城市軌道交通環(huán)線分類及其設(shè)置條件

賀 惜，魏麗英

1 研究背景

城市軌道交通環(huán)線在交通線網(wǎng)中具有特殊地位和作用，歷來備受關(guān)注，目前全球擁有城市軌道交通系統(tǒng)的120多座城市中共有40多條環(huán)線，國內(nèi)目前已全線建成的環(huán)線共3條。隨著我國城市軌道交通的迅速發(fā)展，環(huán)線也引起越來越多的重視，在建的就有4條，還有更多城市在開展相關(guān)規(guī)劃。但目前國內(nèi)外環(huán)線統(tǒng)計(jì)分類較為混亂，且缺乏對(duì)國內(nèi)既有環(huán)線規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，環(huán)線設(shè)置與否及具體形式在國內(nèi)一直存在爭(zhēng)議，不能為具有環(huán)線而設(shè)置環(huán)線，盲目設(shè)置不能產(chǎn)生良好效果。

2 環(huán)線分類

目前普遍認(rèn)為世界上已建成環(huán)線共40多條，但類型劃分較為混亂，且統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)陳舊。為方便研究，有必要對(duì)環(huán)線進(jìn)行更為詳細(xì)的分類，環(huán)線可按環(huán)線功能和環(huán)線形態(tài)進(jìn)行分類。

2.1 按功能分類

從環(huán)線在網(wǎng)絡(luò)中功能及與其他線路相互關(guān)系的角度，城市軌道交通環(huán)線可分為結(jié)構(gòu)性環(huán)線和非結(jié)構(gòu)性環(huán)線兩類，兩種類型環(huán)線的數(shù)量上大約各占一半。

2.1.1 結(jié)構(gòu)性環(huán)線

結(jié)構(gòu)性環(huán)線指的是對(duì)城市軌道交通線網(wǎng)結(jié)構(gòu)起著支撐作用的環(huán)線，一般都環(huán)繞城市中心區(qū)設(shè)置，與網(wǎng)絡(luò)中多條放射線都相交，在線網(wǎng)形態(tài)上多呈現(xiàn)“放射+環(huán)”式結(jié)構(gòu)。目前，國內(nèi)外城市軌道交通結(jié)構(gòu)性環(huán)線大約24條。按照環(huán)線與城市中心區(qū)的相對(duì)位置，又可以劃分為中心區(qū)環(huán)線和多中心環(huán)線兩種類型。

1）中心區(qū)環(huán)線。中心區(qū)環(huán)線指整個(gè)線路都處于城市核心區(qū)內(nèi)，將市中心的換乘客流分散于環(huán)線上，主要起分流截流作用，可減輕中心換乘站的壓力。線路規(guī)模通常在20 km左右，如倫敦地鐵中央線22.5 km，莫斯科地鐵5號(hào)線19.4 km（見圖1），北京2號(hào)線地鐵23.1 km。

圖1 莫斯科地鐵5號(hào)線Fig. 1 Moscow Metro Line 5

2）多中心環(huán)線。多中心環(huán)線通常位于中心區(qū)外圍，串聯(lián)多個(gè)城市副中心、外圍組團(tuán)中心和鐵路樞紐等大客流點(diǎn)，引導(dǎo)城市片區(qū)中心的形成與發(fā)展，使城市各中心在空間上保持一定距離又緊密聯(lián)系，改善了城市的布局。多中心環(huán)線規(guī)模一般在35 km左右。日本東京山手線是最典型的多中心環(huán)線，全長34.5 km，設(shè)站29座，環(huán)繞在以銀座地區(qū)為核心CBD，串聯(lián)著新宿、池袋等多個(gè)城市副中心（見圖2）。

2.1.2 非結(jié)構(gòu)性環(huán)線

非結(jié)構(gòu)性環(huán)線是為服務(wù)特定區(qū)域客流出行或躲避特定建筑等目的而設(shè)置，環(huán)狀段較短，基本無放射線與之相交，與線網(wǎng)中其他線路關(guān)系較弱的環(huán)線。目前，國內(nèi)外城市軌道交通非結(jié)構(gòu)性環(huán)線大約14條，具體信息統(tǒng)計(jì)如表1所示。

圖2 東京山手線Fig. 2 Tokyo Yamanote Line

表1 國內(nèi)外城市軌道交通非結(jié)構(gòu)性環(huán)線統(tǒng)計(jì)Tab. 1 Non-structural cirle lines of urban rail transit in the world

一類非結(jié)構(gòu)性環(huán)線是為滿足城市局部特殊形態(tài)或功能要求而設(shè)置，服務(wù)于沿線客流集散，處于軌道交通網(wǎng)絡(luò)末端的環(huán)線。非結(jié)構(gòu)性環(huán)線一般規(guī)模較小，多采用中低運(yùn)量制式，基本對(duì)整體線網(wǎng)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響。新加坡的3條輕軌環(huán)線是此類非結(jié)構(gòu)性環(huán)線的典型案例，長度分別為10.7 km、10.3 km和7.8 km，系統(tǒng)采用自動(dòng)駕駛技術(shù)，服務(wù)于周邊居民出行（見圖3）。紐約肯尼迪機(jī)場(chǎng)線、邁阿密自動(dòng)捷運(yùn)系統(tǒng)（見圖 4）等均屬于此類非結(jié)構(gòu)性環(huán)線。

圖3 新加坡輕軌線Fig. 3 Singapore LRT

圖4 美國邁阿密自動(dòng)捷運(yùn)系統(tǒng)Fig. 4 Miami People Mover

另一類非結(jié)構(gòu)性環(huán)線雖然線路總體較長，但環(huán)狀段長度較短，且基本沒有與環(huán)狀段相交的放射線路。如比利時(shí)沙勒羅瓦市的3條輕軌線路，其末端在市中心圍繞成環(huán)，環(huán)狀段約2 km，環(huán)狀段無相交線路（見圖5）。美國芝加哥地鐵網(wǎng)絡(luò)中形成的長約3 km的環(huán)狀線路，僅有2條放射線路與之相交。此外，還存在有軌電車線路末端形成的環(huán)，澳大利亞悉尼環(huán)狀段約2 km（見圖6）、墨爾本有軌電車也形成了長約2 km的環(huán)。

圖5 比利時(shí)沙勒羅瓦輕軌線Fig. 5 Charleroi Metro

圖6 澳大利亞悉尼有軌電車系統(tǒng)Fig. 6 Trams in Sydney

國內(nèi)關(guān)于環(huán)線的討論，大多圍繞環(huán)狀段較長、有較多放射線與之相交，在線網(wǎng)中起結(jié)構(gòu)支撐作用的結(jié)構(gòu)性環(huán)線。本文著重探討結(jié)構(gòu)性環(huán)線，以下所稱環(huán)線均指結(jié)構(gòu)性環(huán)線。

2.2 按線路形態(tài)分類

按照環(huán)線形態(tài)，結(jié)構(gòu)性環(huán)線又可分為以下 4類[1]（見表2）。

表2 城市軌道交通環(huán)線線路形態(tài)分類Tab. 2 Morphological classification of urban rail transit circle line

2.2.1 獨(dú)立環(huán)線

獨(dú)立環(huán)線為起終點(diǎn)相連，運(yùn)營不間斷的環(huán)線，列車僅在環(huán)線內(nèi)運(yùn)行，其他線路的列車也不占用環(huán)線線路。這種環(huán)線應(yīng)用最為廣泛，世界上大約有12條。這種環(huán)線運(yùn)營組織簡單、各區(qū)段通行能力均等，但對(duì)客流的要求也最為嚴(yán)格，適用于全線客流量較大且均衡的情況。典型案例有日本山手線、莫斯科5號(hào)線、北京地鐵2號(hào)線等。

2.2.2 勺型環(huán)線

勺型環(huán)線指環(huán)形線向外有端頭放射的線路，端頭線路客流不需要通過換乘即可進(jìn)入環(huán)線，運(yùn)行稍復(fù)雜，適用于端頭到環(huán)線的客流量較大，而環(huán)內(nèi)客流不大的情況。世界范圍內(nèi)有東京大江戶線、布加勒斯特1號(hào)線等5條線。

東京大江戶線全長40.7 km（環(huán)線段長27.8 km），換乘站多達(dá)21站，放射狀端頭連接大型住宅區(qū)，運(yùn)營組織稍復(fù)雜，主要運(yùn)營交路為“6”型運(yùn)營（見圖7），日均客流91.4萬人。

2.2.3 共線環(huán)線

共線環(huán)線為一條線獨(dú)立成環(huán)，而其他若干條線共同分享環(huán)線的部分通道，適用于環(huán)狀端客流密度不大，線路能力充足的情況。案例有上海地鐵4號(hào)線，布加勒斯特地鐵1號(hào)線，柏林地鐵S41/42線3條環(huán)線。

圖7 東京大江戶線Fig. 7 Tokyo O-Edo Line

上海地鐵4號(hào)線全長33.6 km，車站26站，其中17座換乘站。2005年開始與地鐵3號(hào)線共線運(yùn)行，共線段共9站，長11 .8 km（見圖8）。但隨著日益增長的客流，客流壓力較大，目前正考慮拆分成獨(dú)立環(huán)線運(yùn)行。

圖8 上海地鐵4號(hào)線Fig. 8 Shanghai Metro Line 4

2.2.4 組合環(huán)線

組合環(huán)線本質(zhì)是兩條交會(huì)于兩點(diǎn)的獨(dú)立線路，無法貫通運(yùn)營。之前普遍認(rèn)為，組合環(huán)線適用于兩條線路客流差異比較大且線路間換乘量小的情況，世界上應(yīng)用較少，只有巴黎地鐵2、6號(hào)線組成的組合環(huán)線[2-3]。

但近些年，隨著國內(nèi)城市軌道交通的建設(shè)熱潮，組合環(huán)線在國內(nèi)應(yīng)用增多，且其涵義有了極大豐富。組合環(huán)線除發(fā)揮環(huán)線截流分流、滿足周向客流出行需求的功能外，同時(shí)兩端均向城市外圍延伸，保證了外圍大客流集散點(diǎn)與城市中心的聯(lián)系，使其不用換乘即可接入環(huán)內(nèi)。適用于環(huán)線沿線客流不多，或由于城市中心吸引力不夠及發(fā)展不均衡等城市格局限制、外圍不同區(qū)域向心客流量差異較大且整體較少、對(duì)環(huán)線分流截流需求不高的城市。近幾年，國內(nèi)天津、石家莊、福州等城市都開始設(shè)置組合環(huán)線。

天津組合環(huán)線由地鐵5、6號(hào)線組成（如圖9），環(huán)形段約34 km，線路覆蓋串聯(lián)了多個(gè)城市次級(jí)中心，同時(shí)兩端均向城市外圍延伸，保證了外圍主客流方向與中心的聯(lián)系，引導(dǎo)城市沿軸線向外拓展，提高了線網(wǎng)的通達(dá)性，增強(qiáng)了城市中心客流吸引力[4]。石家莊地鐵4、5號(hào)線形成的組合環(huán)線如圖10所示。21%、21.5%和12.5%。國內(nèi)建設(shè)規(guī)劃的環(huán)線主要形式有獨(dú)立環(huán)線和組合環(huán)線兩種，獨(dú)立環(huán)線7條，組合環(huán)線4條，共線環(huán)線1條。

圖9 天津地鐵組合環(huán)線Fig. 9 Combination Circle in Tianjin Metro

總體而言，世界上城市軌道交通結(jié)構(gòu)性環(huán)線中（見表3），獨(dú)立環(huán)線為主要形式，大約12條，組合環(huán)線5條，勺型環(huán)線5條，共線環(huán)線3條。占比分別為50%、

圖10 石家莊地鐵組合環(huán)線Fig. 10 Combination Circle in Shijiazhuang Metro

表3 國內(nèi)外城市軌道交通結(jié)構(gòu)性環(huán)線統(tǒng)計(jì)Tab. 3 Structural circle lines of urban rail transit in the world

3 環(huán)線特征與作用

結(jié)構(gòu)性環(huán)線作用可歸納為以下3點(diǎn)：聯(lián)絡(luò)軌道交通放射線路，提高軌道交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性；提供多點(diǎn)換乘，分流截流，減緩中心區(qū)客流壓力；滿足周向客流出行需求，提供橫向聯(lián)系，帶動(dòng)沿線發(fā)展[5-7]。

結(jié)構(gòu)性環(huán)線中，獨(dú)立環(huán)線應(yīng)用最多。獨(dú)立環(huán)線具有客流量大、換乘客流比例高、運(yùn)距短和斷面客流量波動(dòng)性小等特征，部分環(huán)線客流量如表4所示，環(huán)線客流強(qiáng)度均明顯大于所在線網(wǎng)中其他地鐵線路。同時(shí)獨(dú)立環(huán)線存在以下兩點(diǎn)缺點(diǎn)：不同放射線路間轉(zhuǎn)換，只能通過環(huán)線換乘實(shí)現(xiàn)，且需要兩次，增加換乘量，乘客時(shí)間損耗增加；由于環(huán)線一般位于城市中心，通過區(qū)域用地條件緊張，停車場(chǎng)、車輛段等建設(shè)難度大。

表4 部分環(huán)線客流量Tab. 4 Passenger flow of some circle lines

4 環(huán)線設(shè)置條件

建設(shè)時(shí)機(jī)上，國外軌道交通整體起步較早，環(huán)線形成時(shí)間較長，基本都在自身的客流規(guī)律和城市發(fā)展規(guī)劃雙重作用下，逐步建成環(huán)線。我國地鐵發(fā)展起步較晚，環(huán)線大部分是一次規(guī)劃形成。在線網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中，最先是骨干線路（一般為放射線），其次是填充線路，用于填補(bǔ)線網(wǎng)空白，聯(lián)系放射線，增加線網(wǎng)密度，增加換乘點(diǎn)。填充線形式有切線、半環(huán)線（C型、L型）、環(huán)線等。其中環(huán)線設(shè)置與否及具體形式，各城市依據(jù)其城市特點(diǎn)來確定，主要考慮城市發(fā)展格局、客流條件和工程條件，具體設(shè)置條件如下。

4.1 城市發(fā)展格局

國家發(fā)改委頒布的《城市軌道交通規(guī)劃編制和評(píng)審要點(diǎn)》中規(guī)定：對(duì)于中心城區(qū)面積較大、各方向發(fā)展較均衡的城市，在規(guī)劃放射型線路的同時(shí)，研究設(shè)置環(huán)線的必要性。表明城市規(guī)模及發(fā)展格局是建設(shè)城市軌道環(huán)線的前提條件。

首先，城市規(guī)模對(duì)環(huán)線設(shè)置影響重大，國內(nèi)外設(shè)置環(huán)線的基本都是中心城區(qū)面積大、人口數(shù)量多的大城市[8]。其次，城市格局對(duì)環(huán)線設(shè)置有重要影響，環(huán)線的功能不僅僅是串聯(lián)各放射線路、方便客流換乘，環(huán)線本身需要覆蓋人口和就業(yè)集中區(qū)，能夠吸引足夠大的客流。獨(dú)立環(huán)線適合強(qiáng)中心、各方向發(fā)展較為均衡的城市，用于截流分流、滿足周向客流出行需求，如北京、上海、重慶、成都、廣州等大城市。組合環(huán)線除發(fā)揮截流分流、滿足周向客流出行需求的功能外，端部放射線路還能接入環(huán)外圍大客流點(diǎn)，不用換乘即可接入環(huán)內(nèi)，適用于發(fā)展不均衡、環(huán)線周向出行不多或整體向心客流少、對(duì)截流分流功能需求不高的城市，如石家莊、福州、天津等。

4.2 客流條件

客流條件是建設(shè)環(huán)線的最直接的考量指標(biāo)之一。首先環(huán)線一般串聯(lián)商務(wù)區(qū)、商圈、交通樞紐等大型客流集散點(diǎn)，且之間形成客流走廊。國內(nèi)外環(huán)線大多都與城市對(duì)外客運(yùn)樞紐連接，倫敦環(huán)線串聯(lián)了6座大型火車站，莫斯科地鐵環(huán)線12座車站中有5座與干線鐵路樞紐站銜接。環(huán)線客流第二大來源是相交放射線的換乘客流。當(dāng)放射線網(wǎng)規(guī)模足夠大、放射狀的直徑線達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，放射環(huán)線對(duì)環(huán)線能起到很好的客流支持作用。有研究表明，環(huán)線換乘客流量一般達(dá)到線路總客運(yùn)量的40%以上，如北京地鐵2號(hào)線換入量占客運(yùn)量比例為 51%，北京地鐵 10號(hào)線的該比例為46%[9]。

我國深圳、南京、蘇州城市在軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中，都曾提出多個(gè)獨(dú)立環(huán)線方案。但客流測(cè)試后，對(duì)比全網(wǎng)客流量、出行時(shí)耗、換乘次數(shù)、客流斷面均衡性等方面，均不如非獨(dú)立環(huán)線方案，因此最終沒有采用獨(dú)立環(huán)線方案[10-12]。天津市地鐵環(huán)線形式經(jīng)多次研究，考慮客流需求及特征，最終定為組合環(huán)線[13]。上海4號(hào)線正考慮拆分成獨(dú)立環(huán)線運(yùn)行，也是考慮到日益增大的客流壓力。

4.3 工程條件

由于形態(tài)特殊，環(huán)線一般全部位于市中心，所在區(qū)域建設(shè)條件和用地條件緊張，停車場(chǎng)、車輛段等設(shè)施設(shè)置難度大，施工要求高。如東京大江戶線是在線網(wǎng)基本完畢后設(shè)計(jì)的，其線路地處城市核心區(qū)，建設(shè)時(shí)間長達(dá)14年，大部分車站位于地下3～4層，新宿站甚至達(dá)到地下7層，建設(shè)成本高昂。

5 環(huán)線長度與規(guī)模

線路長度也是設(shè)置中需重點(diǎn)考慮的因素，它對(duì)環(huán)線運(yùn)營及服務(wù)水平有重要影響。環(huán)線過短，其串聯(lián)的區(qū)域有限，與其他放射線路交叉換乘率下降，換乘作用將大打折扣；環(huán)線長度過大，其客流的均衡性、運(yùn)營時(shí)間及服務(wù)水平都會(huì)受到影響，車輛投入等運(yùn)營成本也大大增加，最終將削弱環(huán)線的吸引力。經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)國內(nèi)外地鐵環(huán)線，中心區(qū)環(huán)線長度一般在25 km左右，多中心環(huán)線長度一般為40 km左右。目前，隨著國內(nèi)城市軌道交通環(huán)線的不斷增多，從環(huán)線不斷增長的長度來看，這些環(huán)線截流疏解功能在不斷弱化，而服務(wù)沿線功能在不斷強(qiáng)化。

6 結(jié)語

國內(nèi)外城市軌道交通環(huán)線按照功能分為結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性兩類，結(jié)構(gòu)性環(huán)線是關(guān)注的重點(diǎn)。結(jié)構(gòu)性環(huán)線又可按形態(tài)分為獨(dú)立、勺型、共線和組合四種類型，其中獨(dú)立環(huán)線最多，其他類型較少。國內(nèi)城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中，最先是骨干線路，其次是填充線。填充線形式有切線、半環(huán)線、環(huán)線等。環(huán)線設(shè)置與否及具體形式，主要根據(jù)城市發(fā)展格局、客流條件和工程條件靈活選取，形式上以獨(dú)立環(huán)線和組合環(huán)線為主。獨(dú)立環(huán)線適合強(qiáng)中心、各方向發(fā)展較為均衡的城市，組合環(huán)線適用于城市發(fā)展不均衡、周向出行不多或向心客流少、對(duì)環(huán)線分流截流功能需求不高的城市。

[1] 鄭猛, 陳華, 佘世英. 城市軌道交通環(huán)線及其應(yīng)用[J].城市軌道交通研究, 2008(3): 1-6.ZHENG Meng, CHEN Hua, SHE Shiying. The circle line of urban rail transit and its application[J]. Urban mass transit, 2008(3): 1-6.

[2] 成嘉琪. 城市軌道交通環(huán)線客流路由研究[D]. 西安:長安大學(xué), 2014.CHENG Jiaqi. Study on the passenger routing in loop line of urban rail transit system[D]. Xi’an Chang’an University,2014.

[3] 李萌萌. 城市軌道交通環(huán)線設(shè)置研究[D]. 北京: 北京交通大學(xué), 2011.LI Mengmeng. Study on establishment of URT loop line[D].Beijing: Beijing Jiaotong University, 2011.

[4] 楊斌, 魏佳. 天津地鐵環(huán)線建設(shè)方案研究[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào), 2013(3): 82-85.YANG Bin, WEI Jia. Research on design plan for loop line in Tianjin Metro[J]. Journal of railway engineering society, 2013(3): 82-85.

[5] 梁創(chuàng)佳. 廣州市軌道交通環(huán)線設(shè)置及必要性分析[J]. 甘肅科技, 2011(12): 125-128.LIANG Chuangjia. Analysis on the establishment and necessity of Guangzhou rail transit loop[J]. Gansu science and technology, 2011(12): 125-128.

[6] 雷磊, 羅霞, 陳芋宏. 城市軌道交通環(huán)線的功能定位研究[J]. 鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì), 2009(8): 62-64.LEI Lei, LUO Xia, CHEN Yuhong. Research on the functional orientation of urban rail transit loop[J]. Railway transport and economy, 2009(8): 62-64

[7] 馬毅林, 溫慧敏, 劉劍鋒, 等. 城市軌道交通環(huán)線客流特征分析及啟示[J]. 城市交通, 2013(6): 49-56.MA Yilin, WEN Huimin, LIU Jianfeng, et al. Passenger flow characteristics analysis of urban rail transit loop lines[J].Urban transport of China, 2013(6): 49-56.

[8] 何冬華, 袁媛. 軌道交通環(huán)線沿線的土地利用空間特征分析: 以廣州市軌道交通 11號(hào)環(huán)線為例[J]. 現(xiàn)代城市研究, 2010(9): 90-95.HE Donghua, YUAN Yuan. Analysis of the spatial characteristics of land-use led by ring rail line: a case study in Guangzhou[J]. Modern urban research, 2010(9): 90-95.

[9] 宋興昊. 對(duì)北京軌道交通環(huán)線設(shè)置原因與換乘效果的探討[J]. 科技展望, 2016(6): 130-132.SONG Xinghao. Discussion on setting causes and transfer effects of Beijing rail transit loop line[J]. Science and technology, 2016(6): 130-132.

[10] 江永. 武漢城市軌道交通環(huán)線設(shè)置分析[J]. 城市軌道交通研究, 2009(5): 13-17.JIANG Yong. On the ring line of Wuhan urban rail transit network[J]. Urban mass transit, 2009(5): 13-17.

[11] 孫元廣. 蘇州市軌道交通3、8號(hào)線獨(dú)立成環(huán)的探討[J].隧道建設(shè), 2015(10): 1042-1047.SUN Yuanguang. Analysis on independent loop line consisting of Line 3 and Line 8 of Suzhou urban rail transit system[J]. Tunnel construction, 2015(10): 1042- 1047.

[12] 劉海洲. 城市軌道交通獨(dú)立環(huán)線特征及適用范圍分析[J].交通科技與經(jīng)濟(jì), 2012(3): 79-81.LIU Haizhou. The characteristic and adaptability of independent loop in rail transit[J]. Technology & economy in areas of communications, 2012(3): 79-81.

[13] 鄒哲, 周欣榮, 袁文凱, 等. 天津中心城區(qū)地鐵 M5、M6線路功能分析研究[R]. 武漢, 2014.ZOU Zhe, ZHOU Xinrong, YUAN Wenkai, et al. Study on the function of M5 and M6 lines in Tianjin Metro[R].Wuhan, Hubei, 2014.