（道路与铁道工程专业论文）城市铁路列车最高运行速度的确定.pdf

一、【。 1 c l , 1 4 8 j ， o - l 一 本学位论 授权北京交通 提供阅览服务 同意学校向国 ( 保密的 学位论文 签字日期 、 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 ， 致谢 在论文即将完成之时，首先要感谢我的导师陈峰教授和城建院导师张杰。本 论文的撰写是在导师陈峰教授和张工的悉心指导下完成的。从论文的开题、构思 到论文的每一具体细节都饱含和凝聚着导师的心血。在两年多的研究生学习期间， 导师严谨的治学态度、渊博的学识、敬业的精神、一丝不苟的学术作风及坦诚待 人的率直品质让我从师两年，受益终生。陈老师和张工不仅在学业上给我以精心 指导，同时还在思想上、生活上给我以极大的关心和帮助。此外，两位老师还给 我提供了在城建院实习的宝贵机会，让我学到了很多设计知识。此谨向陈老师和 张工致以诚挚的谢意和崇高的敬意! 两年的研究生学习中，城轨中心和道铁专业的各位老师在专业学习上也给予 了极大的指导和帮助，在此表示诚挚的感谢! 当然也要感谢北京交通大学，在这里，我收获了知识、收获了友情，收获了 做人的道理。快乐、丰富的大学校园生活将会是我最难忘的回忆。 最后，感谢我的家人和朋友对我求学之路的支持和帮助，是你们给予我前进 的动力和支持。 中文摘要 中文摘要 摘要：近些年来，伴随着经济建设的飞速发展，我国的经济总量和社会财富 不断增加，城市化进程明显加快，这些都带来了城市及周围地区交通的巨大压力。 在这样的条件下，城市铁路成为了为当前大中城市解决交通问题的有效手段。在 城市铁路的设计中，车辆最高速度的确定是一项重要而复杂的任务，最高速度的 确定影响到了设计时各项技术标准的取值和设备的选用。合理的最高速度目标值， 可以带来最优的社会经济效益；相反，不合理的目标值，往往导致社会资源的大 量浪费或系统配置的不合理。 本文以城市铁路的最高速度为研究目标，首先介绍了国内外城市铁路的发展 情况，阐明了该研究的重要性和必要性。然后明确了城市铁路的相关概念，分析 了其中与最高速度有关的各项特征。在此基础上，分别从旅客需求、技术条件和 社会效益等方面出发，采用定量和定性的方法对影响最高速度的各个因素进行了 详细的分析，其中，采用广义旅行时间的概念对比了不同最高速度对旅客需求的 满足情况；采用模糊分析法等建立了确定最高速度的数学模型，量化了最高速度 对社会效益的影响。最后，通过锦州城市铁路的实际案例，证明了本文理论的合 理性。 本文从旅客、设计运营单位和社会的角度出发，对城市铁路的最高速度问题 进行了全面的分析。分析的结果表明，城市铁路最高速度目标值主要由运营和技 术因素确定，同时受到旅客满意度和社会效益因素的影响。据此，文章提出了一 套系统的确定城市铁路最高速度的方法。该方法可以为以后城市铁路的设计提供 一定的参考。 关键词：城市铁路；最高运行速度；社会效益；旅行时间 分类号：u 2 3 9 5 ， d e t e r m i n a t i o no ft h eo t h e rd e s i g nv a l u e sa n dt h ec h o i c eo fe q u i p m e n t s ar e a s o n a b l e m a x i m u m s p e e dt a r g e tm a yb r i n gt h eb e s ts o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s ；0 1 1t h ec o n t r a r y , u n r e a s o n a b l eo n eo f t e nl e a d st oi n v a l i dc o n f i g u r a t i o na n dw a s t eo fs o c i a lr e s o u r c e s i nt h i sp a p e r , w et a k et h em a x i m u ms p e e do fu r b a n r a i l w a y sa sr e s e a r c ho b j e c t i v e f i r s t ，t h ed e v e l o p m e n to fd o m e s t i cu r b a nr a i l w a y si si n t r o d u c e dt oi l l u s t r a t et h e i m p o r t a n c ea n dn e c e s s i t yo ft h es u b j e c t t h e nw ed e f i n e t h ec o n c e p t so fu r b a n r a i l w a y s ，a n dd i s c u s st h e i rr e l a t i o n s h i pw i t ht h em a x i m u ms p e e d a f t e rt h ed e f i n i t i o n , a na n a l y s i si sm a d ei nd e t a i lo nt h eq u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ei m p a c to nt h em a x i m u m s p e e do ft h ev a r i o u sf a c t o r si nt e r m so fp a s s e n g e rd e m a n d , t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n sa n d s o c i a lb e n e f i t s i nt h ea n a l y z e ，t h ec o n c e p to ft h eg e n e r a l i z e dt r a v e lt i m ei se m p l o y e d t oc o m p a r eh o wt h ed i f f e r e n tm a x i m u ms p e e dm e e t st h en e e d so fp a s s e n g e r s ；t h e f u z z ya n a l y s i sm e t h o di sa d o p t e dt oe s t a b l i s ham a t h e m a t i c a lm o d e lt od e t e r m i n et h e m a x i m u ms p e e d ，a n dq u a n t i f yt h ei m p a c to ns o c i a lb e n e f i t s f i n a l l y , e x a m p l eo f j i n z h o uu r b a nr a i l w a yi sg i v e n , w h i c hp r o v e st h er a t i o n a l i t yo f o u rt h e o r y f r o mt h ev i e wp o i n to ft h ep a s s e n g e r s ，d e s i r i n go ro p e r a t i n gu n i t sa n dt h es o c i e t y , w ec o n d u c t e dac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s0 1 1t h em a x i m u ms p e e do fu r b a nr a i l w a y r e s u l ts h o w st h a tt h em a x i m u ms p e e do fu r b a nr a i l w a y sm a i n l yd e t e r m i n e db yt h e o p e r a t i o n a la n dt e c h n i c a lf a c t o r s ，a n da tt h es a m et i m ei n f l u e n c e db yac o m b i n a t i o no f c u s t o m e rs a t i s f a c t i o na n ds o c i a lf a c t o r s a c c o r d i n g l y , t h i sp a p e rp r o p o s e sas y s t e mt o d e t e r m i n et h eu r b a nr a i l w a y s m a x i m u ms p e e d ，a n do u rm e t h o dm a yp r o v i d ea r e f e r e n c ef o r t h ed e s i g no f u r b a nr a i l w a y s k e y w o r d s ：u r b a nr a i l w a y s ；m a x i m u ms p e e d ；s o c i a lb e n e f i t s ；g e n e r a l i z e d t r a v e lt i m e c i 。a s s n o ：u 2 3 9 5 3 1 2 城市轨道交通和公路交通客运竞争关系2 0 3 1 3 旅客出行方式选择分析2 0 3 1 4 城市铁路交通和其他交通方式和谐发展2 2 3 2 城市铁路交通旅客满意度分析2 2 3 2 1旅客广义旅行成本2 2 3 2 2 旅客满意度分析2 4 3 3 旅客需求对城市铁路交通最高速度的影响2 5 3 4 小结2 5 4运营与列车最高运行速度的关系2 6 北京交通大学硕士学位论文 1 站间距与列车最高运行速度2 6 4 1 1车站设置原则2 6 4 1 2 站间距对车辆牵引制动的影响2 7 2 车辆配置和速度的关系2 8 4 2 1 车辆配置数量的计算2 8 4 2 2 最高速度对车辆段的影响3 0 4 2 3 最高速度对列车牵引制动的影响3 0 4 2 4 车辆配置对维修费用的影响3 0 3 技术指标对速度目标值的影响3 3 4 3 1曲线超高及限值3 3 4 3 2 最小曲线半径3 3 4 3 3 曲线限速一3 4 4 3 4 缓和曲线线型及长度。3 5 4 3 5 最小线间距3 6 4 3 6 线路最大坡度一3 7 4 3 7 竖曲线半径3 8 4 模糊方法方案比较。3 8 4 5d 、结4 0 5列车最高运行速度的社会效益分析4 1 5 1 城市铁路的社会效益4 l 5 2 城市铁路社会效益的量化4 3 5 3 小结4 6 6锦州市城市铁路交通实例分析4 8 6 1 锦州市客流组成。4 8 6 2 锦州市交通方式情况分析4 9 6 3 最高速度对运营的影响分析5 l 6 3 1站间距与列车最高运行速度 6 3 2 列车旅行速度与时间 6 3 3 车辆配置数量一 6 4 综合分析 6 4 1 牵引计算。 6 4 2车辆 6 4 3 土建工程 6 4 4 机电设备系统 目录 6 4 5 运营费用6 l 6 4 6 综合经济分析。6 3 7结论与展望6 4 参考文献6 7 作者简历6 9 独创性声明7 l 学位论文数据集7 3 绪论 1 绪论 1 1 选题背景 2 0 世纪末以来，随着经济发展，人民生活水平不断提高，我国城市化进程明 显加快，城镇人口不断增长，使得城市开始了规模上的扩张，一些大中型城市开 始重视卫星城镇的建设。城市化进程的加快，必然引起人们出行频率和出行距离 的加大，市区及郊区间客流交换的增加。而从城区到郊区的公共交通缺乏，特别 是城市轨道交通的建设滞后于客流的增长，制约着郊区以及卫星城的经济发展。 近年来，我国的城市轨道交通和国有铁路都有了大规模、快速度的发展。但 铁路建设解决的是长距离旅行问题，城市轨道交通目前主要解决的是市内交通问 题。而对于大型城市来说，由于近年来中国经济发展迅速，城市化速度加快，基 本建设规模扩大，产业外移，城市体量逐年增加，城市远近郊区与市域中心之间 的客流增加，给城市公共交通系统带来巨大压力。卫星城以及一些郊区大型居住 区的公共交通目前基本是道路交通，解决方式单一，力量也非常薄弱，是目前没 有解决的一个盲点。 从城市规划和交通长远发展方向看，中国大城市适合而且需要发展通向市郊 的城市铁路。随着城市化进程的加速，城市逐渐进入了从向心积聚向离心分散发 展的转折时期，出现了大城市的郊区化过程，卫星城的出现层出不穷。城市区域 在总体上呈急剧扩张的同时，城市的人口、工业和行政管理机构先后出现由内向 外的离心转移。在现代化立体交通的基础上，一些特大型的城市开始出现了发达 国家城市化进程中的第二阶段“分散化 的特征，以大城市为中心的都市圈逐步 形成。 这一趋势在我国各大城市的城市形态上都有鲜明的体现，以我国的四大直辖 市为例，在北京市域范围内，北京是在城市总体规划提出构建“两轴一两带一多 中心的城市空间结构；根据上海城市总体规划，上海将形成“多层一多核一多 轴的城市空间布局结构，构造等级体系完善、功能结构清晰的市域城市化发展 框架；天津将形成“主次轴、两主城、放射状”的城市格局。可看出，为了合理 引导城市郊区化进程，这些城市先后提出了多轴、卫星城镇和分散组团式等发展 模式，通过在大都市区周围建设若干卫星城镇，形成具有以城市中心区为核心的 l 北京交通大学硕士学位论文 多中心城市的结构模式。 而由于工作、学习、购物、就医等各种日常生活的联系，中心主城与卫星城 郊区间存在巨大而稳定的交通需求。人口城市化与郊区化的双向流动，为我 市铁路的发展奠定了客流基础，也提出了客观的发展需求。随着城区范围的 外展，外围郊区迅速发展，居民生活水平日益提高，以城市为目的地的工作、 、休闲娱乐等出行需求迅速上升。为了满足分散居民逐渐多元化、高频率的 出行需求，公共交通的发展方向应当是逐步扩大传统公交的辐射范围，由“市 交向“都市圈公交转变，提高公交系统的可达性。 一方面，都市圈的核心区作为各种要素的集聚中心将集中大量的客流、信息 使得这一地区成为客运交通密度最高的地方，因此，需建立核心区内部公共 设施。 另一方面，都市圈的核心区与其周边城镇在功能上互补，因此在商品、服务、 勤等方面将形成密切的双向联系、往返式流动的特点。为了增强中心城市的 力和吸引力，需要在中心城市与周边城镇之间搭建发展快捷、大容量的交通 ，满足中心区与外部区域之间快速、高密度的客货运输需求。西方发达国家 市圈形成过程中，都以高速公路、大容量轨道交通或者是二者并举的方法实 心城市与周边地区的高效连接。但是，目前我国都市圈内的中心城市与其周 镇的交通主要依靠公路，大容量轨道交通所占比重较小。 1 2 研究目的和意义 在上述背景下，可以看出，城市铁路的客流、社会需求旺盛，城市铁路的建 设是疏散城市中心区人口、发展郊区经济的有效手段，在城市不断扩大的今天， 世界各大城市都十分重视发挥城市铁路的作用。在我国，随着城市规模的不断扩 大和卫星城镇的发展，一些既有的铁路支线已失去了原来的功能，设备闲散，运 能虚糜。另一方面，由于城市经济的发展，市区人口和众多企业向远郊区、县转 移，要加快城市边缘集团和卫星城镇的建设，建成城区至卫星城镇的顺畅交通体 系就显得尤为重要。因此，利用市郊铁路，通过改造、改建，扩能并与城市轨道 交通网有机连接，可以有效解决从城区到郊区的交通问题。 此外，城市铁路具有用地省、运能大，节约能源、减少污染、安全性好，高 速度、高密度等优点。都市圈城市铁路是对城市轨道交通体系的完善和优化，是 2 绪论 对城市交通及区域交通运输通道的重要补充，也是我国未来解决城市及大都市圈 交通问题的一种全新的有轨交通方式。城市铁路的建设将与高速铁路、市内轨道 交通一起组成城市轨道交通骨干。 1 3 国内外城市铁路发展现状 1 3 1发达国家都市群城市铁路交通发展现状 国外通勤客流主要由公共交通解决，已经形成了市内高密度的地铁和市域高 速度的市郊列车组成的都市圈轨道交通。 东京【1 】 东京是日本经济、政治和文化活动中心，也是国际金融经济中心和世界级大 都市之一。东京轨道交通建设的主导战略是以公共交通快速化引导城市空间大拓 展。大流量长放射状的快速轨道交通减少了城市居民出行时间，引导了城市中心 区居民的外迁和郊区的城市化发展。 东京轨道交通系统由地铁、城市铁路交通和新干线三个系统组成，系统功能 完善，环线加放射，高度衔接配套，各种轨道交通线相互交织、立体交叉、各行 其道，与公路等其它运输方式共同构建了一个理想和完善的综合交通枢纽。 目前，布局在东京首都圈内参与公共交通的城市快速轨道交通线路里程为 2 3 0 5 公里，其中地铁2 9 2 公里、j r ( j a p a n e s er a i l w a y ) 线( 不包括新干线) 8 8 7 公里、 私营铁路( 包括单轨铁路) 1 1 2 6 公里。地铁集中布局在东京都市区内，私铁主要 分布在j r 山手环线外围，向市郊呈放射状分布，连接市区和外围主要居民区。j r 是原国铁系统，拥有站场及线路优势，既经营市区线路，又经营远郊线路。 目前东京都的轨道交通公司有2 7 家，经营着总长度为2 2 9 2 5 k m 的轨道交通 线路。其中：j r 公司( 日本国有铁道公司私有化分割后形成的铁道公司) 运营8 8 7 2 k m ，车站3 5 4 个，平均站间距为2 5k m ；私有铁路公司( 1 5 家) 的线路运营里程为 9 8 4 6k m ，6 1 0 个车站，平均站间距1 6k m ；单轨铁路和a g t ( a u t o m a t e d g u i d e d t r a n s i t ，自动导引运输) 总长度为9 4 1k m ，拥有车站9 8 个，平均站间距约为o 9 6k m ， 有8 家公司共同经营：地铁的长度为3 2 6 6k m ，3 0 1 个车站，平均站间距1 1k m ， 有3 家运营公司。目前，东京首都圈的公共交通每天可运送乘客4 3 1 5 万人，地铁、 j r 线、私营铁路运送人数为3 6 5 8 万人，达到8 4 8 。 3 北京交通大学硕士学位论文 表1 1 东京快速轨道交通里程及客运情况 t a b l e1 一lm i l e a g ea n dp a s s e n g e rs e r v i c e so f t o k y o r a p i dr a i lt r a n s i t 交通方式运营公里( k m )比例( )运送乘客数( 万顺)比例( ) 地铁2 9 21 2 78 1 52 2 3 瓜线 8 8 7 3 8 51 4 5 63 9 8 私营铁路 1 1 2 64 8 81 3 8 73 7 9 轨道交通合计2 3 0 5l o o3 6 5 81 0 0 轨道交通布局形态为环线加放射线。环线有机衔接城市轨道交通及城际线。 城际线基本从环线上放射。 东京地铁ji q 路线图 m a po fs u b w a y & j ri nt o k y o 一戆p “_ 嬲唾1 器擎“ _ - 嚣罄“1 德挈“”1 2 器2 睫 _ 嚣甜“1 渺“ 图l l 豕京轨道交通图 f i g u r e1 - 1t o k y ou r b a nr a i lt r a n s i tm a p 巴黎【1 l 巴黎大区位于法国北部，是法国的一个行政区域，在全球大都市中，巴黎大 区是仅次于纽约和东京的第三大经济区，面积为全国的2 ：2 ，人口却占全国的 1 9 ，是法国的政治、经济、文化中心。巴黎轨道交通战略是导向型公共交通战略， 即通过快速大容量的城市轨道交通线网的布局来引导城市按轴向发展，并形成城 市发展轴线。 巴黎的轨道交通主要由1 6 条地铁线、5 条市区快线( 砌琅) 、8 条市郊铁路线 组成，线路长度超过1 4 0 0 公里。巴黎是典型多中心城市结构，经济发展带来城市 4 绪论 人口及郊区人口的急剧增加，市区与郊区之间往来人流密集，给城市交通造成沉 重压力。为缓解交通状况，巴黎建设了快速轨道交通，地铁与r e r ( 市区快线) 、 市郊铁路紧密衔接，换乘方便，共同构成了巴黎城市轨道交通路网。 地铁服务于距巴黎中心半径约为6 8 公里的范围，整个地铁网络线路总长2 1 4 公里，总共有3 0 0 个站点，其中6 2 个站点可以实现与其它线路的换乘，平均站间 距5 4 8 米。除无人驾驶的1 4 号线平均运营速度约为4 0 公里d , 时，其余线路平均 运营速度为2 0 公里小时。1 6 条线路中，2 号线、6 号线为半环线，其它为穿越线。 大巴黎区域快速轨道交通网( r e r ) 共有5 条穿越线，每条线路含有多个分 支，服务于距巴黎市区半径为4 0 公里至5 0 公里的范围。整个网络共有站点2 5 7 个，线路总长5 8 7 公里。p e r 线的修建，一方面充分利用了市郊既有的铁路设施， 另一方面在市区建设新的地下线，使人们不仅可以快速穿越整个巴黎市，也可以 从市郊不经换乘就能到达市中心。此外，也使巴黎运输公司( r a t p ) 所经营的地 铁线路与法国国营铁路( s n c f ) 所经营的市郊铁路可以在同站台方便的换乘。p e r 快线在运营方式上，满足了不同层面乘客的需求，体现了“以人为本”的设计理 念。 巴黎总共有8 条市郊铁路。网络呈发散形，以市内的5 个火车站作为终点， 分别服务于不同的方向。主要功能是加强巴黎周边城镇和市中心的联络。不同于 巴黎地铁的是，巴黎地铁网络全部是新建的，市郊铁路旨在利用原有的铁路网络 实现大巴黎的通勤交通。他们一般是放射线铁路，而非穿越线，即只将郊区乘客 送至市区中心，而不会穿越市区。此类线路通常站间距较大，运营速度较高，服 务范围为整个巴黎大区，服务半径为6 0 公里。 巴黎的轨道交通网络已经处于较为发达的程度，而我国的城市铁路的发展才 起步不久，因此轨道交通体系也不及巴黎完善，巴黎的r e r 和市郊铁路在我国都 属于城市铁路的范围，但是目前我国的城市铁路与r e r 不同的是，线路并不穿越 城市，只将郊区或卫星城的旅客送至市区，但城市铁路和市区内地铁可以换乘。 第二个不同的地方是我国的城市铁路对以前的铁路网的利用程度不是很高，大多 为新建线路，这也是与我国长期以来铁路网络不够密集有关。 表1 - 2 巴黎轨道交通里程 轨道交通模式里程( 公里)比例 地铁 2 1 41 0 2 市域5 8 72 8 o 市郊铁路 1 2 9 66 1 8 5 北京交通大学硕士学位论文 表l - 3 巴黎城市轨道交通年运送量( 单位：亿人t 欠g ) t a b l ei - 3p a s s e n g e rt r a f f i cv o l u m eo f p a r i sr a i lt r a n s i t ( u n i t ：m i l l i o np a s s e n g e r s y e a r ) 交通模式2 0 0 5 年2 0 0 6 年增长率 地铁1 3 7 3 01 4 1 0 0+ 2 7 r e r4 4 4 0 4 5 2 0+ 2 7 市郊铁路6 5 6 06 6 7 0+ 1 6 孕雩瓣饕囊一善 图l - 2 巴黎地铁网 f i g u r e1 - 2p a r i sm e t r om a p 6 图1 3 巴黎r e r 及市郊铁路网 f i g u r e1 - 3p a r i sr e ra n du r b a nr a i lt r a n s i tm a p 伦敦【1 】 伦敦市是围绕着伦敦城逐步发展而成的。伦敦有3 3 个行政区，即伦敦市域范 围。伦敦市人口约7 1 7 万，面积约1 5 7 9 如。伦敦的轨道交通方式包括地铁、轻轨、 伦敦快速铁路、市郊铁路等多种形式。地铁系统主要服务于市区( 内伦敦范围) ， 市郊铁路服务于外伦敦地区及与其它地区的连通。伦敦快速铁路是一种由市郊铁 路改造快速轨道交通系统，服务于市域范围内的外围地区。截至2 0 0 4 年，伦敦地 铁共有1 2 条线，总长4 1 5 公里，市郊铁路共有3 0 7 1 公里。地铁与市郊铁路的比 例为1 ：7 4 。 伦敦是与铁路系统是英国国家铁路，又被称为郊区铁路，主要有以下特点： 1 ) 以地铁环线为中心的放射线，实现郊区市域铁路与地铁等市内交通的衔接 换乘。伦敦的郊区铁路以伦敦中心区的地铁环线为终点，向整个东南地区辐射。 7 多城市都在计划建设中，如北京昌平线、大兴线、平谷线、锦州、营口、宁波、 青岛等。 这些城市铁路很好的起到了建设快速交通走廊、促进市郊与市中心之间协调 发展的作用。 8 j 图1 - 4 锦州城际铁路线路图 f i g i l r cl4 j i n z h o uu r b a nr a i l w a y r o u t em a p f i g u r e1 - 5d a l i a nl i n e3 r o u t em a p 9 北京交通大学硕士学位论文 1 4 研究现状 我国城市铁路的建设还处于萌芽或前期阶段，而且各个城市的具体情况不一 样，因此在城市铁路这一领域的研究较少。但城市铁路是一个城市轨道交通网的 主要组成部分，对于解决距离较近城市间及卫星城与中心城之间旅客的运输发挥 着重要的作用。在城市铁路的设计中，最高运行速度作为列车运行的一个重要方 面，影响着整个轨道交通各环节的设计，如车辆段规模、车辆的选型、线路的设 计等，因此，城市铁路最高速度的研究就显得尤为重要。目前，国内研究较多的 是关于大铁路的最高运行速度。 王京掣2 】在用模糊方法确定高速铁路的目标速度中运用了模糊方法对高速 铁路的目标速度进行了多目标决策，文中所采用的决策目标分别为时间、能耗和 高速铁路相对于其它交通方式的优势距离的大小。其计算模型中贴近度的计算准 则采用了带权的海明贴近度，并通过引用权重分析系统定权，结合国内外经验数 值，求得高速铁路的速度目标。 农兴中【3 】在广州地铁三号线最高行车速度选取分析中对不同行车速度从牵 引计算、车辆、土建工程、机电设备、运营费用、车辆及轨道日常维修费用、车 辆段规模等方面进行了技术经济综合分析比较，得出广州地铁三号线最高行车速 度采用1 2 0 k m h 是经济合理的。 徐德别4 】在城市轨道交通车辆最高运行速度的选择从站间距、线路条件、 列车行驶阻力、车辆购置费对速度目标值的影响作了简单分析，主要是从站间距 的影响得出适合不同站间距的不同速度目标值，并没有综合考虑上述因素得出一 个结论。 宋晓满【5 】在、京沪高速铁路速度目标值对工程造价及运营成本的影响中讨论 了京沪高速铁路速度目标值对工程造价的影响，主要从曲线半径、缓和曲线、限 制坡度、竖曲线、线间距与限界方面进行了论述；文章对不同速度目标值下运营 成本的变化从折1 日成本变化、资金成本的变化、养护维修费用的变化进行了讨论。 苏梅【6 】在我国城市铁路最高设计速度值研究中以实际线路数据为背景，运 用铁道部重点实验室开放实验平台t r a mc e s ，从旅行速度、能耗、时间节约等角度 模拟计算了不同速度设计速度下城市铁路系统的各项运营指标。 邵丙衡、刘友梅【刀在我国高速铁路最高运行速度的探讨中分析了最高运行 速度与最大粘着牵引力、动力车的轴重、列车总功率和轴功率、能耗、制动、高 速受流、过境车及衔接车的速度、牵引动力分配方式等的关系问题。 黄仁波【8 】在昌九城际铁路速度目标值的选择中根据九江至南昌城际铁路在 路网中的定位及客流特点，提出可能的速度目标值方案，分析不同速度目标值方 l o 绪论 案对投资、客流、成本等影响，以综合效益最大化为目标、选择设计年度最优速 度目标值，最后对推荐的速度目标值与路网发展、技术发展等进行适应性分析。 从以上国内研究现状可看出目前我国对大铁路及城市轨道交通的速度目标值 有一些研究，但仅仅是从土建、经济、运营等其中一个方面较为详细的做了分析， 而对城市铁路的社会效益方面的研究相比较少，而且并没有把这个方面中多个影 响因素综合考虑给出一个速度目标值。由于城市铁路在我国刚进入发展的初期阶 段，关于城市铁路速度目标值的研究更少，而且由于它的一些特点，使得其速度 目标值的确定与大铁路、城市轨道交通还有区别，城市铁路的迅速发展是一个明 显的趋势，因此，对城市铁路速度目标值的研究很有必要。 1 5 研究内容 论文以我国城市铁路最高运行速度的影响因素为研究对象，以国外城市铁路 的成功经验为参考，以系统思想为指导，采用定性与定量相结合的方法进行了研 究。本文研究内容如下： 1 ) 通过分析国内外城市铁路现状以及国内研究现状，提出了存在的问题，指 出了研究的必要性。文章中通过对城市轨道交通进行了系统分析，界定了城市铁 路的概念，对其功能和特点进行了阐述。 2 ) 从旅客需求、运营、社会效益三方面研究了对列车最高运行速度的影响。 旅客需求与列车最高运行速度的关系中提出了广义旅行成本的概念，并给出了计 算公式，综合了速度、票价、舒适度等多种影响因素；运营部分从车辆配置数、 牵引能耗、运行时间、技术可行性研究了与速度的关系。最高速度的社会效益部 分量化了城市铁路节省时间所创造的价值。最后用锦州城市铁路实例进行了分析， 得出锦州城市铁路的速度目标值。 3 ) 论文的主要方法有： a 对比分析和归纳的方法。第三章中城市铁路与其他交通运输方式的比较和 竞争中通过城市铁路与公路、铁路干线的比较，提出了城市铁路的优势。 b 定性与定量相结合的方法。文章在旅客需求、社会效益环境部分与最高运 行速度的研究中主要采用了定性的方法，在运营与最高运行速度关系、社会效益 时间价值研究中采用了定量的分析方法。 北京交通大学硕士学位论文 2 城市铁路交通系统分析 2 1 相关概念阐述 目前国内关于城市铁路的定义存在多种观点。论文作者认为，城市铁路的定 义应该从其功能和服务范围上来把握。在我国，根据轨道交通的功能和服务范围， 可以分为大铁路、城际铁路、城市铁路、城市轨道交通四个层次。大铁路是指为 国家铁路网服务的轨道交通线路。包括普通铁路干线、长大客运专线等，其主要 功能是承担全国范围内的客货运输，以中长途运输为主。城际铁路( i n t e r - c i t y r a i l ) 是指在经济发达、人口稠密的大都市群内部大城市与中心城市的便捷、快速、大 运量并且衔接合理的公交化客运轨道交通系统。以中短途城际客流为主。城市铁 路是指在城区以外开往郊区和卫星城，运送市域内乘客的铁路。城市轨道交通是 为城市内部的旅客出行服务的轨道交通线路，是城市公共交通的主干。 通过对国内外城市轨道交通网络的分析，可以看出，各国对城市铁路的定义 不尽相同，表现形式各异。但其功能都是连接市区和郊区、中心城与卫星城。 城市铁路主要是指可以在整个市域范围内提供快速到大城市各主要集散点服 务的轨道交通。该类服务配合城市朝多中心方向发展，并与城市的对外交通设施 ( 机场、港口) 等相衔接。 从欧洲、日本等发达城市的发展历程来看，城市铁路在城市的发展过程中， 起到了突出的凝聚和联系作用。因为城市铁路将一个城市内分散的区域连成一个 整体，强化了市区与郊区、老城区与新城区、开发区的联系，有利于整个区域的 产业升级和发展。 2 2 功能定位 l 、配合引导城市发展 随着城市土地和其他资源的日益紧张，不少城市都规划发展城市外围地区， 提出建立大城市都市圈或交通圈的构想，“中心+ 外围组团城市群将成为我国城 市发展的新趋势。但是由于连接城市中心区和外围的大容量快速交通系统缺乏， 造成城市外围地区可达性差、与市中心区地面联络通道交通拥堵等问题，严重削 弱了外围组团与城市中心区的联系，限制了城市中心区居民的外迁和郊区的城市 化发展。 城市化进程的加快，产业从城区大量外移，休闲旅游事业的发展，住宅向外 1 2 城市铁路交通系统分析 发展的趋势，促使通往市郊的客流大大增加，要想实现城市的可持续发展，首先 要实现城市圈内的交通一体化，确保经济交流“血脉畅通，而城市铁路作为一 种大运量、快速的交通方式，能有效缩短城市的时空距离，加强城市中心区与外 围地区的联系，是构建大城市都市圈的有效手段。我们应大力发展城市铁路，加 强城市中心区与郊区的联系，未雨绸缪，主动应对未来城市化发展过程将要面临 的交通问题，为城市的快速发展提供强有力的保证。 城市铁路定位在市域，针对通勤和出行距离相对于城际短的人群，客流的增 长快、有可能称为比城际间客运专线更有发展潜力的一个方向。 2 、满足和方便城市客运需求 目前，我国城市轨道交通的运输能力严重缺乏，不能适应城市化条件下的客 流的增长速度，虽然各大城市城市轨道交通发展主要还在解决市中心区域的客流 运输，城市化进程的加剧，旅游业的发展、产业的外移带动了市郊客流的增加， 加剧了市郊公共交通不足的矛盾。这个矛盾的最好解决办法正是城市铁路的建设。 解决大城市郊区及都市圈卫星城的公共交通靠城市轨道交通的延伸的做法不尽合 理，城市轨道交通线路不可能建设的很长，可以与城市铁路有机结合，协调发展。 系统的完成从市中心到近远郊的客流输送。 3 、建设城市铁路可以优化目前中国城市轨道交通发展格局 目前国内处于建设城市轨道交通的高潮，由于城市铁路的缺乏，普遍采用了 超常规大规模集中建设城市轨道交通的做法，往往简单地将适应于大运量地区的 轨道交通线路延伸到这些地区，地铁线路越建越长，这不是一种好的解决城市交 通的方法，首先它不经济，地铁的造价相对高，昂贵的线路和设备运送市郊客流 显然是不经济的。 郊区的客流通过城市轨道交通的方式去解决也是不合理的。由于边缘地区的 空间发展和组织特征与城市中心地区有很大的不同，客流是不均匀的，使得延伸 到边缘地区的轨道交通系统的运输能力未能得到充分的发挥，造成了资源的浪费。 由于平均旅行速度较低，过长的城市轨道交通线路也会给乘客带来不适。在 出行距离较长时，城市铁路以速度快与安全性强的特点备受青睐，可以解决一小 时运行到主城区外围换乘，地铁延伸线则需更长时间，很难解决问题。 由于国外的大城市都是铁路先行建设，在铁路基础上发展城市轨道交通，其 主要形式为市区地铁等高密度的城市轨道交通，所占比重较小，在城外主要依靠 城市铁路的大运量输送客流。这是一种合理的结构。 我国目前由于城市轨道交通与铁路的关系不大，有一种城轨线路越建越长的 趋势。城市铁路的建设将会优化轨道交通体系的组成。 1 3 北京交通大学硕士学位论文 2 3 城市铁路线路形式 总结国内外现有的城市轨道网络，城市铁路的主要形式主要概括为以下三种 xx x ( a )( b ) ( c ) 图2 - 1 城市铁路形式图 f i g u r e2 - 1f o r mo fu r b a nr a i l w a y l 、城市铁路穿越城市中心而过 这种形式的城市铁路线连接了城市的主要卫星城、城市各中心和对外交通枢 纽。线路穿越城市，一般在城市中心采用地下的形式，并与其他的地铁等轨道交 通线路有方便的换乘条件。在郊区采用地面线路，并且根据需要往往还延伸和连 接了部分支线，如图2 1 ( a ) 所示，这样的线路能够实现旅客的直达运输，最大限度 满足旅客的出行需求。 巴黎r e r 线是这种线路形式的主要代表，它以地下形式穿过城市中心区并与 一般城市地铁网通过换乘站连接为一个整体。 2 、线路终止于中心城外围 这种形式的线路通常存在于具有城市轨道交通环线的网络中，其一端连接了 城市的主要卫星城、城市副中心或对外交通枢纽，另一端终止于城市轨道交通环 线上，如图2 - 1 c o ) 所示。这样的线路形式可以充分发挥城市轨道交通的环线和市中 心已有轨道交通线路的功能，但郊区乘客需通过轨道交通之间的换乘进入市区。 东京的轨道交通线路是这种形式的代表。东京轨道交通网络中有山手环线这 样的城市环线，而在中心城区地铁网络十分发达，线路均从中心区向山手环线辐 射，延伸到山手环线附近。东京私营铁路系统以山手环线为起终点站，向外辐射， 在山手环线上与地铁系统形成换乘。 3 、线路终止于城区中心 这种形式的线路一端连接了城市的主要卫星城、城市副中心和对外交通枢纽。 另一端则终止于城区中心。如图2 1 ( c ) 所示。这样的线路形式能够实现城市中心与 主要卫星城、城市副中心和对外交通枢纽间的便捷联系，满足旅客出行的需要， 1 4 城市铁路交通系统分析 郊区乘客不需换乘即可直达市区。 纽约的通勤铁路即为这种形式。纽约通勤铁路的长放射网络以中心区的3 个 车站为起点向长岛、纽约北部郊区和辛泽西3 个方向辐射，半径超过l o o k m 。 2 4 客流特征 2 4 1 客流的形成 我国许多城市进入郊区化的发展阶段，人口与产业向郊区的分散强度逐渐增 加，使得人口与产业的郊区化现象成为当今中国城市化进程中的最新特征。但许 多迹象表明，中国城市中的产业郊区化与居住郊区化并不同步，这在一定程度促 进了居住地与工作地的进一步分离。城市地域内部特定方向上的居住地和工作地 之间的人流移动成为中国城市中的新景观。 轨道交通城市铁路的服务对象主要包括各卫星城与城市中心及郊区之间的通 勤、通学旅客，大城市各功能区之间的生活出行旅客，大城市各功能区之间的社 会活动出行旅客等三类。其中通勤、通学旅客是其主要服务对象群体，并且需求 相对稳定。城市功能区间的生活与社会活动出行旅客是扩展性服务对象群体，其 份额具有较强的发展潜力。大城市各区域中心所承担的功能不同，卫星城镇的空 间分布、结构模型以及开发程度对客流的形成和增长具有重要的作用。 从轨道交通市域线或城市铁路线路修建客流形成的机理上分析，快速轨道交 通承担的客流主要包括趋势客流量、转移客流量和诱增客流量。趋势客流量是指 随着经济的发展，城市居民出行数量及出行频率的自然增加，属于轨道交通车站 及沿线的客流量的自然增长。转移客流量主要是由于城市轨道交通的优越性，原 来由地面常规公交、私家车及公司班车等道路交通形式承担的部分客流转移到轨 道交通，这一部分客流可以很大一部分缓解当前城市交通中出现的交通拥堵、交 通安全隐患及污染等问题。诱增客流量是指轨道线路建设促进沿线用地开发、人 口聚集，使大城市各区域之间可达性增加、服务水平提高、居民出行强度增加而 诱增的客流量。 2 4 2 城市铁路客流特征 城市铁路旅客在出行目的、出行时间、出行距离、出行费用、出行分布上具 有显著不同于市内居民的出行特征【1 0 1 。 l 、出行目的特征 1 5 北京交通大学硕士学位论文 城市居民出行的目的绝大部分是上班、上学和购物，而城市铁路旅客出行的 目的于此有较大区别。城市铁路出行的目的主要是公务出行、探亲、旅游等。随 着经济的进一步快速发展和人民生活水平的提高，旅游越来越成为现代生活时尚， 旅游客流将有较快增长。 2 、出行时间特征 出行目的的不同，导致客流的时间段分布与市内出行不同：市内高峰客流主 要是上班、上学为主，有早、晚两个明显的高峰时段，而城市铁路客流与此不同。 根据调查显示，选择早晨和上午外出的旅客约占7 0 ，出行时间随机性强、视需 求而定的约占2 0 ；返程客流随机性较强，但中午和夜间返程的旅客仅占全部返 程旅客的1 0 。此外，节假日旅客出行以购物、探亲居多，城市铁路全天客流量 比非节假日有大幅增长，商务出行将大幅度下降。 3 、出行距离特征 市内出行距离较短，一般不大于城市半径。根据国内大多数城市调查结果， 市内出行距离多在4 公里左右，而据研究分析，城市铁路客流出行距离较长，一 般平均达到5 , - , 2 0 公里，视城镇集度程度而定。 4 、出行费用特征 城市铁路客流对出行时间和便捷适度的要求较高，但人均出行次数较少，故 城际客流对票价的承受力较强，能够承受较高于公交的出行费用。 5 、出行分布特征 城市铁路客流主要由两部分组成：城市与其所辖区域之间的出行、城市郊区 相邻组