（系统工程专业论文）城市轨道交通线网规划理论及关键技术研究.pdf

摘要 y7 1 1 2 0 二十一世纪前2 0 年被专家称为国内城市轨道交通发展的黄金时期，越 来越多的大城市开始规划以城市轨道交通为骨干的新型城市公共交通网络 体系，而轨道交通线网规划为轨道交通建设运营的基础。 本文以“面、点、线”的思想为理论基础，系统工程思想为指导，对 城市轨道交通线网规划理论及其中几项关键技术：线网合理规模匡算、线 网结构研究、线网评价体系等进行了深入研究，以期为今后线网规划及相 关理论研究提供参考。 合理的城市轨道交通线网，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得最佳经济效益，因此 本文以合理线网规模匡算作为研究的开始显得尤为必要。本文主要从交通 需求的角度，在对居民出行总量、交通方式结构、线网负荷强度分析的基 础上，得出线网规模匡算的合理模型，并在宁波市线网规划得以应用。 线网结构研究是线网规划研究的核心部分。本文主要从面、点、线三 方面对轨道交通线网的结构进行分析，并在宁波市线网结构分析中有了成 功的运用。 线网评价体系是线网最优方案形成的依据。本文运用了专家评判及层 次分析法对线网评价体系及具体指标进行了模型化，并对宁波轨道交通的 两个线网方案进行了评价。 全文最后提出了研究中所存在问题及需要进一步研究的课题。 关键词：城市轨道交通系统工程合理规模线网结构评价 北京交通大学硕士学位论文城市轨道交通贱一规划理论夏关t 技术研究 a b s t r a c t t h e2 1 s tc e n t u r yi sc a l l e dg o l d e n p e r i o df o ru r b a n r a i lt r a n s i td e v e l o p i n g ， m o r ea n dm o r eb i gc i t i e sb e g i nt op l a nn e w t y p eu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o n n e t w o r ks y s t e mw i t ht h eb a c k b o n eo ft 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 p l a n n i n g f o ru r b a nr a i lt r a n s i tn e t w o r ki st h e f o u n d a t i o no fb u i l d i n ga n d o p e r a t i n go f u r b a n r a i lt r a n s i t t h i sp a p e r s t h e o r yi sb a s e do nc o v e r ，p o i n ta n dl i n e w i t hs y s t e m e n g i n e e r i n gt h e o r y sg u i d i n g ，t h i sp a p e rs t u d i e so nt h em e t h o do fp l a n n i n gf o r u r b a nr a i lt r a n s i tn e t w o r ka n dt h r e ek e ys k i l lo fi t ：n e t w o r kr a t i o n a ls c a l e ， s t r u c t u r eo fn e t w o r kp l a n n i n g ，n e t w o r ke v a l u a t i o n s y s t e m ，t os u p p o r tt h e t h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n d p r a c t i c eo f u r b a n r a i lt r a n s i t n e t w o r kr a t i o n a ls c a l ec a r l n o t o n l y r a i s et h es e r v i c eo f p u b l i c t r a n s p o r t a t i o n ，b u ta l s ob r i n gm o r ee c o n o m i cp r o f i c i e n c yt h i sp a p e rs t a n df o r m t h ed e m a n d o f t r a n s i t ，a n a l y z i n gg e n e r a lt i m e so f t r i p so f t h ec i t yi n h a b i t a n t s ， m o d e ls t r u c t u r ea n dt r i p s i n t e n s i t y t h e nt h i sp a p e rg i v e st h em e t h o do ft h e m o d e lw i t ht h ee x a m p l eo f n i n g b o c i t y t h en e t w o r ks t r u c t u r e s s t u d y i n gi st h ec o r eo f t h er e s e a r c h t h i sp a p e r a n a l y z et h en e t w o n ss t r u c t u r ef o r mc o v e r ，p o i n ta n dl i n ea s p e c t s ，w i t ht h e e x a m p l eo f p l a n n i n go f n i n g b o u r b a nr a i lt r a n s i t ， n e t w o r ke v a l u a t i o ni st h ef o u n d i n go ft h eb e s ts c h e m e t h i sp a p e ru s e s t h ew a yo ft h ee x p e r tj u d g m e n ta n da n a l y t i c a l h i e r a r c h yp r o c e s s ，w i t ht h e e v a l u a t i o no f t w os c h e m e s o f n i n g b o su r b a nr a i lt r a n s i tp l a n n i n g a tt h ee n d ，t h i sp a p e rg i v e st h e p r o b l e m s i nt h er e s e a r c ha n ds o m eo t h e r s t ob es t u d i e d 。 k e y w o r d s ：u r b a nr a i lt r a n s i t ，s y s t e m e n g i n e e r i n g ，r a t i o n a ls c a l e ，n e t w o r k s t r u c t u r e ，e v a l u a t i o ni n d i c e ss y s t e m 北京交通太学项士学位论文城市轨道交通残网规划理论及关t 技术研究 1 绪论 1 1 选题背景 国际公共交通联盟在一份关于地方公共交通之世界形势 1 的报 告中指出：目前人类世界面临的最为严重的问题之一，就是大城市的交 通拥挤堵塞。尤其是发展中国家城市交通设施短缺与众多人口交通需求 的矛盾将比以往任何时候更为突出。而由此引发的交通拥堵、事故频繁、 污染严重已成为困扰城市发展和市民生活的难题。 我国面临同样难题。随着国民经济的迅速发展，城市人口高度集中 和增加，城市建设规模不断扩大。由于在发展过程中，城市结构及经济 区域布局的变化主要表现在空间的利用和平面的扩展，致使流动人口大 为增加，居民出行率更为频繁，城市交通的困扰也就目趋紧张。城市公 共交通作为解决困扰我国城市交通问题的主要途径，其自身的完善随着 城市的扩张显得越发重要。因为现代城市的居民出行和人口流动，在一 天的高峰时间里，客流高度集中、流向大致相同的现象已很普遍，致使 以往使用的结构单一的公共汽车和无轨电车客运方式已很难适应现代客 运交通的需要，尤其是百万人口以上的大城市，为解决交通困扰问题， 缓解交通供需矛盾，重点发展以城市轨道交通为骨干的城市公共交通网 络新体系势在必行。这是我国发展公共交通的个重要战略，是使大城 市公共交通走向良性循环的重要步骤，是探讨我国大城市交通发展必须 研究的一个重要方面。 城市轨道交通线网规划( 以下简称“线网规划”) 正是在这样一个 背景下产生的，它是从系统工程、交通工程、城市规划等多学科的角度， 对城市轨道交通三条及三条以上线路组成的线网的规模、结构、客流进 3 北京交通大学硕士学位论文城市轨道交通残网规划理论及关犍技术研究 行综合分析，进而形成多个被选方案，经过方案评价系统筛选出最优推 荐方案的一种交通专项规划。作为一项城市总体规划的专项( 专业) 规 划，线网规划在世界范围内都是一个新课题。我国对线网规划的研究起 步较早，但受理论体系的制约，进行现代意义上的线网规划从九十年代 后期才开始。 自1 8 6 3 年伦敦建设世界上第一条地铁线以来，世界上城市轨道交通 建设已有1 3 0 多年的历史，已有4 3 个国家的3 2 0 座城市修建了轨道交通， 其中11 j 座城市修建了地铁，有一些大城市已经形成了比较完善的快速 轨道交通网络系统。据不完全统计，现在城市快速轨道交通线网总长达 到1 0 0 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 。 2 在这些城市线网建设飞速发展的同时，各个城市对线网规 划的认识是不同的。 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 3 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、长远适应性差、灵活性欠缺的问题。 一i 一 4 北京交通大学巧士学位论文城市轨遗交通战网规划理论及关犍技术研究 我国受前苏联的影响，从5 0 年代开始就比较注重线网规划工作。整 体性远期性规划的效益使我国近年的城市轨道交通建设受益非浅。但是， 我国的线网规划由于缺乏完整的方法体系和内容体系的支持，也存在诸 多的问题。突出表现在内容过于简单、计划色彩较强和规划可实施性差 等方面，距离城市对线网规划的要求有较大差距。 1 2 选题意义 2 1 世纪前二十年被很多专家认为是中国城市轨道交通高速发展的黄 金时期，之所以成为黄金时期，主要因为从需求与供给两个方面来讲时 机都比较成熟。国内经济的快速发展使得越来越多百万人口以上的大城 市有能力修建城市轨道交通，而城镇化进程的加速 4 人口规模的扩大 带来的与日俱增的交通压力，使更多大城市意识到城市轨道交通在城市 交通中的重要作用，随之产生了更多的轨道交通需求。 城市轨道交通在国内虽然迎来了高速发展的时期，但由于其巨大的 投资规模，加之国内在城市轨道交通规划、设计、施工到运营的全过程 都还不够成熟，因此形势不容乐观。而作为城市轨道交通建设的前期工 作，线网规划深入研究的意义也就不言而喻了。 完善的线网规划可以更好的适应城市发展的需要，降低轨道交通投 资规模，积极的引导城市土地的合理开发，有效解决城市规模扩大带来 的越来越多的城市交通问题，为城市居民的出行提供更加舒适的环境和 服务。因此对线网规划中关键技术进行科学系统的研究意就意义重大了。 1 3 主要研究内容 本文以北京城建设计研究总院的城市轨道交通线网规划理论为基 5 北京交通大学顾士学位论文城市轨道交通绒网规划理论及关t 技术研究 础，并重点论述了其中涉及的几项关键技术。 其中第三章着重论述线网合理规模的匡算问题，以宁波为例，采用 交通需求推算了线网合理的规模。第四章展开线网构架的研究从面、点、 线三个角度对线网的基本形态进行了分析。第五章研究线网评价体系的 原理、构成及相关函数，并以宁波市轨道交通线网为例，对其中两个方 案进行了评价对比。 文章最后对全文进行了总结，并针对其他相关研究提出了建议。 1 4 论文创新点 本文对城市轨道交通线网规划的几个关键技术进行了论述，其中所 用到的系统工程的方法论为论文的一个亮点，即线网规划的总体方法论 多模块网络层次分析法，此方法将线网规划的过程细分为若干工序， 在处理好各工序关系的基础上，重点解决各工序内部系统问题。很好的 应用先整体后局部，大系统化为小系统，小系统有序组合为更优的大系 统的系统工程方法论解决了复杂的城市轨道交通系统的线网规划问题。 在线网结构的分析中，以城市总体空间布局为“面”、主要客流集教 点为“点”、交通走廊为“线”的“面”、“点”、“线”分析法，是 新颖的规划思路，有比较强的实际意义。 6 2 城市轨道交通线网规划概述 2 1 城市轨道交通系统 大城市居民从市中心地区向郊区卫星城转移是解决大城市的交通状 况日趋恶化的重要途径。在发达国家的大城市中，连接城市中心区和郊 区卫星城都是以城市轨道交通作为主要方式的。 城市轨道交通是由城市地铁、城市轻轨、市郊铁路、独轨铁路、有 轨电车等组成。城轨交通与公共汽车、无轨电车、小汽车等交通工具相 比，有明显的优越性： 1 ，运输能力大。市郊铁路主要是指把城市与郊区连接在一起的铁路，它 的单向每小时最大运送能力可达8 万人次左右。地铁单方向每小时可运 送6 万人次，轻轨交通可达3 4 万人次，而公共汽车若使用普通路面仅 能运送5 0 0 0 人次，专用道路也只能运送1 2 万人次。地铁、轻轨和市 郊铁路是城轨交通的主力军，它们的运量之大是公共汽车、无轨电车、 小汽车所望尘莫及的。 2 运行速度快。城轨交通有利于运用先进的自动控制技术，地铁列车可 高速无阻地运行，最高速度可达每小时8 0 1 2 0km 。轻轨、独轨交通 时速可达7 0 8 0km ，而在市区运行的公共汽车等公交车辆时速仅为1 0 km 左右，有时由于路面拥挤，往往寸步难行。 3 占地面积少。城市地面空间有限，征用城市地解决交通问题较难。 城市轨道交通的“上天入地”是解决城市交通拥挤的根本出路。发展城 轨交通远比发展地面交通所使用的土地少得多。 4 还具有能耗小、安全、舒适、方便等优点。 城市轨道交通的发展，缓解了城市交通，满足了普通市民出行需求， 北京交通大学硕士学位论文 城市轨道变通找i j l i t - 列理论庭关羹技术研宽 给城市带来了活力，是大城市解决交通问题的根本出路，符合城市可持 续发展的需要。目前，它已成为国际上一些发达国家和地区解决城市交 通难题的有效措施。国外城市轨道交通优先发展公共交通作为解决交通 问题的有效途径，已成为全世界的共识。而在公共交通中，发展大容量、 无污染、高效率的轨道交通日益成为世界性大城市交通发展的首选模式。 目前，在世界主要大城市中，公共交通中的轨道交通占了较高的比重。伦 敦是世界上最早兴建地铁的城市，从1 8 6 3 年1 月世界第一条地铁线路正 式通车到现在，已建成1 2 条地铁线路和2 条轻轨线路，线路总长4 2 3 公 里。东京目前轨道交通线路总长有2 4 8 7 公里以上，每天运送乘客7 0 0 万人次，轨道交通运输担当了东京全部客运量的8 0 。1 0 0 0 多万人口的巴 黎，轨道交通系统有5 5 0 公里，其中市郊铁路客运量每天在1 0 0 万人次 以上，巴黎轨道交通承担的客运量占全部客运量的6 6 。莫斯科、纽约、 柏林、芝加哥等城市的轨道交通系统也都在几百公里，其中莫斯科和香 港的轨道交通运输占总客运量的5 5 。 2 2 城市轨道交通线网规划及现状问题分析 城市轨道交通线网规划( 以下简称“线网规划”) 正是在这样一个 背景下产生的，它是从系统工程、交通工程、城市规划等多学科的角度， 对城市轨道交通三条及三条以上线路组成的线网的规模、结构、客流进 行综合分析，进而形成多个被选方案，经过方案评价系统筛选出最优推 荐方案的一种交通专项规划。由于我国线网规划工作起步较晚，因此存 在较多问题，下面列举的为其中较为突出的几个。 1 ) 忽视城市总体规划 8 在我国城市规划体系中，城市总体规划是一切规划研究的指导 性纲领规划，所有专项规划都应在城市总体规划意图框架下完成。线网 规划是城市总体规划下的专项规划，同时轨道规划对城市土地利用 格局、交通特征和发展战略、经济发展等方面都会产生强大的引导作用。 如果轨道交通规划与城市总体规划意图发生偏差，可能引起整个规划体 系的混乱，或者是线网规划本身不可行。因此，线网规划必须依据和支 持总体规划，尤其在土地利用、交通发展战略、经济发展战略三个方面 应与城市总体规划一致。 2 ) 忽视可实旌规划研究 衡量线网规划优劣最关键的标准是这个规划能否实施。城市快速轨 道交通是技术非常复杂和专业的系统，而其规划的可实施性受多方面技 术因素的制约，比如修建计划、车辆基地配置、运营组织可行性、立体 的线路设计、换乘站形式、联络线建设等许多因素均能直接决定规划能 否实施，因此线网规划可实施性的研究是专业要求非常高的规划。目前 一些线网规划由于种种原因，专业研究非常欠缺，甚至只进行所谓概念 规划不进行起码的专业可行性研究，这样的规划是否具有价值是值得怀 疑的。 3 ) 客流预测工作中的问题 客流预测是线网规划中进行定量分析的主要手段，因此客流预测工 作的好坏直接影响线网规划的效果。但从目前线网规划中的客流预测情 况看，还存在诸多问题，其中主要表现在： ( 1 ) 城市交通模型还未完善建立： 线网客流预测是一种宏观层次的客流预测，因此要求模型在宏观方 面性能要突出。但从目前掌握的情况看，除广州使用了s t a r t 模型外， 9 还未见到其它城市建立了自己的宏观层次交通模型 5 。所使用的模型基 本上是微观层次的详细交通分析模型。即便是这些模型，本身受基础数 据丰富、真实程度以及对模型和城市规律熟悉程度的制约，在模型运用 上也存在相当的问题。因此，在全国各大城市进行科学的线网规划，就 应在这些城市中建立从微观到宏观的，完善的模型体系，而且这些模型 应在本城市中有一个相当的积累完善过程，成为相对成熟的模型。 ( 2 ) 难以建立土地发展和交通预测的动态联系 土地利用和交通之间有明显的互动联系，但是目前的客流预测工作 对土地开发强度影响基本不能作出动态的反映。尽管土地发展和交通预 测方面都有各自领域内的分析模型，但由于两类模型的原理和数学语言 差异很大，而且从事土地发展和交通预测研究的人员对彼此领域研究甚 少，因此到目前为止还未发现两个方面的研究能实现模型兼容，因此对 彼此的考虑只能是定性分析或静态层次的计算。这实际上是整个规划领 域存在的一个突出的技术瓶颈，但这个问题不解决，客流预测工作就很 难保证可信性。 ( 3 ) 缺乏交通影响分析研究 线网客流预测的工作集中在两个方面，一是对线网内部客流增长及 特征进行预测，二是对线网对于城市综合交通影响进行分析。现在，线 网规划中对线网自身的客流预测工作进行得比较深入，但对线网外部交 通影响的工作进行得不够充分，难以回答“线网建设后，城市交通的变 化是什么”这样的问题。 4 ) 用道路规划的思路进行线网规划 道路上的交通载体是汽车，汽车运行的特点是方向灵活、彼此干扰、 客货混杂；城市轨道交通系统上的交通载体是列车，运行的特点是方向 1 0 北京交通大学硕士学位论文城市轨道交通线网规划理论夏关蔓技术研究 一定、干扰较少，客运为主。正是由于其交通载体的不同，这两大交通 系统表现出明显的差异性。这些差异主要表现在网络形态、网络节点、 中心区网络影响、环线功能、对沿线土地发展影响等多个方面。由于道 路网络建设发展较早，规划理论和经验比较成熟，因此在线网规划的起 步阶段，比较多地借鉴了道路网络规划经验。随着城市轨道交通线网规 划理论的逐步完善，业内人士应逐渐认识到与道路网络规划的区别。由 于这些区别的存在，就必须注意在规划和建设阶段，协调二者的关系。 2 3 线网规划理论 2 3 1 线网规划内容 线网规划工序全过程大致可分为四大部分，即背景研究、线网构架 研究、规划可实施性研究和规划接口研究。 背景规划研究又称为基础研究，顾名思义就是对线网规划的前提条 件、影响因素、背景环境进行研究。主要内容包括城市自然、人文、规 划、政策等。通过归纳总结这些规律性的城市特征，提出指导线网规划 的原则和要点，并对城市线网的模式划分、合理规模、线网评价体系进 行专题研究 6 。同时，对国内外有关线网规划的经验进行研究也是非常 必要的。 线网构架研究是线网规划的核心部分，主要是方案构思、交通模型 测试和方案评价三个工序的循环过程，其目的是推荐优化的线网方案。 受多种不确定因素的影响，定性分析和定量分析都是必不可少的。在这 个过程中，过分依靠定性分析容易造成主观臆断，过分依赖模型又容易 受模型成熟程度和可靠性的影响造成宏观失控。整个过程是一个模糊的 决策过程，是规划师和模型师的密切合作的过程。 l l 北京交通大学项士学位论文城市轨道交通戏网规划翟话覆关键技术研究 规划可实施性研究是保证线网可行性的保证。城市轨道交通系统专 业性很强，线网是否可行受很多工程和经济条件的限制，往往一个条件 不满足就影响整个系统建设的可行性，因此，必需以方案规划的形式提 出具体的安排。这部分研究主要针对影响线网可行性的几个主要专项： 车场设置、线路走向、线路敷设方式、主要车站分布、换乘站分布和形 式、联络线分布、运营。由于规划可实施性研究是保证线网可行性的重 要因素，因此这部分研究与前面方案构架研究也是一个循环过程。 规划接口主要承担线网规划与后续规划的衔接任务。线网规划在城 市规划体系中处于承上启下的位置，在线网规划完成后，将马上进行以 下规划项目： 快速轨道交通线网的土地详细控制规划 针对线网的相关分区规划调整 快轨与城市交通其它方式的衔接规划 因此，线网规划必须对这些规划提出明确的规划条件和规划要点。 2 3 2 规划原则 线网规划应遵循一定的原则，可总结为如下几点： 远景规划和近期规划并重：远景、近景年的定义一般与城市总体规 划相关定义保持一致。其中远景规划是目标，近期规划是重点。 1 2 北京变道大学项士学位论文城市轨道变通蝇阁规墨! i 理论及关t 圣t 术研克 应能体现稳定性、灵活性、连续性的统一：稳定性是指在城市中心 区和近期需要建设的线网规划要稳定；灵活性指在城市中心区以外地区 以及远景需要建设的线网要为发展变化留有余地；连续性指线网规划应 随城市总体规划的调整扩展而不断调整发展。 融入城市综合交通体系：线网规划特别要注意与其它交通方式的合 理分工、合理布局和合理衔接，更好的融入城市综合交通体系。 注重与土地发展的互动影响：线网布局应特别支持城市总体规划的 土地发展目标，城市轨道交通可以大幅度改善城市交通供给水平，从而 引导土地发展方向和强度的功能，按总体规划意图改善旧城中心交通供 给和带动新区发展建设。 科学的规划内容和研究深度：线网规划是城市总体规划完成之后， 土地控制详细规划开展之前，城市交通体系中的专项规划。对于线网构 架研究，应具备严密的分析推导过程和科学明确的规划结论，对于实麓 规划，应具备“可实施性”，既保证线网在工程、运营、经济等方面切实 可行，关键位置要进行详细的土地规划，并为下阶段详细土地控制规划 和工程设计提供详实全面的规划要点。 2 3 3 线网规划方法 目前国外线网规划方法有m g e n d r e a u 的启发式算法 7 ，即从一初 始路线图式，通过移动网格单元，建立网格系统，寻求相邻单元的优选 答案；加拿大卡尔加里大学土木系以最小生成树方法对车站选址规模及 车站数目优化，使土建及运营费用最小化。 国内轨道交通线网规划的主流思想是：根据经验拟定线网方案，然 后以客流预测的方法对方案进行客流测试，从而对方案进行筛选和评优。 1 3 北京交通大学硕士学位论文城市轨遵交通蜮网规划理论夏关键技术研究 东南大学提出用“收敛扫描法”和“普通扫描法”选择轻轨线路。 该方法以线路效率最大化为原则，以交通小区为基本单位，自起点小区 出发，向邻接小区搜索，直至收敛于终点小区或者满足长度约束，最终 形成一系列的路经集。然后在所有可行路径中找出若干条最优的路径， 作为轻轨路线推荐方案。此方法的缺陷是对城市总体规划、综合交通体 系等相关因素考虑过少。 本文所研究的线网规划方法是以北京城建设计院的“面、点、线要 素分析法”为基础，以线网构架为核心，对整个规划流程进行分类、分 层系统的研究，以下对本方法作一简要介绍。 城市轨道交通线网规划是一项涉及多个研究范畴的系统工程，除本 身各子系统具有复杂的关系外，各种外界的影响因素和边界条件对本规 划又产生不同程度的影响。因此，不能把本规划作为一个孤立系统进行 规划，既要重视其自身的建设运行机制，又要注重与外部环境及各种影 响因素协调关系。线网规划的研究理论涉及城市规划、交通工程、建筑 工程及社会经济等多种学科理论 8 ，在各子系统中又包含各自的方法， 线网规划将其统一为一个整体，其中，交通工程学的交通规划理论是本 项目研究理论体系的主线。 不难看出线网规划可分为四大模块，分别是背景研究、线网构架研 究、实施规划研究和规划接口研究。而在四个模块内部同样按一定工序， 分成若干小模块，分别进行研究。以线网构架模块为例，此模块的研究 既是以面、点、线的层次分析法基础，将线网构架研究分为线网合理规 模匡算、线网结构分析、线网客流分析三部分，然后将分块研究的将分 块研究的结果综合分析，形成若干各选方案，经过线网评价最终形成线 网规划的推荐方案。很显然系统工程的思想贯穿了整个研究的始终，有 序分工、整体到局部的方法论的到了很好体现。( 技术路线见图1 1 ) 1 4 对于线网规划的研究方法可总结为一套较为完整的方法体系，称为 “多模块网络层次分析法”。这套方法分为两个层次： 整体的工序( 模块) 逻辑关系和工作流程。 各模块内部研究。 “多模块网络层次分析法”明确了城市轨道交通这个庞大系统的规 划思路，使得整个规划从无序变为有序。 1 5 圉11 总体技术路线图 i 嚣嘉盏ll 蠡襄蓊ff 鬣装备ff 彗磊耋jj 羹蜜鎏j 黼。l l # m ”* “ ii # m “g * * f目自 m 目 rl l 砘l 定枷划辆件if 确定研究内容il 确定槐划原则l 建立空遇矩女u 横型l - i域网构架研究l 而”、。点”、。缱。属歇丹析f i 月e # h 日镕目* * lf # m # * j l 目；a n o # m gh 自$ # * 丰b * 旨# * # i i 日m * i m 十# mha l 衰自女l 垃网评价l i自l 羊口m “fj m m m # i $ h * 目m u l f城市快逋轨道交通线嘲方塞l - 4 x 一，k y t 。一 t 。；：i i ：“j 毋。 ：二。 l 雌建顺，平女m i ul i 远 _ 可j 性 l l联络盘骨。* ii i厝埔靓划接口l l l i m “” l i 目# 自女m 自m # i - l最终报告i l审批程序i 1 6 3 线网合理规模匡算 从本章起将对线网规划中的线网构架研究模块的合理规模匡算、线 网结构分析、线网评价三项关键技术及其应用进行论述研究。由于本文 的研究是以宁波市轨道交通为背景，因此先对宁波市城市概况作一个简 单介绍。 3 1 宁波市城市现状及发展规划概述 3 1 1 宁波市城市结构 宁波市位于浙江省东部，长江三角洲东南角，浙江宁绍平原东端。 东临东海，有舟山群岛作天然屏障，北濒杭州湾，与上海隔海相望，西 接绍兴市，连天台山脉，南界三门湾，并与台州地区的三门、天台县毗 邻。东西宽17 5 公里，南北长19 2 公里。现辖海曙、江东、江北、镇海、 北仑、鄞州六个区，宁海、象山二个县和余姚、奉化、慈溪三个县级市。 全市总面积1 4 0 2 6 平方公里，其中陆域面积8 7 5 4 平方公里，海岸线全长 1 4 0 2 公里，市区面积1 0 3 3 平方公里。 根据城市总体规划 1 0 ，宁波城市布局呈分散组团式结构。在城镇体 系布局上，形成南北梯度发展战略，以穿山半岛、东钱湖、四明山一线 为界，分为南部适度发展区和北部都市区。北部都市区面积4 0 3 6 ，7 平方 公里，都市区包括海曙、江东、江北、镇海、北仑、慈溪以及鄞州部分 区域，形成以中心城区和余慈城区为核心的双心带形城市结构，并沿沿 海北线高速公路、3 2 9 国道、甬余夫公路形成面向杭州湾的网络状城镇 体系格局。以中心城区为市域管理中心和政治文化中心，余姚、慈溪构 成的道路中心为都市区北部经济文化中心及加工产业基地，奉化市发展 1 7 北京交通大学硕士学位论文城市轨近交通蜮霸撮划夏论覆关键技术研究 旅游、服装加工业等一类产业和服务业的南部点居城市组团。都市区内 形成产业分工明确、结构合理、多元化和特色化相结合的城市职能结构 体系。宁波市城市体系结构划分如下： 1 市域：宁波市行政管理区，包括宁波中心城( 六个城区) 和五个县 级市组成，总面积9 3 6 5 k m 2 。 2 都市区? 包括海曙、江东、江北、镇海、北仑、慈溪行政区域及余 姚、奉化、鄞州部分区域，涉及面积4 0 3 6 7 k m 2 。 3 中心城? 包括三江片、镇海片、北仑片，远景建设用地发展范围 5 0 0 k m 2 以上。 4 主城区：指三江片，远景建设用地发展范围4 2 0 k m 2 ，总面积约 4 5 8 8 k m ：。 5 主城区核心区j 由通途路一三号路一铁路围形成的城市中心范围 内，面积约3 4 9 8 k m 2 ，是以行政、商业、服务、贸易、金融、信息、文 化、办公、文化体育、公共设施为主的高密度开发的城市功能区。 6 主城区中心区；由北外环路、东外环路、甬温铁路、鄞县二道、 西外环路围成的范围，面积约1 6 7 8 k m 2 。是以居住、教育、文化、商业、 工业等为主的中密度开发的城市功能区。 7 主城区外围区；由余北快速路、东外环路、绕城高速公路围成的范 围，面积约2 5 6 k m 2 。是以居住、工业、仓储、绿化隔离带等为主的低密 度开发的城市功能区，呈现明显郊区特征。 3 1 2 中心城区布局 中心城区规划远景仍维持三片组团式结构，以三江片为核心，镇海、 北仑为相对独立，职能侧重有特色的滨海组团。镇海片以发展石化工业 _ i i 一 1 8 北京交通大学硕士学位论文城市轨过交通戴网规划夏论覆关t 技术研究 及后续加工业为主的化学工业区以及浙江省近海物资中转职能的综合功 能区。北仑片以发展港口运输，大力发展港口加工业以及高新技术产业， 出口加工业的综合功能区。在三片组团之间控制一定范围的生态带，保 持为农田、林地等绿色空间，阻隔连成一片，以保持城市良好的生态环 境。三江片与北仑片、镇海片各片之间过沿海北线高速公路、余北快速 路、通途路、3 2 9 国道、城市绕城公路等快速、便捷的交通性道路联系， 组成一个功能明确、布局合理、联系方便的组团式城市。 参照发达国家城市发展趋势，结合宁波市区位、资源、交通以及城 市的建设基础、经济发展等条件分析，预计到下世纪中叶，宁波市将以 三江片为主体，由北仑、镇海、慈城、东钱湖共同构成组团式的、现代 化的新城区，并以其为中心城，形成市域范围内合理布局、科学分工、 协调发展的城镇体系，城市化水平达到8 0 以上。 北仑：以发展港口、港口加工业、高新技术产业出口加工业，配 套一定居住、公共设施的环境宜人的综合城区。到2 0 1 0 年，城市 人口控制在4 0 万人，建设用地面积控制在9 0 平方公里以内。远景 城市人口控制在5 0 万人，建设用地面积1 4 0 平方公里，是宁波主 要产业发展基地。 镇海：以发展石化及其后续加工业以及浙江省近海物资集散，配 套一定居住公共设施的综合地区。到2 0 1 0 年，城市人口控制在2 0 万人以内，建设用地控制在1 5 平方公里以内。预计远景居住人口 不会有太多增长，人口在3 0 万以内，建设用地控制在6 0 平方公里， 是未来重化工业发展基地。 慈城：历史文化名镇，江北西北部经济、文化及物资集散中心。 到2 0 2 0 年，城市人口控制在5 万人以内，建设用地控制在5 平方 1 9 北京交通大学礓士学位论文城市轧道变通域网规划理论夏关键技术研疙 公里以内。保护古城建设新城，远景新城区向南拓展，远景规划人 口控制在1 0 万人以内，建设用地1 0 平方公里以内。 东钱湖：宁波市休闲旅游基地，宁波市水上运动中心。规划建设 成为国家级旅游度假区。规划人口远景控制在1 0 万以内，建设用 地控制在1 5 平方公里以内。 3 2 合理规模研究的目的 在进行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、城市经济的发展水平等， 从宏观上合理地规划快速轨道交通线网的规模。一个规模合理的城市轨 道交通线网，不仅可以充分满足城市目益增长的交通需要、提高公交服 务水平，而且可以用较小的投入取得最佳经济效益。 所谓合理规模，实际上就是合理的轨道交通方式的供给水平 1 0 。 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。 线网规模是否真正合理，最终应放入交通模型进行需求和供给的动态检 验。但在进行方案构架研究之前，也应对线网规模进行约束，以使多个 方案有共同的比较基础。 需要强调的是，就目前的理论和方法，在匡算阶段只有集中连片发 展的城市建成区范围内可以进行线网规模定量匡算，对于较分散的外围 区轨道交通布设的灵活性比较大，条件差异也大，只能依据客流预测结 果因地制宜地布设线网，其规模没有估算的可能。 因此特别指出本文关于合理规模的研究范围一般为城市中心城区， 而中心城区的具体范围与各城市的城市总体规划保持一致。 2 0 北京交通大学项士学位论文城市轨道变通成罔规划曩论置关奠技术研究 3 3 影响线网规模的因素 影响城市轨道交通线网合理规模的因素主要有，城市的形态、规模、 用地布局、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。 ( 1 ) 城市形态 城市的形态有多种类型，大致可分为分散组团型、圈层发展型( 团 状) 、狭长带状等，城市形态决定了轨道交通线网的几何空间形态，特定 的城市形态要求特定的几何线网与之相适应。分散组团型的城市，要求 轨道交通应将各个组团紧密连接，缩短组团之间的时间距离；圈层发展 型的城市，轨道交通的线网一般为多方向放射状或方格网状；而狭长带 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，不同线网结构会形成不同的线网规模。在承担相同交通量的 条件下，分散组团城市的轨道交通线网规模应比圈层城市线网规模大。 ( 2 ) 城市规模 城市规模包括人口规模和用地规模。城市规模的大小，是确定线网 规模的主要因素，二者呈正比关系。 ( 3 ) 城市道路网布局 由于城市轨道交通通常沿城市干道敷设，因此道路网格局和特征对 线网的结构和规模均有较大影响。这里所讲的道路网布局主要指城市快 速路、主干路、次干路所构成的路网结构，主要形式有棋盘状、放射状 等。 ( 4 ) 各类人口出行特征 城市轨道交通的骨干作用表现在两个方面，一是要在交通结构中占 2 】 北京交通大学硕士学位论文城市轨道交通线阚规划理论及关健技术研究 据较高的比重，二是承担绝大部分中远距离乘客的出行运送任务。要做 到这两点，就必须使线网内的线路与主客流的方向重合，而且其规模至 少应能满足主方向的出行需要。 轨道交通作为长远性的大型投资基础设施建设项目，其建设规模必 须与城市的发展规模、地位相适应，一方面必须能够满足城市发展的需 求并促进城市的发展，另一方面要尽可能的发挥轨道交通作为大运量交 通工具的功能。在确定网络的总体规模时，主要考虑的有以下两个因素： 交通需求：作为一项交通基础设施，满足交通需求是首要的； 经济前景：根据城市的经济发展潜力，考虑城市对轨道交通基础设 施的承担能力。 实际上网络的总体规模类似于城市规划中的规划纲要，解决的是确 定网络规划中的重大原则问题。在网络规模的总体控制中可以根据城市 规划纲要确定的城市规模、性质、区域地位以及城市发展方向来进行网 络总体规模等级的划分。可以将网络的总体规模确定在一定的范围之内， 以免造成规划的网络规模不合理，要么不能够满足交通需求，要么是规 模偏大造成资源的浪费。 3 4 按交通需求推算线网规模 按交通需求推算线网规模即是在未来居民交通出行总量分析的基础 上，得出中心城区的出行总量，然后通过交通方式结构分析估算出城市 轨道交通方式站全方式出行的百分比，再根据一定的线网负荷强度最终 推算出线网的规模。 3 4 1 居民出行总量分析 1 城市人口规模 2 2 征、未来交通发展战略以及可能提供的交通方式。交通方式结构分析主 要目标是推算出城市居民公交方式出行占全方式出行的比例，根据轨道 交通占公交方式出行的比例最终得出轨道交通出行方式在全方式出行中 所占的比例。 从国外的情况看，在世界上大城市客运交通中，因为公共交通客运 效率比私人交通高得多以使公共交通在城市综合交通运输中占有明显 的优势。 1 1 像纽约公共交通年客运量占全市总客运量的8 6 0 ，东京 公共交通年客运量占城市总客运量的7 0 6 ，莫斯科公共交通年客运量 占城市总客运量的9 1 6 。 3 4 3 线网负荷强度 线网负载强度的影响因素有社会的经济发展水平、城市结构和线路 布局。世界各大城市的线网负荷强度的指标见表3 1 。 表3 1世界各大城市线网负荷强度一览 地铁线总 年客运量 负荷强度 莨 ( 亿人次) ( 万人次公 ( k m )里目) 莫斯科 2 3 92 93 3 2 巴黎 1 9 91 1 9 41 6 4 墨西哥 1 7 51 5 92 ，5 伦敦 4 2 38 0 3o 5 2 北京 4 25 6 33 6 7 香港 4 3 27 1 94 5 6 广州( 规划) 2 0 6 3 5 4 0 青岛( 规划) 1 2 1 3 5 4 0 天津( 规划)2 0 63 5 4 0 长春( 规划) 1 7 9 2 5 3 0 石家庄( 规划) 1 2 0 6 2 5 3 o 2 4 从统计资料上看，国外轨道交通建设有两种模式，一种是采用高运 量、低密度的线网，负荷强度高；另一种是采用低运量、高密度的线网， 负荷强度低。像巴黎和伦敦这样的发达国家着重于提高轨道交通的舒适 和方便程度，以吸引私人交通，减少私人交通工具泛滥带来的城市交通 阻塞，所以采用的是低运量、高密度的线网，轨道交通的服务水平很高， 效率较低。而莫斯科、墨西哥、香港采用的是高运量、低密度的线网， 它注重的是提高轨道交通的运输能力和运输效率，以缓解客运需求与公 共交通运力严重不足的矛盾。 线网负荷强度各个城市据自身特点而不同，一般范围在2 0 4 0 万 人次公里日。 3 4 4 线网规模匡算 按交通需求推算线网规模最终模型为： l = c * p s l - - 线网规模单位：公里 c - - 城市居民日出行总量单位：万人次日 s 一线网负荷强度单位：万人次公里日 p - - 轨道交通出行方式在全方式出行中的比例 下面以宁波市主城区为例，利用交通需求法对主城区近期的线网规 模进行预测： 预计近期也就是到2 0 2 0 年宁波市中心城区实际居住总人口将达到 2 1 0 2 2 0 万人，其中三江片约1 5 5 16 5 万人。2 0 2 0 年主城区实际居住 人口的出行强度为2 5 5 次人日，流动人口出行强度为30 次人日。 2 0 2 0 年，在主城区实际居住人口的出行中，公共交出行比例为4 0 ，轨 2 5 北京交通大学硕士学住论文城市轨道变通i j 【网规= i f i 曩论厦羌冀技术研宽 道交通占公交出行的2 5 ；流动人口出行中，公共交出行比例为5 0 ，轨 道交通占公交出行的2 5 。由于宁波市刚刚开始建设快速轨道交通，快 速轨道交通的建设投资还很有限，居民的出行习惯的养成需要过程，针 对宁波的城市发展态势和规划目标，宁波市的轨道交通适宜选择大运量、 低密度的模式，建议近期线路负荷强度的指标为2 0 万人次公里。宁波 市主城区线网规模预测结果见表3 2 。 表3 2宁波市主城区线网规模预测结果 实际居住人口 流动人口( 万) ( 万) 人口数量( 万人)1 5 5 1 6 51 5 5 1 6 5 出行强度 2 5 53 0 全日出行总量( 万人次 日) 3 9 5 4 2 l4 6 5 4 9 5 公交方式比4 0 5 0 公交方式出行量1 5 8 1 6 842 3 2 5 2 4 7 5 轨道交通方式占公交方式 2 5 比例 轨道交通方式出行量 4 5 4 8 3 换乘系数 l ，5 轨追趸嬗坌| = f 各还量 6 7 5 7 2 4 5 线路负荷强度 2 0 线网合理规模 3 3 7