（岩土工程专业论文）地下铁道路网规划的理论与实践.pdf

西南交通大学硕士研究生学像诠文塞i 亟 摘要 在二十一世纪，快速轨道交通成为我国城市交通的一项发展战略，这也 成为大城市解决交通问题的重大基础设施。如何在城市及其区域内系统、合 理并科学地规划远期轨道交通线路和网络，使其适应具体的城市地理形态和 城市总体规划的土地利用格局，带动城市的土地开发：如何选择合适的路网 规模和合理的路网形态，以提高交通的可达性，最大限度地吸引客流，成为 我国选择发展、规划快速轨道交通的大城市所面临的共同问题。 本文在研究大量城市交通规划以及轨道交通规划的文献和研究成果的 基础上，论述了城市轨道交通路网规划的重要意义，并指出了当前在规划中 出现的问题。论文介绍了她铁路网规划的主要内容，并对地铁路网规模进行 了探讨，提出了合理路网规模的概念。路网形态关系到交通的可达性以及吸 引的交通量的大小，其合理性非常重要，本文对中小型路网形态进行了多项 指标的计算，并利用图论及网络流理论对中小型路网进行了拓扑分析。地铁 路网方案的优劣涉及到评价指标体系的建立，本文对此也进行了论述。最后， 以成都市为例，从以上各方面系统讨论了地铁路网规划的实现过程，在进行 路网方案分析和评价的基础上，提出了一些建议，其结论具有较大的实际意 义。 关键词：规划，地铁路网，图论，路网规模，路网形态 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t i nt h e2 1 “c e n t l l r y , u r b a nr a i lt r a n s i th a sb e c o m ea ni m p o r t a n td e v e l o p m e n t s t r a t e g yf o ru r b a nt r a f f i c i nc h i n a , a n da l s oas i g n i f i c a n ti n f r a s t r u c t u r ef o r s o l v i n g t r a f f i c p r o b l e m s i n l a r g e c i t i e s w i t h i n c i t y a n di t sr e l a t e d r e g i o n ， s y s t e m a t i c a l l y , r a t i o n a l l ya n ds c i e n t i f i cf u t u r ep l a n n i n gf o rr a i lt r a n s i tr o u t e s a n di t sn e t w o r k ，a n di t s c o m p a t i b i l i t y w i t hl a n du s e p l a n f o r s p e c i f i c g e o g r a p h i c a lf o r ma n dm a t e rp l a no fc i t y , 眦c o m m o np r o b l e m sm e tb yl a r g e c i t i e sp l a n n i n gf o rr a i lt r a n s i ts y s t e m si nc h i n a p r o p e rs e l e c t i o no fn e t w o r k s c a l ea n di t sr a t i o n a lf o r mf o ri m p r o v i n ga c c e s s i b i l i t yi sa l s oi n c l u d e di nt h e s e p r o b l e m s o nt h eb a s i so f s t u d y i n g v a s tr e s e a r c hp a p e r sa n d r e p o r t so nc i t yt r a f f i cp l a na n d r a i lt r a n s i tp l a n t h es i g n i f i c a n c eo fu r b a nr a i lt r a n s i tp l a ni ss t a t e di nt h i s d i s s e r t a t i o n c u r r e n tp r o b l e m s c o n c e r n i n gu r b a nr a i l t r a n s i tp l a na r ea l s o d i s c u s s e d m a i nc o n t e n t so fr a l lt r a n s i tp l a na r ef i r s t l yi n t r o d u c e di nt h i sp a p e r r a i lt r a n s i tn e t w o r ks c a l ei sa l s od i s c u s s e da n dt h ec o n c e p to fr a t i o n a ln e t w o r k s c a l ei si n t r o d u c e d r a t i o n a l i t yo fn e t w o r kf o r mi sv e r yi m p o r t a n tb e c a u s ei t r e l a t e st 0 a c c e s s i b i l i t y a n dt h ea t t r a c t e d q u a n t i t y o ft r a f f i c m u l t i i n d e x c a l c u l a t i o nf o rm e d i u m s m a l ln e t w o r kf o r mi sc a r r i e do u ti nt h i sd i s s e r t a t i o n g r a p ht h e o r ya n dn e t w o r k f l o wt h e o r yi sa l s ou s e df o rt o p o l o g i c a la n a l y s i sf o r m e d i u m s m a l ln e t w o r k e s t a b l i s h i n go fe v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m sn e e d i n gf o r e v a l u a t i n go fd i f f e r e n tp l a n s i sd e s c r i b e di nt h i sd i s s e r t a t i o n a t l a s t t a k i n g c h e n g d uc i t ya se x a m p l e ，f o l l o w i n gt h em a t e r i a l sd i s c u s s e da b o v e ，t h ew h o l e p r o g r a mo f r a i lt r a n s i tp l a ni s s y s t e m a t i c a l l yd i s c u s s e d ，b a s eo na n a l y s i sa n d e v a l u a t i o no fn e t w o r kp l a n ，s o m e s u g g e s t i o n i s p u tf o r w a r d ，w h i c hc a nb e i m p o r t a n tr e f e r e n c e sf o re l a g i n e e d n g k e yw o r d s ：p l a n ，r a i lt r a n s i tn e t w o r k ，g r a p ht h e o r y , n e t w o r ks c a l e n e t w o r kf o r m 亘蜜窑迢盔主堡主塑塞生耋垡鲨塞篁! 基 第1 章绪论 1 1 城市快速轨道交通的基本类型和应用范围 现代的城市快速轨道交通，美国称为u r b a nr a i lt r a n s i t ，台湾称为大众 捷运系统。除传统的地铁系统外，在实践中还使用替代的解决方法，有地面 的快速轨道交通、轻轨和单轨电车。j i m e n e zs j ( 1 9 9 3 ) 1 】对快速轨道交通做 了分类。耳前世界上主要有四种城市快速轨道交通形式： 1 地铁( s u b w a y , 英国称u n d e r g r o u n d ，欧洲也称m e t r o ) ，用于通过大 城市城区、商业中心区。 2 轻轨( l i g h tr a i lt r a n s i t ，简称l r t ) ，郊区及卫星城、连接机场等远 离市区的重要人流集散地，中小城市中心的客运走廊。 3 通勤铁路( 美国称c o m m u t e rr a i l ，又称市郊铁路r u r a lr a i l ) ，连接都 市外围城镇。 4 高架单轨电车( m o n o r a i l ) ，应用在客流量强度不大的走廊。 下面就地铁和轻轨在一些运营数据上进行一下比较，由表1 - l 所示。 表1 - 1 地铁和轻轨的运营特性 运孬雨f 逃型 地铁轻轨 高峰小时的单向运输能力3 - 6 万人0 6 2 万人 平均运行速度3 0 6 0 公里d , 时1 8 - 4 0 公里，小时 与地面交通隔离率 1 0 0 3 0 8 0 最大通过能力4 0 对列车，小时2 4 对列车川、时 从数字上看，地铁运营的能力高于轻轨。但是由于地铁具有造价高、一 旦建成就无法改变和设施使用寿命长的特点，因此对它必须有很高的规划要 求。 1 2 地下铁道的建设和发展 随着我国的经济发展和城市化进程的加快，我国大城市的数量和规模增长很 快，目前我国百万人口以上的城市有3 4 个，其中超过3 0 0 万人口的城市有 8 个。大城市人口的增加和规模的不断扩大，使城市交通需求迅速增长，尽 管近年来城市道路及车辆拥有量都大幅度的提高，但是交通问题依然突出。 按照运输规划学者w a b e rs m i t h l 2 的建议标准，人口超过1 5 0 万人的都市就 应该有捷运系统。地铁是城市快速轨道交通的一部分，因其运量大、速 度快、污染小、能耗低以及准时等优点，被称为“绿色交通”。 自1 8 6 3 年1 月1 0 日，在伦敦用明挖法施工的第一条地铁通车丌始，城 市交通就进入了轨道交通的新时代【4 5 】。总体说来，地下铁道的建设和发展 经历了以下几个阶段： 第一阶段：1 8 6 3 1 8 9 9 年，世界上有7 个城市修建了地下铁道： 第二阶段：1 9 0 0 - - 1 9 4 9 年，世界上有1 3 个城市修建了地铁； 第三阶段：二战后，随着各国城市大运量公共客运需求的快速增长，地 铁发展非常迅速。到1 9 9 9 年为止，世界上有4 4 个国家、1 1 5 座城市开通了 地下铁道。线路总数为3 3 6 条，总长为7 0 0 0 多公里，车站总数为5 4 0 0 余座。 其中，英、法、美等发达国家在二次世界大战之前就开始了地铁建设，到 1 9 9 9 年末，总里程就已达到了2 8 4 0 公里左右【j j 。 总的说来，在战后的半个世纪里，地铁建设突飞猛进，其具体的相关数 字参见表1 2 。用图表可表示为图1 1 所示。 表1 2 全世界分年代的地铁建设里程【4 时段同期建设地铁的城市数，个同期新建的地铁里程k m 1 9 5 0 1 9 6 0 年l o4 5 5 6 5 1 9 6 1 1 9 7 0 芷i o7 7 9 0 0 1 9 7 1 1 9 8 0 生2 91 6 3 4 8 0 1 9 8 i 1 9 9 0 年2 99 7 8 2 0 1 9 9 1 1 9 9 9 年1 74 1 5 3 0 在1 3 0 多年的时间里，地 铁建设的发展在世界各地表 现出了不同的发展程度和各 自的地方特色。比如，纽约是 当今世界运行线路最长的城 市，其线路多达3 7 条，全长 为4 3 2 4 k m ，车站多达4 9 8 个。 巴黎地铁又是世乔上最方便 的地铁，每天发出地铁4 9 6 0 一 图1 1 世界地下铁道发展趋势示意图 列，而且它也是世界上层次最多的地铁，包括地面大厅一共有6 层，通常一 般只有2 3 层。而莫斯科地铁又是世界上最豪华的地铁，有欧洲的“地下宫 殿”之美誉。如今，全世界地铁运营里程超过1 0 0 公里的国家就有l o 几个， 参见表1 - 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 表1 3运营里程超过1 0 0 拥的城市地下铁道概况 城市城市人口区域人口线路高架线路地面线路地下线路车站 ( 万人)( 万人)( k m )( i o n )( k m )( k m )( 个) 纽约 7 3 01 3 3 04 3 61 2 97 52 5 35 0 l 伦敦6 7 03 9 82 3 51 6 32 7 3 巴黎2 i o1 0 2 01 9 21 3 7 1 l1 7 74 2 9 莫斯科 8 8 02 2 03 61 8 41 4 3 东京8 4 01 1 9 02 1 82 42 01 7 42 0 6 芝加哥3 0 0 7 0 01 6 38 56 0181 4 3 墨西哥 2 0 0 01 4 l1 02 81 0 31 2 5 柏林 2 6 04 3 81 9 l37 41 1 4l8 0 汉城 1 0 2 01 3 5 01 1 61 1 61 0 2 马德里 3 2 04 0 01 1 3351 0 5 1 3 7 华盛顿 6 03 0 01 1 21 04 06 26 4 斯德哥 6 61 6 01 0 56 29 9 尔摩 大阪2 6 01 0 4 1 19 89 39 8 相比较而言，亚洲地铁的发展与 欧洲相比则起步较晚，但是后期的发 展速度却非常迅猛。在战前，除了东 京和大阪拥有地铁之外，其余的国家 都是在战后才开始发展地铁。如今， 亚洲拥有地铁的国家已将近3 0 个。 亚洲城市分年代的地铁建设如表 1 4 。表示为图1 2 所示： 图1 2 洲地下铁道发展趋势示意 表1 4 亚洲分年代的地铁建设里程 时段同期建设地铁的城市数1 个同期新建的地铁里程k m 1 9 5 0 1 9 6 0 年27 8 2 5 1 9 6 l - 1 9 7 0 年l5 4 o o 1 9 7 1 1 9 8 0 正73 5 2 2 0 1 9 8 l - 1 9 9 0 年72 3 1 2 0 1 9 9 i 1 9 9 9 年82 8 4 2 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 我国地下铁道的建设起步较晚。1 9 6 9 年建成的第一条地下铁道线是北 京地铁( 北京站至苹果园) 一号线。全长为2 4 1 7 公里。这是一条以战备为 主的地下铁道线。随后又修建了北京地铁二号线( 环线) 的北半环、复八线。 继北京地铁之后，1 9 8 4 年又修建了7 4 公里长的天津地铁，1 9 8 9 年建成了 上海地铁1 号线，1 9 9 8 年又建成了上海地铁2 号线，1 9 9 8 年建成了广州地 铁l 号线。目前，我国已经投入运营的地铁线路长达1 4 5 公里长。 根据 2 0 0 0 年中国城市年鉴的统计，我国已超过1 0 0 万以上人口的 城市见表l 一5 所示一。根据我国有关机构的研究和建议，人口超过l o o 万人 的城市就可以修建地铁【6 j 。虽然人口因素不是修建地铁的唯一条件，但是从 9 0 年代开始，许多2 0 0 万以上人口的大城市和特大城市就已经开始了地铁 建设的筹备工作。所以在1 9 9 5 年8 月日本经济新闻对此进行报道“中 国的城市开始了交通革命”，“建国以来最大的地铁热”。尽管我国的地铁建 设在起步上较其他国家相对较晚，但是目前我国已经在修建和准备开工的地 铁就有2 0 多条，近期规划的就有5 0 条。可以肯定地讲，2 1 世纪的中国将 形成地铁建设的高潮。 表1 - 5我国超过1 0 0 方以上人口的城市 人口数( 万人)城市数目城市名称 1 0 0 2 0 02 1宁波、贵阳、昆明、兰州、太原、石家庄等 大连、长春、哈尔滨、南京、 2 0 0 3 0 08 深圳、成都、台北、两安 3 0 0 5 0 05 天津、沈阳、武汉、j 。州、重庆 _ 5 0 03北京、上海、香港 1 3 地铁路网规划的意义 从表1 1 中可以看出，在战后的几十年时间里，地铁建设的总里程占总 地铁里程数的8 0 。而且随着城市交通问题的不断恶化，地铁建设已经逐渐 被提到日程上来了。地铁建设是一个城市的基础性设施，是一项投资大、工 期长的系统工程。它的形成和建设关系到城市建设的方方面面。它对城市的 形成和发展以及人们的生活方式都产生着深远的影响。m a t t o e 7 1 说：政治 家和投资者应该相信生活质量不是对今天而言的，而是2 0 年后，规划我们 子孙的生活质量。因此，对地铁的建设应有很高的规划要求，而作为地铁建 设的关键问题一网络规划就有着战略性的意义。 地下铁道路网的布局是否合理，直接关系到地下铁道能否在城市交通中 发挥重要的作用；直接关系到基本建设费用能否降低造价、节约经费：也关 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 系到能否方便、有效地为居民生活服务。反言之，如果地铁路网的规划不够 合理，那么就会影响到城市的建设和长远的发展【8 】。由于路网的规划与城市 用地规划紧密相关，因此在地铁建设中必须针对路网规划做到心中有数。地 下铁道路网布局合理与否，导致能否有效地吸引运输客流。而且经验证明轨 道交通的建设只有在形成一定的网络时才可以吸引更大的客流需求。 早期建设的地下铁道没有统一的规划，往往是根据某一时期某一地带客 流量的需要逐步地进行建设。这样一条条叠加起来的线路，无法形成一定格 局的路网，如伦敦、巴黎、纽约等。 在我国，由于路网规划的不够合理，使得路网规模相当庞大。仅北京、 上海、成都、济南、天津、广州6 座城市所规划的路网总规模就是亚洲现有 地铁总规模的2 3 倍。 网络规划的不合理，会带来很多的负面效应。比如像客流负荷不均匀、 换乘不便等现象。以伦敦的地铁建设和莫斯科的地铁建设相比较。莫斯科的 地铁负荷强度大于伦敦地铁的负荷强度，但是其路网密度却低于伦敦的地铁 路网密度。究其原因就在于：伦敦地铁缺乏较好的规划，结果导致了它的路 网布局极其不合理，产生了如路网庞大，负荷不均匀等的负面效果【9 】。 由此可见，路网规划的好坏直接影响着后期的社会效益和经济效益。因 此，作好地铁路网的规划工作有着长远的意义。 1 4 地铁路网规划的研究现状以及存在的问题 在国内外，城市轨道交通的路网规划方面的专门著作仍旧少见，而且这 方面的文献也多分散在各个领域中。从目前的国内外资料来看，认为城市轨 道交通规划可以划分为互相关联的三类问题：第一类是研究轨道交通布线或 者叫网络设计问题，第二类是轨道交通需求分析预测，第三类是城市交通规 划方案的评价和决策问题。在本节中，主要就第一类问题论述i l l 前的研究工 作的现状以及所存在的不足。 m g e n d r e a u 【l o j 等人于1 9 9 5 年把启发式算法应用到城市轨道交通规划 中，从一初始线图式，通过移动网格单元，建立网格系统，寻求相邻单元的 较优答案： 目标函数：m i n a - c + b p + c o d ( 1 1 ) c 一造价和成本 j p 一线路覆盖的人口 o d 一线路覆盖的交通分布量 a , b ，c 一系数 加拿大卡尔加里大学土木系【l l 】使用分析方法建立车站选址模型和估算 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 车站数目，采用最小生成树的概念优化，使得地铁隧道的建筑费用和列车运 营费用之和为最小，解决了地铁选择放射形线路的这一特殊情况。 这些方法本身存在的缺陷就在于仅仅考虑集中在线路覆盖的人口数上， 没有考虑全面的出行需求。仅仅考虑静态的指标，如人口和o d 点流量，而 不考虑出行的方向和出行距离，也不考虑存在的其他的交通方式以及客运系 统的竞争作用。大致上所采用的方法是公路选线的一些方法和手段i l “。 天津综合交通研究所在2 0 世纪8 0 年代末期，在现代道路客运交通流量 密度图上，将客流较大的路段与人为判断的合理走向结合起来规划地铁线 网。这种做法的一个缺点是没有考虑其它客运方式及各方式之间的竞争作用 【l3 1 。 轨道交通网络设计的影响因素十分复杂，而且到现在为止在设计上仍然 是经验占主导。由于人的认识的局限性。光靠定性分析或少数的几次定鼍分 析都难以获得满意的路网方案，必须切实有效地把定性分析与定量分析有机 地结合起来，构成定性分析与定量分析的循环，才能逐渐的改善我国的路网 规划中所存在的一些问题：如没有完整的路网规划理论和方法，没有完整的 路网评价体系等等。 1 5 本文的主要研究内容 1 对地下铁道路网的规划思想、规划内容进行分析，总结出适合我国地 铁路网规划的基本思想。 2 对她铁路网的规模进行分析和评价。 3 对中小型地铁路网的形态进行研究，并且利用图论及网络流中的概念 对路网形态进行了拓扑结构分析。 4 对路网规划的评价指标体系进行研究。 5 以成都市的地铁路网规划为实例，以上述各指标为参照，进行相应的 计算，为成都市地铁路网的规划提供两个可供参考的备选方案。 第2 章地铁路网规划的主要内容 2 1 地铁路网规划的指导思想 地下铁道具有客运量大、速度快以及在运行中没有交叉矛盾的特点，决 定了它的其它公共交通方式所无法比拟的优越性i l 。 目前普遍存在的地铁路网规划思想共有两类，分别是： 第一类是公共交通系统以地铁交通为主体，地面公交作为接驳( 送达) 的交通工具，为地铁交通集散客流； 第二类是公共交通系统以地铁交通为骨干，地面公交与地铁交通紧密 结合，优势互补，协调发展。 第一类规划思想被一些经济发达国家普遍采用，如纽约、伦敦、巴黎等 城市。第二类规划思想一般被一些发展中国家和地区所采用，如新加坡、香 港等城市。结合到我国的具体经济情况及地铁建设的发展情况，应采用第二 类规划思想。即：以地铁交通为骨干，与地面公交紧密结合的方式来实现地 下铁道的大运量运输。 2 2 地铁路网规划的内容 地铁路网的规划一般是在对城市结构与土地利用、城市客流需求的空删 分布特点以及线路工程实施可行性进行定性与定量分析的基础上，形成多个 备选方案。并在此基础上，对备选方案进行必要的规划。一般说来，规划内 容包括以下几点i l 副： 1 估算各条线路的客流量，进行初步的客流分析： 2 各条线路的大致走向和主要经由； 3 路网形态分析和规划方案的评价； 4 主要换乘站( 内部) 和与其他交通方式的换乘( 内部) 的布局安排； 5 车辆检修整备基地( 车辆段) 的设置方案； 6 发展序列和建设第一条轨道交通线的必要性论证： 7 规划路网对城市各种发展可能情况的适应性分析： 8 投资估算和宏观效益分析。 推荐的路网确定以后，可重新进行推荐方案的客流预测，进步埘地铁 路网进行综合评价。 在规划范围上必须保持与城市的总体规划相协调，以城市的总体规划为 依据。由于规划是随着人们的认识和经济水平等因素在变化的，因此在路网 规划编制完成以后，应根据具体的实施情况进行不断的修正。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 线和b l o o r - d a n f o r t hl i n e6 0 年代中期开通) ，4 个街角中已经开发成高密度 建筑群的街角。 在地铁路网的规划中必须综合考虑以上提及的多个因素的影响。 2 4 地铁路网的布局形式 线路是路网的基本组成要素，地铁线路一般是三条以上，这些线路相互 组合，并受各个城市具体的人文地理环境等条件的制约，便形成了千姿百态 的路网形态。 地铁路网布局的合理与否，对它能否有效地负担运输任务是非常重要 的。早期建设的地下铁道没有统一的规划，往往是根据其某个时期某一地带 客流量的需要而逐步地进行建设，这样一条一条加起来形成没有一定格局的 路网。巴黎最初设计和修建的5 条地铁线路，只有2 条为城市中心服务，以 后修建的新线在地下沿地上线的走向敷设，结果形成紊乱的图式，在平面上 有很多频繁交叉的路线。伦敦、东京、纽约的地铁也有这种特点，没有统一 的总体规划，力图在地下重复街道上干线的方向。 地铁路网的形式由于受到很多因素的影响，没有固定的模式，但是大体 上也存在着比较一致的趋势。根据已建成的和规划的地下铁道路网布局，主 要分为放射形( 星形) 结构、条带状( 树形) 结构、放射加环形、棋盘形、 棋盘加环线形、棋盘环线加对角线形和其它形如十字、l 字、t 字等简单图 形及混合图形等。各种几何结构图形见图2 2 i l 。 ( a ) ( c )( d ) 祷玲擎 ( f ) ( g ) 图2 - 2 路网几何结构图形 下面就一些实例来说明各类布局形式的应用以及各自的优、缺点： 1 放射形( 星形) 结构：星形结构是指路网中的所有线路只有一个交点 ( 换乘站) 的结构，如图2 2 ( a ) 。其唯一的换乘站一般都位于市中心的客 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 流集散中心，如图2 3 所示的布拉格地铁路网图1 1 9 l 以及图2 - 4 所示的俄罗 斯圣彼德堡地铁路网图【1 9 】。 图2 - 3 布拉格地铁路网图 这种路网结构中所有线路间都可以实现直接换乘，但换乘站上的客流量 大，乘客流相互干扰也大，常易引起混乱和拥挤。此外换乘车站的设计与施 工难度也大，一般多采用分层换乘。这样就会增加车站的埋深，相应的增加 费用【2 0 1 。为了减少乘客的换乘次数，节省由于时间浪费而引起的费用 的 浪费，应尽量避免这种形式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 图2 4 圣彼德堡地铁路网图 2 条带形( 树形) 结构：树状结构是指n 条线路存在n 1 个交义点( 换 乘站) ，且在网络中没有网格结构，如图2 - 2 ( b ) 。这种结构适合于沿江或者 沿山谷条带状发展的城市地域。这种结构的连通性差，线路间的换乘不便： 此外同一线路上两个换乘站之间的路段因担负着大量的换乘客流，客流量较 换乘站外侧路段显著增高，给线路的行车组织带来困难【2 l 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 3 棋盘式( 网格式) ：该结构由至少四条线路组成，大多呈平行四边形 交叉，所构成的网络多为四边形路网结构，形状如图2 2 ( c ) 。这种路网的 最大缺点就是二次换乘多，如果结合城市干道网的规划必须如此修建时，因 尽量将分叉点布置在大的客流集散点上，以减少换乘次数。但是由于存在回 路，这种结构就有着比较好的连通性，乘客换乘的选择就比较多。而且由于 线路的方向比较简单，一般只有纵横两个方向，所以能提供很大的运输能力。 从目前已经建成的这种路网形式的大阪和墨西哥城两个地方来看，这种结构 在内城区分布比较均匀，但是深入市郊的却不多。如图2 5 所示的翠两哥地 铁路网酣19 1 。 图2 - 5 墨话哥地铁路网图 4 放射网状结构：这种结构的线路至少有3 条，而且多为径向线，线路 交叉所成的网络多为三角形，如图2 2 ( d ) 。从目前已经采用这种结构而且 发展比较成熟的几个城市系统的情况来看，多数线路在市中心区呈三角形交 叉，市中心区线路和换乘站密集而且均匀，网络的连通性比较好，乘客的换 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 乘也相对方便。在规模不大的情况下，任意两条线路间都可以实现直接换乘， 路网中交织成网的部分影响范围较小，但深入市郊的射线却很长。这种线路 由于各方向都有线路通达市中心，市郊到市中心的出行很方便，市中心对城 郊的经济辐射距离较远。它的缺点是市郊之间的联系却不是很方便，必须到 市中心区的换乘站换乘。 5 放射环状结构：放射环状结构常见于一些规模很大的系统，如莫斯科、 巴黎、东京、上海等。其环线一般与径线交叉，如图2 2 ( e ) 所示。这种路 网结构由于具有了放射形路网的优点，又克服了缺点，所以整个路网的连通 性就很好。由于环线的架设，使得环线上的乘客可以不用到中心区换乘站换 乘，极大的缩短了市郊间乘客利用地铁出行的时间和里程，还可以起到疏散 市中心客流的作用。莫斯科地铁路网就是采用了这种形式，如图2 - 6 所示。 图2 - 6 莫斯科地铁路网图 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 莫斯科的地铁路网是由一环+ 八线组成的，已经形成了一定的规模。8 条辐射线由4 条直径线和4 条半径所组成，构成了1 2 个方向，向两端延伸 到居民区、工业区等城市区。环线内两个相对方向的两半径线在其客流大致 相同时，将连成一条直径线。各线路在城市中心区交叉形成三角形，交叉点 是换乘中心。这个路网大大缓解了城市中心区交通拥挤的局面，发挥了地铁 路网的效率【2 2 】。 6 棋盘加环形结构：见图2 2 ( f ) 。由于棋盘式本身的特点，环形应架 设在客流密度较大的地方，并尽量多的贯穿大的客流集散点，如对内、对外 交通枢纽等。这种路网最大的特点是提高环线上乘客的直达性和减少换乘次 数，改善环外平行线之间的乘客的换乘条件，缩短了出行时间，并减轻了市 中心的线路负荷，起到疏散客流的作用。如图2 7 所示的北京市1 9 9 5 年的 地铁路网图l j 。 图2 7 北京地铁路网( 1 9 9 5 年) 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 7 对角线形结构：对角线形结构就是在棋盘加环线的基础卜，增加对角 线走向线路，如图2 2 ( g ) 。在这里需要指明的是，如果对角线只能沿棋盘 形道路布置成若干阶梯形线路，对角线的意义就不大了。这样的对角线不仅 不能缩短乘客的乘行距离，反而由于增加了许多曲线恶化了线路条件。而且 只有对角线方向的客流确实比较大，并且有布置线路的适宜条件时，才可以 采用这种路网形式。 8 其它形状：由于地铁路网的形式受到很多因素的综合影响，比如城市 规模的大小，或者城市特殊的地理位置等，可能不需要修建她铁网络，也就 形成了图2 2 ( b ) 中的几何图形。目前国外比较典型的类似路网还有秘鲁利 马l 字型的地铁，日本神户的l 形地铁，以及图2 8 所示的英国格拉斯哥o 形地铁等。 图2 - 8 格拉斯哥地铁路网幽 在城市发展的过程中，可以结合具体情况，将不同形式的路网 结构结合在一起，取长补短，形成一个完整的路网结构形式。在实现这种路 网时，应考虑城市自身的特点，尽可能吸收各种几何图形的路网的优点，因 地制宜的进行布置，才可以发挥出更好的效果。 根据上前面关于地铁路网布局形式的介绍，可以得到以下几条结论： 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 1 在人口较少的城市( 几十万至一百万人口的城市) 一般情况下不一定 要修成网络。 2 环线的架设要视具体情况而定。在平原地区几百万人口的大城市，一 般在有若干条地下铁道线路时，往往需要修建环线。特殊情况下的几百万 人口的特大城市，只有直通线和放射线，而不需要设环线。如华盛顿地区人 口约7 0 万，加上郊区总人口为3 0 0 万，交通流主要是从郊区到市区办公的 向一t s , 客流，加以这个城市是交通走廊城市，因此有不需要架设环线。 由于地铁建设的特殊性，在对地铁路网进行建设和规划设计的时候必须 根据它的指导思想进行详细的设计。 2 5 本章小结 本章主要就地铁路网规划的基本内容做了论述。主要包括地铁路网规划 的指导思想、规划时应考虑的因素以及路网布局的形式等等。 总的说来，地铁路网的规划要以以上内容为参考，但同时也必须做到因 地制宜。 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 第3 章地铁路网的规模分析 3 1 引言 地下铁道建设的根本目的在于高效率地运送乘客，单条线路只有在整个 地铁网络整体建成时才可以充分发挥作用。所谓地铁路网的规划是指在确定 的规划期限内对整个地铁路网的大致走向、总体结构、用地控制、车辆段以 及换乘站的配置所做的规划犯3 1 。规划的目的在于获得所期望的客流量，实 现地铁路网的功能。 由于地铁路网的规划是针对不同地区、不同的地理环境来具体进行的， 而每个城市的形态都大不相同，没有一个普遍适用的网络布局。既然路网的 规划与城市规划紧密相关，而规划又是面向未来的，因此确定的地铁路网往 往是一个具有多个甚至是相冲突的目标和相互限制且不能定量的指标的多 准则的决策问题【2 4 】。比如，要想覆盖较大的范围，吸引更多的乘客，这就 必然与降低造价相抵触。因此，地铁路网的规划设计就显得更加复杂。确定 合理的规模就显得非常有必要。 3 2 与地铁路网规模相关的因素 1 城市形态地理态势与总体规划 地铁路网的规划在城市的主城区以及都市圈范围，是城市交通的一部 分，因此进行城市的地铁路网规划时必需贯彻城市总体规划的基本战略以及 用地发展方向。另一方面，紧密的城市结构促使公共交通的发展，而地铁的 建设导致周围土地会吸引更加紧凑的土地使用。 2 路网形式的设计和本身的配合 网络的形式是由城市的地理形态、现状城市用地仰局以及人口流向的分 布来决定的。路网本身的形式决定了整体几何性运输能力和客流方向，从而 决定了地铁路网的规模。典型的路网形式以放射线和环线为主。通常情况下， 线路越长，路网层数越多，吸引量就越大。但是成本和效益比不一定是最好 的。如果线路靠近、路网密度太大，吸引范围重叠，也不见得能发挥很好的 效益。 地铁路网的形式因各个国家和地区而有所差异，其规模也不同，表3 1 列出了世界上典型城市的路网形式和性能，可以从中看出各自在规模上以及 运营效率方面的差异。 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 表3 - 1 世界主要城市的地铁路网及其特性比较【2 5 】 ； q 伦敦慕尼黑巴黎l r 金山华盛顿 服务性质城区大都城区大都城区大都市主要部分的城区和有 ( 城区或区市区域市区域区域都市区域限的大都 域间)市区域 在城市中的所有出行所有出行所有出行目区域范围的所有出行 作用以及和目的与区目的与公的与区域范通勤结合目的与 其他交通方域范围的交、火车围的所有方l r t 、公交、 p + r 式之间的关所有方式结合式结合 p + r 系结合 广延性和非常广泛中等扩展扩展性好，覆连接城市到中等扩展 覆盖范围服务范围性覆盖性盖整个中心郊区的主要性覆盖部 很大好城市范围城镇分中心城 市范同 网络几何放射线+网格的放由不同类型不平衡的放有重叠段 类型环线射线的线路组成射线的放射性 网络干线 支线情况很多每线路端较少3 个主要分支每线路端 两条两条 线路独立重叠部分由2 条线几乎所有线高度重叠由2 条线 重叠性能多构成主干路都独立构成主干 3 吸引交通流量的最大化 在已经修建了地铁系统的城市，应该将人的出行量尽可能地转入地铁运 输系统，从而降低地面和道路交通流的拥挤。客流量越大，运输效率就越高， 也保证了票房的收入。如果在实际运营中达不到最低的建设临界客运量标 准，就会严重亏损。这样就要求对客流量的预测有一个很好的把握。 4 考虑运行上的配合 合理的规模、合适的形式并不一定能保证足够的客流量。一 条地铁线路的运行受到很多方面因素的影响： ( 1 ) 换乘站：在一条线路的工程设计中，路网规划中设置的换乘点，要包 括两条以上的线路吸引客流量的规模，否则就不能实现地铁的实际运营功 能。线路的终点设置要尽可能将同一走向的大量出行人口包进线路范围，减 少乘客的再一次转换。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 ( 2 ) 与其他交通方式的配合：这一点可以在地铁建成以后，或者运行后进 行调整，地铁本身无法实现的就可以由地面公交或者其他的方式进行弥补。 ( 3 ) 与对外交通设施的贯通配合：地铁站可以直接与火车站、轻轨高架、 航空港连在一起。瑞士在这一方面就是很好的例证。由于瑞士建立了高速的 城市交通系统，将地铁与欧洲的高速铁路连接在了一起，这样就很好的节约 了旅行时间、运输量以及费用，安全效果也大大提高。 3 3 地铁路网规模的涵义 3 3 1 引言 在规划地铁路网时遇到的一个首要的问题就是到底该修建多大规模的 地铁网。对于这一问题，不仅规划者关心，对市政当局也是一个至关重要的 投资依据。另外对超级特大城市和一般的大型城市，地铁路网的规划到底有 什么不同? 这些都应该归纳为路网规划的宏观控制问题。 在研究这些问题以前，我们还是应该先弄清楚地铁路网规模的涵义。 3 3 2 路网规模的计算 对于地铁路网来说，其路网规模是由路网的线路数和线路总长度两部分 来组成。通常计算路网线路总长度的方法有以下两种。 1 以城市公共交通客流总量来计算路网总长度 交通基础设施的建设要满足交通的需求，城市远景年的公共 交通预测总量，体现了城市公共交通的远景需求规模，是决定城市快速轨道 建设总量的最重要的、可量化的指标。 其计算公式为： 上：盟( 3 1 ) ： q 式中：三，一路网规划线路总长度( m ) ； q 一远期公共交通预测总客流量( 万人次) ； 口一地铁交通远期在公共交通总客流量中分担客流的比重，该值根据 各个城市的情况不同而有所差异： g 一线路负荷强度( 万人嗲乙日) 远期公共交通预测总客流量q 可以通过交通需求预测获得。地铁在总公 共交通方式出行量的比重与常规公交的路网密度、服务水平、轨道交通的线 网密度和服务水平有关。从国外的一些城市地铁交通的运行来看，纽约的地 铁交通占城市客运量的7 0 ，巴黎占6 5 。表3 2 列举了国内几个城市规划 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 的快速轨道交通方式( 地铁或轻轨) 占公共交通方式的比例。 表3 - 2 国内城市规划轨道交通方式占公共交通方式的比例( 单位：) 【城市北京广州沈阳青岛长春大连 取值5 0 - 5 5 4 5 - 5 06 0 - 8 86 0 ，6 52 l7 0 3 在上述的表格中，除了北京以外，其余各城市的指标均为规划值。对- - 地铁交通，在进行规模计算时，可根据各城市情况的不同，参考以上表格对 a 进行取值。 对于地铁路网来说，线路负荷强度是指地铁线上每日每公罩平均承担的 客运量，它是反映地铁路网运营效率和经济效益的一个重要指标。世界上一 些城市的地铁路网负荷强度分别见表3 3 所示。 表3 - 3 世界几个主要城市的地铁规模指标 脚力 伦 巴黎柏林纽约东京莫斯科香港 北京 项目、 敦( 规划) 3 5 l 市区面积( t m 2 ) 3 0 31 0 58 3 38 2 835 7 59 0 01 7 2 ( 1 0 4 0 ) 市区人口 4 3 2 2 7 72 3 03 1 77 0 8 68 3 558 7 l44 4 4 ( 万人)( 6 8 5 ) 地铁线路总长 4 2 3 8 82 0 91 3 844 3 242 l l72 3 0 54 32 ( k m )( 3j4 ) 地铁年客运量 ， 7 7 51 2 2 54 3 31 1 1 442 4 5 33 1 8 28 0 45 5 8 ( 百万人次) 路网密度( 面积计) ( k i n k i n 2 ) 1 船1 。9 90 1 605 20 3 7o2 60 2 501 2 路网密度( 人口计) 97 2 1 4 09 0 94 376 l2 532 6597 3 ( k m 百万人) ( 4 58 ) 线路负荷强度 ( 万人次k m 日) o 3 21 6 00 8 607 l31 737 845 636 4 从国内外地铁交通运营的经验来看，一般存在有两种模式。一种是高密 度低负荷的地铁交通系统。如巴黎、伦敦。这种形式的地铁路网经济效益比 较差，政府要进行大量补贴或采取扶持政策；另一种是低密度高负荷的地铁 网，如著名的莫斯科地铁以及香港地铁。其中香港地铁系统年盈利1 0 亿港 币，其路网负荷度高达4 5 6 万l ? x h k m 。莫斯科她铁于1 9 3 5 年建成通车， 1 9 4 0 年线路负荷强度达到了4 4 3 7 j ) , , 次i b 拥，后来随着地铁路网的不断延 伸，其负荷强度有所下降，但降低的幅度不大。从1 9 6 0 1 9 9 1 年这3 1 年时 间里，线路从7 5 6 k m 增加到2 3 9 k r a ，日均负荷强度保持在3 2 万一3 8 万人次日 m 之间。尽量以最少的资金获得较大的经济效益，因此目前我国采用低密度高 负荷的模式【2 8 j 。 2 以路网密度指标计算路网线路总长度 ( 1 ) 人口总数计算 城市的人口总数反映了城市的人口规模，以人口总数为基础的人口密度 指标实际上反映了人口规模对地铁路网规模的影响程度。表3 - 4 所示的以人 口来计算的路网密度总结了已建成的地铁网的世界主要城市的每百万人口 所拥有的地铁路网长度，对我们推算由人口规模决定的合适的城市地铁路网 规模有很好的借鉴意义。 计算公式为： 式中：上一路网规划线路总长度( k m ) ： m 一市区总人口数( 百万人) ： 五一人口路网密度( 拥百万人) 。 ( 2 ) 以城市的用地面积来计算 按照面积来计算的地铁路网密度实质上表示了地铁路网的覆盖面。市中 心区和市边缘区的路网密度有所不同。地铁路网密度由市中心向外应该是逐 渐降低的。 在城市中心区，客流的需求是多方向的，而在边缘区，利用地铁路网的 客流主要考虑向心方向。因此，我们这里所采用的公式中所用到的面积就是 城市市区的用地面积。计算公式为： 式中：上，一路网规划线路总长度( k m ) ； 月一城市市区用地面积( 拥2 ) ； 疋一面积路网密度( k m k m 2 ) a 各城市可以根据其规划的城市中心区用地面积，参考以上分析出的指标 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 推算由地铁路网的面积密度确定的地铁路网规模。这也反映出城市用地规模 对地铁路网规模的影响作用。 3 3 3 合理的地铁路网规模的确定 在前面我们讲到了地铁路网规模的涵义。在这个方面来看，规模是从交 通运输系统供给的角度来说的，而合理的规模就具有了