（道路与铁道工程专业论文）城市轨道交通线网规模的研究应用.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：自1 8 6 3 年伦敦修建世界上第一条地铁线以来，城市快速轨道交通以其 独特的技术优势：快速、准时、安全、清洁、绿色、环保，为人类提供高效的客 运交通服务有1 4 0 多年的历史，然而城市轨道交通又属于规模大、造价高、技术 复杂的系统工程，工程动辄几十亿甚至上百亿，而且轨道交通的运营成本都很高， 因此各个国家都非常重视轨道交通项目的前期规划，线网规模贯穿轨道交通线网 规划的前期工作中，因此对线网规模的研究具有重要的意义。 线网规模研究按线网规划的深化与发展，又可分为线网合理规模的研究、形 态规模的研究、方案规模的研究。本文首先在已有的传统合理规模匡算方法的基 础上总结了目前常用的线网合理规模匡算方法，同时对线网对线网规模的概念进 行了研究与深化，提出了线网规模影响因素的多级递阶层次结构模型，此模型在 已有的结构模型的基础上多考虑了另外一个城市发展战略因素，从而得出了城市 轨道交通线网规模影响因素的多阶递阶结构图。其次，本文对线网规模的另外一 个方面即方案规模进行了重点研究，主要从方案规模的合理性方面考虑，方案规 模是否合理，应进行定量的方案评价，灰局势决策事件方法是基于多因素多目标 问题建立决策模型，充分利用已有的白化信息，减少误差，本文在已有的灰决策 理论的基础上，考虑了三种极性即极大值极性、极小值极性、适中值极性，最后 结合厦门市城市轨道交通线网规划，对线网规模进行了应用，从合理规模的匡算 到方案规模合理性的验证，得出结论。 关键词：合理规模；方案规模；灰局势决策；厦门市轨道交通线网规划 分类号：1 1 2 3 1 1 a b s t r a c t ：s i n c el o n d o nh a db u i l tt h ef i r s ts u b w a yi nt h ew o r d ，t h eu r b a nt r a n s i th a s s e r v e dp e o p l ee f f i c i e n t l yp a s s e n g e rt r a n s p o r tf o rm o r et h a n1 4 0y e a r s ，b e c a u s ei th a s s p e c i a lt e c h n i c a la d v a n t a g e ：q u i c k l y ，t i m e l y , s a f e t y , c l e a n l y , e n v i r o m e n t a l y h o w e v e r ， u r b a nt r a n s i tb e l o n gt ot h el a r g e l ys c a l e ，h i g h l yb u l i dp r i c e ，a n dc o m p l i c a t e dt e c h n i c a l i t y s y s t e me n g i n e e r i n g , t h ep r i c e o f e n g i n e e r i n g i s a l w a y e s s e v e r a lb i l l i o ne v e n m o r e , m o r e o v e r , t h eo r b i tc o s to fu r b a nt r a n s i ti sv e r yh i g l ，5 0e v e r yc o u n t r yg i v e st h e h i g l l l y a d m i r a t i o nt ot h e p r e - p l a n n i n go fu r b a nt r a n s i tp r o j e c t s m e a n w h i l e , r a i l s y s t e m a t i cs c a l el e n g t hi st h r o u g ht h ew h o l ej o b so fn e t w o r kp l a n n i n g ，s oi ti sv e r y i m p o r t a n tt og i v er e s e a r c ho nt h es c a l el e n g t ho f n e t w o r k a l o n gw i t ht h ed e e p l yd e v e l o p i n go fn e t w o r kp l a n n i n g ，r e s e a r c ha b o u tr a i l s y s t e m a t i cs c a l e 】e 1 1 9 hc a n b ed i v i d e di nt or a t i o n a ls c a l el e n g t h ，s h a p es c a l el e n g t ha n d s c h e m el e n g t h b a s e do nt h et r a d i t i o n a lc a l c u l a t i n gm e t h o do f r a t i o n a ls c a l el e n g t h ，t h e p a p e rf i r s t l ys u m m a r i z et h ec u r r e n t l yc a l c u l a t i n gm e t h o do fr m i o n a ls c a l el e n g t hi n c o n l m o nu s e ，a tt h es a m et i m e , t h ep a p e ra l s og i v e st h ed e e p l yc o n c e p ta b o u tn e t w o r k s c a l el e n g t h ，p u t t i n gf o r w a r dt h eh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r a lm o d e lo fi n f l u e n c i n gf a c t o r so f t h en e t w o r ks c a l e ，t h i sm o d e l ，b a s i n go nt h ep r e - e x s i t i n gs t r u c t u r em o d e l 。c o n s i d e r s a n o t h e rf a c t o r ，c i t yd e v e l o p m e n t s t r a t e g y ，a n dc o n c l u d e sh i e r a c t u r a l s t r u c t u r e d i a g r a m s e c o n d l y ，t h i st e x tc h i e f l ys t u d i e sa n o t h e rf a c t o r - s c h e m es c a l el e n g t ha b o u t n e t w o r ks c a l el e n g t h ，m a i n l yf l o mt h er e a s o n a l i t yo fs c h e m es c a l el e n g t ha s p e c t ， w h e t h e rt h es c h e m es c a l el e n g t hi sr e a s o n a b l eo rn o t ，w es h o u l dg i v eaq u a n t a t i v e s c h e m ea p p r a i s et h eg r e ys i t u a t i o nd e c i s i o n - m a k i n gm e t h o db u i l d su pd e c i s i o n - m a k i n g m o d e lb a s e do nt h ed i s m o n o t o n o u sf a c t o ra n dm u l t i p l et a r g e t sp r o t o c 0 1 f u l l ym a k i n g 哪 o fe x s i t e db l a n ki n f o r m a t i o n , r e d u c i n gt h ee r r o rm a r g i o r l o nt h eb a s i so fp r e v i o u s s t u d i e s ，t h ep a p e rc o n s i d e r st h r e ek i n d so f p o l e s ，b i g g e s tp o l e ，s m a l l e s tp o l ea n d j u s tr i g h t v a l u ep o l e f i n a l l y u s i n gt h eu p w a r ds c a l el e n g t hr e s e a r c ht h e o r y 柚m e t h o d si n x i a m e nr a i ln e t w o r k ，m a i n l yf r o mt w oa s p e c t s ：c a l c u l a t i n gr a t i o n a ls c a l el e n g t ha n d v e r i f y i n gt h er e a s o n a b i l i t yo f s c h e m es c a l el e n g l l l t h ep r o j e c tg e t sas a t i s f i e dr e s u l t k e y w o r d s ：r a t i o n a ls c a l el e n g t h ； s c a l el e n g t ho fs c h e m e ； g r e y s i t u a t i o n d e c i s i o n m a k i n g ；t h en e t w o r kp l a n n i n go f u r b a nt r a n s i ti nx i a m e n c l a s s n o ：u 2 3 1 1 北京交通人学硕士学位论文 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 导师签名 签字日期：年月日签字日期：年月 日 北京交通大学硕士学位论文 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r 作的 同志对本研究所傲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：签字日期：年月日 北京交通大学硕士学位论文 致谢 本论文的工作是在我的导师陈建春教授和吴爽高工的共同指导下完成的。从 课题的选择、阶段性成果的审查到最后的定稿陈老师都给予了中肯的指导，倾注 了大量的心血。导师崇高的品德、渊博的知识、忘我的工作精神，踏实的做人风 格永远激励着我奋发向上并使我终身受益。在此表示对导师崇高的敬意和衷心 的感谢。 在我论文的撰写过程中，我的副导师吴爽高工、中城捷张杰、万传风老师都 给予了热心的帮助和悉心的指导，并提出了许多宝贵的意见，在此表示衷心的感 谢。 在撰写论文期间，师弟康彦波也给了我很大的帮助，提出了很多好的建议， 在此向他表达我最真诚的感激之情。 特别的。我还要感谢我的爸爸妈妈和家人，他们的理解和支持使我能够在学 校专心完成我的学业。 最后，感谢所有给予我帮助的老师和同学，感谢北京交通大学对我的培养和 教育。 引言 1 引言 1 1 问题的提出 自1 8 6 3 年1 月1 0 日，伦敦采用明挖法施工的第一条地铁通车开始，城市交 通就进入了轨道交通的新时代。总的来说，地下铁道的建设与发展经历了以下几 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，世界上又有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，世界上已有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，总里程已达 到了2 8 4 0 公里左右【j 】。据不完全统计，现在城市快速轨道交通线网总长达到l o o k m 以上的城市已经达到1 5 个，最长的巴黎线网，整体规模已经超过5 5 0 k m 。 欧美国家受其城市规划理念的影响，强调短期性、实效性和可实施性、因此 忽视长远规划的意义【”。同时受建设投资体制的影响，基本上是“建设一条线、研 究一条线”，强调本线的合理性、忽视线网整体的科学性。比如一些城市可以看到 一条街道下敷设5 、6 条线路的不合理现象。这些城市目前已经普遍意识到没有科 学的长远规划的“遗害”，近年来开始对线网整体合理性的研究，但限于线网已经 形成规模，这种规划完善往往是“补丁”式的。而对于前苏联等计划经济体制国 家，受其规划学术思想的影响，比较注重长远性的线网规划研究，在此领域的技 术积累也比较丰富。因此，莫斯科地铁线网是世界上公认的规划得最合理、最有 效率的线网。但是，受其学术思想的制约，线网规划也带有计划色彩强、静态色 彩强、长远适应性查、灵活性欠缺的问题。因此，合理的轨道交通线网规划具有 非常重要的意义。 近2 0 年来，随着我国经济的快速发展，城市化，机动化速度的加快，大城市 交通拥挤，以及由此导致的交通事故增多，环境问题日益严重。城市快速轨道交 通以其速度快、容量大等优点成为解决城市交通问题的重要手段，城市快速轨道 交通系统的规划建设是建立可持续发展的交通运输系统的关键。城市快速轨道交 通对调整城市布局和土地利用形态、调整城市结构、缓解交通拥挤、减少交通环 境污染和交通资源消耗，均具有决定性的作用。 北京交通大学硕士学位论文 然而城市快速轨道交通又属于规模大、造价高、技术复杂的系统工程，工程 投资动辄几十亿甚至上百亿，地面线建设费用约3 亿元k i n ，地下线约5 8 亿元 k m ，通常为节约城市土地，缓解路面交通，轨道交通建设尽可能在市区内走地下， 但地下结构的建设费用显然比地面结构的费用高出许多。而且，轨道交通的运营 成本都很高，事实上，城市轨道交通的后期运营即维护费用很高，以北京为例， 1 9 9 7 2 0 0 3 ，1 、2 号线地铁全年的票款收入为5 3 0 9 0 0 万元k i n ，但运营成本则 达9 0 0 1 2 3 0 万元k i n 。如何对城市轨道交通进行合理规划建设就具有十分重要的 意义。 在进行快速城市轨道交通线网规划中，一个十分重要的问题就是如何根据城 市的现状及其发展规划、城市的交通需求、城市的经济发展水平等，从宏观上合 理规划快速轨道交通线网的规模。一个规模合理的快速轨道交通线网，不仅可以 充分满足城市日益增长的交通需要，提高公交服务水平，而且可以用较小的投入 取最佳经济效益p j 。 合理规模是从交通系统供给角度而言，可以界定为合理的轨道交通方式供给 水平。它是一个目标性质的量，是权衡运营公司、地方政府、城市交通出行多方 利益的结果，缩小规模意味着轨道供给能力削弱、服务水平下降，客流吸引能力 减弱，这将直接导致客流萎缩，影响它在城市客运体系中的份额。但同时由于规 模的缩减，地方政府对轨道交通投资的力度将减少，为地方财政减少了部分开支； 同样当规模扩大时，可以提高轨道系统在城市客运体系中的竞争力，同时也大大 提高了城市政府的投资力度，加大了她方财政的负担。同时，为了使前期进行线 网方案构架之前，使多个方案有个共同的比较基础，必须对线网规模进行匡算。 如何确定合理的城市轨道交通线网规模是城市规划部门、政府部门及轨道交 通运营公司共同关心的问题，它为后续确定线路布局、网络结构及优化、估算总 投资量、总输送能力、总经营成本、总体效益等工作的开展奠定基础，因此合理 的轨道交通规模不仅是线网规划的宏观控制量，而且是一项至关重要的投资依据， 向决策者提供决策的辅助依据。 线网合理规模的匡算作为城市快速轨道交通线网规划的前期工作，规模的合 理性关系到建设投资、客流强度，也关系到理想的服务水平的设定、建设用地的 长远控制。 然而线网规模不仅仅是合理规模的匡算，规模匡算仅仅作为轨道交通线网规 划的前期工作，目的是从宏观上探讨规划对象城市轨道交通系统建设的规模水平， 作为制定线网规划方案的定量参考。它只是从宏观上给出判断轨道交通合理的上 下限，并不是对象城市轨道交通系统建设的实际规模值，随着线网规划的深入进 引言 行，从轨道交通系统合理规模的确定到宏观战略意义上的网络构架直至到具体方 案的形成，相应的轨道网规模的概念则由最初合理规模演变到网络构架阶段的形 态规模，以致到最后具体方案形成时的方案规模。规模的研究如上所述，也将不 断深化，这几种规模之间的关系如何，以及如何确定最后的方案规模，这些都是 本文有待进一步研究的问题。 1 2 国内外研究与发展概况 1 2 1 国外轨道交通线网发展概况 莫斯科位于莫斯科河及其支流亚乌扎河两岸，全市面积9 9 4 k m 2 ，人口8 9 0 万， 流动人口2 5 0 万。市区呈单中心结构，形成辐射状和环状相结合的圈层式城市布 局。自1 9 3 5 年一期地铁通车以来，莫斯科市已建成5 条直径线、4 条半径线和l 条环线组成的地铁线网。线网总长2 3 9 k m ，平均站间距1 6 k m ，最长线路4 1 5 k m ， 曾环形加放射状的布局结构。方圆1 0 9 k m 2 的公路环内市区地铁网络担负公交客运 总量的4 3 ，年客运量3 1 8 亿人次。规划中的市区地铁线网总长达3 9 0 k m ，线网 密度o 3 9 k m k m 2 。莫斯科市区环线加放射线的地铁线网形态，较好的与城市布局 结构相配合，地铁线路在市中心区曾三角形交叉，均匀分布【4 】。 伦敦位于英国东南部，面积1 5 8 0 k m 2 ，人口6 7 1 3 万。城市曾多中心布局。伦 敦已建成9 条地铁线路和2 条轻轨线路，线路总长4 2 3 k m 。其中地铁线路平均站 间距1 4 7 k i n ，最长线路8 3 6 8 k m 。伦敦轨道交通以环形为基础，曾放射形向北向 西发展，并在线路两端增设支线1 5 】。整个线网在市中心区为地下线，沿主要街道布 设，在市区外围为地上线，占全网线路总长的6 0 。 柏林是德国近距离交通的首都，其优秀的公共交通系统在德国所有的大城市 中名列榜首。公共汽车、轨道列车发车频繁，即使在夜间，也可到达郊边地区。 柏林有城市铁路、地铁、有轨电车和公共汽车，拥有德国最大的公共交通网络。 这个网络交织密集，每日运送乘客4 0 0 万人次。2 0 0 2 年，公交公司及轻轨铁路共 运送乘客超过1 0 亿人次，其中8 亿人次使用公交公司的运输工具，3 0 5 亿人次乘 坐了轻轨列车。 柏林地铁于1 8 9 1 年开始建设，其目的是为了解决由于城市经济发展带来的日 益严重的交通问题。到今天，柏林的轨道交通网络已经成为城市交通的重要组成 部分，与地面公共交通一起，承担了整个城市6 0 的交通量，同时他们还在积极 建设新线，规划目标是使公共交通在全交通方式中所占的份额提高到8 0 0 4 。 北京交通大学硕士学位论文 图1 - 1 柏林轨道交通网络示意图 f i g 1 1b o l i n u r b a n t r a n s i t m a p 1 2 2 国内轨道交通线网发展概况 中国政府高度重视城市轨道交通的发展，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。有利于改善群众出行条件，有利于节约土地资源， 资料表明，城市轨道交通平均占地面积为o 2 平方米，公共汽车、小型汽车、摩托 车、自行车分别为轨道交通占地面积的4 6 倍、1 1 5 、1 0 0 、5 0 ，有利于节能减排， 有利于合理调整城市布局，促进城市经济，有利于促进产业的升级模式。总的来 说，城市轨道交通有其独特的优势，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。 中共中央政治局常委、国务院总理温家宝指出优先发展公共交通是符合中国 实际的城市发展和交通发展正确的战略思想。 ( 1 ) 北京的发展 2 0 0 2 年5 月，两家编制单位：中国城市规划设计研究院和境外法国s y s n 乙a 公司提交的规划研究报告通过了专家评审。根据专家评审意见，由北京市城市规 划设计研究院进行方案汇总综合，在吸纳以上两个方案优点后提出北京城市轨道 4 引言 交通线网调整规划的最终成果。 调整后的中心城轨道交通规划线网也就是城市快速轨道交通规划线网由“五 横五纵双环对角线路”组成，规划线网总体上呈双环棋盘放射形态。城区线网呈 棋盘状，线路末端呈放射状，出城线路延伸到市区外围的边缘集团地区或卫星城 市，见图1 - 2 。 市区轨道交通规划线网由2 2 条线路组成，其中1 6 条为地铁线路( 以下简称m 线) ，6 条为轻轨线路( 以下简称l 线) ，轨道交通规划线网总长度为7 0 0 6k m 。其中 在四环路以内规划线路长度为3 3 8 6 k m ，线网密度为1 0 8 k m k m 2 ；二环路之内规 划线路长度为1 0 1 5 k m ，线网密度为1 7 6 k m k m 2 【”。 根据中心城客流特征、考虑到已建成和己确定要建设线路的情况，规划线网 中的m 1 线、m 2 线、m 3 线、m 4 线、m 5 线、m 1 0 线和m 1 1 线为骨架线路，这 七条线构成中心城轨道交通骨架线网。 图l - 2 北京轨道交通线网规划图 f i g 1 - 2t h ea e i j i n sr a i lt r a n s i tn e t w o r kp l a n n i n gm a p ( 2 ) 上海的发展 根据新一轮的上海市城市轨道交通线网规划方案，到2 0 2 0 年城市轨道交通线 网由1 7 条线路( 市域快速线4 条，市区地铁线8 条，市区轻轨线5 条) 组成。总 长7 8 0k m ；中心城范围内线路4 8 0k m ，线网密度o 7 3k m ，k m 2 ，车站密度o 5 7 座 5 北京交通人学硕士学位论文 k m 2 ，1 1 个新城均有轨道线路与中心城连接。 4 条市域快速线( r 线) ，总长4 2 8 k m 。市域快速线主要在全市范围提供快速的 交通服务，连接郊区新城、中心镇等重要地区，连接重要的对外交通枢纽( 空港、 海港、铁路客站等) ，构成全市范围的快速交通骨架。 8 条市区地铁线( m 线) ，总长2 6 4 k m 。市区地铁线主要承担中心城的公共交通， 疏解地面交通压力，成为中心城公共交通的骨干。 5 条市区轻轨线( l 线) ，总长1 1 8 k i n 。市区轻轨线作为辅助线路，主要连接市 域快速线和市区地铁线，为局部区域提供交通服务，是前两级网络的补充。 根据上海城市总体规划，2 0 2 0 年全市实际居住人口1 6 0 0 万人左右，中心城规 划人口约8 0 0 万人，郊区城镇规划人口5 6 0 万人。在发达的轨道交通网帮助下， 中心城绝大多数市民出行在l 小时之内完成；1 1 个新城( 城桥、宝山、嘉定、青 浦、松江、闵行、南桥、金山、海港、惠南和空港) 都有向外辐射的地铁或轻轨。 图1 - 3 上海轨道交通线网图 f i g 1 - 3t h es h g h a i br a i lt r a a a i tn e t w o r kp l a n n i n gm a p 1 3 本文研究的背景 线网规模是一个很广泛的概念，虽然近几年来，学者们对线网合理规模的研 究比较多，但是对规模的另外两个方面即形态规模、方案规模的研究却比较少， 也就是规模的深化方面。本人于2 0 0 6 年l o 月份进入培养基地联合培养实习，在 6 引言 实习的过程中参与了厦门、昆明城市轨道交通线网规划，深知厦门的线网规模匡 算有它自己的特点，同时对城市轨道交通线网规划的全过程有了一定程度的了解， 深知线网规划是一个逐步深化和发展的过程。线网规模作为线网规划过程中的一 个方面，也是逐步深化的。受此启发，本人通过阅读大量的文献资料，把线网规 模的研究理论应用于厦门城市轨道交通线网规划中，以其对轨道网规模的全面理 解乃至轨道网络规划的全过程有所促进。 1 4 本文研究的主要内容与取得的研究成果 1 本文先对匡算方法进行了一下展望与回顾，总结出了目前比较常用的线网规 模匡算方法。 2 对规模的概念进行了深化与研究，并对线网规模的影响因素进行了多级递阶 层次结构分析。 3 如上所知，规模不仅仅包括合理规模，还包括方案规模，形态规模，从方案 规模出发，提出了狄局势决策方法，并对方案规模的合理性进行了验证。 4 实例应用，主要是在厦门市城市轨道交通线网规划中，对厦门市城市轨道交 通线网规划从线网规模匡算到方案规模的合理性验证都进行了实例应用。 7 北京交通大学硕士学位论文 2 规模概念解析与城市轨道交通线网规模影响因素分析 2 1 城市轨道交通线网规模的构成 在规划轨道网时，首要问题是到底该修多大规模的线网，这一问题是市政当 局一个至关重要的投资依据，目前我国对这一问题的认识尚不完全，从交通运输 系统的角度来看，合理规模口】实际上就是实现合理的快速轨道交通方式的供给水 平，由于交通需求和交通供给是动态的平衡过程，因此合理规模也是相对的。从 一个侧面体现系统所能提供的服务水平。线网规模实质是整个轨道交通系统的总 体构成量。它包括线网密度、系统能力和经营管理。其中线网密度、系统能力是 规模中硬性的一面，其中系统能力输出又与系统的运营管理密切相关，经营管理 是软性的一面，规模是上述三者的统一【7 1 。从系统能力和线网密度来看有4 种性 质的规模度量，如下图2 1 ，需要指出，这里的合理是一个相对概念，是在一定条 件下达到预期目标的一种结果。 线 网 密 度 中等规模i大规模 小规模中等规模2 小 大 系统能力 图2 - 1 轨道交通线网规模构成 f i g 2 - 1t h ec o n s t i t u t i o no f r a i ls y s t e m a t i cs c a l el e n g 山 通常情况下，合理规模是一个带有目标性质的量，对于不同的对象，其意义 各不相同。对于地铁线网的合理规模，于市政当局、运营公司以及消费者而言， 其利益就各不相同。 8 大+jiilll 小 规模概念解析与城市轨道交通线网规模影响因素分析 对于投资者来说，利润是投资者最为关心的问题，投资建设多大规模的轨道 交通线网才能获得最大的投资收益，且承担的风险最小。 对于市政当局，运营公司来说，多大规模的线网运营效果最好，且线网的分期 实施规模应该如何安排才算合理，针对不同的线网规模，其列车运行组织方案、 车站工作组织方案和车票定价策略应当怎样运作才合理。这都是运营公司考虑的 问题。 对于消费者来说，能否提供快捷高效、安全、准时地轨道交通服务水平才是 他们最关注的问题。 这样就存在着不同的规模量，对于他们之间的关系，可以用一个函数表达为： s = 厂( d ，c , t ) 式中，s 为线网的合理规模 d 为线网密度 c 为系统能力 t 为运营管理 而且，根据数学中的最值原理，只有当筹= 要= 等= o 时，才可以达到合 理规模。 2 2 规模的概念解析与延伸 2 2 1 三种规模的具体内涵 轨道网各种规模概念是伴随着轨道网规划的进行而产生的，从合理规模到形 态规模，最终到方案规模是轨道网规划的产物，也是对规划过程的一种反映。 前面所提到的轨道交通线网合理规模是在线网构架之前，为了使多个方案有 个共同的比较基础进行的研究，是在对城市规划前景、交通发展情景等背景分析 之后，线网构架之前。其目的是从宏观上探讨规划对象城市轨道交通系统建设的 规模水平，作为制定线网规划方案的定量参考【剐。合理规模时一个相对变化的值， 有一个区间范围，它是可以静态计算的，通过服务水平、出行需求分析、吸引范 围分析、线网回归拟合分析等方法计算，最后通过多种方法的综合，得到一个轨 道网规模的合理区间范围。 随着线网的进一步深化与研究，即在进行方案的构架时，根据客流走廊的确 9 北京交通大学硕士学位论文 定以及与城市主要发展方向的吻合，城市轨道交通线网的形态的不同，又会产生 与之相符合的线网规模，这时候的规模用一个词来形容就可以称之为形态规模【9 】。 形态规模的计算是结合城市用地形态、城市用地规模即轨道网结构的自身特性计 算的。 随着线网规划的进一步深化，即进行具体的线网构架时，考虑到城市用地规 划情况，更为具体的客流走向分布以及具体轨道线路的选线布置，得到若干的轨 道网初始方案，这时也有个线网的规模，这时的线网规模即可称之为方案规模【9 1 ， 这些方案经过线网方案的比选，从中选择出最终城市的推荐线网方案，显而易见， 方案规模是一个离散的值，而不像合理规模是一个区间范围。方案规模的量化可 以通过对所有轨道交通走廊的加权和计算求得，在考虑了一定的曲折系数之后。 2 2 2 合理规模、形态规模 9 1 、方案规模 9 1 之间的关系 合理规模与形态规模之间并没有直接的关系，合理规模是从具体的微观的层 面计算求得，当城市人口、城市面积、客流等发生变化时，合理规模也相应的发 生变化，而形态规模是在对轨道网客流形态分析的基础上，通过客流走廊的确定， 进行轨道网络的构架，根据构架计算轨道网构架的客流走廊的径向长度加和求得， 是一种宏观粗略的分析。当客流量发生变化时，合理规模会相应的发生变化，但 是只要客流走廊的变化不会引起相应的客流走廊发生质的变化，也就是轨道网形 态的改变，形态规模就不会发生变化。 合理规模与方案规模之间的关系也很明显，一般而言方案规模与合理规模有 着相等的变化趋势，且方案规模是属于合理规模区间范围的一个离散值。假设合 理规模的区间范围为 x l ，x 2 1 ，方案规模b x i ，x 2 1 。 由前述可知，形态规模是网络方案在现实城市空间用地上的一种扩展，因此 相应的形态规模与方案规模之间的联系也比较紧密。其中形态规模表示为： a = 厶 i - i 式中，彳轨道网形态规模 厶第i 条轨道走廊的长度 n 轨道网形态中轨道交通走廊的条数 网络初始方案是在形态方案各条轨道交通走廊的基础上，考虑城市的用地布 局情况，更为详细的客流走廊进行轨道线路的具体布置，从而编织成轨道线网方 案，引进线路的非直线系数，则轨道网的方案规模可表示为： 1 0 规模概念解析与城市轨道交通线网规模影响因素分析 b = 盯，厶 ( 2 ) f i 式中，占轨道网网络规模 第i 条轨道走廊的长度 口，第i 条轨道线路的非直线系数 n 轨道网形态中轨道交通走廊的条数 对于中心地区有环线型的线网形态，计算方案规模时要把环线考虑进去，而且 环线不考虑非直线系数的概念，因为考虑非直线系数没有意义，具体的计算可以 考虑通过数学中定积分的微元思想求得。 2 3 城市轨道交通线网规模的影响因素分析 以系统论的观点来看，城市轨道交通系统与外部环境发生着物质、能量、信 息的交换，同时受到复杂的外部环境因素制约，这就决定了城市轨道交通线网规 模影响因素的多元化【10 1 。为了对线网规模作出合理的预测，应对其影响因素进行 综合分析，分清各因素的主次关系和连接关系。 本部分主要是在已有的线网规模影响因素分析的基础上，增加了城市规划与 政策，利用线网规模影响因素的多阶递阶结构模型进行分析，从而得出了线网规 模影响因素的多级递阶结构图。 影响快速轨道交通线网合理规模的因素、主要有城市的规模形态、土地使用 布局、道路网特点、各类人口出行特征、城市社会经济发展水平、未来交通战略 与政策等方面。 ( 1 ) 城市形态 城市的形态有多种形式，分为分散组团型、圈层发展型( 团状) 、狭长带型等， 不同的城市形态决定了轨道交通线网的几何空间形态。其中“分散组团型”的城 市，要求轨道交通应将各个组团很好的紧密连接，缩短组团之间的空间距离。“圈 层发展型”的城市，轨道交通的线网为多方向放射状或方格网状。除此之外，像 “狭长带型”的城市，城市的主导客流方向比较单一，主要是沿着狭长带的方向。 轨道交通的线路走向应和主导客流方向一致。在覆盖范围和客运总量相同条件下， 不同线网结构对线网规模有影响。 ( 2 ) 城市规模 城市规模中对轨道交通线网规模最重要的影响因素为人口规模和用地规模， 人口规模决定了城市的交通需求、城市交通出行的总量，城市用地规模影响居民 北京交通大学硕士学位论文 出行的时问和距离，即城市规模决定了城市的交通需求分布，也就影响了城市轨 道交通的总体规模。城市规模的大小，是确定线网规模的主要因素，两者呈正比 关系。 ( 3 ) 道路网布局 由于快速轨道交通通常沿城市干道敷设，因此道路网格局和特征对快速轨道 交通线网的结构和规模均有较大影响。 ( 4 ) 城市交通需求 城市交通需求是居民对交通设施的需要程度，交通需求的大小和分布特性， 是决定城市轨道线网规模最直接和最具决定意义的因素。表征城市交通需求的指 标有：城市居民出行强度、时空分布特性、城市公共交通总出行量等。 ( 5 ) 城市社会经济发展水平 城市交通需求，城市规模形态与用地布局是影响快速轨道交通的主要因素，而 城市社会经济发展水平则是快速轨道交通规模大小的经济基础。城市社会经济发 展水平同时还影响城市居民的出行行为和出行习惯。 现在世界上一些大都市快速轨道交通系统成为城市的客运交通骨干，如纽约， 轨道交通承担居民出行总量的6 0 以上，东京轨道交通承担居民出行总量的4 5 ， 也是城市客运交通的骨干力量。8 0 年代以来，快速轨道交通逐渐成为现代化都市 的交通水平的象征，但是建设城市轨道交通系统一定要和本身城市的经济实力相 符合，不能盲目按照国外城市的规模进行规划建设，规模数量过大的城市轨道交 通线网不利于城市规划的管理与控制，对城市的建设起到制约作用。所以要在城 市当前社会经济发展水平的基础上，结合未来城市发展来确定合理的轨道交通系 统规模。 ( 6 ) 国家政策 由于我国的人口基数大、城市用地紧张、能源短缺，所以我国城市交通必然 要以公共交通为主，当前我国的政策是大力发展城市公共交通尤其是大力发展轨 道交通，而且近期国家政策是加大基础设施建设的投资，无论从近期还是从长远 的国家政策来看，对发展城市轨道交通都是很有利的。 2 4 线网规模影响因素的多层次递阶结构模型 通过对系统的结构进行分析，确定系统各相关因素之间的上下、大小及因果 关系，结构模型解法是根据有向连接图建立相邻矩阵，通过对相邻矩阵的有关运 算得到可达性矩阵，然后再分解可达性矩阵，最后有效的将杂乱无章的有向连接 1 2 规模概念解析与城市轨道交通线网规模影响因素分析 图转换为层次分明的多级递阶结构形式。 本部分主要是在前人关于城市轨道交通线网规模影响因素研究的基础上，多 考虑了一个因素城市发展战略，并把这种系统工程学的结构模型化解法用在影响 因素分析这方面，最后建立了线网规模影响因素的多阶递阶结构模型【l l 】。 2 4 1 根据有向图建立邻接矩阵 邻接矩阵表示系统中各要素之间的两两直接关系，以彳表示， 其元素 ，0n ，r n ，j a 1r 熏鬻 ：f = 。 l jj 9 l 珥【，l ，表示可以从喝到达刀， 根据轨道交通线网规模影响因素之间的相互关系，建立轨道交通线网规模影 响因素的有向连接酬，如图2 2 所示： 线网规模影响因素的有向连接网 图2 2 线网规模影响因素的有向连接图 f i g 2 - 2t h eo r i e n t e dg r a p ho f i m p a c tf a c t o ra b o u ts c a l el e n g t h 根据有向连接图，建立线网规模影响因素的邻接矩阵a ，用邻接矩阵加上单 位矩阵i 可得新的矩阵4 ，经运算可得可达性矩阵m 。 可达性矩阵的定义： 设4 - - ( a + 0 1 ，4 = 0 + j ) 2 4 = 0 + ，运用布尔代数运算规则，即l + 1 = 1 ：1 + 0 = 1 ：0 + 1 = 1 ：0 + 0 = 0 ；1 1 = 1 ：1x o = 0 ：o x l = 0 ：o x o = 0 ：a + 一= 一，a a - - a ；a + a b = _ 。直到当4 + = 0 + j ) r ”= 0 + ，) 7 ，即可得可达性 矩阵m = 丘 1 3 a = 4 = ( 一+ ，) 2 = a 2 + 一+ ，= 又经计算可知4 = 北京交通大学硕士学位论文 a i = 4 = 4 ，由可达性矩阵的定义可知可达性矩阵m = 4 = 鸣 2 4 2 可达性矩阵的分解 ( 1 ) 区域分解 在可达性矩阵中可将元素组成可达性集合r “) 与先行集合一“) ，即 r g ) = n ，n a _ = 1 ，表示与要素吩有关的 ( 4 ) 1 4 o o o o 0 o o o o l o o o o o o o l 1 1 o 0 o o o o o o 0 o o o o l o 1 l l o o o o o o o o o l o o o o l 0 o o o o o o o l 0 o o o o o l o o o o o o o o 1 o o o o 0 0 o o l 1 l l l l l o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 1 o o 0 0 o o o o o o o o o o l o o ，o o o o o o o 0 o o l 0 o o o 0 0 o o o o o o o o o 0 0 o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o l 1 1 1 l 1 o o 0 o o o o o o o o o l o o o o 0 o o l 1 l o o o o o o o l o o 0 0 o o l o l l l o o o o o o l o o o l o o o o o o o o o o o l l o l o o o o o o l o o o o o o o o l o o o o o o o o o o o o o o o o o l o o o o o o o 1 1 l o o o o o o o 1 o o o o o o 1 o l l l o o o o o o l o o o l o o o o 1 o o o o 0 o o 1 1 o l o o 0 o o o 1 o o o o o o o o l o 0 o o o o o o 规模概念解析与城市轨道交通线网规模影响因素分析 彳g ，) = 加。n 口 = 1 ) ，表示到达要素啊的 ( 5 ) 共同集合定义为r = h r “) n 彳“) = 4 “) ，即把所有可达集与先行 集的交集为先行集的集合定义为共同集合。 于是由可达性矩阵，以及前面可达集、先行集以及共同集的定义可得先行集、 可达集以及二者的交集如表2 1 所示： 表2 1 级间分解表( 一级) t a b 2 - 1d e c o m p o s i t i v ef o r mb e t w e e nl e v e l s ( f i r s tl e v e l ) tr “)彳h )r “) n 一“) 1l 1 ，2 ，3 ，4 567 891 0 1 2 1 ，2 , 4 2 2 3 1 , 3 4 33 4 1 , 42 ，3 ，4 ，6 4 5 1 , 5 ，7 55 6 1 , 4 ，66 ，1 0 6 7 1 ，75 789 7 8 1 , 7 ，8 , 9 88 9 1 ，7 ，98 , 9 ，1 0 9 1 0 1 , 6 ，9 ，1 0 1 01 0 根据区域分解的定义，可知可达性矩阵中的任意元素均属于同一区域。 ( 2 ) 级间分解 级问分解应满足可达性集合与先行集合的交集为可达性集合由表l 可知满 足此条件的只有元素l 。则第一级厶= h ，从一级分解表中去除元素1 ，即得二级 分解表2 2 ： 北京交通大学硕士学位论文 表2 - 2 级问分解表( 二级) t a b 2 - 2d e c o m p o s i t i v ef o r mb d w e c l ll e v e l s ( s e c o n dl e v e l ) t r “)彳“)r h ) na ( n t ) 2 2 , 4 2 2 3 3 , 4 33 44 2 , 3 ，4 ，6 4 5 5 7 55 6 4 ，66 ，1 0 6 7 7 5 789 7 8 7 , 8 ，9 88 9 7 ，9 8 , 9 ，1 0 9 1 0 6 , 9 ，1 0 1 01 0 经分析第二级岛= k ，1 7 ，按同样得方法剔出元素4 ，7 ，可得三级分解表 2 3 ： 表2 3 级问分解表( 三级) t a b 2 - 3d e c o m p o s i t i v ef o r mb e t