城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)模型研究

劉 鵬

華南理工大學(xué)，土木與交通學(xué)院，廣州 510641

0 引 言

自國務(wù)院2005年3月批復(fù)《環(huán)渤海京津冀地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)城際軌道交通網(wǎng)規(guī)劃（2005-2020年）》以來，相繼又有成渝城市群、武漢都市圈、長株潭城市群、中原城市群等城市群編制各自的區(qū)域城際軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃。近年來，出現(xiàn)了國內(nèi)眾多城市群區(qū)域城際軌道交通規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營三者并存的局面。在此種背景下，結(jié)合城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接中的實際問題，系統(tǒng)地探討城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)布局規(guī)劃、運(yùn)營管理和績效評價中的問題與對策，對于優(yōu)化城市群和城市的空間布局、完善綜合交通銜接系統(tǒng)、方便城市群居民出行，也有著非常重要的理論意義和實踐意義。本論文試圖結(jié)合城市群交通需求空間形態(tài)的分析，在系統(tǒng)論、快慢變量結(jié)合論的基礎(chǔ)上，采用三視模型來分析城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)的特點和規(guī)律；為城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)布局規(guī)劃、運(yùn)營協(xié)調(diào)、績效評價三位一體的研究提供了一種新的系統(tǒng)性、整體性的研究思路和方法。

1 城市群交通需求空間形態(tài)分析

城市群居民城鎮(zhèn)之間的出行通常表現(xiàn)為面（一定的城鎮(zhèn)區(qū)域，也包括相應(yīng)的農(nóng)村吸引區(qū)域）和點（交通樞紐或客流集散點）上的交通需求；同時由于城市群內(nèi)部城市（鎮(zhèn)）之間經(jīng)濟(jì)水平、人口密度的差異，這種地理面、點上的交通需求也是有主次和層次之分的。在城市群內(nèi)部,均有等級不同、數(shù)量不等的客流集散點；根據(jù)市場競爭和比較優(yōu)勢，通常等級較低的客流集散點用常規(guī)公交溝通串起來，等級較高的客流集散點用城市軌道交通連接、統(tǒng)一起來，形成城市內(nèi)部的客流走廊，而城鎮(zhèn)之間的高等級客流集散點可采用包括城市群城際軌道交通等大容量、快速的交通方式連接起來，形成城市群內(nèi)部城鎮(zhèn)之間的運(yùn)輸通道。通常來說，城市群區(qū)域運(yùn)輸通道上的出行需求是城市群區(qū)域?qū)用娉鲂行枨蟮闹黧w，如滬寧通道、滬杭通道上的出行占長三角城市群區(qū)域范圍內(nèi)出行的比例較高。這些運(yùn)輸通道往往因現(xiàn)有的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)方式無法滿足通道上客流出行的需求或者出于適度提前的要求，需要修建服務(wù)水平更高、經(jīng)濟(jì)效益更好的交通方式來滿足市場需求；通過合理分工和市場競爭，從現(xiàn)有交通運(yùn)輸方式中吸引轉(zhuǎn)移一部分客流，同時，由于服務(wù)水平的提高，從城市群區(qū)域中產(chǎn)生誘增客流。在這種背景下，城市群區(qū)域城際軌道交通應(yīng)運(yùn)而生，布設(shè)在城市群對外運(yùn)輸通道和城市群內(nèi)部的客流走廊上，擔(dān)負(fù)起城市群區(qū)域內(nèi)部客流運(yùn)輸?shù)闹厝巍?/p>

從圖1可以看出，城市群區(qū)域城際軌道交通通常沿城市群對外運(yùn)輸通道和城市群內(nèi)部客流走廊布設(shè)，其所通過的兩側(cè)狹長區(qū)域通常是它的客流直接影響區(qū)，這種影響一方面是通過與之銜接的城市公交提供集散客流的作用實現(xiàn)的，另一方面是通過其他機(jī)動車、非機(jī)動車乃至步行等交通方式實現(xiàn)的。除此之外，通過與公路客運(yùn)的分工與合作，汽車客運(yùn)把一部分距離較遠(yuǎn)的客流輸送進(jìn)來，這部分客流所在區(qū)域就成了區(qū)域城際軌道交通的間接影響區(qū)[1]。一般而言，直接影響區(qū)仍是其主要的客流來源區(qū)，間接影響區(qū)當(dāng)然也是不可忽視的輔助客流來源區(qū)。根據(jù)管理的關(guān)鍵性原理，做好城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交之間的銜接是城市群區(qū)域城際軌道交通與其他交通方式銜接的重點。從城市群居民完成起始點到目的地的一次出行過程來看，如果采用公共交通出行的話，兩端通常需要借助步行或非機(jī)動車到達(dá)城市公交經(jīng)過的客流集散點，由城市公交載運(yùn)到與之銜接的城市群區(qū)域城際軌道交通站點，通過銜接換乘，實現(xiàn)起、終點的出行，見圖2。

圖1 某城市群區(qū)域客流交通需求空間形態(tài)示意Fig.1 The space form of traffic demand in a urban agglomeration area

圖2 城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交接續(xù)示意Fig.2 Links between regional rail transit and urban public transit

2 城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)論在解決城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接問題中的應(yīng)用

一般系統(tǒng)論創(chuàng)始人貝塔朗菲把系統(tǒng)定義為：“系統(tǒng)是相互聯(lián)系相互作用的諸元素的綜合體”。中國學(xué)者錢學(xué)森認(rèn)為：“系統(tǒng)是由相互作用相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的，具有特定功能的有機(jī)整體?！?/p>

根據(jù)圖1、圖2可以知道，兩端的城市公交與中間的城市群區(qū)域城際軌道交通實際上組成一個銜接系統(tǒng)，這個銜接系統(tǒng)由城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交的各類軟、硬件設(shè)施要素組成，各要素相互關(guān)聯(lián)、銜接協(xié)調(diào)，具備系統(tǒng)的一般特征。因此，用系統(tǒng)論的分析方法有利于更好地揭示銜接系統(tǒng)的規(guī)律，有助于換乘樞紐銜接布局問題和換乘組織管理問題的分析和解決。

城市群區(qū)域客流正是通過這個銜接系統(tǒng)由起點到達(dá)目的地。當(dāng)然，客流通過此系統(tǒng)的快慢與安全舒適程度取決于該銜接系統(tǒng)組成要素之間的協(xié)調(diào)性以及運(yùn)行效率的高低。從圖3可看出，銜接系統(tǒng)是為客流服務(wù)的，并且需要根據(jù)其需求特性，對城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)進(jìn)行良好的協(xié)調(diào)與控制，以便滿足城市群區(qū)域客流安全、快捷、方便、舒適地出行。根據(jù)系統(tǒng)論的觀點，對銜接系統(tǒng)各組成要素特性、要素之間內(nèi)在作用規(guī)律以及系統(tǒng)整體功能的認(rèn)識，有助于更好地協(xié)調(diào)要素之間的關(guān)系、優(yōu)化系統(tǒng)的整體功能。

圖3 城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)Fig.3 Coordination system between regional rail transit and urban public transit

2.2 慢變量決定論與快慢變量結(jié)合論

影響城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變量很多，既有前期銜接規(guī)劃設(shè)計方面的影響變量，也有后期建設(shè)運(yùn)營方面的影響變量；既有影響結(jié)構(gòu)布局等硬件設(shè)施的變量，也有影響控制管理等軟件手段方面的變量；既有影響系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)方面的變量，也有影響系統(tǒng)時間效率方面的變量；但不管從哪個角度來看，這些影響變量按其時變速度可分為三類：第一類是極慢變量，如銜接系統(tǒng)線路、站臺相互之間的位置距離等，它們在規(guī)劃期限內(nèi)緩慢到近乎不變；第二類是慢變量，如銜接系統(tǒng)所在的城市群和城市的 GDP、工業(yè)總產(chǎn)值、人口數(shù)、大城市數(shù)量等經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面的變量，變化較慢；第三類是快變量，如銜接系統(tǒng)的換乘客流量、運(yùn)營管理政策及措施等，這類變量的變化是快速的[2]。

對銜接系統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)起決定作用、支配系統(tǒng)行為的變量不是快變量，而是極慢變量和慢變量。極慢變量的影響是本質(zhì)的、必然的，同時又具有長效性。在城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)中，銜接系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備布局的地理聯(lián)系特性包含了其地理幾何特征參數(shù)；銜接系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備的容量、運(yùn)能等級性則包含了其物性特征參數(shù)。銜接系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備的效率和質(zhì)量特性則包含了其技術(shù)特征參數(shù)。這三種特性參數(shù)之間的速度變化關(guān)系為：銜接系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備地理幾何特征參數(shù)變化速度＜銜接系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備物性特征參數(shù)變化速度＜銜接系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備技術(shù)特征參數(shù)變化速度[3]。具體而言，城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)中三種交通方式銜接距離、銜接模式等都是極慢變量，這些變量要素的位置結(jié)構(gòu)一經(jīng)確定就幾乎長久不變；樞紐銜接系統(tǒng)設(shè)施的容量、通過能力，線路等級等變量是慢變量，如需改造則須付出較大代價成本；票制定價政策、運(yùn)營時刻表、服務(wù)水平等控制管理措施都是快變量，可以根據(jù)客流量的變化和乘客的需要通過研究決策后做出改變。

因此，用極慢變量和慢變量確定城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備的結(jié)構(gòu)布局方案，可避免因換乘客流量預(yù)測的或然性引起決策失誤，能最大限度地滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的本質(zhì)需求，既科學(xué)合理，又具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。由此可見，城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)前期的銜接規(guī)劃設(shè)計非常重要，直接影響著銜接系統(tǒng)的銜接布局結(jié)構(gòu)，決定著后期運(yùn)營協(xié)調(diào)的難易程度。

在慢變量（包括極慢變量、慢變量）決定論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用快慢變量結(jié)合論，可以充分發(fā)揮銜接系統(tǒng)的功能和效率。城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)其實是一個開放性的系統(tǒng)，慢變量決定的銜接布局是一個基礎(chǔ)上的操作平臺，銜接系統(tǒng)內(nèi)外的客流轉(zhuǎn)換、信息交流等快變量信息為管理控制手段的適時適地運(yùn)用提供了寬廣的舞臺。銜接布局的硬件設(shè)施與管理控制的軟件手段的合理結(jié)合可以更加充分地發(fā)揮銜接系統(tǒng)的功能和效率。

3 系統(tǒng)三視模型技術(shù)在城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)中的應(yīng)用

系統(tǒng)論認(rèn)為，世界是由系統(tǒng)組成的，每個系統(tǒng)都具有其本身的特征，可以從各個不同的側(cè)面描述一個系統(tǒng)。對象建模技術(shù)（OMT）（利用面向?qū)ο螅∣bject Oriented）建模技術(shù)）中的三視模型技術(shù)從三個不同的思維角度觀察和分析一個系統(tǒng)，很好地描述了系統(tǒng)模型中對象的特征和關(guān)系、對象的操作行為，提煉出了系統(tǒng)模型的功能特征。文雅[4]等人對系統(tǒng)三視模型之間的相互關(guān)系研究表明：結(jié)構(gòu)（靜態(tài)）模型為控制模型和功能模型提供了實質(zhì)性的框架；控制（動態(tài)）模型描述系統(tǒng)中要素及要素間的操作行為，即不斷變化的系統(tǒng)中的控制因素；控制模型用來實現(xiàn)和指明系統(tǒng)的控制因素。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和一些固定化的操作規(guī)則和次序，而控制模型則表示了系統(tǒng)的時間依賴行為及其對象結(jié)構(gòu)的操作行為；功能模型表明一個如何從輸入值計算得到輸出值的過程。

城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)作為一個交通子系統(tǒng)，具有豐富的內(nèi)涵，采用三視模型技術(shù)來分析它的結(jié)構(gòu)和功能，可以更清楚地了解銜接系統(tǒng)的內(nèi)涵和層次性，從而找到合適的控制方法和手段，更好地改善交通銜接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[5]。在本文中，采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型用來描述城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)各組成要素間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，即銜接系統(tǒng)中對象的靜態(tài)結(jié)構(gòu)及對象間的關(guān)系結(jié)構(gòu)；采用系統(tǒng)控制模型用來描述或模擬城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)中對象的操作過程、操作規(guī)則和次序，是對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型各組成要素資源的整合與控制，目的是管控客流在銜接系統(tǒng)內(nèi)的移動方向和狀態(tài)，使之和諧有序地流動；系統(tǒng)功能模型描述銜接系統(tǒng)的組成要素在控制管理過程中引起的客流、時間流等連續(xù)數(shù)值流的變化，包括與這些數(shù)值流的變化有關(guān)的系統(tǒng)屬性—— 功能、約束以及效果等。下節(jié)內(nèi)容將深入探討城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)三視模型的構(gòu)建研究。

4 城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)三視模型構(gòu)建

根據(jù)上文分析，用三視模型技術(shù)描述城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)如下：

1）城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

在城市群綜合交通規(guī)劃中，根據(jù)不同交通方式的特點，各類交通方式應(yīng)有機(jī)地銜接起來，形成級配合理、層次分明、功能協(xié)調(diào)的綜合交通網(wǎng)絡(luò)。從城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的組成要素來看，主要有與綜合交通的銜接模式、車站廣場、水平步道、自動步道、樓梯、自動扶梯、升降電梯、售票窗口、檢票口、安檢口、換乘大廳、導(dǎo)向標(biāo)識系統(tǒng)、動態(tài)信息顯示屏、語音廣播系統(tǒng)、觸摸查詢系統(tǒng)、城市公交和城市群區(qū)域城際軌道交通配置的運(yùn)力車輛數(shù)等，這些組成要素之間的銜接布局與設(shè)計影響著銜接換乘流線的科學(xué)與合理程度，銜接信息標(biāo)識的合理情況影響著乘客換乘的順暢程度，二者直接決定著城市公交與城市群區(qū)域城際軌道交通之間的銜接距離與通暢程度，進(jìn)而影響著城市群區(qū)域客流的出行時間長短和便捷程度，結(jié)構(gòu)見圖4。

2）城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)控制模型

城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)控制模型（見圖5）主要是對二者之間的銜接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型影響要素進(jìn)行良好的銜接布局與設(shè)計優(yōu)化，通過良好的導(dǎo)向標(biāo)識和動態(tài)信息誘導(dǎo)，采取技術(shù)協(xié)調(diào)、運(yùn)能協(xié)調(diào)、發(fā)車間隔和時刻表的協(xié)調(diào)，實施票制一體化等多種綜合協(xié)調(diào)方法與措施，使得城市公交與城市群區(qū)域城際軌道交通的銜接系統(tǒng)能夠適應(yīng)城市群區(qū)域出行客流在流量、流速、流向方面的要求，能讓乘客安全、便捷地?fù)Q乘和通行。

3）城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)功能模型

城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)功能模型描述的是城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型影響要素在控制措施和操作規(guī)則的作用下，城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)內(nèi)部客流、時間流等連續(xù)值流的大小和變化，功能模型見圖6。

本文研究城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交之間的銜接問題的重點在于城市群區(qū)域出行客流在城市群區(qū)域城際軌道交通樞紐（經(jīng)停點）城市公交與城市群區(qū)域城際軌道交通間的換乘時間和城市群區(qū)域出行客流在城市群區(qū)域城際軌道交通樞紐（經(jīng)停點）等候城市群區(qū)域城際軌道交通和城市公交的候車時間，而后者的大小直接受城市公交和城市群區(qū)域城際軌道交通在城市群區(qū)域城際軌道交通樞紐（經(jīng)停點）發(fā)車間隔的大小的影響。

圖4 城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型Fig.4 Structure model of the coordination system between regional rail transit and urban public transit

圖5 城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)控制模型Fig.5 Control model of the coordination system between regional rail transit and urban public transit

圖6 城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)功能模型Fig.6 Function model of the coordination system between regional rail transit and urban public transit

5 城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)三視模型相互關(guān)系

在城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)的三視模型中，結(jié)構(gòu)模型揭示的是城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)影響要素之間的關(guān)系。這些要素之間的位置、距離和數(shù)量及匹配情況直接影響著換乘旅客行走的距離、時間以及便捷、舒適度；同時，銜接設(shè)施的合理布置為以后的運(yùn)營協(xié)調(diào)提供了基礎(chǔ)，拙劣的銜接布局會加大以后運(yùn)營管理協(xié)調(diào)的難度?？刂颇Ｐ偷淖饔靡环矫嬖谟诟鶕?jù)管理提前的思想，在城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接布局規(guī)劃階段就按照方便以后運(yùn)營管理的要求進(jìn)行良好的銜接布局，另一方面在銜接設(shè)施建設(shè)好后，在運(yùn)營階段對城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交進(jìn)行運(yùn)能、票制、運(yùn)營時刻表等方面進(jìn)行協(xié)調(diào)，目的在于縮短換乘等候時間，為旅客提供便捷、舒適的換乘[6]。由于銜接基礎(chǔ)設(shè)施建成后，很難改變，并且造價高，因此，在銜接布局規(guī)劃階段應(yīng)進(jìn)行銜接布局方案的評價，根據(jù)專家的評價結(jié)果對銜接布局進(jìn)行多次改進(jìn)、優(yōu)化，直到得到滿意的方案才能進(jìn)入實施階段。城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交之間良好的銜接布局在一定的運(yùn)輸組織下，就會得到城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交之間的銜接功能，這些功能表現(xiàn)在提供給換乘乘客在換乘樞紐中的安全性、快速性、方便性和舒適性等多個方面。對銜接功能的指標(biāo)進(jìn)行量化和評價可以檢驗前期銜接布局和后期運(yùn)營管理協(xié)調(diào)的成敗得失和效果，其中功能評價反饋的結(jié)論對銜接布局的作用一方面在于為以后類似的銜接布局提供經(jīng)驗借鑒和指導(dǎo)，另一方面可以對本銜接布局方案在可能的條件下可以對銜接設(shè)施進(jìn)行局部的調(diào)整改造。銜接功能評價的結(jié)論對后期運(yùn)營協(xié)調(diào)的指導(dǎo)就表現(xiàn)出很強(qiáng)的靈活性和指導(dǎo)性，根據(jù)反饋意見可以對體制、票制和運(yùn)營等方案做出較大范圍的調(diào)整和改進(jìn)。城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)三視模型之間的關(guān)系見圖7。

圖7 城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)三視模型關(guān)系Fig.7 Relation model of the coordination system between regional rail transit and urban public transit

6 結(jié)束語

根據(jù)對城市群交通需求空間形態(tài)的分析，在系統(tǒng)論、慢變量決定論、快慢變量結(jié)合論的基礎(chǔ)上，采用三視模型來描述城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接系統(tǒng)，可以很好地吻合銜接系統(tǒng)的特點和規(guī)律；銜接系統(tǒng)的布局結(jié)構(gòu)、管理控制、銜接功能與三視模型的結(jié)構(gòu)模型、控制模型、功能模型非常契合；銜接系統(tǒng)三視模型可以為城市群區(qū)域城際軌道交通與城市公交銜接問題進(jìn)行銜接規(guī)劃、運(yùn)營協(xié)調(diào)、績效評價三位一體的研究提供了系統(tǒng)性、整體性的思路和方法。

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