城市轨道交通线网发展特征分析.pdf

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1、第 期 锨布饥 变通孩网笈展 租分衍 欧阳长城(广州市地下铁道总公司，5 l()()3()，广州副总工程师、高级工程师)摘要 通过调 查国 内外城 市轨道 交通 线 网的发展 历程 得到 了城市轨道交通 线 网建设 历程 整体呈现“S”型发展 趋 势 的结论。探讨 了域市规模与城市轨道 交通线 网建设持续 时 间和线 网规模之 间的关 系。归纳分析 了国内外各等级城 市规模对应的城市轨道 交通站 点 日均客 流强度、人 均轨道 交通站点数、线网客 流强度 等规划 参数指标 值。基 于城 市 轨道交通运营成本平衡 的基 本理 念，提 出了各 等级蛾 市规 模对应的蛾 市轨道 交通 线网各阶段规划

2、指 标 目标值选取范 围的建议。关键词 城市轨道 交通；线网规模；规模效益 中图分类号U 2 3 1 De v e l o p me nt Ch a r a c t e r i s t i c s of Ur b a n Ra i l Tr a ns i t Ne t wo r k Ou y a n g Ch a n g c h e n g Ab s t r a c t Th r o u g h a n i n v e s t i g a t i o n o f t h e d e v e l o p me n t o f u r ba n r a i l t r an s i t bot h

3、 a t home a nd ab r oa d。t hi s pa p er e x hi bi t s t ha t t he hi s t or y of u r b a n r ai l t r an s i t n et wor k i S a pt t o f o r m a Ss ha p e Th en a di s c u s s i on i S ma de o n t he r el a t i on b e t we e n c i t y s i z e a nd t he l a s t i ng t i me o f ur ba n r a i l t r a n

4、s i t c on s t r u ct i o n，a s wel l as t he s c a l e o f n et wor k Be s i de s t hi s pa pe r ma ke s a n i n duc t i v e a na l y s i s of t he pl a nni ng pa r a me t e r i n d e x o f u r b a n r a i I t r a n s i t s t a t i o n s r e s p o n d i n g t O d o me s t i c a n d i nt er na t i o

5、 na I c i t i e s on e a c h s c a l e s u c h a s t he a v er a g e d a i l y p a s s e n g e r t r a n s po r t i n t e n s i t y，t h e n u mbe r o f u r b a n r a i l t r an s i t s t a t i o ns pe r c a p i t a，t he pa s s e ng er t r a ns po r t i n t en s i t y o f t h e n et wo r k an d S O o

6、n Bas e d on t h e t he or y of ope r a t i on c o s t a n d i n c o me b a l a n c e o f u r b a n r a i l t r a n s i t t h i s p a pe r s u g 一 有 馥辔 镰 g e s t s t ha t t he s e l e ct i o n s c o pe o f t he t a r g e t v a l u e s ha l l be d i-c i de d on va r i o us s t a g e s of u r b a n r

7、a i l t r an s i t ne t wor k S O i t c a n s er v e as a r e f e r en c e f or pl a nn i ng i n Chi na Ke y wo r d s u r b a n r ai l t r an s i t；s c a l e of n et wo r k；s c a l e me r i t Aut ho r S a d dr e s s Gua n gz h ou M e t r o Co r p or at i on，5 1 0()30 Gua n gz h ou Chi na 由于城市轨道交通的建设

8、和运营都存在高投入 的特点，这就需要深入探讨城市轨道交通网络的规 模特征与其发展特征，以确立城市轨道交通在城市 公共交通中的地位，寻求城市综合经济实力与轨道 交通效益相平衡。1 城市轨道交通 的城市规模划分 为避免系统特征混淆，在对各城市的综合交通 目标、线 网规模、客流规模、系统选择、设施配置、运 营效率等因素进行归纳分析时，从系统参数特征趋 同的角度，对城市规模按 5 0 0 万人、2 0()万人、1(0万 人三个等级予以划分。按这一分类标准，目前世界上拥有轨道交通的 5 0 0万以上人口的城市有 2 6座，线路长度 占全部线 路的 2 3 3 2；2(】()万5()0万人 口的城市有 3

9、 5座，线路长度比例为 3 8 6 6；1 0 0万2()()万人 口的城 市有 4 8座，线路长度比例为 1 5 1()；1 0 0万以下人 口的城市有 5 5 座，线路长度 比例为 2 2 9 2。表 1 世界上 已建城市轨道 交通 系统规模统计表 7。溺瓢 叠交叠 羁 0 0 0 0 曩 0 0 0 0 懒 2 线 网发展 阶段划分及其特征 2 1 线网发展阶段划分 从各城市开展轨道交通建设 的历程来看，一般 都经历了启动期、发展期 和完善期等三个 阶段。三 个时期均具有比较明显的特点。启动期：一般为 1 0年左右时间，建成线路不超 过线网规模的 1 5。人口大于 2 0 0万人的城市，

10、平 均建设 的线路长度一般 在 3 0 4 0 k m，人 口小 于 2 0 0万人的城市，平均建设的线路长度一般在 2 O 3 0 k m。如广州从 1 9 9 3年至 2 0 0 3年仅建成 3 5 4 k m线路，占在建线 网的 1 4 9；大阪从 1 9 3 3年至 1 9 6 0年仅 修建 了 1 6 7 k m 线路，占建 成线 网的 1 4 1 5 。发展期：一般为 1 5 2 0年时间，线 网在这个时 期快速增长，年均建成线路可达 1 0 k m 左右，建成 线网一般达到城市线 网规模 的 8 0 9 0。如 巴 黎从 1 8 9 8-1 9 1 3年增建了 1 7 2 6 k

11、 m线路，平均年 建成线路 1 1 5 k m，最高达到 3 2 5 k m，建成线 网规 模达到总线 网的 9 3 5 ；大 阪从 1 9 6 4-1 9 8 5年增 建了7 4 3 k m线路，最高年建成线路长 1 6 1 k m，建 成线网达到总线 网的 8 0，到 1 9 9 3年建成线 网达 到总线网的 9 0；广州从 2 0 0 3-2 0 0 6年间建设 了 8 0 8 8 k m线路，平均年建成线路 2 0 2 k m。完善期：线网规模基本稳定，其建设主要是对线 网结构和城市各区域提供运输服务 的完善，线 网建 设强度低。如大阪在 1 9 9 0 2 0 0 5年 的 1 5年

12、 时间 里，线网增建 了 1 3 7 k m，建设长度仅为总线 网的 1 1 6。城市轨道交通线 网建设 的三 阶段特征，使其 网 络建设历程整体呈 现“S”型的发展趋势，其 中发展 期对城市轨道交通建设的把握会对线网运营效益产 生重大影响。目前，我国已有北京、上海、广州、深圳 等 4座特大型城市进入线网的发展期，其余 1 1 座城 市尚处于启动期。2 2 线网发展各阶段的客流规模特征 不同运营年限各等级规模城市的轨道交通站点 日均客流强度分类统计如表 2 所示。从各规模城市 的站点 日均客流强度统计分布来看，其发展趋势具 有以下特征：(1)5 0 0万以上人 口城市的站点 日均客流强度 具有

13、初期向近期快速增长、远期逐步下降的发展特 性。其初期 站点 日均 客流强度基本 为 1 2万人 次 站量级，近期为大于 2万人次 站量级，远期为 2 万人次 站量级。(2)2 0 0万5 0 0万人 口城市的站点 日均客流 强度具有初、近期量级相近，且近期有所增长、远期 逐步下降的发展特性。其初、近期站点 日均客流强 度基本 小于 2万 人次 站量 级，远期 小 于 1万人 次 站量级。(3)2 0 0万以下人 口城市的站点 日均客流强度 具有初、近期量级相似，远期逐步增长 的发展特性。其中 1 0 0万2()(】万人 口城市初、近期站点 日均客 流强度基本小于 1万人次 站量级，远期站点 日

14、均客 流强度基本为 1 2万人次 站量级。表 2 城市轨道交通线 网站点 日均客流强度分布统计表 8 第 期 3 轨道交通评价参数设定 考虑到各城市存 在规模、结构、形态、人 Iz 1、经 济、文化、交通习惯等诸多不同。选用国际通用 的单 位数值指标中的供给指标和使用指标对轨道交通予 以考量、比较。(1)供给指标：人均轨道交通站点数=LS。(2)使用指标：轨道交通方式 人均出行率 7 =，站点 日均客流强度 K=。式中：L 一车站数 座；P 城市人 口总数，万人；Q一轨道交通线网日均客流量，万人次 d。对线 网建设和发展效率的评定，可采用 以下单 位数值指标：边界站点 日均客流强度 M=客流

15、繇数 Eo-撇日均客流强麟l生 式 中：Q定时期内轨道交通线 网 日均客流变 化量 万 人次 d；A L 一定时期内轨道交通线网站点数变化 量，座；一一定时期内人均轨道交通站点数变化 量，座 万 人；A K 一定时期 内站点 日均客 流强度 变化 量，万 人次 站。4 轨道交通线网的发展特征及其指标分析 考虑到线 网客流 的生长具有 长期性 的特点，且世界各国运营 3()年以上的线路有 3 7 7条，线路 长度达 9 2 4 7 k m，占全部 运营线路 的 6 9 3。因此，本 文重 点 对该 部 分 的 相 关数 据 进 行 对 比 分析。4 1 城市轨道交通的参数指标统计与分析 城市轨道

16、交通系统在城市交通系统中的功能及 其运营效率受到城市交通现状、国民经济发展阶段、城市交通发展、城市空间发展和土地开发形成等多 有 潞 漉j 层面多因素的影 响，各项指标存在较大的离散性。各规模城市的轨道交通人均站点数与轨道交通方式 使用指标情况统计如表 3所示。从供给、使用指标的统计数据来看，存在明显的 效益区间。供给指标位于该区间时，可以获得明显 的使用效益。例如：5 0 0万以上人 口城市的人均轨 道交通站点数为()0 8【)3 3 1座 万人时，站点 日均 客流强度为 1 9 4 5 2万人次 站，轨道交通出行率 为()3 6()7 8次 人 d；2 0 )万5()()万人 口城市 的人

17、均轨道交通站点数 为 0 2 6 9()4 8 6座 万人 时，站点 日均客流强度为 0 7 4 2 1 万人次 站，轨 道交通出行率 为 0 3 1()5 2次 人 d；1 0 0万)()万人 口城市的人均轨道交通站点数为()1 6 1 0 5 1 4座 万人时，站点 日均客流强度为1 1 5 1 7 4 万人次 站，轨道交通出行率为()2 2()5 1 次 人 d；1 0 0 万以下人口城市的人均轨道交通站点数为()4 6 4 0 7 8 3 座 万人时，站点 日均客流强度为 0 5 1 1 5万 人次 站，轨道交通出行率为()3 2()5 6 次 人 d。通过对各规模城市人均轨道交通站点

18、数与轨道 交通方式人均出行率、站点 日均客流强度相互关 系 的分析 不难发现城市轨道交通所取得的交通效益 与城市轨道交通资源配置有着直接关 系。但两者之 间不存在线形关系。通过统计分析，可以初步形成 以下结论：(1)轨道交通在机动化出行 中的比例与人均站 点数指标存在明显的阀值。在达到该 阀值之 前，轨 道交通承担率会随着人均站点数指标的提高快速增 长，并达到极值，之后开始回落，同时在一定范围内 站点 日均客流强度与其具有同步性。(2)当人均站点数指标超过阀值后 站点 日均 客流强度和轨道交通出行率随之下降，并无法实现 综合交通 目标。(3)不同规模的城市除了阀值不 同外，其在不 同时期能够取

19、得的使用效果也存在较大的差异。(4)从统计数据看，大城市远期轨道交通方式 在机动化 出行 中的分 担率按 3()规 划具 有可实 现性。4 2 线网发展的特征分析供给一 需求关系 通过统计分析，城市轨道交通的发展虽然受到各 种城市条件和人文环境的制约，各 自存在一定的发展 特点，但最终仍符合于交通的供给 需求关系。因此，对规模效益区间 的分界点定义如下：M 等于平均客流强度时的人均站点 9 溺 涵 溷；表 3 人均站点数与轨道交通方式使用指标关 系表 数指标值。M K等于零时的人均站点数指标值，此 时线网客流量 Q达到最大值。结合以上分析，可将城市轨道交通的发展特性 归纳为如图 1 所示。其各

20、阶段发展特性如下：(1)当人均站点数从 增加到 时，线网客 流量 Q、站点 日均客流强度 K、边界站点 日均客流 强度 M 均表现为递增特点，且 M K；此时线 网发展处于规模收益递增区。(2)当人均站 点数从 增加到 时，M 一 开 始递 减；当人 均 站 点 数 为 时，最 大，这 时 M ，=K，；当人均站点数超 过 时，K 将逐 步减 少，此时线网发展进入 规模收益递减区；当人均站 点数 为 时，M，=0，线 网客 流 量 Q 达 到 最 大值。(3)当人均站点数超过 时，M 小于零，线 网客流量将减少。根据以上定义，对广州、大阪的城市轨道交通线 1 0 网客流发展进行分析，其发展示意

21、图如 图 2、图 3所 示。可以得出，对 于广州市，=0 0 4 3，时间位于 2 0 0 4年，即广州地铁 2号线 开通运 营之后，线 网运 营开始进入规 模效益发展 阶段。对 于大阪，为 0 1 1 8 0 2 7 3，属于一个区问值，时间位于 1 9 6 5年 至 1 9 8 0年；r 3：0 3 8 7，时间位于 1 9 9 0年；此后虽 然线网仍然保持了一定的增长，但线网客流总量却 开始下降。图 1 城市轨道交通网络发展特性图 第。期 5 城市轨道交通规划指标建议 鉴于轨道交通的实际运营现状，进行轨道交通 规划 时，对其规模的确定应在遵循追求城市综合交 4 一 l 一 S I 一 0

22、 ,_ 一一 1，O 0 4 3 量 薹 3 詈 ：三 。一-Q O O 2 0 0 4 0 O 6 0 O 8 (座 万人)案喝 瞥 滤 通 目标的基础上，同时兼顾 自身效率和效益。通过 统计数据分析，结合轨道交通运营成本平衡的基本 概念，建议城市快速轨道交通各阶段规划指标选取 范围如表 4所示。图 2 广州市轨道交通发展示意 图、0 8 0 2 7 3 O 3 87 O l O 2 、!I 4 O (座 万人)图 3 大阪市轨道交通发展示意 图 表 4 线 网规划指标 目标值选取范 围建议表 6 结论(1)城市轨道交通运营效果与一个城市的各个 层面联系紧密，不能以单一模式认识这一交通方式

23、的发展，需要充分预计各种发展的可能。但其发展 存在明显的规模效益 区间，因此在大力发展轨道交 通并初步体会其优越性和效率的同时，尤其需要注 重其经济规模的论证，注重对运营效益的合理控制。(2)规模 收益递增现象是规模经济 的结果，表 现为效益增加的幅度大于规模扩大的幅度。但规模 的扩大是有限度的，超过一定限度后，规模收益递增 将消失。(下转第2 l 页)1 1 一 埒 、r 一 一 橱 、r 一 一 p 阻一 第。朝 i番 对构架而言，式(4)中材料疲劳极限，需用构 ，架应力测试部位的零件疲劳极限 一 代替。构架应，一 、r 力实 测部位的 与来自 材料 试件的 的关系为：l 一 r一 i l

24、，n J 一 3 3 测点的寿命估计结果 式中：e 尺寸系数；一一表面加工系数；K 应力集中系数。将式(5)代入式(4)中，得到应力实测部位 的寿 命 n 为：由于被试构架材料与 1 6 Mn R低碳合金钢材料 接近，式(6)中各参数取 自 1 6 Mn R材料参数 6 ，可 得测点的疲劳循环次数(见表 3)。假设地铁车辆每天运行 1 0个周次，每年运行 3 6 0天，则可以估算出测点的疲劳寿命(见表 4)。由 此可以得出该转向架构架的寿命约为 1 3 4年。表 3 测点的疲劳循环次数 表 4 测 点 的 疲 劳 寿命 测点 1 3 1)2 B o 6 B 0 8 B 2 1 B 2 2 疲

25、劳寿命 年 1 3 4 1 5 6 4 4 6 7 8 8 5 5 4 4 结论 论文结合有限元软件数字虚拟仿真计算和既有 经验，锁定构架 5 处关键点分析其寿命，其中电机吊 座点的寿命约为 1 3 4年。参考文献 r 1 赵晓鹏，姜丁，张强 等 雨流计数法在 整车载荷谱分析 中的应(上 接 第 1 1页)(3)规模收益递减发生在资源投入量超过一定 限度以后，而在此之前，规模收益可能递增，也可能 不变。如果条件改变，虽不可能改变规模递减规律 现象的本质，但可以推迟出现递减现象。大阪 1 9 6 5 年至 1 9 8 0年间客流的发展就印证了这一现象。(4)从万人线路长度、线网客流强度，万人站点

26、 数、站点 日均客流强度两组线 网配置和效率指标 的 相关性和客观性来看，后一组指标与线网效率评价 指标的相关性更强，因此在进行轨道交通网络效率 分析时，应补充万人站点数、站点 日均客流强度作为 用E J 科技导报，2()9，2 7(3)：6 7 2 田军，李强 改进的雨流法实时计数模型 J 北京交通大学学 报，2 0 0 9，3 3(1)：2 8 3 柏立华 动车转向架疲劳强度可靠性研究 D上海：同济大学 铁道与城市轨道交通研究院，2 0()5 4 任利惠，王社峰，黄磊 国产化 A型地铁车辆转 向架构架动应 力测试试验及疲劳寿命评估 报告 Rj 上海：同济 大学铁道与 城市轨道交通研究 院，

27、2 0 0 8 5 安琦，顾大强 机械设计 M 北京：科学出版社，2 0 0 8 6 程祖国，任 利惠，许 小强 城轨 动车转向架构架 电机吊座裂纹 研究l-J 铁道车辆，2 0 0 0，3 8：9 1 (收稿 日期：2()0 9 0 5 2 6)评价指标。参考文献 1 叶霞飞，明瑞利，李忍相 东京、首尔轨道交通客流成长规律与 特征分析 J 城市轨道交通研究，2 0 0 8，6(6)：1 6 2 王治，叶霞 飞，顾保南，等 海市真如副中心轨道交通建设规 划协调方案 J 城市轨道交通研究，2 0 0 7(5)：2 8 3 谭瑜，叶霞飞 东京新城发展 轨道交通建设的相互关系研究 _ J 城市轨道交通研究，2 0 O 9(3)：I (收稿 日期：2 0 0 90 6 1 0)21