（载运工具运用工程专业论文）大城市轨道交通发展对客运结构演变的影响研究.pdf

摘要 摘要 我国大城市目前正处与飞速发展时期。城市规模扩大、人口大幅增长、城市交通需求 急剧上升，大城市的客运交通结构也发生着巨大的变化，城市对大容量、高质量、低污染 交通方式的需求迅速增长，城市轨道建设进入快速发展时期。研究轨道交通发展对大城市 客运结构演变的影响有着重要的意义。 首先，论文对轨道交通进行了定义和分类，分析了轨道交通的特征，阐述了国内外大 城市轨道交通的发展现状及其发展前景，从社会经济发展、城市空间发展、城市客运体系 发展等方面分析了轨道交通在大城市中的功能作用。 其次，论文阐述了城市客运交通结构的概念及其分类，结合国内外若干大城市的相关 数据，根据客运结构发展历程，考虑客运交通体系中主导交通方式的变化，研究了轨道交 通介入前大城市客运结构的演变规律。综合社会、经济、政策、城市布局、交遁基础设旌 水平、地理环境以及居民出行行为心理、生活水平等各方面的因素，对客运交通结构的演 变进行了宏观的定性分析。 然后，论文研究了轨道交通与城市客运系统中其它交通方式之间的相互关系。着重分 析了轨道交通与小汽车交通、轨道交通与常规公交的竞争与合作。以出行时耗为依据，对 轨道交通与小汽车交通、轨道交通与常规公交的争夺区进行了分析。然后建立了轨道交通 与小汽车交通的竞争模型、轨道交通与常规公交的竞争模型，并进行了初步讨论。 最后，论文把轨道交通分为起步阶段、骨架线网阶段和完善阶段三个阶段，结合国内 外若干大城市的相关数据研究了轨道交通不同发展阶段城市客运交通结构的演变规律。并 定性与定量相结合，着重从线网长度、线网密度、运输能力方面分析了轨道交通对客运结 构的影响，基于逐步回归分析法建立了计算轨道交通客运量的多因素模型。 关键词：轨道交通，客运结构，竞争与合作，演变规律，回归分析 a b s u - a c t a b s t r a c t a tp r e s e n t , t h eb i gc i t i e si n0 1 1 1 c o u n a ya r ed e v e l o p e dr a p i d l y w i t ht h ed e v e l o p m e n to f u r b a n s c a l ea n dp o p u l a t i o n , 仃a 伍cd e m a n de x p a n d sr a p i d l y , a n dt h ep a s s e n g e r 仃描cs t r u c t u r eo f b i g c i t i e sm a k e sc h a n g e r a i lt r a n s i ti sak i n do f t r a n s p o r tm o d eo f l a r g ec a p a c i t y , h i g hq u a l i t y , l o w p o l l u t i o n 1 1 d e m a n do f r a i lt r a n s i ti nb i gc i t i e si sd e v e l o p e dr a p i d l y i ti ss i g n i f i c a t i v et os t u d y t h ei n f l u e n c eo f r a i lt r a n s i td e v e l o p m e n to nt h ee v o l u t i o no f p a s s e n g e rf r a n c8 t l - u c t u f i r s t l y , t h ea u t o rs t u d i e st h ed e f i n i t i o n ，t h ec l a s s i f i c a t i o na n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f r a i lt r a n s i t t h ea c 删t ya n dp r o s p e c to fd o m e s t i ca n di n t e x n a t i o n s lc i t i e sa l ee x p o u n d e di nt h et h e s i s f r o me c o n o m i cd e v e l o p m e n t , t h ef u n c t i o no fr a i lt r a n s i ti nb i gc i t i i sa n a l y s e df r o mt h e d e v e l o p m e n t o f s o c i a le c o n o m y , u r b a ns p a e 2 a n d p a s s e n g e rs y s t e m s e c o n d l y , t h ec o n c e p ta n dc l a s s i f i c a t i o no fu r b a np a s s e n g e rt r a f f i cs t r u c t u r ea r ei n t r o d u c e d w i 血t h er e l e v a n td a t ao fd o m e s d ca n di n t e r n a t i o n a lc i t i e s t h ee v o l u t i o n a r yl a wo fu r b a n p a s s e n g e rt m 伍cs t r u c t u r ew i t h o u tr a i lt r a n s i ti sr e s e a r c h e da c c o r d i n gt ot h ec h a n g eo f d o m i n a n t t m m cm o d e i n t e g r a t e dw i t h $ o c i a le c o n o m y , p o l i c y , u r b a nl a y o u t , f f a n s p o r ti n f i a s t r u c t u r e , g e o g r a p h i c a le n v i r o n m e n t , r e s i d e n t st r a v e lb e h a v i o rp s y c h o l o g y , l i v i n gs t a n d a r d s ，e t c ，t h e m a c r o s c o p i c a lq u a l i t a t i v ea n a l y s i so nt h ee v o l u t i o n a r yl a wo f p a s s e n g e rt r a f f i cs t r u c t u r ei sp u t f o r w a r d t h e n , t h er e l a t i o n sb e t w e e nr a i lt r a n s i ta n do t h e rt r a f f i cm o d e sa r es t u d i e d , e s p e c i a l l yt h e c o m p e t i t i o na n dc o o p e r a t i o nb e t w 啪r a i lt r a n s i ta n dc 截r a i lt r a n s i ta n db u s a c c o r d i n gt ot h e t r a v e lt i m e t h ec o n t e s tr e g i o n sb e t w c c l lt h e s et r a n s i t s 蹴a n a l y z e d a n dt h ec o m p e t i t i o nm o d e l s b e t , w o o l lu r b a nr a i la n do a rt r a n s i t ，u r b a nr a i la n db u st r a n s i ta r eb u i l t ap r e l i m i n a r yd i s c u s s i o n i sg i v e m f i n a l l y , t h ed e v e l o p m e n to f r a i lt r a n s i ti sd i v i d e di n t ot h r e es t a g e s ：o n eo rt w or o u t et r a n s i t , a r a i l w a yf f m n e w o r k , ar a i l w a yn e t w o r k w i t ht h er e l e v a n td a t ao fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l c i t i e s ，t h ee v o l u t i o n a r yl a wo f u r h a np a s s e n g e rt r a f f i cs t r u c t u r ei nd i f f e r e n ts t a g e si sr e s e a r c h e d a n dt h ej m p a c to fr a f tw a n s i tt op a s s e n g e r 缸疵s t r u c r t t i sa n a l y z e dq u a l t a t i v e l ya n d q u a n t i t a t i v e l y , f o c u sf r o mt h en e tl i n el e n g t l l 1 i n ed e n s i t y , t r a n s p o r tc a p a c i t y am u l t i - f a c t o r m o d e lf o rc a l c u m f i n gp a s s e n g e rv o l u m eo f r a i lt r a n s i ti sd e v e l o p e db a s e do ns t e p w i s er e g r e s s i o n a n a l y s i s r a i lt r a n s i t , p a s s e n g e rt r a f f i c s f f u c t u r e ，c o m p e t i t i o n & c o o p e r a t i o n , e v o l u t i o n a r yl a w , r e g r e s s i o na n a l y s i s 学位论文独创性声明 本人声明所星交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电 子文档，可以采用影印，缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相 一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或 部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理 第一章绪论 1 1 立题背景与研究意义 第一章绪论 我国大城市目前正处于飞速发展时期，城市规模迅速膨胀，城市人口大幅增长，社会经济快速 发展，导致城市交通的需求量急剧上升。城市人口的迅速增长以及城市社会经济活动的增强，往往 使城市交通总量以2 3 倍于人口增长的速度增长i l l 。 伴随着城市规模的扩大和人们生活水平的大幅度提高，我国大城市的客运交通结构也发生着巨 大的变化，普遍处于向机动化方向发展的转型时期。居民对出行方便、快捷与舒适的要求也不断提 高，交通方式机动化的进程不断加快，机动化交通快速发展。机动化交通方式主要包括摩托车、小 汽车、公共汽车和地铁、轻轨等快速轨道交通方式。大城市中个体机动化的交通方式正在取代传统 的自行车方式，并与公共交通发生强烈的竞争。个体机动交通方式的出行比例不断提高。这些事实 说明我国大城市正处于城市交通结构转型的关键时期。 城市客运交通结构是影响城市交通运输系统效率的一个至关重要的因素。合理的城市交通结构， 有助于最有效地利用城市道路资源，最大限度地发挥城市交通系统的整体功能和作用，取得最大的 社会、环境、交通、经济和生态等方面的综合效益。 随着我国城市经济的高速发展、城市人口的增长和居民生活水平的提高，城市对大容量、高质 量、低污染交通方式的需求迅速增长，城市轨道建设正进入快速发展时期。截至2 0 0 5 年底，北京、 上海、广州、天津、大连、南京等国内2 0 多个大城市在建或准备建设和规划新的轨道交通线，线路 总长超过4 0 0 0 公里，预计到2 0 5 0 年中国城市轨道交通线路总长将超过4 5 0 0 公里。 在客运结构巨变期，如何改变我国大城市客运交通结构不合理的现状，未来我国大城市各种客 运交通方式如何定位、发展趋势如何、轨道交通的加入会对城市客运结构产生什么影响、轨道交通 在其中能发挥什么样的作用? 这已成为迫切需要研究的课题。 论文在轨道交通快速发展、大城市处于客运交通结构转型关键期、市区交通拥挤问题日益严重 的背景下进行，有着重要的意义。本文探讨轨道交通与其它交通方式间的相互关系，分析轨道交通 发展对大城市整体客运结构演变的影响，研究轨道交通参与下城市客运结构的演变规律，并建立数 学模型定量评价轨道交通对城市客运结构的影响。研究成果能为我国大城市交通状况的改善、大城 市客运交通结构的优化提供指导。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 关于轨道交通发展及其作用方面的研究 国内外在这方面做了不少研究，主要是定性研究轨道交通与城市形态发展、轨道交通与社会经 济发展之间的关系，以及未来轨道交通的发展趋势。 韩丽( 2 0 0 5 ) 通过对城市空间结构和交通系统互动关系的研究，论证了合理的交通模式对城市 空间结构的重要性。从宏观的角度分析了城市轨道交通对城市空间发展的作用：城市形态发展方面， 轨道交通沿线将成为城市空间的扩展轴，同时轨道交通能保持城市中心的强大，促成副中心的形成； 城市土地利用方面，轨道交通能刺激土地开发，促进土地利用集约化。周立新在论文城市轨道交 通发展的定量解析方法中应用计量经济学原理，在城市轨道交通发展相关影响因素分析基础上， 构建了城市轨道交通发展的宏观定量分析模型。模型反映了城市轨道交通建设、市场( 即运输量) 1 东南大学硕士学位论文 发展和城市经济其他活动之间的相互关系。马燕( 2 0 0 5 ) 在轨道交通系统在我国发展的研究硕 士论文中研究了我国轨道交通系统建设的现状和发展方向，分析了发展轨道交通对我国经济、社会 等方面的重要影响；指出了轨道交通发展规划应与城市总体规划相配合，并与城市经济的发展相适 应。龙江( 1 9 9 8 ) 根据轨道交通发展的阶段性特征将轨道交通分为生成期、成长期、成熟期三个发 展阶段，并从可持续发展的角度展望了城市轨道交通的发展趋势。认为确立以轨道交通为重点的城 市交通运输发展战略，是我国这样的发展中国家城市交通发展的理性选择。钱林波等( 2 0 0 1 ) 以东 京都市圈为例，分析快速轨道交通支撑和引导城市发展、实现城市与交通可持续发展的成功经验， 及其对我国都市圈地区交通发展的启示。 国内外关于轨道交通对客运结构影响的研究较少。周文华等( 2 0 0 5 ) 从广义出行费用方面、电 动自行车本身的特性方面简要分析了电动自行车对城市交通结构的影响。杨东源等在世界四大都 市轨道交通与交通结构剖析一文中也只是通过对纽约、东京、伦敦、巴黎四个国际大都市的对比 分析，定性地简单阐述轨道交通对城市交通结构所产生的影响。认为轨道交通是促进城市客运结构 合理化的重要手段，为实现城市公共交通系统较大的分担率，仅仅依靠常规公共汽车是很难的，必 须加强轨道交通系统的建设。 1 2 2 关于客运交通结构方面的研究 城市客运交通系统最本质的特征是城市客运交通结构。关于城市客运交通结构的理论探讨和模 型研究，国外研究者们在1 9 5 0 至1 9 9 0 年间进行了深入地分析，特别是建立在消费者行为学研究基 础之上的经济学概念的引入，为该问题的研究开创了崭新的篇章。国外学者通过近几十年来居民出 行结构的变化对城市客运交通结构进行研究，研究范围包括客运交通结构的组成、变化及发展。许 多学者提出城市客运交通结构的演化是与城市形态的变化相互作用、共同发展的，城市客运交通结 构还与城市的经济发展状况、人口密度以及交通工具的发展都有着密切的关系。瑞典学者 c a r l s s o n - k a n y a m a ，, a n n a - “姐l i n d e n 、美国学者m i n gs l e e 、m i c h a e lgm c n a l l y 、j u n g y u ls o l m 、 g e r a l ds g o l d s t e i n 、l e o nn m o s e s 等在这方面从不同角度进行了研究。1 9 5 1 年，美国规划官员协会 ( a s p o ) 在提交的一份研究消费者从居住地去工作地出行的报告中指出，消费者最为关心的不是他 们的住所与工作地之间的距离，而是走这一段距离所花费的时间。为此报告中引入了“等时间线” 的概念，用来表示城市中不同部分、以不同方式到达城市中心的出行时间。在a s p o 的报告提出十 年之后，洛顿温戈提出了新的针对城市客运交通系统与客运交通方式关系的经济学模型。在a s p o 的报告中，衡量出行的成本主要是考察出行时间的长度，而温戈则认为这一成本应用金钱来衡量。 我国城市规划部门经过十多年的实践摸索，规划工作也开始用定性与定量相结合的方法来研究 城市客运交通合理结构问题。其中着重探讨的是公共客运交通与其他交通方式之间的关系和发展趋 势；如北京市城市规划设计研究院开展了北京市城市客运交通合理结构研究，建立基于可持续发 展理念的动力学模型进行客运结构预测。东南大学田锋博士在其论文我国大城市客运交通结构发 展模式研究中，提出城市交通结构发展状态论，认为高层次稳定态的交通结构总是有取代低层次 稳定态交通结构的趋势，并且高层次稳定态的交通结构一旦形成便很难回转；基于方式结构的城市 交通运输效率函数，同时考虑交通结构优化过程中所受到的占地、环境、能源、可达性等约束条件， 建立了大城市客运交通结构优化的线性规划数学模型。徐永能( 2 0 0 6 ) 从耗散结构论和城市经济学 的角度研究城市公共客运交通结构，探讨了在城市化、机动化和城市居民出行意愿不断发生变化情 况下的城市公共客运交通结构演化机理和优化问题。上海同济大学徐循初教授在其论文关于确定 城市交通方式结构的研究中，运用城市已有的交通调查资料，从道路网和公交网的发达程度、道 路车速、居民出行距离分布特征、出行时耗、经济收入水平等方面，找出城市居民在选择城市公共 交通和私人交通工具之间的规律性，从而采用定量与定性相结合的方法确定城市交通方式结构。 在已有的客运交通结构研究中，研究者均提出要大力发展公共客运交通，尤其要优先发展大运 量的高效率轨道交通系统，这一发展趋势无疑是正确的，因为优先发展公共客运交通已经被世界各 2 第一章绪论 国认为是解决大、中城市交通问题的最佳策略，它是城市可持续发展的必由之路。但无论是发展哪 种公共客运交通方式，均应该紧密结合城市经济、城市空间结构和公共交通资源、交通习俗、人口 和规模等情况的发展演化趋势及其不同的发展阶段来具体规划和分析其适应性情况，尤其是对于发 展轨道交通和世界各国推崇的快速公交等大运量公共客运交通系统，它们的功能定位及其适应性情 况研究必定会直接影响城市交通系统当前及未来规划年内各种公共交通方式间的发展趋势及其资源 的综合利用效率问题，也会直接决定城市客运交通方式结构中给定的规划目标能否顺利实现。 1 2 3 关于轨道交通与其他交通方式之间关系的研究 近些年来，国内外学者对轨道交通与其他交通方式的关系进行了不少研究。 胡希元在硕士论文城市客运交通方式划分模型与方法研究( 2 0 0 5 ) 中定性分析了步行、自行 车和公交车三大常用交通方式间的竞争关系：随着非机动化交通方式出行比重的逐渐降低，自行车 出行比重呈现明显的降低趋势。而步行出行比重在其均值附近上下波动。步行和自行车呈现很强的 互补性。在三大交通方式出行总比重围绕8 0 * , 上下波动的情况下，随着自行车出行比重的逐渐降低， 步行和公交车出行都呈现相同的逐渐增高的发展趋势。作为相互的竞争者，步行和公交车方式的竞 争体现在局部。 王玉萍( 2 0 0 4 ) 运用经济学原理定量分析了常规公交与轨道交通的竞争或替代关系，建立了基 于广义出行费用的轨道交通常规公交竞争模型，并运用模型确定了轨道交通与常规公交的整体 竞争结果；从常规公交与轨道交通合作的角度，提出了运能匹配计算方法及调整措施。 王春才等( 2 0 0 6 ) 根据不同交通方式的特性，从出行的不同维度的特性出发，找出出行距离、 出行频次、出行目的等不同的出行维度与各交通方式之间的关系，分析不同交通方式之间转化的原 因及其规律。并给出不同交通方式之间转化的经济学解释。研究认为：( 1 ) 当出行距离从短距离向 中、长距离变化时，出行者将会依次选择步行方式、自行车方式、公交方式或小汽车方式；( 2 ) 从 出行频次角度看，在中短距离的出行中，随着出行频次的提高，交通方式将从步行转向自行车方式， 而在长距离出行中，随着出行频次的提高，交通方式将从出租车转向公交方式；( 3 ) 随着出行目的 对时间紧迫性要求的提高，出行者将依次选择步行方式、自行车方式、公交方式、小汽车方式。 俞礼军( 2 0 0 1 ) 用动力学模型研究了各种交通方式交通集团的竞争机制，结果表明：孤立环境 耐受性强者生存，弱者淘汰，竞争的结局与其他因素无关。马荣国在其博士论文城市公共交通系 统发展问题研究中在明确了公共交通系统各子系统任务的情况下，确定了各子系统之间的组织协 调关系以及换乘枢纽组织方法。引出票价对公共交通发展的影响。用系统科学的自组织理论( 耗散 结构) 、混沌理论和博弈论的有关方法等，研究了公共交通与其他客运方式之间生存与竞争模式。 李娟在论文城市自行车交通转移研究中以出行效用作为交通转移的影响因素，根据概率选 择原理建立了自行车交通转移模型。徐循初( 2 0 0 5 ) 从公交与非公交方式的转移、居民收入和出行 方式的关系、交通工具的发展三个方面论述了交通方式的转移。 国外方面，前苏联在城市轨道交通与其它交通方式之间的有机协调方面进行过比较深入的研究。 主要集中在轨道交通车站合理步行区与接运距离、轨道交通换乘枢纽的布置、换乘时间及其换乘方 式以及轨道交通出行时间节约等方面。m a l t av r e d i nj o h a n s s o n ，t o b i a sh e l d t 和p e r j o h a n s s o n 在n e e f f e c t so f a t t i t u d e sa n d p e r s o n a l i t y t r a i t s o n m o d ec h o i c e ) ( 2 0 0 6 ) 一文中研究了个人态度和个人特性对 交通方式选择的影响。s t e f a a nv a n d ew a l l e ，t h e r e s es t e e n b e r g h e n 在论文 s p a c ea n dt i m er e l a t e d d e t e r m i n a n t s o f p u b l i c t r a n s p o r t u s e i n 咖c h a i n s ) 中研究了时间因素在出行方式选择中的作用。m o s h e b e n a “v a ，t a k a y u k im o r i k a w a 发表论文 c o m p a r i n gr i d e r s h i pa t t r a c t i o no f r a i la n db u s ：，认为当出行 时耗和出行费用等可计量的服务特性差不多时，人们对轨道交通和公共汽车这两种交通方式没有明 显的偏爱：当轨道交通能够提供更优的服务时，人们更愿意选择轨道交通。 3 东南大学硕士学位论文 1 3 主要研究内容 本篇论文的主要研究内容分为以下几个部分： 1 、大城市轨道交通发展及其功能分析 不同城市中轨道交通有着不同的发展趋势和作用，本部分对大城市的轨道交通发展及其作用进 行研究。主要内容有： ( 1 ) 轨道交通特性分析 对轨道交通的概念及其服务特性、运营特性等进行分析。 ( 2 ) 大城市轨道交通发展 回顾国内外大城市轨道交通的发展历程，分析未来轨道交通的发展趋势。 ( 3 ) 轨道交通功能分析 从社会经济发展、城市空间发展、城市客运体系发展等方面分析轨道交通在大城市中的功能 作用。 2 、大城市客运结构及其轨道交通介入前的演变规律 城市客运交通结构是一个城市客运交通系统最本质的特征。每个城市依据其主导交通方式及其 与辅助交通方式的客运分担关系，形成独特的城市客运交通结构模式。本部分结合国内外若干大城 市的相关数据，根据客运结构的发展历程，考虑客运交通体系中主导交通方式的变化，研究大城市 客运结构轨道交通介入前的演变规律。具体内容有： ( 1 ) 城市客运交通结构基本概念及分类 ( 2 ) 机动化发展前期客运结构演变规律 ( 3 ) 机动化发展中期客运结构演变规律 ( 4 ) 机动化发展后期客运结构演变规律 3 、轨道交通与其它交通方式的关系 客运交通结构由机动化交通和非机动化交通构成，机动化交通又包括公共机动化交通和个体机 动化交通。本部分研究轨道交通与城市客运系统中其它交通方式之间的相互关系。研究两两交通方 式之间在外界条件和内部因素发生变化的情况下，是如何进行转移、如何竞争与合作的。 主要内容有： ( 1 ) 轨道交通与机动化交通方式的关系 分别研究轨道交通与常规公共汽车交通、轨道交通与b r t 、轨道交通与出租车交通、轨道交通 与小汽车交通等的竞争与合作关系。从各种交通方式的特性入手，主要考虑出行时耗、出行费用等 因素，分析轨道交通发展对公共交通结构变化、轨道交通发展对个体机动化交通结构变化的影响。 ( 2 ) 轨道交通与非机动化交通方式的关系 非机动化交通包括自行车交通、步行交通等。本节比较轨道交通与非机动化交通方式的特性， 研究轨道交通与自行车交通、轨道交通与步行交通等的竞争与合作关系。 4 、轨道交通参与下大城市客运结构演变规律 一个城市的轨道交通是逐步建设、循序渐进发展的。本部分结合国内外若干大城市的相关数据 研究轨道交通不同发展阶段城市客运交通结构的演变规律。定性与定量相结合，建立评价轨道交通 发展对客运结构演变影响的数学模型。 ( 1 ) 轨道交通起步阶段城市客运结构的演变 轨道交通起步阶段，轨道交通从无到有，建成线路较少，投入运营的车辆也少。这小节根据轨 道交通运营里程、运量的变化分析起步阶段城市客运结构的演变。 ( 2 ) 骨架线网形成阶段城市客运结构的演变 骨架线网是由整个轨道网络中地位最为重要的若干条主要线路组成，一般是布在客运量大的交 通走廊或者城市规划发展轴上的线路。本小节研究骨架线网形成过程中城市客运结构与之相对应发 生的变化。 4 第一章绪论 ( 3 ) 轨道交通线网完善后城市客运结构的演变 骨架线网形成后，还要添加辅助线、支线来完善整个轨道交通网络。线网的建成并不代表整个 网络运营的成熟。随着轨道交通运营的发展，城市客运结构也会发生变化。本节研究随着轨道线网 完善城市客运结构发生的变化。 ( 4 ) 建立影响评价模型 总结出轨道交通发展对城市客运结构演变的影响因素，并对主要因素进行量化，建立轨道交通 发展影响城市客运结构演变的评价模型。 1 4 研究技术路线 论文综合运用交通工程学、系统工程学、数学模型等方面的知识，遵循“由局部到整体、逐步 深入”的研究思路展开。 1 、确立论文研究范围、原则和总体目标，研究内容及总体框架。广泛收集研究轨道交通功能作 用、交通方式间相互作用、大城市客运结构发展演变等方面的国内外资料，认真研读相关资 料，提炼出对本论文有参考价值的内容。 2 、分析轨道交通的发展历程及发展趋势，从轨道交通与社会经济发展、轨道交通与城市空间发 展、轨道交通与城市客运系统等方面分析轨道交通的功能作用。 3 、明确城市客运交通结构的概念。根据收集到的国内外大城市相关资料，根据客运结构的发展 历程，结合城市发展、社会经济发展、人口分布变化等分阶段研究轨道交通介入前大城市客 运交通结构的演变规律。 4 、研究轨道交通与其它交通方式间的关系。从交通方式的服务特性、运营特性以及出行者个体 特性等方面，运用经济学、博弈论等相关知识分析轨道交通方式与其它交通方式两两之间如 何竞争与合作，如何转移。 5 、不同发展阶段轨道交通的功能作用、运输能力、线网密度、服务覆盖范围等有很大的不同。 把轨道交通分为初步发展、骨架线网形成、轨道网络完善等三个阶段，研究不同阶段大城市 客运交通结构的演变规律。建立以城市客运结构的变化为目标函数的数学模型，定性与定量 相结合分析轨道交通发展对客运结构演变的影响。 论文研究技术路线见图1 1 ： 查堕盔兰堡主兰垡堡苎 i 榴 i 薪 差 i 素 型 i i i i i 图1 - 1 论文研究技术路线 6 第二章大城市轨道交通发展及其功能分析 第二章大城市轨道交通发展及其功能分析 2 1 轨道交通特征分析 2 1 1 轨道交通的概念 城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统称为城市轨道交通。 当前，世界上已有4 0 多个国家的1 4 0 多个城市拥有或正在规划建设城市轨道交通，在构筑物形 态、运营方式、车辆类型及运输能力等方面发展了许多种类。 按构筑物的形态或轨道相对于地面的位置划分，城市轨道交通可分为三类： ( 1 ) 地下铁路：位于地下隧道内的那部分铁路称为地下铁路； ( 2 ) 地面铁路：位于地面的铁路称为地面铁路； ( 3 ) 高架铁路；位于地面之上的高架桥的铁路称为高架铁路。 按列车运营组织方式划分，城市轨道交通可分为三类： ( 1 ) 传统的城市轨道交通：服务范围以中心城区为主的城市轨道交通，通常站间距在1 k m 以内。 ( 2 ) 区域快速铁路：服务范围包括城市郊区的轨道交通系统，通常站距较大，含有地面线路或高 架线路。例如德国的s b a l m 、巴黎的p e r 、旧金山的b a r t 。 ( 3 ) 市郊铁路：是指位于城市范围内、部分或全部服务于城市客运的那些城市间铁路，通常其所 有权不属于所在的城市政府，而由铁路部门经营，主要运送城市郊区与市区间的乘客，故也称通勤 铁路。这种铁路通常在郊区采用平交道口形式，在市区为高架或地下铁路。其站距长，运营组织方 式与城市间铁路相近。 按运能范围及车辆类型划分，城市轨道交通可分为地下铁道、轻轨交通、独轨交通、有轨电车、 客运自动轨行车、自动导向交通、微型地铁、胶轮地铁、索道等类型，常用的是前面4 种类型。 ( 1 ) 地下铁道：简称地铁。国际隧道协会将地铁定义为轴重相对较重，单方向输送能力在3 万人 次m 以上的城市轨道交通系统。一般线路全封闭，在市中心区全部或大部分位于地下隧道内，因而 可实现信号控制的自动化，具有容量大、速度快、安全、准时、舒适、运输成本低、不占城市用地， 但建设成本高等特点，适用于出行距离较长、客运量需求大的城市中心区域。 ( 2 ) 轻轨交通：是在有轨电车的基础上发展起来的城市轨道交通系统，输送能力1 知3 0 万人次伍。 它的车辆轴重较轻，施加在轨道上的荷载相对于城市铁路和地铁的荷载来说比较轻，因而称之为轻 轨。站台标准有高低之分，路权形式也有多种。 ( 3 ) 独轨交通：又称单轨交通，可分为跨座式和悬挂式两种，前者跨在根走行轨道上行走，其 重心位于走行轨道上方；后者车辆悬挂于可在轨道梁上行走的走行装置的下面，其重心处于轨道梁 的下方。 ( 4 ) 有轨电车：通常采用地面线，有时有隔离的专用路基和轨道。隧道或高架区间仅在交通拥挤 的地带才被采用。旧式的有轨电车由于其与公共汽车及行人共用街道路权，且平交道口多，因而其 运行所受的干扰多，速度慢，通行能力低，单向运输能力一般在l 万人次m 以下。现代有轨电车与 性能较差的轻轨交通已很接近，只是车辆尺寸稍小一些，运营速度接近2 0 k m h ，单向运能可达2 万 人次h 。 2 1 2 轨道交通的特点 表2 - 1 对几种轨道交通型式从运营特性、车辆特性、固定设备及系统总体指标等方面进行了简 7 东南大学硕士学位论文 单的分类和比较。 表2 一l 城市轨道交通系统运营特性指标f 4 】 项目指标轻轨地铁市郊铁路 最大速度( k m h ) 7 0 - - 8 0 8 0 1 0 08 0 一1 3 0 运营运营速度( k n v h ) 2 0 - 4 02 5 , q 5 04 0 7 0 特性 最大密度，( 列h ) 4 0 胡02 d - 4 0 l o 一3 0 指标 小时实际同行能力 2 0 06 0 0 0 0 3 0 0 0 0 可靠性 高很高很高 列车及车 平均编组，节1 - 4l i ol 一1 0 车辆长度m1 4 3 21 6 2 32 眦6 辆特性 每车载客数，个 2 2 5 01 8 0 固定 线路隅离率踢 4 0 - 9 0 1 0 09 0 - , - 1 0 0 站台高度低或高高低或高 设备 检票方式车上或车下车下车上或车下 系统市中心覆盖好 一般不太好 总体站间距，m3 0 0 - - 8 0 05 0 0 一2 0 0 0 2 0 0 0 以上 指标 平均出行长度中短中长长 从表中可以看出，轨道交通是一种高速、安全、准点性好、容量大、载客量大、平均出行长度 较长的交通方式。虽然轨道交通系统需要单独的线路，导致它初期基础设施投资较大，但其在城市 交通中的作用是巨大的。 2 2 大城市轨道交通发展 2 2 1 国外城市轨道交通的发展咖4 1 1 5 旧 ( 一) 城市轨道交通的起源 1 8 0 4 年英国人特雷维西克试制了第一台行驶于轨道上的蒸汽机车，1 8 2 5 年英国在大林顿到斯托 克顿间修建了2 1 1 a n 的世界第一条铁路。至1 8 6 3 年伦敦第一条地铁线开通之前，虽然铁路在欧美等 国迅速发展，但只是用于城市间的客货运输。这个时期，尽管铁路没有直接服务于城市交通，但是 它使得城市发展从靠水面建的约束中摆脱出来，其腹地范围迅速扩大，在半个世纪不到的时间中扩 大了3 , - 6 倍，大大促进了城市交通需求的发展。与此同时，城市公共交通的改进是通过马车来实现 的。1 8 2 9 年，巴黎引入较大的由马驱动的公共马车，纽约1 8 3 1 年也引入这种车辆。后来它迅速增 长，但它缓慢颠簸、不舒适，且容易造成街道的车辆拥挤及阻塞。 世界上第一条马拉的城市街道铁路于1 8 3 2 年在美国纽约的第4 大街开始运营，但这种有轨道的 马车直到1 8 5 5 年才开始大规模地替代公共马车，那时轨道安装成本下降，也解决了与街道上无轨车 辆交通的相互干扰问题。从1 8 5 5 年起，有轨马车线在美国及欧洲迅速扩展，至1 8 9 0 年总的轨道里 程达到9 9 0 0 k m 。 虽然马车铁道比公共马车有了很大的改进，但随着城市人口及车辆的增加，在平交道口出现了 交通阻塞，在较大的城市中非常严重。因此需要通过立交形式的快速交通系统来避免铁道上或其街 道上的拥挤。同期，人们考虑采用机车代替马车来牵引，进一步增加了车辆运营速度。第一条快速 轨道交通线于1 8 6 3 年在伦敦运营，线路位于地下隧道内，用蒸汽机车牵引，称为地铁。从此，铁路 技术开始被用来解决人们在城市内的出行。 ( 二) 大容量轨道交通系统的发展 8 第二章大城市轨道交通发展及其功能分析 伦敦地铁通车后，1 8 6 5 年纽约也制定了建设地铁的计划，但没有得到批准，因为蒸汽机车在地 下隧道内产生大量的蒸汽和烟雾，不易扩散，乘行环境不佳。因此美国的快速轨道交通采用了地上 高架的形式。在1 8 6 7 年初步试验后，第一条高架快速轨道交通线在1 8 7 0 年开始运营，沿曼哈顿的 格林威治大街及第9 大道运行。1 8 6 7 1 9 0 2 年间，纽约建成了3 0 2 k i n 的高架轨道交通网。自1 8 9 2 年起，芝加哥也大力修建高架铁道，至1 9 0 2 年达到1 7 4 k r a 。美国第一批建设轨道交通的城市偏爱他 们所作出的采用低投资的高架轨道交通的决策。然而由于其不雅观及噪声，高架轨道交通结构对其 周围的城市环境产生了损害。因此传统形式的高架结构在2 0 世纪2 0 年代初期基本停止了。 电力牵引的列车在成本、性能、舒适性方面都大大超过以前的轨道车辆，德国在这方面取得了 实际的进展。柏林附近的l i c h t e r - f e l d e 线于1 8 8 1 年投入运营，是世界上第一条电气化铁路。其后， 北美城市建造了几条试验线，于1 8 8 8 年成功地试验出技术先进的电力机车技术。电气化铁路对快速 轨道交通有决定性的影响。至1 8 9 0 年末，有轨电车迅速替换了马车铁道及缆车铁道，同时也替代了 城市轨道交通中的蒸汽机车。1 8 9 7 年，6 节编组的多节电动列车开始在芝加哥的南侧高架线。 1 8 9 8 - - - 1 9 0 3 年在纽约高架线上实现电气化。此时伦敦、布达佩斯、格拉斯哥、波士顿及巴黎已经开 始运营电气化轨道交通，一度搁浅的纽约地铁建设计划于1 9 0 0 年开始实施。由于电气化，到1 9 3 7 年美国的城市快速轨道交通里程增长到1 9 0 2 年的4 倍，其中9 0 以上是在纽约与芝加哥，其余的在 费城及波士顿。 第二次世界大战后，随着汽车业的蓬勃发展，美国城市经济活动向乡村转移，城市客流需求下 降，加上城市快速路的大量建设，使得城市轨道交通的发展步伐减缓。2 0 世纪6 0 年代末期狂热的 政治气候及经济气候又使得政府下决心发展城市轨道交通。1 9 7 4 年的汽油短缺及其价格上涨，也促 使人们重新向市中心聚集，刺激了公共交通需求的增长。至1 9 7 6 年，美国超过4 0 万人的6 0 个城市 中有2 5 个城市规划建设城市铁路，这些城市的雄心勃勃的目标是到1 9 9 0 年建成3 5 4 0 k m 的线路， 这将是既有系统的3 倍多。按1 9 7 1 年不变价格计算，需要投资4 2 0 亿美元，这是不可能实现的，因 此，联邦政府放慢了建设步伐，限制性地批准部分新的快速轨道交通线建设，优先考虑部分城市中 等运量及短途出行的轻轨系统( 不是全立交的轨道交通线) 上马。鉴于既有的快速轨道交通表现出的许 多弱点，如设备简陋、环境差等，在规划和建设新的快速轨道交通线时，提出了四方面的新要求： ( 1 ) 以环境可接受的方式( 基本上在地下) 为高强度城市活动的人群提供直接服务； ( 2 ) 确保乘客至地下乘车方便； ( 3 ) 避免传统的拥挤不堪的局面，提供适当的空间、安静的环境及空调； ( 4 ) 提供满足车辆平稳、高速运营的路基条件，提高劳动效率，要与小汽车竞争。 电气化城市轨道交通对城市分布及其规模产生了广泛的影响。美国在1 8 8 0 1 9 2 0 年的4 0 年间， 美国城市人口由1 5 0 0 万人增加到4 5 0 0 万人，约占全国总人口的5 0 ；城市轨道交通年客运量从6 亿人次增加到1 5 5 亿人次。这个时期城市中心区及近郊的发展初具规模，在有轨交通线的步行距离 内具有较高的居住密度。这些区域的人口增长在后来又衰减了，但至今美国仍有1 4 的人居住在城 市中心区及近郊核心区，这种人口分布状况就是受当时轨道交通线的影响而形成的。 英国的伦敦、法国的巴黎、德国的柏林、俄罗斯的莫斯科、日本的东京等城市，都是地铁发展 较早且规模较大的城市。由于这些城市的城市问铁路非常发达，因此，在发展地铁的同时，市郊铁 路也取得很大的发展，并在城市布局的发展及城市交通功能中占据重要地位。 ( 三) 中运量轨道交通系统的发展 在2 0 世纪初，有轨电车曾是大城市重要的公共交通工具。由于它与道路上的其它各种车辆共用 路面，行驶速度慢，噪声大，乘坐舒适性差，而且在狭长的道路上妨碍汽车行驶，因此，在汽车大 量增长的3 0 、4 0 年代，西欧城市的有轨电车纷纷被拆除。美国的有轨电车系统，其建设时间不超过 3 0 年，但在建成后的6 0 年中几乎全部被拆毁了。第一次世界大战中期，运量较小的有轨电车线路 先被拆除。随着运营费在不断上升，有轨电车公司的收入受特定的票价限制而难以提高( 政府与电车 公司之间有协议，政府给公司以特权，但电车票价不能随意调整) 。在1 9 1 0 - , 1 9 2 0 年间出现了收费便 宜的私人机动车业务，其路线一般平行于有轨电车线，这进一步减少了有轨电车的收入。结果，在 5 0 年代，美国大城市中有轨电车被大量拆除。 9 东南大学硕士学位论文 然而，有轨电车也有其优点，它可以在路面直接换乘，可以小单位地频繁发车，节约能源，而 且无污染，造价特别低廉，所以东欧及亚洲一些城市至今仍在继续使用。 基于有轨电车的某些优点，有轨电车业并未放弃努力，他们采用线路隔离、自动化信号调度系 统、生产高新技术的车辆等措施来提高速度，改善舒适度，争取客流，形成了所谓的轻轨交通、独 轨交通等中运量的轨道交通系统。7 0 年代初美国率先在亚特兰大、巴尔的摩及迈阿密建设轻轨交通 系统，随后底特律、洛杉矾、檀香山和休斯敦等1 0 个城市都开始建设轻轨交通，掀起了