具有决定性作用。
5)鉴于在线网规模超过一定限度后不可避免地会出现效率递减现象,因此在保证网络服务水平的前提下,应注重对行车间隔、线路定员、线路车辆配置等指标的合理控制,以控制线网运营成本。
6)在开展项目前期研究时,应注重对线路各期运输效率的分析,并宜补充万人站点数、站点日均客流强度、定员客流强度、车辆客流强度等参数作为评价指标。
参考文献
[1]叶霞飞,明瑞利,李忍相.东京、首尔轨道交通客流成长规律与特征分析[J].城市轨道交通研究,2008,6(6):16-20.
[2]谭瑜,叶霞飞.东京新城发展与轨道交通建设的相互关系研究[J].城市轨道交通研究,2009,7(3):1.
[3]张新军,赵小琴.世界城市地铁与轻轨最新动态[M].北京:中国铁道出版社,2001.
[4]广州市地下铁道总公司.广州地铁年报(2000~2006)[M].广州:广州市地下铁道总公司,2006.
