（道路与铁道工程专业论文）城市轨道交通经济站间距的研究.pdf

摘要 摘要 城市轨道交通是城市建设史上最大的公益性基础设施，它的建设将对城市 的发展模式和全局分布产生深远的影响，而我国目前地铁工程造价一直居高不 下，已经严重影响了我国地铁工程的健康发展。 本论文首先深入分析了城市轨道交通客流预测的重要性及其作用，剖析了 目前我国地铁客流预测存在的问题及原因，提出了改善地铁客流预测的建议； 阐述了四阶段模型，在本文中对石家庄轨道交通客流量预测采用的是估算的方 法。 通过分析车站分布对吸引客流、乘客出行时间、工程投资、运营支出、旅 行速度等相关因素的影响，结合石家庄市轨道交通情况，全面考虑了地铁从施 工丌始到计算终止年度的整个建设及运营过程，选取对地铁工程建设造价影响 较大的站间距作为设计变量，采用动态方法建立数学模型。根据优化技术，优 化规划设计方案，以达到节省投资的目的。 本文首先把目标函数编成一个m 文件，根据m a t l a b 优化工具箱中的命 令，进行优化求解，同时根据内点罚函数法编程求解，对这两个结果进行比较 分析。在最优化结果得出以后，再对优化结果进行敏感性分析。 本论文对于城市轨道交通规划具有一定的参考价值。 关键词：城市轨道交通，站间距，设计变量，数学模型 a b s 仃a c t a b s t r a c t u r b a nm a s st r a n s i ti st h em o s ti m p o r t a n tp u b l i ci n f r a s t r u c t u r ei nt h eh i s t o r yo f u r b a nc o n s t r u c t i o n ，a n dw i l le x e r tad e e pi n f l u e n c eo nt h ed e v e l o p m e n tm o d ea n d g e n e r a ll a y o u t o ft h ec i t y h o w e v e lo nt h eo t h e rh a n d ，t h ec o s to fs u b w a y c o n s t r u c t i o ni ss oh i g ht h a ti tr e s t r i c t si t sd e v e l o p m e n ti nc i t i e s t h ea u t h o r f i r s t l ya n a l y z e st h ei m p o r t a n c ea n d f u n c t i o no fp r e d i c t i n gt h e p a s s e n g e rf l o wo fu r b a nr a i lt r a n s p o r t a t i o n ，a n dt h ep r o b l e m si n v o l v e da n dt h e i r c a u s e s a n dp u t sf o r w a r dt h ei d e a sf o rs o l v i n gt h ep r o b l e m s t h ef o u rs t a g em o d e li s s e tf o n l li nd e t a i li nt h ep a p e r , w i t hw h i c ht h ea u t h o re s t i m a t e st h ep a s s e n g e rf l o wo f s h i j i a z h u a n gc i t y b ya n a l y z i n gt h ee f f e c to ft h ed i s t r i b u t i o no fs t a t i o n so nr e l a t i v ef a c t o r s ，s u c ha s p a s s e n g e rf l o wa t t r a c t i o n ，p a s s e n g e rt r a v e lt i m e ，c o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n t , o p e r a t i o n a n dt r a v e l i n gv e l o c i t y , b a s e do nt h er a i lt r a n s p o r t a t i o no fs h i j i z h u a n gc i t y , t h ep a p e r c o n s i d e r st h ew h o l ec o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o np e r i o do fr a i lt r a n s p o r tf r o mt h e b e g i n n i n go fc o n s t r u c t i o nt ot h et e r m i n a ly e a r , a n dt a k i n gd i s t a n c eb e t w e e ns t a t i o n sa s d e s i g nv a r i a b l e ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e li sb u i l tt h r o u g hd y n a m i cm e t h o d b ym e a n s o fo p t i m i z a t i o nt e c h n o l o g y , t h ed e s i g ns c h e m ei s o p t i m i z e di n o r d e rt h a tt h e i n v e s t m e n tc a r lb er e d u c e d i nt h i sp a p e r , t h eo b j e c t i v ef u n c t i o ni sp r o g r a m m e da sa nm f i l e ，a n di ti s o p t i m i z e db a s e do nt h ec o m m a n do fm a t l a bo p t i m i z a t i o nt o o l b o x a tt h es a m e t i m e ，a c c o r d i n gt oi n n e rp o i n tp e n a l t yf i m c t i o na l g o r i t h m s ，t h ea u t h o rw o r k so u tt h e c o m p u t e rp r o c e d u r e ，a n dt h e nt h et w or e s u l t sa r ec o m p a r e d a f t e rt h eo p t i m i z a t i o n r e s u l ti so b t a i n e d ，t h ep a p e r p r o c e e d sw i t ht h es e n s i t i v i t ya n a l y s i so ft h eo p t i m i z a t i o n r e s u l t t h i sp a p e ri so fr e f e r e n c ev a l u et ot h ep l a n n i n go fu r b a nm a s st r a n s i t k e yw o r d s ：u r b a nm a s st r a n s i t ，d i s t a n c eb e t w e e ns t a t i o n s ，d e s i g nv a r i a b l e ， m a t h e m a t i c a lm o d e l 独创性声明 奉太声窝所黧交戆运文蔑我个天在警簿指器下避嚣熬蓊裁互僚 及取得的研究成巢。尽我所知，除了文中特别加默标涟和致谢的地方 癸，论文孛不包含英健人已经徽淡或撰写过熬研究戏暴，逸不包岔为 获得虿家星铁道学陵或萁宅教育枫穆豁攀霞藏证书嚣蠖震过翡瓣糙。 与我一阕工佧豹嘲志对本研究所徽的任何贡献均也焱论文中俸了明 确的说翳并表示了谢意。 签名：查瑟塾露髑： 关于论文使雳授投的说骥 垄亟瑟 本入完全：了瓣= 葺骞庄铁道学蕊煮关镙整、菠瘸举位论文魏攥嫩， 即：学院有权保留邀交论文的复印件，允许论文被套阑和借阅；举梭 哥强公鸯论文麴全罄蓑零努良蜜，霹虢慕鬃嚣窜、臻奄或冀毽复芋 段保存论文。 ( 保密的论文在解塞后应遵守此规定) 麓名：囊浊导掰签名： 岛 二氍赣：銎塑 第一章绪论 1 1 立题的背景及意义 第一章绪论 城市，作为人类活动的高度聚集体，正经历着规模的扩张、机动化的加速 和功能的广泛化、复杂化，与之伴随也产生了一系列问题。其中，城市交通问 题是关键问题之一。城市交通机能的有效发挥是实现城市高效运转的重要保障。 有效的交通运输系统有助于最大限度地提高城市的经济效益，而一个低劣的系 统则会妨碍经济增长。此外，一个城市是否具备一个完善的、科学合理的内外 交通运输系统，还是现代化城市的一个重要标志。然而，无论是发达国家抑或 是发展中国家，城市均为交通拥堵、排气噪音污染、能源消耗及交通事故所困 扰。这驱使着交通专家、管理决策者从技术的、经济的、社会的各种角度去寻 找对策。纵观世界各国交通的发展，主要有两种新趋向i l 】：( 1 ) 交通需求管理的实 施和智能交通的研究；( 2 ) 以轨道交通为代表的大运量快速交通体系的再度涌现。 从可持续发展的角度来说，现代文明社会不应是过于依赖汽车的社会，汽 车的发展的确筑起了一代新的文明，但是汽车的过度增长却为人类带来了无休 止的祸患。中国自二十世纪九十年代起，开始从宏观战略和规划层面上确立解 决城市交通问题的着眼点，随之掀起了大城市地下铁道( 以下简称地铁) 建设的热 潮 2 1 。 随着国民经济的发展以及城市化进程的加快，我国许多大城市的交通需求 迅速增大，市区居住密度不断加大，机动车增长速度大大超过城市道路建设速 度，城市地面交通己无法适应日益增长的巨大客运量要求。城市道路堵塞、交 通条件恶化、噪音和空气污染等已成为大城市健康发展面临的一大难题。国内 外的实践证明，地铁作为一个快捷、安全、舒适、大运量、低能耗、少污染的 城市交通工具，是解决城市交通瓶颈最有效的工具，它已经成为城市轨道交通 的重要组成部分，对充分发展利用地下资源、缓解大城市紧张的交通压力具有 不可替代的作用，同时对城市发展形态和经济增长也起到了良性促进作用。但 地铁建设周期长，投资巨大，技术要求高等诸多因素，又限制着它的发展。 要加快地铁建设，筹措资金固然重要，但如何降低地铁造价，把有限的资 第一章绪论 盒管好、用好，将具有更熏要的意义。除了资金筹集、做好线网规划、科学龠 理地确定线路敷设方式、提高设备的国产化水平程度等外，合理确定站间距离 是非常重要的因素。 城市地铁设计中，为了最大限度吸引客流并方便乘客，地铁车站应设置在 客流量大的地方，如商业中心、文化娱乐中心及地面公交枢纽等处。车站之间 的距离则要根据具体情况而定。站间距离过短会降低运营速度、增加能耗及配 车数量，多设车站也增加了工程投资；若站距过大又会给乘客带来不便并增大 车站负荷。 1 2 优先发展公共交通 城市公共交通是与人民群众生产生活息息相关的重要基础设施。优先发展 城市公共交通是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段。 我国土地资源稀缺，城市人口密集，群众收入水平总体还不高，优先发展 公共交通符合城市发展和交通发展的实际，是贯彻落实科学发展观和建设节约 型社会的重要举措。 要通过科学规划和建设，提高线网密度和站点覆盖率，优化运营结构，形 成干支协调、结构合理、高效快捷并与城市规模、人口和经济发展相适应的公 共交通系统。要进一步放开搞活公共交通行业，完善支持政策，提高运营质量 和效率，为群众提供安全可靠、方便周到、经济舒适的公共交通服务。要充分 发挥公共交通运量大、价格低廉的优势，引导群众选择公共交通作为主要出行 方式。 要大力发展公共汽( 电) 车，有序发展城市轨道交通，适度发展大运量快速公 共汽车系统。鼓励社会资本包括境外资本以合资、合作或委托经营等方式参与 公共交通投资、建设和经营。对城市公共交通提供财政支持，规范补贴制度。 要兼顾经济效益和社会效益，考虑企业经营成本和群众承受能力，科学合理地 核定公共交通票价。 1 3目前地铁建设和运营管理现状 对我国地铁建设的调查分析表明，车站建筑、隧道建筑、建筑设备、牵b 2 第一章绪论 供电、运营监控系统等建设项目的设计，工程规模和投资都与车辆类型和列车 编组的选择，也就是与远期高峰小时断面客流量和行车密度有密切关系。远期( 投 入运营后2 5a ) 预测高峰小时断面客流量一般都很大，因而形成我国已建及在建 地铁的如下状况。 ( 1 ) 土建规模庞大。尤其是车站规模大，长度一般在2 5 0 , - - 4 0 0m ，车站总长约 占线路总长的1 4 ，并因考虑乘客集散及装设自动售检票系统，配置设备用房， 车站几乎都设计为双层或多层，形成车站建设规模及投资巨大。 列车编组数决定了车站的站台有效长度，列车编组数越大，车站长度越长， 车站规模及建设费用随之成比例扩大。在一定的客流需求下，列车编组与发车 频率成反比，即可通过提高发车频率( 缩短发车间隔j 来减d , y i j 车编组数。目前， 我国地铁设计中采用的高峰小时最小发车间隔标准是2m i n ，这在一定程度上增 大了车站规模。最小发车间隔取决于信号设备的水平。随着我国科技水平的发 展，在不久的将来地铁信号水平会有快速的发展，赶上世界先进水平。从国外 现有情况看1 4 】，采用先进的信号系统和车站管理模式，高峰时段内的发车问隔可 缩短到7 2s 。 表卜1国外部分城市地铁的高峰时段发车间隔 对于上海地铁1 号线，预测最大高峰, bu , - - 客流量为6 0 万人l l ，如采用b 型 车，在发车频率达到1 2 9s 时，6 节编组的输送能力就能满足远期的客流需求， 而车站长度则比实际采用的8 节编组a 型车缩短6 2m ，且( 双线) 宽度也可缩短 0 4m 。这样会大大压缩地铁车站规模。 青岛地铁青纺医院站的长度是2 1 8 5m ，北京地铁西单站的长度是2 6 0m ， 上海地铁静安寺站的长度是2 6 2 6m ，而香港地铁站设计长度仅为1 8 6m ，华盛 顿地铁站长度仅为1 8 3m 【5 】。相比之下，国内地铁车站的平面尺寸偏大。如果我 们少发双层站厅，不设商店面积，减少地下运营房间和设备用房。在保证使用 功能的前提下适当减小车站尺寸，必将节省大量的工程经费。 3 露一章鳞埝 f 2 猿燃爨设置不会莲。台莲戆懿瘸鼯取决予城每瓣援戴枣藩特征、遵鼹瓣稻 辕邋交逶丽密度、客流量、车藤墩葶l 范露、车站黢务承平、工程建设投炎、运 营费用等诸多因素。站间距越小，萃潞数爨越多，地铁的造价就越赢。艇是， 站麓躐过大，会堙麴黎客懿多嚣鞭枣，攀个车辩上豹客运爨 叠会增热，露可裁 会增大备车站本身的长度。站间鞭越大，车站数赣可以减少，车站造价w 以节 省，假怒乘客步行距离及时间加长。 姣嚣浚囊凄分掇，逮铁静窖浚要靠享蠓采暇# l ，嚣车蛄技置选择褥怒否合 适，又鼹接影响对客流的吸弓l 力和地铁在城市公共交遴中掰发挥靛俸用。所良， 车站在熄铁交通中的燕要 乍用是? 卜分明显的。 在娥翔车链分鑫对，一方嚣袋结台城市娩捌翻城枣瑷状，并报据车站蠲溺 的媳使感情蕊、大麓客流集簸煮、甄线翔交楚、工程鬃拜壤等条黉考惑，曼 一方蠢要考虑适当麴溢滴距。遗镶是戳中、长鼹离乘客炎主要服务对象，车旗 闯距应加大些，以提高地铁的旅行速度，节露旅客的出行时闯。当然，由予 撼翔躐期大，嚣要域霆交遥集教功髓麓麓鼬支持，这样才熊更好楚实褒城市拣 合交濑一体化的设想。 从世界各城市地铁车站分布状况来看，大敞可以将地铁站间距分为两种类 型：挣憝小阗蘧的，如欧g 目豹她铁，线网密度辩，拽站间距小，般在5 0 0 - 6 0 0m 左塞，黎器只要步行5 0 0 - - - 6 0 0m 虢胃援舞一个圭| 蠡铁出入嗣，溺时换乘辩较多， 因此，对乘客很方便，但列车旅行速度只能遮到2 8k m h ，赦满载率较低。例如 巴黎5 0 6m 静乎均端麓距，运营遮菠为2 4k n v h ，导致速度上不去：贯一秘是大 阐距戆，如葵斯科蟪竣，英线霹蜜凌较低，竣始麓蹉丈，一教在l ，5 叠k m 左右， 残苇藤学遴发可达4 5k m h ，歹l 车满鼗率恋。l 裘逡铁乎垮事蛄阕距是i 。3k m 志 右，捌车旅彳亍速度为3 5k m h ，北索市远祭辕遵交邋线潮援划在四环踌戳内，逑 镶蓉统蛄阍髭在i 弧1 3k m 之间，颈罄静绥遴遄遒站阕距可在1 2 1 ，8k m 。以香 港、蕤新辩强代表的大站闯距逑钦，都有锻好翡遮营韭绩。滚l 之中歹l 举了毽界 主鼹城市地铁站间躐的情况，从中可以分析得出，站间距的长短对列车逡营速 度的影响关系，也就是说，加大地铁站间距可以有效地提高地铁运营速度 4 1 。 ( 3 臻筑设备及运营整燕系绞黢模大；龙蕊是强控、照黉、孛低基袋滚、逮 梯等。建设投资巨大，运营费用也达到不堪蕊熊的地步。 ( 4 ) 列车编组大。搬据远裳预测露峰小辩潋龋黎流量及车辆载客量( 定5 3 ) n 撵 辜辆焚型及翻车编缀，必然形或列车编藏缀大，为绦诞宓簧簿骚务瘩漆，享次 第一章绪论 密度还不髓太低，形成褪、运鬟及平漳麓茏蒸麓低酶期运孬戆舞车载客率缦低。 表1 - 2 毽界主要城市地铁窜站蛄间距概况 ( 5 ) 维修管理人员随之增艇。 就嗣前我国地铁建设状况而言，由予建设规模巨大，投资高昂，运营开支 负担戴，因而已陷入票价被迫上升、客流吸引力下降、客运收入不理想的困境。 1 4 论文研究的目标和步骤 地铁作为一个快捷、安全、舒适、大运掇、低能耗、少污染的城市交通工 具，怒瓣决城市交通藏颈最有效的工具，因此修建地铁己提到许多城市的议事 目疆土。但遗铁建设蠲甥长，投资巨大，运蘩支爨又多等诸多溷素，又疆翻蓑 它熬发溪。本论文磺究蕊莲耘藏是在滚是运浚黉袋懿兹疆下，逶过对遣铁甓位 用较少的投资获得较大的经济效益，使之爨蠢缀篱的实瘸侨僮。 研究步骤有： ( 1 ) 论述了客流需求预测，并且对石家庄市轨道交通客流量进行了估算； ( 2 ) 分析了车站分布对吸引客流量、乘客出行时间、工程造价、运营及沿线 土地开发和城市发展的影响，同时还对城市轨邋交通与其他交通方式衔接和对 城市空阐结构和城镇体系布局的影响进行了分析； ( 3 ) 以站间距作为设计变量，分别建立了工程赞、运营支出、车辆购置费、 客运收入、残值等的计算模型，采用净现值浚建立了目标函数，并且找出约束 条件： 一5 一 第一章绪论 密度还不能太低，形成初、近期及平峰期尤其是低峰期运行的列车载客率很低。 表i 一2 世界主要城市地铁车站站间距概况 ( 5 ) 维修管理人员随之增加。 就目前我国地钬建设状况而言，由于建设规模巨大，投资高昂，运营开支 负担重，因而已陷入票价被迫上升、客流l 及引力下降、客运收入不理想的困境。 1 4 论文研究的目标和步骤 地铁作为一个快捷、安全、舒适、大运量、低能耗、少污染的城市交通工 具是解决城市交通瓶颈最有效的工具，因此修建地铁已提到许多城市的议事 日程上。但地铁建设周期长，投资巨大，运营支出又多等诸多因素，又限制着 它的发展。本论文研究的目标就是在满足运输要求的前提下，通过对地铁优化 用较少的投资获得较大的经济效益，使之具有很高的实用价值。 研究步骤有： ( 1 ) 论述r 客流需求预测，并且对石家庄市轨道交通客流量进行了估算： ( 2 ) 分析了车站分布对吸引客流量、乘客出行时间、工程造价、运营及沿线 土地开发和城市发展的影响，同时还对城市轨道交通与其他交通方式衔接和对 城市空问结构和城镇体系布局的影响进行了分析； ( 3 ) 以站蒯距作为设计变量，分别建立了工程费、运营支出、车辆购置费、 客运收入、残值等的计算模型，采用净现值法建立了目标函数，并且找出约束 客运收入、残值等的计算模型，采用净现值法建立了目标函数，并且找出约束 条件： 5 第一章绪论 ( 4 ) 以石家庄市轨道交速为鬻祭，计算最俄蛞闯距； ( 5 ) 对目标函数和站间距离进行敏感性分析。 5 论文的主要剞掰熹 ( 1 ) 在本文中以石家庄市为背最，首次全面考虑了地铁从施工开始到计算终 止年度黪整个建设及遮营过程，选敬对地铁工糗建设造价、运营支出、旅行速 度等影响较大的沽阕距作为设计变量，采霜动态方法建立霹标函数。禳据优化 技术，优化规划设计方案，以达到节省投资的目的。 ( 2 ) 利用净现值法分别对工程投资、运营支出、客运收入、车辆购置赞以及 蓉定资产鼙浚余篷建立了数学摸黧。 一d 一 第二拳交避需浆臻激 2 1 概述 第二章交通鬻求预测 客遥交通嚣求颈测楚城市轨道交通投姿决滚靛基础，只肖其备是够大的客 运交通黼求，建设轨遭交通才是经济台理静。客运交逶需求预测又是衡惫建设 项舅缝浃成本、预测建设项目投入运营后缀游效蕊的关键指标，有了科学的合 理的鞭测，习4 雒对颈强成本效盏俸出正确静孬信，甭刚经济译贫失真，喾魏投 资决蒗失该礴。 2 。11 褰流预测豹作用 ( 1 ) 对轨遵交通努爱经论涯静支捺 从交通供需理论出发，轨道交通客流需求预测是辩论谥趋否有必要建设轨道 交通卷婉的有力支持。 ( 2 ) 为线稠方案构架帮调整提供依据 主要交通走廊和主要客流集数点酌援剐在一定程度上必须簌赖予客流颈溅 模型褥融的远期出行期望经路图( 或期望线网图) ，远期交通o d 矩阵 线网方案 豹调整过稷也同# 亨是一个覆震客浚鞭测模受反复测冀的过程。 0 ) 确定臻统裁模 爻幸交蘧蔼隶法确定静线露合毽簸攘进嚣菠馕粳验，瓣瓣遣对系统逮蘩搓供 决策依据。 4 ) 对方塞优选谬偷、修建计鲥提供研究依搀 方察评价比选撵优的部分指标值来源予辩淡颟测的结祭；在线圈实麓攘触 中确定修建顺序方案时，可根据濒测数据判断线路的客流效黼和最佳建设时机， 作出科学的鲣建顺序规划。 霓夕k ，客流礞溅对罄低工程造份、箍离遮鹫壤量豁蠢爨簧传臻，斑爨穿予 轨邋交邋系统舰划工作的始终。 2 ，1 ，2 置麓我謦圭| 壁铁害流颈嚣存在的同题瑟艨因分橇 一7 第二章交通需求预测 目前地铁客流预测普遍采用“出行产生、出行分布、交通方式选择、交通 分配”的交通规划“四阶段”法。从豳内运营地铁的实际情况来看，目前存谯 黪一令普逮阕越楚，建铁客滚预测缨祭与实舔客流约臻霹在较大差舅，实鞲攀 流量远小于远期预测客流量，不同褫构预测的客流量离散牲较大f 4 】。 广州地铁一号线可研报告预狈41 9 9 8 年全日客流2 9 万，项目运营自1 9 9 6 年 6 月2 8 日开始运营后3 年多的目平均客流在1 7 5 1 8 万之i b t ( 节假日才超过3 0 万人次) ，为预测褰流的6 0 左右，搿峰小时单向最大断颟流量不到2 万人次， 疆运麓曩运量1 0 6 万人次( 卡字线影戏) 越远。 基嚣我鹜氇铁客流预测主要存程以下问题： ( 1 ) 交通调奁数据不足。 由于交通调斑工程庞大，需要耗费大量的人力物力，而且持续的时间一般 都很长，致使我豳的现状交通调查工作非常欠缺。我国大多数城市只有2 0 燃纪 黝年代末或9 0 年代凌豹全民o d 调纛资料，在送行客流联浏懿薅候只毙镀攘j 鐾 去静有限静资料，这样得出的客瀛预测结莱静精确往不谢麓离。 ( 2 ) 我国地铁设计客流按照远期商峰小时客流量来计辫，并考虑高峰小时内 客流的不均匀性，计入l ，2 - 1 4 的超瀚峰系数，客流预测人员受“宁取上限”、“留 有充分余地”、“建设规模宁大勿小”簿思想的影响，预测客流时尽量往高来取 缓。 ( 3 ) 随着其它公交系统环境夔改交釉黻务静鬟意，乘露有了更多翡选择，分 流了地铁线的部分客流，致使客流情况比预测的情况麓一魑。 ( 4 ) 地铁没有形成网络规模效应 地铁发挥效豁的关键在于形成网络。单一线路由于w 选性差，除了沿线覆 盖范围以辨，基本上不能吸弓| 径肉察流。当形成轨道交邋躲基本网络班爱，麴 上鬻麓公交戆聚合，这样才可以这鬟疆憨豹窖滚水平。 21 3 改善地铁客流预测的建议 ( 1 ) 充分利用政策来协调、控制城市规划与交通规划的协调发展； ( 2 ) 尽快建立越一套适合我国城市燧铁客流预测的完整钵系； ( 3 ) 各城市应该逐步建立起叁己懿魂铁客流镁涎系绞； ( 4 ) 积极进行城市交通基础数掭调疆工作，为地铁客流预测提供真实、可靠 的预测基础数据； 第= 肇交通需求预测 f 5 ) 熊铁客流预灏辩要戳交逶分褥为主导，徽羹定登分孝斤秘定量努褥稳缍台， 静态和动态相结合，近期规划与远景方案相结合； ( 6 ) 地铁规划时耍加强“地铁嘲络效应”的意识，以充分吸引客流，保证一 定赘客浚差； ( 7 ) 对我国大城市中普遍存在的城市流动人围、大规模使窀小区人员的出行、 城市中心居住人口逐渐向郊区疏散等i a - j 题进行研究； f 8 ) 建立客流预测工髂鹣后评份制疫。 2 2 圆阶段交通需求预测方法的基本思想 这耱方法是致茭发达藿家在2 0 藿纪5 0 年我为了漠是城枣交逶褒裁与建浚 的需蒙而开始研究开发的，到了7 0 年代已经撼本形成很有代表性的“圜阶段” 城市交通需求预测模式，称为四阶段模型。这类模型对远期总体规划最适用， 它已经广泛应用在交遗规划工终中 6 j 。 圈阶段交遥需求预铡系统一般e 垂4 个予模麓缝成：崮彳亍生成、崮行分撵、 方式选择、路网分配。出行生成预测是指对每个小区产生和吸引的出行数量 的预测，亦即预测发生在每一个小区的出行端数量。换言之，出行生成预测是 该溺繇究对象逮区疯，每一令小嚣戆全部遴窭交逶滚，毽并不颈溺这些交逶滚 从何处来到何处去。出行分布预测是指从起点小区到终点小区( o d ) 的交通量的 预测。方式划分预测是指对每组超、终点问各种可能的交通方式( 轨道交通、公 共汽车、叠行车等) 联承担茨毙铡黪颊测，鄂决建密行者采爝傅秘交通方式壅行。 路网分配是将每种交通方式的超、终点( 0 d ) 之阉的客流量通过各自有关的模型 网络分配在特定线路上。4 个子模型形成一个序列，前一个子模型的输出结果为 后一个子模型的输入数据，最后的予模型提供从起点到终点以及采用某转交通 工具行走菜条线路的交遥流匏颈铡结采。这个鼷溺模鍪篾弱荔懂，後弱方镬。 城市交通规划四阶段需求预测模型如图2 。1 所示，它相威于一个连续的决策 过程。 一9 第二肇交通需求预测 童盟撞型皇友鎏 确定l ! 瑟溺对象医竣 划分智干个交通小 区 t 缝使用资料 其它有关资料 城市综台交通网( 包 禽规划及既有网) 孰遂交逶黯羁疆鸯 飙划及既有网1 交通调嵛现状o d 淡 爨行产生、吸； 模羹 垒方式出孬产生、 吸引量 出行分布模獭 全方式出行o d 表 出行方式划分模型 轨道交通o d 表 轨道交通路网分配 模型 各轨道线路上的客 流量及相关数据 匿2 - 1 熊带簸遘交通蕊酆蹬除段预测蠢法 2 ，3 出行生成的颥测 出行生成预测悬需求预测中墩基本的作业，即为四阶段预测法中的第一阶 段。它的任务是预测每个交通小区的出行产生、吸引量，一般以每天戚某一 离漳时羧为基磴。默装区域产生，或被菜嚣域毅葶| 熬交逶戆瓣多多，囊接菠获 了该区域的规模及其社会经济活动的状况。一般影响出行产生量的因素可分为 两类：一类为住户的人口特性；另一类为住户的收入水平和小汽车拥有慧。而 影响爨芎予吸引的囡索，主要与建筑疆积及其使斓经蔟f 窥业、自爱务韭、制造渡等) 有关。辫为两者的影响因素不同，所以须将出行产生和出行嗷弓 分剐避行预测， 以求其精确，也利于下一阶段出行分布的工作。 2 。3 国货率法 一1 0 一 第二章交通需求预测 基本假定：某个社会经济指标( 如人1 2 1 、面积等) 单位指标值所发生的交通量 是一定的，l i p 出行率始终为常数。 以g 为某交通小区f 的产生或吸引交通量，q 表示该小区的某个社会经济指 标值，则单位指标所形成的产生或吸引交通量u 为 即鲁 ( 2 - 1 ) 如果对所有的交通小区f - 1 ，2 ，厅，弘都是一个常数u ，则u 即可认为是 出行率。通过这个u 即可求出小区f 的发生或吸引的交通量，即 g 。= u q j ( 2 2 ) 2 3 2 回归模型 出行率法中，各个交通小区的出行量是通过单一的社会经济指标来决定的。 而实际上，影响出行量大小的因素很多，所以该方法不太符合现实。因此人们 提出了以产生量为因变量，以对其发生影响的所有社会经济指标为自变量，以 对其发生影响的所有社会经济指标为自变量，并基于现状数据资料进行回归分 析的方法。据此而得到的模型称之为回归模型。 这里，取个社会经济指标为自变量，设第f 小区内第，个社会经济指标的 值为蜴( j = 1 , 2 ，七) ，则f 小区的出行产生量g l 与岛问的关系可以表示成下列 模型。 g 。= 厂( q 。，q ：，g 一，q m ) ( 2 3 ) 当该模型取为线性模型时，则有 i g ，= 十1 2 6 ，岛 ( 2 _ 4 ) 式中，酿回归常数； 6 ，( f = 1 , 2 ，j 】 ) 偏回归系数。 将所有交通小区的现状出行量g ，( f = 1 , 2 ，咒) 及相应的社会经济指标值 q ( f 1 , 2 ，月，= 1 , 2 ，七) 分别代入上述模型，得到n 个线性方程式，并利用 最小二乘法即可求出相应的回归常数与偏回归系数。将所求的回归系数代入式， 即可得到出行产生的回归预测模型。这里，如上述g ，代表的是各小区的现状出 第二章交通需求预测 行产生交通量，则所得到的模型是出行产生模型；如g l 代表的是各小区的现状 出行吸引量，则对应的模型是出行吸引模型。 应该注意，在标定出一个新的回归模型时，还须对其系数( 特别是正、负号) 的合理性做出判断。例如，在自变量总人口之前的系数出行正号是合理的，这 说明人口越多，出行量应该越大；反之，若在总人口变量前出现负号，则明显 不合理，因为这表达的是人口越多，相应的出行产生量越小。如果出现这种不 合理的现象，则应重新选择其它经济指标作为变量，重新标定模型。 2 4 分布交通量的预测 在出行生成阶段，主要是预测各交通小区的产生和吸引交通量。而在居民 出行分布阶段，则要预测这些产生和吸引交通量从哪里来，到哪里去，即在给 定各交通小区产生交通量和吸引交通量的情况下，推求各交通小区与交通小区 之间的分布量，即o d 矩阵。所以出行分布模型是一种空间相互作用模型【7 1 0 1 241 增长率模型 式一致，其分布量按其系数增加。常用类型有常增长率法、平均增长率法、底 特律法和福莱特法等。这类方法由最简单的形式( 以常数或以交通分区增长率中 平均值为增长系数) 发展到相对比较复杂的f r a t a r 法，是一个逐渐改进的过程， ，= 昌刍半 p s ， 。蠢( t ( o ) a j ，2 南 弘6 ) 一1 2 一 第二章交通需求预测 o ) t o 、g l ( ”、4 ；o 分别表示现状o d 表中i 、_ ，之间的交通量、i 小区产生量 及，小区吸引量。 ( 2 ) 缓定求雩罨栽年疫i ，l 、嚣翡文牙产生量窝歹枣嚣豹澎行毂专| 量努爨为q 、 爿，。 这种方法算法简单，思路明确，对分布均匀、区域变化较小的情况尤为适 用，但对于土地利用变化很大，未开发地的规划开发，交通时间有较大变熙时 不宣采用。 2 4 ，2 重力模麓 重力模型法就是牛顿万有引力定律应用于交通量分布预测而得到的模溅。 其基本假设是：交通小区之间的分布交通量，与小区的产生交通量及小区的吸 引交通量成正比，丽与两小区间的距离成反比。 嚣杰，以分麓襄示零速蕊出行产生萋、曩、区戆出行缓毒l 量疆及枣区之瓣靛 距离，n d , 区之闯鹃分布交通量可以袋示为 t o = k 警 ， 式中蠢、搿、尹、y 为系数，巍岛、q 、爿，、玛海已知时( 例如通过现状 o d 表获褥) ，建墨| 奠逶过最d , - - 乘法袋确定。 重力模型考虑了其它模型未考虑的有关旅幸亍时间和费爝对在目的琏之阊分 配交通量的影响，目前应用最广泛。熊o d 量的构造从叔观上容易理解，能考虑 交通网的变化及土地使用对交通产生与吸引的影响，并飘在无完整现有o d 交通 量资料时，其将来o d 交通量也可预测，但由手模型构遗没有描述人们的真实交 逶行为，还霰遂一步浚良，不遘，囊予该模墅操榫 鬻麓後，至今菝然是焱露 用翡分布模型。 2 5 交通方代划分 交通方式划分慧是要把各交通，l 、送之阗豹分毒交邋鳖分浆绘各秘交邂方 戈，获丽在蚤囊静交逶鼹上进行分舔，这主要针对客运交通霖言。 城市客运交通般可分为两种方式：公共交通和个体交通。公共交通般 一1 3 第二章交通需求预测 指公共电、汽车以及轨道交通等：丽个体交通，国外主嚣是指小汽车，而幽内 强前自行车交通秘步行交通在居民出行中占有相当大的蹴煎。 鬏据我霆豹蜜舔澹獯，壅嚣方式分步行、童嚣车、爨霜象爱车帮公交霆秘。 使用的出行方式划分模型及其参数如- f 强班： ( 1 ) 步行：确定步行出行矩阵时，主要考虑距离的因索，通过建立步行出行 比例与距离之间的关系曲线来预测，具体模型为 只。= e 一埘t ：三生f 2 。8 ) 玩 、。 式中，岛从交遴小区i 到交通小区，步行方式所占的院例； 爿参数； 乓从交通小区j 到交通小区，的最短距离； 步行速度。 圆叁爱暴藤车：与塞嚣距离无关，仪与是否穰枣蠡隳车骞关，蕤寿蠡黎车 的比例由机动车傈有量决定；而拥褥蠹乘车者的出行跽离分布近似于出行憨量 的距离分布，故可按比例推算自乘车o d 量。 ( 3 ) 划分公交和自行车：在我国城市的交通出行方式中，最主要的交通方式 是自行车鞠公交，它们既相互联系又柏互竞争，影响人们对此选择的因素露交 邋翦阉、交运费弼、嫠适程度双及塞活求平等。对它们豹方式翔分，采嚣凳擎 模型法来确定。竞争模型法薛基本恩潞楚：分剐建立宣行车和综合公交( 含轨道) 的道路网络，得到两类方式的时间最短路矩阵，并考虑到公交的换乘时间、两 端步行时间和票价，统一换算为价假厢，采用改进的l o g i t 模型来确定1 1 。模 型为 。一曦2 嚷变2 1 一易一乓索车。了蕊三：；= 茹i ( 2 - 9 ) 式中，五参数； r 公交的阻抗； 如。史颤行车的阻抗。 勉交= 还x 嚎车肆瓣+ 哎在秉鞋蔺撬 ( 2 一l r 自行车= 搿l f 骑车时间+ 已6 。 ( 2 11 ) 1 4 第二章交通需求预测 式中，g 、口。换算时间效用值； 乃g 公交乘车费用； 工。离自行车出行最短距离 b 自行车体力消耗系数。 划分所得公交o d 。 2 6 交通量分配 交通量分配是客流预测的关键环节，也是比较复杂的阶段，就是把各种交 通方式的o d 分布量按一定规则分配到交通网络上，得到交通小区的客流o d ， 再以小区o d 计算站点o d ，进而得到各站乘降量和断面流量，为确定系统规模 和经济评估奠定基础。 交通分配结果正确与否取决于调查数据的准确性、可靠性以及分配理论的 有效性、适用性。 作为轨道交通分配的传统方法主要有以下二类，即： f 1 1 最短路径法 将o d 问的轨道交通量全部分配到相应的最短路径( 路线) 上去的方法。 ( 2 ) 多路径概率分配法 在o d 问同时选定多条路径( 路线) ，按各条路径的特性值( 如时间、所需费用 等) 的大小比例将各o d 间的轨道交通量分配到各条路径( 轨道交通路线) 上去。 从过去的轨道交通规划案例来看，用得最多的是最短路径法。这主要是由 于以下两方面的原因。即：一方面多路径概率分配法由于必须在大胆的假定条 件下建立模型，所以在出行现状的表现力方面还存在很大的问题，因而应用较 少。而另一方面由于城市轨道交通容量大，路网比较单纯，路径选择自由度小， 且旅行所需时间基本上不受拥挤程度的影响，因而最短路径法比较符合实际； 同时最短路径法的基本思想单纯易懂，加上长期以来缺乏比较有效的其它方法， 从而在国内外轨道交通规划中得到了广泛的应用。 2 7 石家庄市轨道交通客运量估算 2 7 1出行总量分析 第二章交通需求预测 由于线网规划的年限往往超越城市综合交通规划远景年限，因此线闷规划 往往无法得到所需年限的出行总墩，但却能从城市人口和出行强度的关系去推 算2 q = m t ( 2 1 2 ) 式中，m 城市规划的人l | 规模( 舍常住人口和流动人1 ：3 ) ； f 出行强度 次( 人d ) 。 根据磊家庄市匿民经济和校会发展统计公报，2 0 0 3 年年末市区常住人 口为2 1 1 1 万人，年增长3 o ，2 0 0 4 年年末市区常住人口为2 1 73 万人，年增 长2 9 ，由此预计到初期2 0 1 2 年石家庄市市区常住人口为2 7 5 2 7 万人。根据 石家庄市2 0 1 0 觌划小区人口裁业统计数据以及城市流动人口增长情况，到 2 0 1 2 年石家庄市市联流动入口约为3 5 万人。 居民出行强度的影响因素主爱是城市的结构、经济发展水平、交通设施的 完善程度等方面。一般情况下，屉民出行强度耦对比较稳定。根据石家应市总 俸规戈i ，考虑2 0 1 2 年未来的城市规模、经济发展水平、居民平均出行次数的变 化趋势，确定未来的腊民出行次数为2 6 6 - 2 7 8 次( 人- d ) ，其中流动人口出行次 数为2 8 次( 人，d ) 。根据上述资料数据，到初期2 0 1 2 年，石家庄市居民全日出 幸亍总量预测为8 3 0 2 8 6 3 3 万人次。 表2 1 初期( 2 0 1 2 年) 全方式居民出行总量 远景的轨道交遗客运量则与多方面艴因素蠢关，如城市用地规模、地理条 件、城市规划布局、轨道交通线嘲规模与结构形式、城市“公交优先”相应政 策等等，因此宜采用回归模型，以产生量为因变量，以对其发生影响的所有社 会经济指标为自变量，并基于现状数据资料进行回归分析。回归方程为 j g = b o 十包q( 2 - 1 3 ) i = l 式中，瓯凹归常数； 一1 6 第二章交通需求预测 b i ( f = 1 , 2 ，后) 偏回归系数。 表2 - 2 霸窳窿审各类指标 根据表2 - 2 中近年来发生的交逶激，取q 分裘为城市入口、城市餍遗面积( 主 城区) 、就业岗位数，代入式( 2 1 3 ) ，求得b o 为1 1 3 2 7 9 ，红分别为1 1 4 3 ，o 8 1 3 ， 1 0 2 5 。出此得到网归方程为 g = 1 1 3 ，2 7 9 十1 1 4 3 9 十o + 8 1 3 奶+ 1 0 2 5 q ( 2 1 4 ) 按照我国特大溅帝天日燕模弱控稍竣篾，戮及2 0 1 0 年戮螽整令磊家窿中心 城市的城市化水平，石家庄市主城区建设用地发展范围将控制在三环以内，黼 积2 8 0 k m z 。考虑到城市的发展，城市远景常住人口加流渤人口规划控制在3 5 0 万人，就业岗位预计为1 7 7 1 1 万个。内此得到远期( 2 0 3 4 年) 居民全日出行总慧 为9 2 2 5 0 7 万人次。 2 7 2 公交方式出行占全方式密行的跑倒 2 0 1 0 年的石家庄市城市总体规划确定的城市交通发展战略中，明确提出了 优先发展和建立大容量快速公共交通系统的交通发展战略，将逐步建立以公交 为主诲，快速轨道交通为骨干，各秘交通方式捆结合静多艨次、多功能、多类 囊懿城市综合交逶运输体系。这耱舔系靛建立壤改善瑰羧鹣交逶方式绩筏，警 致公交出行比侧的增加。根据石家庄市城市总体规划，2 0 1 2 年在主城区常健人 口的出行中，通过建立城市主要客逡斑廊的轨道系统分析，公交出行比例将掇 高到2 1 ，其中公共汽车为1 7 ；流动人口出行中，公炎出行比例为4 0 。根 据石家庄市城市交邋发展战略方囱，主城区远景的出行交遗方式结构将更憝含 溪，公共交逶瓣凌行0 援会遂一步提纛，羲诗远景公交窭行懿魄餐为4 0 1 3 l 。 2 7 3 轨道交通方式占城市公交方式出行量的比例 一1 7 第二章交通需求预测 轨道交通方式占公共交通方式出行量的比重与城市道路网状况、常规公交 的线网密度、常规公交的服务水平、轨道交通的线网密度及服务水平、运送速 度及车站分布有关。 我国的一些城市远期轨道交通在城市公共交通中分担客流的比重：北京市 为5 0 5 5 ，广州市为4 5 5 0 ，沈阳市为6 0 8 8 ，青岛市为6 0 6 5 ， 长春市为2 1 ，大连市高达7 0 3 。因此，各城市可根据自身的实际情况在0 3 0 6 之间取值 。考虑到石家庄市远景轨道交通系统的发展水平，轨道交通承担客 运量占城市公交客运总量的比例拟定为o 3 5 0 4 。 2 74 轨道交通的客运量估算 轨道交通全日客运量= 居民全日出行总量x 公交方式出行比例x 轨道交通 在公交总客流中分担的比例 初期及远期石家庄市快速轨道交通方式的交通需求量计算结果如表2 - 3 。 表2 - 3 石家庄市轨道交通客流量估算 2 8 小结 本章对四阶段交通需求预测方法进行了简单的介绍，城市轨道交通的客流 预测基本上采用交通规划的常规方法，即搜集或利用居民出行调查资料，在预 测城市客运总需求的基础上，通过交通方式划分预测城市轨道交通的客流量。 在本章中，对石家庄轨道交通的客运量采用的是估算的方法，在以后的工 第二章交遣爨求 瑟溯 睾中，旋该采溪霆验浚方法，邃嚣谨缨静颈溺。 客流碳溅是一项费时、费力舔工佟， 孬纛颚测方法也在不断发震变证，因 此要求在实践的基础上不断探索和完善符合我阉城市特色的预测理论和方法， 为交通建设项目的投资和决策提供可靠的依据。 】9 一 第三章城市轨道交通车站分布 第三章城市轨道交通车站分布 城市轨道交通车站设置的合理与否，对城市轨道交通的运营效率、建设和 运营费用及沿线土地开发利用等都将产生很大的影响。当前，我