（交通运输规划与管理专业论文）城市轨道交通线网换乘系统分析与效率评价.pdf

中文摘要 摘要：城市轨道交通换乘站是城市轨道交通路网的关键结点，影响着整个路网运 营管理、经济效益、运输效益等各个方面。路网的规划与建设，使轨道线路越来 越复杂；线路交织接续，导致换乘站数量越来越多，换乘问题也越拉越复杂。目 前我国一些大城市的轨道交通线网已初步形成，正向路网规模的趋势发展，对线 网换乘问题的解决越来越紧迫。我国学者对城市轨道交通线网换乘问题的研究尚 无系统的成果，因此本文对此作了系统性的研究。 文章首先疆域直熟道交通拯丞搓益塑逸丞左式鲞征工丛宏观到丝理的班究； 宏疆土：盆扳工由堕圈绪捡麴缉型銮黑友式确定艘逸丞撞式i 邀观上：逗照盟釜 全逸丞盐卤登结掏塑担整线盟数窒阊焦置班冠：归纳工缝蹬间逸丞友式的筮差麴 选搔逸丞友式的显喧固塞。 其次，全面分析了换乘站的主体服务对象逸丞客逋的釜娄挂性：圭要鱼 括吐回麴盔丝：窒闷塾盔佳，熟感性笠。客流特性的研究使规划和运营管理部门 以乘客为本，制定更加合理的换乘设计方案和管理方法。 在分析换乘形式和换乘客流特性的基础上，丛丕统工程的墨塑出筮：握出工 越壶塾道变通拯丞丕统的接金：筮扳工逸丞丕缍数边能! 缝掏塑能左：给出工逸 丞丕筮生釜王丞筮能左让簋公式塑墼仝丕统的绽金髭左盐篡坌式。 城市轨道交通换乘系统的效率是影响整个路网服务效率的主要因素。对换乘 效率的准确评价，是了解换乘系统运营水平的必要内容。本文通过盆扳逸丞丞统 艘挂堑：丞且熬握鱼终岔堑( 立曼) 鎏建童工逸丞熬圣证俭佳丕：给出工迁俭氇拯啦 量毡左洼；差堑j e 立直昼益正查重耍的线圈虫趋2 仝逸丞盐进短工捶丞丞筮熬壅 迁俭：盟迸俭绪墨厘毖蛔固丞进征工逯盆扳。 最后，结合换乘系统效率评价结果，盆扳工拯丞丞统协遢笪挂堑：厦则狸目 拯：羞丛规划遮让塑运萱鳘堡甄友面：过毯圆间逸丞丕统的垃调埕出工互短的区 进左塞。 关键词：城市轨道交通；换乘；客流；换乘系统；协调；效率评价；d e a ；换乘 组织 分类号：1 3 2 3 1 9 2 a b s t r a c t a b s t r a c t ：t r a n s f e rs t a f f 咖a r et h ek e yp o i n t si nr a i ln e t w o r k , w h i c hi n f l e n u c et h e o p e r a t i o n ，e c o n o m i ce f f i c i e n c ya n dt r a n s p o r te f f i c i e n c yo f w h o l e r a i ln e t w o r k w i t ht h e p r o g r a m m i n ga n dc o n s t r u c t i n go fr a i ln e t w o r k , r a i ll i n e sa r em u c h m o r ec o m p l e x ，a n d t r a n s f e rs t a t i o n sa r eb c m i n gm o r e , a l s o 勰t r a n s f e rp r o b l e m s s o m eo fl a r g ec i t i e si n c h i n ah a v ea i r e a d yb u i l tt h eu r b a nr a i lt r a n s i tl i n en e t , a n da r ea h e a d i n gt ot h ed i r e c t i o n o f r a i ln e t w o r k r e s e a r c h i n go i lt r a n s f e rp r o b l e m si sn e c e s s a r y , a n ds o l v i n gt h et r a n s f e r p r o b l e m sb e t w e e ns u b w a yl i n e s i su r g e n tw h i l eb u i l d i n gt h eu r b a nr a i lt r a n s i t n e t w o r k t h e r ei sn o ta n yv a l u b l er e s e a r c ha b o u tt r a n s f e rb e t w e e nr a i ll i n e s s ot h i s a r t i c l ei sac r e a t i v ep a p e ro nr e s e a r c h i n ga b o u ti t t h ea r t i c l ea n a l y z e dt r a n s f e rm o d e sa n dt r a n s f e rm a n n e r s t r a n s f e rm o d e sa r e d e t e r m i n e db ys t r u c t u r eo ft h er a i lt r a n s i tn e t w o r ka n dt h el i n e - c r o s st y p e sf r o mt h e o v e r a l lp r o g r a m m i n ga n dd e s i g ni nac i t y n 坞t r a n s f e rm a n n e r si nt h ed e t a i lt r a n s f e r s t a t i o na r er e s e a r c h e d , a n dc h o o s e i n gf a c t o r so f t r a n s f e rm a n n e l 瞎a r eg i v e n t h e nt h em a i ns e r v i c eo b j e c t t r a n s f e rp a s s e n g e r sa r ea n a l y z e d t h ec h a r a c t e r i s t i c s a r et i m e - d y n a m i cc h a r a c t e r , s p a c e - d y n a m i cc h a r a c t e r , a n ds e n s i t i v i t y t h ep a s s e n g e r c h a r a c t e r sc a l ld i r e c to p e r a t o r st os e tt r a n s f e rd e s i g n sa n do r g a n i z a t i o nm e t h o d sb a s e d o np a s s e n g e r s t h em i l1 m n s i tt r a n s f e rs y s t e mi sm e n t i o n e df o rt h ef o r s tt i m ef r o mt h es y s t e m s e n g i n e n t i n gi d e o l o g y i t sf u n c t i o n , s t r u c t u r e , a n dt h es u b - s y s t e m sa r ea 1 1 a l y z e d a n dt h e c a p a a i t yc a l c u l a t i o ne q u a t i o n sa b o u tb o t l ls u b - s y s t e m sa n di n t e g r a t es y s t e ma r o b u i l t 1 1 地w h o l er a i ln e t w o r k ss e r v i c ee f f i c i e n c yi si n f l u n c o db yt r a n s f e rs y s t e m e f 五c i e n c y s oi ti s 鼢| r yt oe v a l u a t et r a n s f e re f f i c i e n c yc o r r e c t l y 皿ee v a l u a t i o n s y s t e mb a s e do i ld a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i sm 甜试i 8b u i l t i nt h ea r t i c l e , w h i c hi su s e x l t oe v a l u a t et h et r a n s f e re f f i c i e n c y a n dt h e na l le x a m p l ei su s e dt oe v a l u a t et h ee i g h tr a i l t r a n s i tt r a n s f e rs t a t i o n si nb 蜘i n g t h ee v a l u a t er e s u l t sa r er e s e a r c h e db e h i n d a tt h ee n d , c o m b i n i n gt h ee v a l u a t i o nr e s u l t s ，t h ec h a r a c t e r s ，h a r m o n yp r i n c i p l e s a n da i m so ft r a n s f e rs y s t e mi sl i s t e d 1 1 ”a u t h o ra d v a n c e ds o m ei m p r o v i n gm a l s u r e s f r o mb o t hp r o g r a m m i n ga n dm a n a g e m e n ta s p e c t s k e y w o r d s ：u r b a nr a i lt r a n s i t ；t r a n s f e r ；, p a s s e n g e r sf l o w ；m m s f e rs y s t e m ；h a r m o n y ；, e f f i c i e n c ye v a l u a t i o n ；d a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s ( d e a ) ；t r a n s f e ro r g a n i z a t i o n c l a s s n o ：u 2 3 1 9 2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：习筠汤 签字日期：厕年朋月1 0e l 导师签名： 签字日期：0 p 0 7 年馆月。日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：、司尚函签字日期：岬 年，2 月7 9 日 致谢 本文是在导师周磊山教授的悉心指导下完成的，在此衷心感谢周老师一直以 来对我的关心和指导! 周老师在工作和事业上的热情，感染着我们同门的所有学生；多年来，周老 师以其坚强的毅力，乐观豁达的人格精神，严谨务实的工作态度，精益求精的求 实精神，感染并激励着我，使我提醒自己不断的学习和进步，认真扎实的投入到 工作和学习中的每一件事情中，做对自己和对别人都负责人的人，并不断地提高 自己的综合素养和能力。两年半的时光转瞬即逝，我在周老师门下学到的专业知 识、做人道理都将跟随我一生。我的进步凝聚着导师的心血，我永远不会忘记导 师对我学业上的指导和生活上的帮助，他永远是我学习、工作、生活的榜样，我 将永记于心! 感谢乐逸祥师兄两年多来的帮助，他在事业上的奋斗精神，激励着我，使我 牢记要不停的努力学习； 感谢孙琦师兄在思想上和生活中的帮助，在实验室工作及撰写论文期间，孙 师兄对我论文中换乘能力的研究给予了热情帮助，在此向他表达我的感激之情； 感谢吴晓东师兄、秦胜师兄、陈雍君师兄、夏明师兄在学业上的指导和生活 上的帮助，让我在专业学习、项目参与以及编程等各方面都有了进步； 感谢房霄虹、刘彦虎、杨恩慧、王永明同学在学习和生活上的关心，特别是 房霄虹对我论文中客流特性部分提出的宝贵意见，使我能够顺利的完成该部分的 研究； 感谢北京地铁运营有限公司对本论文基础数据方面的支持和帮助； 感谢我的同班同学在两年多的时问里对我学习、生活上无私的帮助；特别感 谢我的舍友王爱娜和赵莉同学、我的好友买媛嫒同学对我的关心和帮助，我们在 学习上互相督促，有了很大的进步；生活中乐趣多多；并共同探索求职之道，渡 过了一段美好难忘的时光； 感谢8 6 0 1 师门的王稀楠、周妍、蔡龙军、胡兴宇、张一梅、邹晖、缪道平等 师弟师妹们对我论文校对时提供的热情帮助和支持； 感谢我的父亲和妹妹，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 1 选题背景与研究意义 1 1 1 选题背景 l 绪论 城市轨道交通线网换乘问题是轨道交通推广路网规模化建设首要解决的问题 之一，它影响着整个路网的经济效益和运输效益等各个方面。 我国人口与经济的增长带动了交通出行量的大幅增长，迫切要求大中型城市 发展以城市轨道交通为主干地位的公共交通模式，以有效地解决城市的大量交通 出行和交通拥堵问题。轨道交通作为城市交通的骨干，以其大容量、高速度、安 全舒适的特点成为居民出行首选的交通方式。轨道交通线网的建设，逐步促进轨 道交通向路网规模发展，同时伴随着线路之间的衔接与换乘问题的出现。因此， 解决轨道交通线路问的换乘问题，使其以其高效的运转带动各条轨道线路的协调 接续，促进轨道交通路网规模的形成，对整个城市交通的发展意义重大。 大城市的轨道交通系统庞大而复杂，必须通过建立完善便捷的换乘系统，才 能使整个路网系统充分发挥活力。轨道交通线网之间换乘的重要性可以从以下几 点来说明： l 、以百万人口占地一百平方公里的城市为例，若每平方千米划分一个交通小 区，如果用轨道交通线路将其点点之间直接连接，需要4 9 5 0 条线路【1 1 。显然，既不 可能也无必要，因此线路之间必须通过换乘来解决。 2 、城市交通是由多种交通方式构成的。如果采用不同的交通工具，换乘更是 大量存在。大中型城市面积大范围向外部扩张，导致居民远距离的出行大多依靠 轨道交通。 3 、合理方便的换乘可以充分满足出行者的选择要求，减少出行时间，提高轨 道交通的竞争力。 4 ，考虑到重要的出行起讫点以及必要的和可能的出行换乘点，多点轨道交通 线路的设置方法可以经济合理地规划线路与换乘点，节约初期建设投资。 5 、换乘站的合理设置可以为公交线网的优化、调整提供有利条件，增加轨道 运营线路的应交能力，提高运营效率。 6 、轨道交通换乘站的设置为轨道交通体系分阶段发展、可持续发展以及网络 化发展奠定了必要的基础 城市轨道交通线网规模的扩大，导致了换乘站数量的不断增长，且其增长速 度比轨道线路数增加的速度更快些。据统计，大部分轨道交通换乘站是2 线或3 线交会的。在巴黎、东京、纽约、伦敦等国际性大都市中，也有相当数量的轨道 交通枢纽是由4 条或4 条以上的线路相交构成的。在日本东京乘坐轨道交通的乘 客中9 0 以上都需要在不同的线路问换乘。 城市轨道交通在我国大范围内发展起来，各大巾型城市已建立了轨道交通踌 网规翅i 方案随着轨道线路的修建，轨道线路之间的换乘站也随之增多。当前， j e 京市为了迎接2 0 0 8 年奥运会，正在大范围的修建地下铁路，缓解城市交通拥堵 局面。迄今，北京市的城市轨道交通线路有5 条，线路问的换乘车站达到了1 0 座； 随着轨道交通线路的不断增加，线网密度将越来越大，路网规模初见端倪。至2 0 1 5 年，线路之间的换乘站将增加到3 0 座，其中两线换乘站2 6 座，三线换乘站4 座。 我国的其他大中型城市，如上海、广州，都在不断地规划和建设城市轨道交通线 网，轨道交通正向路网规模的方向发展。随着路网规模化的建设，轨道交通线网 问的换乘问题成为当前急需研究的课题，换乘站的功能和作用也将更加突显出来 因此。对换乘站进行系统化的研究和效率评价，并在评价结果的基础上提出可行 的规划与管理两方面的措施，有助于提高换乘站的效率，能够增强轨道交通线路 闽的联络，增加客流吸引量，同时还可以提高轨道交通的利用率，增加交通规划 的经济效益，为周边地区带来更大的社会效益。 本文基于北京市城轨指挥中心与大规模运营管理信息系统 的课愿，从系 统工程的角度来分析轨道交通线路之间的换乘问题，提出轨道交通线网换乘系统 的概念，建立模型评价各个换乘站的换乘效率，并结合评价结果给出提高换乘效 率的有效措施，以提高整个轨道交通路网对旅客出行的吸引力为整个系统的开 发做基础性的研究 1 1 2 研究意义 轨道交通线路网络化建设的目的是保障居民出行的畅通和快捷，为乘客提供 安全、方便与舒适的环境。随着城市轨道交通网络的不断扩大，换乘站的地位越 来越显著，成为影响轨道交通效率和服务水平的主要因素。 所谓。换乘”，是指乘客从一种交通工具转换到另一种交通工具，或从一条 路线转换到另一条线路【2 】城市轨道交通换乘是指出行者为到达目的地，进行轨道 交通线路间的换乘或轨道交通与其他交通方式换乘的一种行为活动轨道交通换 乘主要包括：轨道交通线路之间的换乘、轨道交通与地面公交的换乘、轨道交通 与私人小汽车、自行车等交通方式的换乘本文针对城市轨道交通路网规划的趋 2 势，主要研究城市轨道交通线网的换乘问题。 随着轨道交通路网规模化的建设，并逐步投入运营，轨道交通车站在城市中 随处可见。轨道交通线路之间相互交织形成换乘车站，使得乘客能够在不同的轨 道线路之问方便的转线，快速到达目的地。轨道交通线路之间的换乘成为居民出 行的必然行为，随之产生的将是大量的轨道交通换乘客流，以及换乘组织问题。 因此，立足于现状，解决轨道线路问换乘问题将有利于目前混合交通的治理，以 及客运交通结构的改善；着眼于未来，为了充分发挥轨道交通在城市公共交通中 的骨干作用，落实以轨道交通为骨干的公交优先的发展战略，解决好换乘问题也 是至关重要的。 城市轨道交通车站、线路与路网三者是点、线、面的关系，轨道交通车站是 轨道交通的局部和个体，即客流集散点、换乘节点和起终点；线路是轨道交通的 主要走廊，受城市交通客流、城市网络布局的影响；轨道交通路网是整体的面， 受点和线的结构形态，以及城市地位、规模、形态等影响。轨道交通换乘站，是 整个路网的连接中枢，轨道线路之间的交叉点，其功能和作用比一般的轨道交通 车站更重要，除承担一般车站乘降旅客的功能外，还承担着不同线路之间转换， 以及整个路网的连通作用。因此，对换乘站的研究，有助于对线路、路网整体宏 观的把握。 轨道交通换乘站对整个轨道路网的运营、发展、调度，都起着重要的作用。 轨道交通换乘站的设计和布置，直接体现了轨道交通的运输效率和服务水平。其 换乘的通畅程度，将直接和间接地影响到客流在整个路网上的均衡分布，以及路 网能力的充分利用。与此同时，其在直接影响换乘乘客的满意度的前提下，将影 响城市轨道交通路网对出行乘客的吸引力度，从而影响轨道交通运营企业的经济 效益，影响其在综合交通体系中的支柱作用。 轨道交通换乘站是轨道交通线路的中枢，目前它存在的问题主要包括换乘距 离长、换乘时问长、换乘客流量过于集中、组织协调的力度不够等。换乘站的这 些问题，直接关系着相关线路的运转和组织，影响着整个路网对出行客流的吸引 力度，以及轨道交通的快捷性和方便性。因此，合理规划、建设换乘枢纽，提高 运输组织的效率，完善换乘系统的功能，具有十分重要的作用。 目前，我国学者尚没有对轨道交通线路问换乘站进行系统化分析。轨道交通 线路交织形成的换乘站的功能越来越显著，而对于轨道交通线网换乘的系统性分 析和换乘站的发展趋势，以及换乘设施能否满足未来路网运营下的客流需求，换 乘站相连的轨道线路上列车发车问隔如何调整才能使乘客对换乘的方便快捷性达 到较高的满意度，如何疏导换乘站客流方能解决不同的轨道交通运营的分配问题， 等等，这些都是推动轨道交通网络化建设和运营需要研究的问题 3 1 2国内外发展与研究现状 1 2 i 国内发展与研究现状 自北京六十年代建成我国第一条地铁以来，天津、上海、广州的地铁也相继 建成并投入运营。目前，南京、深圳、青岛等城市的地铁建设也进入了实质性魄 启动阶段，今后随着国家对城市基础设施投资力度的逐步加大，还会有一大批的 城市逐步建设大容量的快速轨道交通系统。以快速轨道交通系统的车站为据点进 行城市综合换乘枢纽的建设已显得越来越重要。但在我国以往的地铁建设中，对 于地铁的换乘及其与其他交通工具的衔接与换乘重视不够，影响了地铁高效性的 发挥。 早期投入运营的地铁在规划建设时对于她铁的换乘及其与其他交通工具的衔 接与换乘重视不够，造成换乘站的效率低下，影响了地铁高效性的发挥。随着地 铁的发展，换乘问题逐渐得到各界的广泛重视，并在实践中逐步改进。如已投入 使用的北京西客站即为国内第一个集铁路、地铁、地面公交、停车( 包括自行车) ， 地下商业设施为一体的大型综合换乘枢纽；在上海，伴随轻轨明珠线、地铁二号 线的建设，在中山公园、原铁路上海站等综台换乘枢纽的规划与设计中，充分考 虑了换乘的便利性与高效性。2 0 0 6 年l o 月，我国最大的城市轨道换乘枢纽车站一 一上海的世纪大道站投入使用，它骑跨张杨路和福山路间的世纪大道中部，站体 结构分为地下三层，总建筑面积超过4 2 0 0 0 平方米，其中四线换乘共用部位的建 筑面积就已达到1 4 8 0 0 多平方米。它在既有线2 号线、新线4 号线及其地下主变 电站汇合处施工，实现“嫩”字型交汇的四线换乘站。世纪大道站以共事原赠、 集中控制、集中管理、人性化设施为设计思想，推动着上海的轨递交通进入网络 化运营管理时代 目前国内对轨道交通换乘的研究，主要集中在以下方面t l 、轨道交通与其它交通方式之间的换乘研究 近两年来，国内学者对抉乘问题引起了相当的重视，研究的对象主要集中在 轨道交通与公共交通、铁路车站以及自行车的换乘，研究内容主要有t 换乘枢纽 的换乘衔接方式、换乘布局规划、换乘组织方法的比选等。 ( 1 ) 罗雁云i j j 对轨道交通换乘体系进行了研究，提出应保证各种交通方式间的 便捷换乘；甘勇华嘲对自行率与轨道交通的换乘客流空间分布特性、衔接的必要性， 衔接总体思路、衔接设施布局模式等方面进行了探讨对轨：邀交通与其他交通方 式换乘的设施、衔接方式、空回利用等方面进行研究的文献较多 s 4 0 l 。 ( 2 ) 轨道交通换乘车站的规划、设计、布局。目前对轨道交通线路交叉处的换 4 乘站的研究主要集中在换乘站的设计与施工方案上，特别对上海市、广州市的轨 道换乘枢纽的研究，如以广州地铁换乘枢纽为例研究了多功能枢纽和复杂多线换 乘枢纽的规划布局0 1 - 1 3 】；对上海市的轨道交通换乘站的设计方面的研究，主要热 点集中在世纪大道站、徐家汇站换乘枢纽的研究【1 甜。 ( 3 ) 换乘枢纽的评价分析。目前对换乘枢纽的评价主要集中在换乘枢纽的布局 评价、换乘枢纽建设项目社会评价、枢纽的换乘效率评价方面。采用的方法多为 层次分析法( a h p ) 、基于r o u g h 集理论的灰色聚类评价方法、数据包络分析( d e a ) 法。 1 9 - 2 2 2 、轨道交通换乘枢纽规划布局及自动化研究 对于轨道交通换乘问题的研究尚处于起步阶段，并且没有为轨道交通路网化 做准备，目前的研究主要集中在换乘站的空间规划、换乘自动化的研究。 ( 1 ) 对换乘站的研究主要有：换乘方式的研究、导向设施的设置、交通信息服 务的提供、以及零换乘方式选择方案的实现。龙建兵等【2 3 倒对线路间换乘方式进 行了较全面的研究；华立仑【2 7 】对换乘站导向标志的设置原理和应用，对提高换乘 效率提出了新的见解。杨晓光 2 8 1 对轨道交通换乘枢纽的交通信息服务进行了分析， 提出了静态信息与动态信息相结合的优化设计方法，以求实现轨道交通换乘枢纽 交通信息服务的人性化、系统化。新民、丁诺等 2 9 - 3 2 】分别以上海南站地铁站、重 庆地铁三号线和南京地铁一号线为例，探讨了轨道交通换乘枢纽的“零距离”换 乘和无缝接驳换乘的规划与设计。 ( 2 ) 对换乘设施自动化的研究，包括自动售检票系统、设备监控、空调与通风 系统等。郭琦【3 3 】提出轨道交通换乘站自动化系统的组成以及功能，并对联动性较 强的通信、自动售检票，设备监控，防灾报警，消防系统、空调与通风系统等方 案设计、方案对比、方案研究和实旌，实现资源共享进行全面详细的介绍和说明； 龚伟敏等 3 4 1 3 5 】对自动售检票系统作了研究，分析了自动售检票系统方案必须适应 换乘站的运营模式以及工程建设的需要，并对换乘站的自动售检票系统方案进行 初步的探讨，提出从大厅型收费区和交叉型收费区两种方案考虑的观点。 ( 3 ) 换乘站选择方案、设计方案研究。李凤玲【3 6 】提出了对城市轨道交通换乘枢 纽进行综合评价的广义效用函数法，以广义效用函数值的大小对各换乘方案进行 比较。陈文n , t r q 对轻轨和地铁线的换乘设计方案，以及处理换乘点的功能、形式 及与城市区域环境的协调等进行了研究。 ( 4 ) 轨道交通网络化运营方面探讨，朱沪生等【3 3 删从规划和建设中存在的问题， 提出共线、多交路运营的实现，一票换乘的不同运营商票款分配方案。 从上述分析可见，目前国内学者对轨道交通的换乘问题的研究，集中在轨道 交通与其他交通方式之间的换乘，但是对轨道交通线路之问换乘的研究尚没有系 5 统的可参考资料。 1 2 2 国外发展与研究现状 1 8 6 3 年，英国伦敦建成了世界上第一条地下铁路，从此开创了大城市客运快 速轨道交通发展的新纪元【。随着轨道交通在城市公共交通中地位的提高，交通工 程师们越来越认识到建设以轨道交通枢纽为主导地位的综合客运枢纽系统的重要 性。 总体来看，国外对轨道交通换乘，同样集中在综合性枢纽的研究问题上。对 于地铁换乘站，国外在开发多层式综合换乘枢纽方面有较多的研究。前苏联的学 者提出，在地铁换乘站，每缩短l o 米的步行路线，可节省一分钟，如用该时间乘 坐地铁，则能行驶1 0 0 0 米的路程1 4 5 j 。大城市中，由于地铁换乘车站不但可以实现 干线与环流交通之间的换乘，而且也为与其他交通方式所构成的集散交通之间的 换乘提供了据点，所以地铁网络系统构成了城市中的换乘枢纽。法国巴黎戴高乐 航空港，在同一建筑里集中了新干线( t g v ) 、区域快速地铁( p e r ) 、空港内部的小 型地铁( m i m m e t r o ) ，相互通过垂直或水平自动步行道换乘；日本东京铁路车站采 用多层衔接的方式，完成铁路与地铁及其他交通工具的换乘；伦敦除了通过改变 轨道线路的布局和车站格局外，还采用智能卡，电话信息服务系统，公交接驳， 扩大停车场等一系列措施来方便换乘出行。 国外发达国家的客运枢纽因城市的地理位置、政治条件、经济条件、气候及 旅客特性等不同而各具特色，其总的趋势呈现出以下几方面的特征 4 5 t ( 1 ) 最短的换乘距离傩l 括换乘站的形态与空间组织、垂直与水平自动步行道的 设置等) ： ( 2 ) 简洁的平面组织与一目了然的诱导标识； ( 3 ) 舒适的换乘条件，充分的空间容量，各方向分流，互不干扰l “) 安全与完善的服务设施； ( 5 ) 各种交通工具的联运( 包括票价、运行时刻表等) ，多层次衔接，立体换乘； ( 6 ) 智能化趋势，完善的机械化设施。 国外对客运枢纽在布局规划、智能技术上的研究和应用，在理论上取得了一 些成就。如m a r i a n o v ，v ( 1 9 9 9 ) 4 6 3 在枢纽选址上充分体现时间和费用的关系，建 立0 - l 线性规划模型，并采用t a b u 启发式算法求解，适用于航空或货物运输枢纽 的确定。m a r t i n s ，c l ( 1 9 9 8 ) 即】建立了以成本最小化为目标，同时满足资源约束和 需求约束，设计接运公交线路和发车频率的优化模型，并提出了一种启发式程序 组合求解的方法a f a , z a d e h , m ( 2 0 0 0 ) 等人【4 8 4 9 1 对换乘服务水平和换乘设施建设、 6 维护、运行总成本、乘客的期望值的研究，得出各种条件下乘客最优占有空间。 l e e ，i c k t 和h a l l ，r w 踟【5 l 】以实现乘客换乘步距最小为目标，开展了一系列有 关机场换乘枢纽最佳几何形状的研究。 国外在建设以轨道交通枢纽为主导的交通综合客运枢纽方面积累了丰富的经 验，值得我们借鉴。但是，对轨道交通线网换乘的理论研究方面也没有系统的研 究。对换乘闯题的系统化研究，以及对其效率的评价分析，是从系统学的观点研 究问题的实质和相关的影响因素。在交通领域，系统化的对问题进行研究并加以 评价，能使问题得到更好更彻底的解决。本文在借鉴学者已有的对轨道交通与其 他交通方式换乘的研究成果的基础上，采用系统学观点，将换乘问题作为一个系 统提出，更深入的研究线网换乘问题在整个路网规模化建设中的作用。 1 3研究思路与研究内容 1 3 1 研究思路 文章从换乘系统与换乘系统效率评价两方面展开研究，首先分析换乘形式和 换乘客流特性，提出了轨道交通换乘系统的概念，并分析了换乘系统的结构、功 能与能力计算；然后采用数据包络分析( d e a ) 法建立了换乘系统的效率评价体系， 并对北京市正在运营的线网中的换乘站进行了效率评价，对评价结果进行分析； 最后从换乘系统协调的角度出发，从规划设计和运营管理两方面来分析提高换乘 效率的有效措施，完善换乘系统与整个路网运转之间的协调性。文章的整体结构 如图1 1 所示。 7 1 3 2 内容安排 图i - i 论文结构框架 f i g 1 - l t h es l n l c o a r ef r a m e o f p a l f 论文的内容安排如下； l ，第一章绪论：选题背景和研究意义；国内外发展和研究现状i 研究思路 与内容。 2 、第二章轨道交通线网换乘形式研究：从宏观上分析城市轨道交通路网中 线路的交叉方式、路网结构的布局，以及由此确定的换乘模式；微观上分析各换 乘站内部的结构设计和换乘方式分类、选择影响因素，进一步阐明换乘问题研究 的必要性。 3 、舞；三章轨道交通换乘客流特性分析：针对换乘站的主体使用对象换乘客 流，分析换乘客流的特性，其中包括时间动态性、空间动态性、敏感性 一。一厂。，。l 4 、第四章轨道交通换乘系统分析：从系统工程的思想出发，提出轨道交通 线网换乘系统的概念，分析城市轨道交通换乘系统的结构和功能，并提出子系统 和综合系统能力计算公式。 5 、第五、六章轨道交通线网换乘系统效率评价体系和实例分析：针对轨道 交通换乘系统的特征和结构，采用数据包络分析( d e a ) 法建立换乘效率评价体系， 给出了换乘效率评价指标的量化方法。并在分析北京市轨道交通运营情况和规划 方案的基础上，以北京市目前正在运营中的轨道交通线网为例，研究换乘站的换 乘效率，并对评价结果加以分析。 6 、第七章提高轨道交通换乘系统效率的协调方法探讨：结合换乘效率评价 体系应用的实例，根据换乘系统的协调性原则、特征和功能，从规划设计和运营 组织两方面对换乘组织方法提出可行性改进措施。 7 、第八章结论与展望：总结本文的研究内容与研究成果；并对城市轨道交 通线网换乘的相关问题做进一步的展望。 1 4 本章小结 本章从轨道交通线网换乘的重要性起笔，分析了城市轨道交通向路网发展的 趋势，以及换乘站与路网协调发展的相互关系，指出换乘问题的研究在轨道交通 路网发展中的重要作用；通过分析换乘枢纽的发展情况和国内外对换乘枢纽的研 究情况，指出了从系统的观点研究线网换乘的重要性和必要性，确定了本文研究 的主题和内容。 9 2 城市轨道交通线网换乘形式研究 城市交通体系的运转离不开换乘站，它需要换乘站实现轨道交通与其他交通 工具相互抉乘，进而形成城市中的其他交通枢纽，并且这些枢纽往往能够带动城 市区域的开发，形成城市的都市副中心在这类换乘枢纽串最为重要的是轨遘 交通线路之间( 包括地铁和轻轨) 的换乘。 轨道交通的换乘形式与客流量、城市空间的约束条件、科学技术水平、施工 能力、经济发展水平等因素密切相关。轨道交通换乘站的建设，从站外换乘到站 内换乘，目前正朝着综合化( 多种交通工具换乘) 、便捷化的方向发展。早期的站内 换乘，不仅结构复杂，而且换乘不便。现在世界各国在轨道交通换乘站的建设中， 都力争使两条换乘线路上的绝大多数客流横过站台即能换乘，并最大限度地缩短 换乘距离。为此一些换乘站甚至通过复杂的立交隧道来组织实现，以保证主要客 流实现最短距离的换乘，这种方式已应用于斯德哥尔摩地铁换乘站和香港的地铁 建设中。 随着我国轨道交通的发展，换乘问题已经成为影响轨道交通建设、运营的一 个重要因素。轨道交通的换乘形式多样，但无论采用何种形式均要满足城市交通 对轨道交通的要求，要满足乘客出行的要求，要保证有足够的运输能力把设计的 最大客流量在规定的时间内便捷地运送到目的地。在线网规划、预可行性研究及 设计的全过程中，都应该把各线交叉衔接、站位的选择确定、换乘站的研究设置 和换乘方式的选择放在重要的位置上，妥善加以解决。车站换乘的方案设计应在 轨道交通车站设计前期展开。在换乘方案基本确定的基础上，再进行车站的结构 设计，进一步完善换乘问题的一些细节，把高效率和方便换乘作为换乘站设计的 重要环节。 换乘形式与轨道交通的路网结构、线路交叉或接续的方式密切相关，本章主 要分析由路网结构确定的抉乘模式和由线路的空间结构、交叉或接续方式确定的 换乘方式。 2 1由路网结构确定的换乘模式分析 基霾搓式但鲤壁匿叁趔皴是指自照厦趣捌鲍整链绪翅确定艘殛惫嚣题釜丝上 线照查间鳆逸丞站董基逝属蹬隧的查屋形盔e 宣墨延圣仝逸垂塑复墓逝厘照嘎丕 阃的缝拨羞鲢羞丞。轨道交通路网结构是由城市的总体规划与地理形态决定的， 随着轨道交通路网的搭建与规划理论的成熟，轨道线路间的交叉方式逐渐确定， l o 换乘模式也就确定了。因此，路网结构及线路间的关系对换乘模式有决定性作用。 本节将通过研究轨道交通路网结构下线路间的关系，来分析换乘模式的构成。 路网按线路布置方式可划分为联合路网和分离路网两种基本类型。f 2 】 ( 1 ) 联合式路网：各条线路在同一平面内交叉，在交叉处用道岔连接，因而各 条线路之间可以互通列车，在整个路网上可以像城间铁路那样实行联运，乘客可 以直接到达位于线路上的目的地车站。 ( 2 ) 分离式路网：指各条线路在不同标高的平面上相交，不同线路上的列车不 能互通，乘客必须通过交叉点处的换乘站中转站才能到达位于其他线路上的目的 地车站。参见下图2 1 。 l l 联合式路网分离式路网 图2 1 联合、分离式路网结构简图 f i g 2 一lr a i ln e t w o r ks t r u c t u r eo f u n i o na n dt p a r a t i o n 分离式路网比联合式路网具有明显的优点，因为分离式路网能保证在完全安 全的条件下最好的组织大频率和高速度的交通，其缺点是必须换乘，线路系统不 可能发展。世界上多数大城市的轨道交通线路是按分离式路网修建的，也有少数 城市是按联合式路网修建的，如纽约和伦敦。还有部分城市，如马德里，将两者 组合起来，即在主要线路方向上是相互分离的，而其它线路之间是相互联合的。 2 1 1 路网结构中线路基本形态与换乘模式 我国已建和正在规划建设地铁的城市，都是按照分离式路网规划和建设的。 因此，本文将主要针对分离式路网进行轨道交通线路之间的形态关系以及换乘模 式的分析【2 】。 轨道交通任意两条线路之间的基本形态，按照交叉点的多少，可将换乘模式 分为无交叉换乘模式、一次交叉换乘模式和多次交叉换乘模式三种。 1 、无交叉换乘模式 轨道交通路网中，两条线路之间不交叉的情形可分为三种： ( 1 ) 两条线路平行或近似平行布置，如蒙特利尔( 见图2 - 2 ) 的地铁，图中蓝色和 绿色线路几乎平行，无交叉。 ( 2 ) 两条线路虽不平行但相距较远，如在一些特大城市中，由于城市建成区面 积较大，两条主要的交通走廊走向大致相同但相距较远。 3 由于河流等地理因素，两条线路问无法或尚未连通，如布里斯班轨道交通 圈2 - 2 无交叉的线路凰一蒙特利尔 r i g a - 2n o n - c r ml i n e * j nm o n t e r i a 无交叉换乘模式中，两条线路之间无法实现直接换乘，而是通过与这两条线 路都交叉的线路进行两次或两次以上的换乘来实现，或是通过其它出行方式来实 现，因而这两线之间的客流转线很不方便。 2 、一次交叉换乘模式 轨道交通线路之间交叉一次，即两线之间存在一个换乘站，线路交叉的形态 呈十字形、x 字形、t 字形及y 字形四种十字形交叉常见于方格式路网中，如 北京地铁路网lx 字形交叉出现于含有三角形的放射式路网中；t 字形或y 字形 交叉多出现于一些树状网络中，如布里斯班、阿根廷的布宜诺斯艾利斯市( 见图2 - 3 ) 等城市轨道交通路网中线路交叉一次，使得两条线路之间可以实现直接换乘， 但是当换乘客流很大时，容易引起换乘客流的相互干扰和混乱。 1 2 图2 - 3 交叉一次的线路图一布宜诺斯艾利斯 f i g 2 - 3 o n c e - a c r o s sl i n e si nb u e n o sa i r v s 3 、多次交叉换乘模式 两条线路之间相互交叉两次，便构成两个换乘站，两者间的距离可以较远， 也可以较近，甚至是紧邻的两个站。因此该种线型构成了多次交叉换乘模式，根 据线路相交的方式可分为连续换乘模式和对称换乘模式。 在交叉点相距较近的情况下，交点间的线路多为平行或近似平行式的布置， 只是在两交点外侧才开始分开。在一些大城市的客流量很大的交通走廊上会采用 这种情况，如伦敦地铁的皮卡迪利( p i c c a d i l l y ) 线与行政区( d i s t r i c t ) 线( 参见图2 4 ) 在 h a m m c r s m i t h 至s o u t hk e n s i n g t o n 之间的线路便是平行布置的，在此区间设置了五 个连续的换乘站，这就构成了连续换乘模式 此外，当两条线路在某些地段的换乘客流量特别大，单个换乘站无法满足要 求时，也会采用这种方式，如香港的荃湾线与观塘线在太子、旺角和油麻地有三 个连续的换乘站，荃湾线与港岛线在中环和金锣有两个连续的换乘站，参见图2 - 5 1 3 图2 4 连续换乘站伦敦轨道交通路网结构图 f 培2 4c o n t i a u o m 把m 自耳蛐l 虹呻i 且l o n d o n 图2 - 5 连续的换乘站一香港地铁路网示意图 f i 量2 5c 位h 娜om h 谢旨蛐m i nh o n gk a n g 两条线路交叉点相距较远时也有两种常见的结构形态一种是两条线路在市 中心区的两端相交，焦点之间的线路形成一个包围的c b d ( 中央商务区) 的环，形 同鱼状，即所谓的鱼形结构，如图2 - 6 左所示。这种线形的设计使得换乘客流得以 在两个换乘站上换乘，减轻了换乘站的压力，方便了乘客的换乘。这种结构现已 越直扭遵交道线匾逸丞形式班究 为许多城市轨道交通系统的基本构成，如米兰、里约热内卢、多伦多、罗马等城 市。另一种结构是一条穿越市中心区的辐射线与一条环绕市中心区的换线相交， 如图2 - 6 右所示，这种结构的换乘站主要由环线的位置决定，能够通过环线使得辐 射线上的客流便捷地转换到其它辐射线上。这种结构是构成环形放射式路网的 基本部分。由此构成了对称换乘模式，乘客在换乘时可以有多种选择，避免客流 过度集中在同一个站换乘 图2 - 6 鱼形换乘和弧弦式换乘 f i g 2 - 6 f i s h - s h a p e dt r a n s f e ra n da r c 血a n s f e r 当两条线路之间交叉两次以上或多条线路交叉，除星形外，一般都会构成两 个以上的交叉点，其形态特征是上述三种基本关系的组合，如下图2 7 所示 关孓伞 星形三角形“日a 字形 灭大h “d 字形“大d 字形半“井a 字形 图2 - 7 多线交叉构成的多点换乘 f i g 2 - 7 t r a n s f e rs t a t i o n si ns e v e r a ll i n e sa o r o 2 1 2 路网形态结构基本类型与换乘模式 城市轨道交通路网结构一般是由三条以上的线路相互组合构成，受城市地理 环境等条件的制约和影响，构成千姿百态的路网形态。线路越长，数量越多，则 路网形态越复杂，换乘模式与换乘方式也随之增加，变得复杂。最常见的路网形 态结构是网格状、无环放射状及有环放射状，按此同样可将换乘模式分为棋盘换 1 5 乘模式、多线一点换乘模式和混合换乘模式，如图2 8 所示 2 1 s 3 j * 谖 网格状路网无环放射状路网有环放射状路网 棋盘换b 模式多线一点换b 模式混合换b 模式 图2 - 8 路网形态结构与换乘模式 f i g 2 4 r a i ln e t w o r ks m l c t m ea n dt r a n s f e rm o d e t 、棋盘换乘模式：网格状路网的各条线路纵横交叉，形成方格网，呈栅格状 或棋盘状。网格状路