現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)模研究

曹世超，莊 威，趙 壹

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)模研究

曹世超，莊 威，趙 壹

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

當(dāng)前，國內(nèi)各城市先后進(jìn)行了現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃。為科學(xué)合理地對現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)模進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計，基于現(xiàn)代有軌電車客流預(yù)測改進(jìn)方法，對其線網(wǎng)規(guī)劃方法、選線原則進(jìn)行分析，進(jìn)而對現(xiàn)代有軌電車布置形態(tài)、規(guī)模計算進(jìn)行研究，得出相應(yīng)的計算模型和方法，以期對相關(guān)工程提供參考與借鑒。

現(xiàn)代有軌電車；客流預(yù)測；線網(wǎng)規(guī)劃；規(guī)模計算

1 研究背景

2011年末，我國城鎮(zhèn)人口比重首次超過總?cè)丝跀?shù)的50%[1]，現(xiàn)代都市城市化進(jìn)程的加速，使得城市人口急速增加、人口密度不斷增大，給城市交通帶來巨大壓力。為解決滯后的城市交通對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的阻礙，各大城市先后編制了以地鐵為主的城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃。然而，地鐵的修建是一項大運量、大拆遷、高造價、高補貼和高難度的系統(tǒng)綜合性工程，如何在需求與供給、成本與效益間找到一個完美的平衡，現(xiàn)代有軌電車應(yīng)運而生。在經(jīng)歷起源-普及-拆除-重建-升級后的現(xiàn)代有軌電車具有環(huán)境友好、節(jié)能減耗、高速運行、造價較低等特點和優(yōu)勢。

近年來，我國各大城市先后開展了現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃編制，并陸續(xù)修建投入運營使用，如北京西郊線、沈陽渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車、青島城陽區(qū)現(xiàn)代有軌電車示范線等。然而，如何科學(xué)合理地在前期規(guī)劃階段對現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)模進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計，使之既能高效服務(wù)，又能經(jīng)濟(jì)合理，是亟待解決的問題，也是形成本文的初衷。

本文主要在現(xiàn)代有軌電車客流預(yù)測的基礎(chǔ)上，對其線網(wǎng)規(guī)模進(jìn)行研究及評價，以期能對當(dāng)下國內(nèi)發(fā)展方興未艾的現(xiàn)代有軌電車建設(shè)提供相應(yīng)的借鑒和參考。

2 現(xiàn)代有軌電車客流量預(yù)測

現(xiàn)代有軌電車作為城市軌道交通的有機組成部分，其客流預(yù)測與地鐵相似，縱觀國內(nèi)外客流預(yù)測方法發(fā)展，從20世紀(jì)60年代我國建設(shè)地鐵之初，對其就有所研究，但以“戰(zhàn)備為主、兼顧交通”的建設(shè)原則，使得調(diào)查數(shù)據(jù)簡單，缺乏系統(tǒng)認(rèn)識。20世紀(jì)70年代后，客流預(yù)測逐漸成為專門的技術(shù)學(xué)科，發(fā)展至今，已經(jīng)較為成熟，其預(yù)測方法主要有趨勢外推法[2]、吸引范圍法[3]以及四階段法[4]。其中，以四階段法最為常用，但傳統(tǒng)四階段法由于未從出行本身考慮，因而預(yù)測數(shù)據(jù)在準(zhǔn)確度上存在一定誤差，從交通生成、交通分布、交通方式劃分以及交通量分配四階段對傳統(tǒng)四階段法進(jìn)行分析和改進(jìn)。

2.1 交通生成

交通生成主要基于城市未來社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模、土地規(guī)模及人口規(guī)模的研究，通過預(yù)測一個交通小區(qū)每天或者每一高峰時段所生成的交通出行量進(jìn)而預(yù)測劃分的各小區(qū)吸引的交通總量，其得到的生成交通量是指所研究地區(qū)內(nèi)由各交通小區(qū)發(fā)生的交通量，常用的預(yù)測模型主要包括增長率模型、回歸分析模型、原單位模型[5]、類型分析模型等?；跍?zhǔn)確性和可操作性的考量，推薦采用回歸分析模型對交通生成進(jìn)行預(yù)測。

(1)

(2)

(3)

式中Pi——區(qū)域i的生成交通量；

Fj——變量j的發(fā)生因子；

Xij——區(qū)域i，變量j的取值。

2.2 交通分布

交通分布是解決區(qū)域內(nèi)交通流向的問題，即確立交通流量流向圖，在當(dāng)前OD客流情況的基礎(chǔ)上，綜合考慮社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的運量增量，進(jìn)而推算預(yù)測年客流分布。常用的模型包括增長率模型、重力模型、重力修正模型等。其中重力模型較為常用，但是基于其計算得出的OD表不能滿足出行分布約束條件，而以美國公路局模型(BPR)為代表的重力修正模型也缺乏對人出行行為的分析，造成預(yù)測精度的損失，基于出行行為本身分析，采用介入機會模型。

(4)

式中tmij——區(qū)域i到區(qū)域j之間的出行量；

Pi——區(qū)域i的出行產(chǎn)生總量；

α——交通吸引率，表征以某一機會滿足任意出行決策者目的的固定概率；

xm——介入第m個終點的機會累加。

2.3 交通方式劃分

交通方式劃分是四階段法中最為關(guān)鍵的階段，其所處位置十分靈活，主要分為集計模型[6](如分擔(dān)率曲線模型、線性回歸模型)和非集計模型[7-8](如Logit模型、多枝Logit模型和Probit模型)，基于準(zhǔn)確度和可操作性考慮，采用多枝Logit模型預(yù)測。

(5)

式中Ui，n——選擇項i對出行者n的效用值；

Vi，n——選擇項i對出行者n的確定效用；

εi，n——選擇項i對出行者n的不確定效用。

(6)

式中 Vnj——出行者n對選擇枝j的效用；

Xn——出行者n對選擇枝j的特性矢量；

Zj——選擇枝j屬性矢量；

Wnj——出行者特性和選擇枝特性交叉變量；

Cn——出行者n的選擇域；

A′、B′、C′——模型參數(shù)向量。

假定ε1，ε2，……，εj相互獨立且服從相同的極值分布，則可得到多枝Logit模型式

(7)

其中第m項為選擇枝參照項。

2.4 交通分配

交通分配是將各分區(qū)之間的交通量分配到各具體的道路上，即將現(xiàn)狀或未來的出行OD量分配至特定交通運輸網(wǎng)的過程。

交通分配模型類型很多，例如0-1分配法、增量分配法、二次加權(quán)平均法、多路徑概率法[9]等。現(xiàn)代有軌電車交通模型結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 現(xiàn)代有軌電車交通模型結(jié)構(gòu)示意

3 線網(wǎng)規(guī)劃方案

現(xiàn)代有軌電車以城市道路為基礎(chǔ)、主要在地面敷設(shè)軌道、采用電力牽引，以部分獨立或完全共享路權(quán)形式、人工駕駛、信號優(yōu)先控制方式運行，輸送能力介于傳統(tǒng)公交汽車及輕軌之間，是中等運量的城市地面快速公交系統(tǒng)，其能夠作為地鐵和傳統(tǒng)公交車的重要補充，可以擔(dān)當(dāng)大城市次骨干線路或二三線城市骨干線路的主要公共交通運輸方式。

當(dāng)前，國內(nèi)外對以地鐵為主的城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模計算方法研究較多，主要包括服務(wù)水平計算方法[10]、出行需求計算方法[11]和回歸分析法[12]，后續(xù)林麗凡等[13]基于城市面積和軌道交通每年載客數(shù)量提出以綜合因素對線網(wǎng)規(guī)模進(jìn)行分析預(yù)測，但專門針對現(xiàn)代有軌電車本身線網(wǎng)規(guī)劃及規(guī)模方法的研究較少，本文就此展開研究。

3.1 線網(wǎng)規(guī)劃方法及選線原則

通常而言，現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃方法主要包括點線面層次分析法、功能特征層次分析法及主客流方向規(guī)劃法。通常以以下幾點為選線原則[14]。

(1)選線應(yīng)滿足城市總體規(guī)劃的要求，應(yīng)確保軌道交通基本功能。

(2)有軌電車應(yīng)盡量與市政道路改擴(kuò)建工程結(jié)合；盡量與區(qū)域開發(fā)結(jié)合，力求綜合開發(fā)利用土地資源。

(3)線站位設(shè)計應(yīng)與城市整體環(huán)境相協(xié)調(diào)；盡量減少對道路交通的影響；盡量減少前期動拆遷、管線搬遷；盡量減小施工風(fēng)險及運營風(fēng)險。

(4)有軌電車與城建、公交銜接應(yīng)體現(xiàn)城市公共交通發(fā)展的整體性、協(xié)調(diào)性、便捷性、合理性和政策性，使常規(guī)公交與軌道交通能有機地形成一體，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的運輸能力。

(5)車站應(yīng)盡量設(shè)在主要客流集散點、主要道路路口、公交樞紐、軌道交通線路交叉處，換乘從網(wǎng)絡(luò)總體上強化線網(wǎng)換乘銜接功能。

(6)有軌電車布線應(yīng)充分考慮沿線道路條件，敷設(shè)路由應(yīng)選擇紅線較寬的道路，同時盡量避開交通性及貨運主干道；站點設(shè)置應(yīng)與市政道路平交路口結(jié)合設(shè)置乘客過街系統(tǒng)。

(7)線路敷設(shè)方式應(yīng)以地面線為主，同時結(jié)合沿線道路橫斷面形式及周邊環(huán)境，考慮道路綠化帶及管線布置現(xiàn)狀，合理選擇布局方式。

3.2 現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)形態(tài)及規(guī)模計算

由于現(xiàn)代有軌電車通常為中等運量的公共交通方式，其線網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要有放射狀、網(wǎng)格狀及環(huán)狀3種，通常而言，需幾種形態(tài)相互組合[15]。

(1)放射狀

放射狀線網(wǎng)中，有軌電車線路敷設(shè)簡單、線形條件通常較好，有利于城市外圍與中心區(qū)域的連接，但外圍地區(qū)之間聯(lián)系較差，且在中心區(qū)域易形成重復(fù)服務(wù)。如圖2所示。

圖2 放射狀線網(wǎng)模式示意

(2)網(wǎng)格狀(圖3)

網(wǎng)格狀線網(wǎng)形態(tài)中，有軌電車換乘方便，客流服務(wù)較好，但線路敷設(shè)復(fù)雜，工程實施難度增加。

圖3 網(wǎng)格狀線網(wǎng)模式示意

(3)環(huán)狀(圖4)

此種形態(tài)的有軌電車線網(wǎng)換乘條件好，可達(dá)性和連通性好，但可能增加部分出行里程。

圖4 環(huán)狀線網(wǎng)模式示意

具體而言，現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)形態(tài)和規(guī)模主要受城市形態(tài)、土地使用布局、交通結(jié)構(gòu)、公共交通政策等因素影響，其計算方法包括公共交通客流量法、人口線網(wǎng)密度法、面積線網(wǎng)密度法以及回歸分析法[16]等，通常在上述有軌電車客流預(yù)測的基礎(chǔ)上，通過公共交通分擔(dān)率、換乘系數(shù)來計算線網(wǎng)負(fù)荷強度，進(jìn)而計算現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)模。

4 結(jié)論和建議

現(xiàn)代有軌電車是大城市軌道交通線網(wǎng)的有效補充，是中小城市骨干線路的主要公共交通運輸方式。它的出現(xiàn)為各城市交通、環(huán)境包括能源問題與經(jīng)濟(jì)財政之間的矛盾提供了較好的解決方式。然而，現(xiàn)代有軌電車也存在占用道路資源、管線遷改復(fù)雜等相關(guān)問題，合理科學(xué)地對現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃和布置，做到規(guī)劃合理、經(jīng)濟(jì)適用、滿足功能、杜絕盲目，才能達(dá)到建設(shè)現(xiàn)代有軌電車的初衷和目的，也才能實現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車的可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)。

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Research on Scale of Modern Tram Network

CAO Shi-chao， ZHUANG Wei， ZHAO Yi

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.， Ltd.， Chengdu Sichuan 610031， China)

Currently， the planning of modern tram network is being conducted successively in domestic cities. To plan and design the network scientifically and reasonably， the method for network planning and the principle for route selection are analyzed based on the improved tram passenger flow forecast， and furthermore， the layout morphology and scale calculation of modern tram are studied obtain related calculation models and measurements， thus providing reference for related engineering.

Modern tram; Passenger flow forecast; Network planning; Scale calculation

2014-12-02；

2014-12-16

曹世超(1988—)，男，助理工程師，2013年畢業(yè)于西南交通大學(xué)道路與鐵道工程專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：296794884@qq.com。

1004-2954(2015)09-0053-03

U239.5

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.09.013