基于山地特征的城市軌道交通應(yīng)用分析

馮 浩，周天星，陳仕列

基于山地特征的城市軌道交通應(yīng)用分析

馮 浩，周天星，陳仕列

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，交通與城市規(guī)劃研究院，成都 610031）

山地城市存在地形地貌復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境敏感、城市建設(shè)用地緊張、交通通道有限、道路蜿蜒曲折、坡度大等特點(diǎn)，軌道交通的發(fā)展應(yīng)用與平原城市有較多不同之處。本文在研究山地城市交通出行特征和發(fā)展軌道交通的適應(yīng)性的基礎(chǔ)上，分析了軌道交通功能定位和對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)與平衡功能，提出了軌道交通制式選擇原則和組團(tuán)間骨架線網(wǎng)+組團(tuán)內(nèi)輔助線網(wǎng)主次分明的線網(wǎng)構(gòu)架發(fā)展模式，為我國眾多山地城市軌道交通發(fā)展提供參考。

山地城市；軌道交通；出行特征；系統(tǒng)制式；線網(wǎng)形態(tài)

0 引 言

我國是多山之國，山地面積占陸地面積的2/3以上，山地城鎮(zhèn)數(shù)接近全國城鎮(zhèn)總數(shù)的一半。隨著國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，東部沿海地區(qū)及西部地區(qū)廣大山地、城鎮(zhèn)將成為對(duì)外開放的前沿。山地城市的地形條件復(fù)雜，用地多被山巒或溪河等分割形成組團(tuán)式布局模式，且大都存在土地資源稀缺、交通通道有限、道路蜿蜒曲折、坡度大、斷頭路及錯(cuò)位路多、易造成突發(fā)性交通阻塞、工程條件復(fù)雜、投資大等問題[1]。由于山地城市可選用的交通方式及交通通道均有限，因此相較于平原城市，公共交通系統(tǒng)發(fā)揮著更為重要的作用。而軌道交通因其具備運(yùn)輸能力大、低碳環(huán)保、安全性高等特點(diǎn)，能夠更好地支撐和引領(lǐng)城市空間布局的擴(kuò)展，在我國山地城市受到越來越多的重視[2]。本文將重點(diǎn)對(duì)山地城市的交通特征、軌道交通發(fā)展模式等相關(guān)問題進(jìn)行深入研究，在完善內(nèi)部交通的同時(shí)充分對(duì)接對(duì)外通道，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)線共同發(fā)展，以供“一帶一路”大通道上的眾多山地城市借鑒。

1 山地城市發(fā)展軌道交通的適應(yīng)性分析

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，眾多大中型山地城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅速，在人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)總量、客流需求等方面已達(dá)到或即將達(dá)到建設(shè)城市軌道交通的條件，如重慶、蘭州、宜昌、宜賓、內(nèi)江等城市。本節(jié)重點(diǎn)從山地城市出行特征、系統(tǒng)契合性、空間結(jié)構(gòu)等方面研究大中型山地城市軌道交通的適應(yīng)性。

1.1 山地城市交通出行特征

對(duì)比分析我國山地城市和平原城市交通出行數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，山地城市交通出行一般呈現(xiàn)以下幾點(diǎn)顯著特征：

（1）步行和公交占出行方式的比例較大

山地城市由于受地形起伏大、道路坡度陡等因素影響，非機(jī)動(dòng)車出行較為困難。同時(shí)，與平原地區(qū)相比，山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展總體水平相對(duì)滯后，私家汽車的保有量和出行比例一般較低。因此，山地城市步行和公交出行方式多高于平原城市，占總出行量的較大比例。如貴陽、重慶等西南地區(qū)典型山地城市2015年步行比例均超過40%，公交出行比例均超過30%，遠(yuǎn)高于我國平原地區(qū)，而且隨著城市軌道交通的發(fā)展，公交出行比例仍將得到大幅提高[3]。

（2）組團(tuán)內(nèi)部出行比例較高

山地城市用地高低起伏，往往被山脈、江河、沖溝、丘谷所分割，城市空間多呈組團(tuán)式發(fā)展形態(tài)，如達(dá)州、宜賓、瀘州、貴陽、大理、涪陵、內(nèi)江等。根據(jù)城市規(guī)模的不同，又可細(xì)分為單中心組團(tuán)型、多中心組團(tuán)型和星座型城市空間結(jié)構(gòu)。在城市用地布局時(shí)，山地城市多選擇組團(tuán)內(nèi)工作和生活就地平衡的綜合住區(qū)發(fā)展模式，以減少居民出行過程中的時(shí)間消耗、能源消耗以及對(duì)城市道路交通系統(tǒng)的壓力[4]。因此，相對(duì)于規(guī)模相近的城市，山地城市組團(tuán)內(nèi)部近距離出行所占的比例相對(duì)更高，出行距離“近多遠(yuǎn)少”的分布特點(diǎn)較為顯著。從調(diào)查資料看，2016年內(nèi)江市居民全方式平均出行距離為2.79 km，其中居民3 km以內(nèi)的出行占75%，非步行方式平均出行距離為4. 14 km。居民出行時(shí)耗中，出行比例最高的是10～20 min的出行和20～30 min的出行。

（3）組團(tuán)間客流走廊集中分布，出行規(guī)律性較強(qiáng)

山地城市組團(tuán)間可建設(shè)用地少、通道資源不足、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本高，組團(tuán)之間的客流只能匯集到有限的幾條骨架道路上然后再行分散[5]，如圖1、2所示。因此，組團(tuán)間（尤其是中心組團(tuán)與外圍組團(tuán)間）多形成一定規(guī)模的客運(yùn)走廊，且出行時(shí)間存在著明顯的早高峰和晚高峰，分別集中在7:00~9:00和17:00~19:00。對(duì)于以上班、上學(xué)為目的的跨組團(tuán)出行，除了早晚有明顯的出行高峰外，還存在午高峰。如達(dá)州市通川中路、紅旗路、南壩路、通川大橋、紅旗大橋、洲河大橋在高峰小時(shí)均達(dá)到飽和，通川北路、朝陽東路飽和度超過0.9，道路服務(wù)水平很低。貴陽市老城區(qū)與周邊組團(tuán)聯(lián)系主要通過北京西路、黔靈山路、甲秀南路等骨架道路。

圖1 達(dá)州市組團(tuán)間主要客流走廊示意圖

圖2 貴陽市組團(tuán)間主要客流走廊示意圖

1.2 軌道交通系統(tǒng)與山地城市交通特點(diǎn)的契合分析

（1）山地城市用地條件適合發(fā)展軌道交通

山地城市山水阻隔、坡陡彎多、組團(tuán)間可用通道資源有限的現(xiàn)實(shí)條件，決定了道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)無法適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的居民出行需求增加。要在眾多限制條件下很好的解決居民的出行問題，最佳的方式就是采用大運(yùn)量、快速的公共交通方式，從而避免路權(quán)爭奪、擁堵加劇、信號(hào)等待、交通安全等問題[1]。城市軌道交通在專用行車道上運(yùn)行，不受其他交通工具干擾，無交通堵塞現(xiàn)象并且不受氣候影響，同時(shí)具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點(diǎn)，是山地城市居民出行的首選[3]。以香港為例，多山的地形條件促進(jìn)了城市的集約化建設(shè)，為軌道交通的發(fā)展提供了較好的基礎(chǔ)，全港公共交通的機(jī)動(dòng)化分擔(dān)率高達(dá)90%以上，軌道分擔(dān)率37%，位居全球之首，是世界聞名的公交都市。

（2）軌道交通將成為山地城市居民出行主體

山地城市公交出行方式高于平原城市，占出行總量比例大。而常規(guī)公交存在速度低、舒適性和準(zhǔn)時(shí)性差、與其他地面交通相互干擾、污染物排放量高等缺點(diǎn)，軌道交通可完全避免上述問題，得到國內(nèi)外大中城市的青睞。國家發(fā)改委（發(fā)改基礎(chǔ)[2015]969號(hào)）明確提出城市綠色交通項(xiàng)目，提倡發(fā)展多種形式的大容量公共交通，改善慢行交通設(shè)施條件，構(gòu)建以公共交通為主的城市交通出行系統(tǒng)。鼓勵(lì)具備條件的城市啟動(dòng)編制以地面或高架敷設(shè)為主的輕軌系統(tǒng)規(guī)劃，逐步優(yōu)化大城市軌道交通結(jié)構(gòu)。相關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示，目前我國山地城市軌道交通出行比例還處在較低水平，如重慶2013年主城區(qū)居民日均機(jī)動(dòng)化出行總量為875萬人次/日，其中軌道交通出行比例僅為9.9%[3]。究其根本原因在于我國軌道交通尚處于發(fā)展階段，山地城市軌道交通線網(wǎng)多未形成規(guī)模，與其他交通方式的接駁也不盡完善，常規(guī)公交仍占據(jù)公共交通主體。但隨著國家和地方各大城市對(duì)軌道交通系統(tǒng)建設(shè)逐步推進(jìn)，軌道交通將憑借其運(yùn)行不受干擾和安全、準(zhǔn)點(diǎn)、快捷的優(yōu)勢，逐漸吸引更多的山地城市居民選擇該方式出行，從而占據(jù)主體地位[4]。從東京、香港兩座山地城市交通發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可以看出，軌道交通出行比例分別達(dá)到了公交出行量的77.7%、41%。重慶、貴陽、達(dá)州三座城市綜合交通規(guī)劃目標(biāo)明確提出，2030年軌道交通分擔(dān)率將分別達(dá)到公交出行量的60%、60%和50%。

（3）軌道交通可引導(dǎo)山地城市空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促進(jìn)組團(tuán)平衡發(fā)展

山地城市交通出行不便，城市各組團(tuán)因地理區(qū)位和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等發(fā)展條件不同，多數(shù)存在發(fā)展不平衡的問題。軌道交通系統(tǒng)建設(shè)之前，城市居民就業(yè)和居住往往傾向于選擇交通便利、發(fā)展成熟的老城區(qū)，而城市規(guī)劃外圍組團(tuán)和新區(qū)雖發(fā)展空間和潛力巨大、發(fā)展政策良好，卻受限于交通條件無法得到快速發(fā)展。軌道交通系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)，拉近組團(tuán)間時(shí)空距離，為山地城市居民出行提供了安全高效的選擇，可引導(dǎo)居民分布和城市空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)老城組團(tuán)優(yōu)化發(fā)展、新區(qū)組團(tuán)快速發(fā)展的和諧局面[4]。同時(shí)，城市軌道交通通過站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與城市社會(huì)系統(tǒng)的互動(dòng)，并依托沿線站點(diǎn)影響城市空間發(fā)展，逐漸形成沿軸線串珠狀發(fā)展形式，從而引導(dǎo)城市商業(yè)、金融業(yè)、旅館業(yè)、綜合辦公和生活居住等用地向外擴(kuò)展。比較著名的有“哥本哈根手指狀規(guī)劃”（見圖3）、“漢堡區(qū)域規(guī)劃”（見圖4）、“日內(nèi)瓦規(guī)劃”。山地城市達(dá)州通過規(guī)劃軌道交通支撐城市空間從現(xiàn)狀的一城三區(qū)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)向“一心六片，沿州河與明月江發(fā)展的組團(tuán)式布局結(jié)構(gòu)”發(fā)展。

圖3 哥本哈根手指狀軌道線網(wǎng)規(guī)劃

圖4 德國漢堡軸狀軌道線網(wǎng)規(guī)劃

2 山地城市軌道交通系統(tǒng)制式選擇

軌道交通制式選擇需要綜合考慮項(xiàng)目運(yùn)輸能力需求、行車組織、線路功能、沿線條件、供電電壓、車輛來源、產(chǎn)品價(jià)格、維修能力、環(huán)境景觀以及項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性等多方面的因素。對(duì)于高運(yùn)量和大運(yùn)量系統(tǒng)，地鐵制式已成為常用的和主要的選擇對(duì)象。統(tǒng)計(jì)工程建設(shè)投資與運(yùn)營費(fèi)用（主要是能耗和維修費(fèi)）等綜合成本，鋼輪鋼軌地鐵系統(tǒng)的壽命周期成本相對(duì)較低。同時(shí)，從國內(nèi)目前車輛和機(jī)電設(shè)備制造業(yè)的技術(shù)力量和裝備水平看，地鐵系統(tǒng)具備較為理想的國產(chǎn)化條件。對(duì)于中、低運(yùn)量系統(tǒng)，可供選擇的系統(tǒng)制式更為多樣化。為提高選線的靈活、降低工程投資和運(yùn)營成本，可以選擇更為輕量化的輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)和有軌電車等制式[4]。

山地城市地形高低懸殊、地貌結(jié)構(gòu)分明，軌道交通制式選擇必須充分考慮系統(tǒng)爬坡能力、曲線半徑等技術(shù)要求。普通鋼輪鋼軌系統(tǒng)由于最大坡度為35‰，最小曲線半徑250 m，無法滿足線路敷設(shè)要求。單軌系統(tǒng)（見圖5）、中低速磁?。ㄒ妶D6）和直線電機(jī)系統(tǒng)爬坡能力可達(dá)到60‰，最小曲線半徑可達(dá)到50m，是山地城市軌道交通系統(tǒng)制式重點(diǎn)選擇類型。但是，地形條件僅是軌道交通制式選擇的重要因素之一，除此之外還需統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)運(yùn)量規(guī)模、城市景觀、施工條件、線網(wǎng)資源共享、系統(tǒng)制式成熟度、國產(chǎn)化率等眾多因素[6]。同一城市相同功能等級(jí)和地形特點(diǎn)類似的線路，軌道交通制式和車輛選型應(yīng)盡量保持一致，有利于路網(wǎng)車輛資源的統(tǒng)一管理和調(diào)劑，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和軌道交通建設(shè)的規(guī)模效益；有利于控制建設(shè)成本和運(yùn)營成本，形成一定的設(shè)備需求市場，帶動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。如山地城市重慶主城區(qū)軌道交通線網(wǎng)中主要存在兩種制式，分別為2號(hào)線、3號(hào)線等7條線路采用的跨座式單軌制式；1號(hào)線、4號(hào)線等11條線路采用的鋼輪鋼軌制式[4-7]。

圖5 重慶跨座式單軌列車

圖6 長沙中低速磁浮列車

3 山地城市軌道交通線網(wǎng)形態(tài)

通過對(duì)國內(nèi)外城市軌道線網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的研究，可以發(fā)現(xiàn)城市軌道交通線路相互組合，并受各個(gè)城市具體的人文地理環(huán)境等條件制約，形成多種形式各異的線網(wǎng)結(jié)構(gòu)。其中最常見、最基本的線網(wǎng)結(jié)構(gòu)有三種形式，分別為網(wǎng)格式、無環(huán)放射式、有環(huán)放射式。放射式線網(wǎng)是最基本的線網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)，國內(nèi)外已開通軌道運(yùn)營的城市中，有近80%的城市采用的是放射形線網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)。對(duì)于多中心組團(tuán)式山地城市來說，軌道交通線網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)基本呈現(xiàn)以核心組團(tuán)（如老城區(qū)或大型新區(qū)）為中心，輻射各副中心組團(tuán)的放射形態(tài)[8,9]。以重慶主城區(qū)為例，軌道網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架呈現(xiàn)以雙中心為核心向外放射、東西部外圍槽谷呈兩帶的“雙心放射+兩帶”形態(tài)，見圖7。其中，以南部為中心、北部向外放射的網(wǎng)絡(luò)是城市軌道發(fā)展的基本構(gòu)架，是軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃布局的重點(diǎn)，中部區(qū)域則是軌道交通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的重點(diǎn)區(qū)域[4]。所以，城市組團(tuán)空間結(jié)構(gòu)的分布和組團(tuán)間主要交通走廊的走向是確定山地城市軌道交通線網(wǎng)形態(tài)的主要控制因素。而在組團(tuán)內(nèi)部，則應(yīng)以軌道交通骨架走廊沿線站點(diǎn)為中心切向布置輔助公交線路，可以是輕軌、有軌電車或常規(guī)公交。從而構(gòu)成山地城市主次分明的公交發(fā)展模式，其中大運(yùn)量軌道交通主要服務(wù)組團(tuán)間及組團(tuán)內(nèi)主要客流走廊，中低運(yùn)量軌道交通或常規(guī)公交主要服務(wù)組團(tuán)內(nèi)次級(jí)客流走廊，并承擔(dān)為骨干線路收集喂給客流的功能[10]，如圖8所示。以達(dá)州市軌道交通線網(wǎng)為例，線網(wǎng)形態(tài)呈現(xiàn)以西城片區(qū)、南城片區(qū)為中心的放射狀格局，軌道交通是各片區(qū)間的聯(lián)系骨架，組團(tuán)內(nèi)部采用常規(guī)公交線路予以補(bǔ)充。

圖7 重慶市軌道交通線網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 多中心組團(tuán)式城市軌道交通線網(wǎng)模式圖

4 結(jié)束語

山地城市具有地形地貌復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境敏感、城市建設(shè)用地緊張等特點(diǎn)，同時(shí)，特殊的用地條件也造就了特有的城市空間和獨(dú)特的交通特質(zhì)。通過研究發(fā)現(xiàn)山地城市多具有如下交通出行特征，比如，步行和公交出行方式高于平原城市，占總出行量的較大比例；組團(tuán)內(nèi)部近距離出行所占的比例相對(duì)更高，出行距離“近多遠(yuǎn)少”的分布特點(diǎn)較為顯著；組團(tuán)間多形成一定規(guī)模的客運(yùn)走廊，且出行時(shí)間存在著明顯的早高峰和晚高峰。研究認(rèn)為軌道交通系統(tǒng)與山地城市交通特點(diǎn)較為契合，是解決交通問題的最佳途徑，同時(shí)也可引導(dǎo)居民分布和城市空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，促進(jìn)組團(tuán)平衡發(fā)展。山地城市軌道交通制式選擇必須充分考慮系統(tǒng)爬坡能力、曲線半徑等技術(shù)要求，結(jié)合多方面因素統(tǒng)籌規(guī)劃。線網(wǎng)形態(tài)多呈現(xiàn)組團(tuán)間骨架線網(wǎng)+組團(tuán)內(nèi)輔助線網(wǎng)主次分明的發(fā)展模式。隨著國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，必將有越來越多的山地城市啟動(dòng)軌道交通的規(guī)劃建設(shè)，希望此文能提供一定參考。

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（中文編輯：李愈，英文審改：孫湛博）

Analysis of Urban Rail Transit Based on the Characteristics Mountainous Cities

FENG Hao，ZHOU Tian-xing，CHEN Shi-lie

（Transportation and Urban Planning Institute, China Railway Eryuan Engineering Group Co. Ltd, Chengdu 610031，China）

Mountainous cities have unique characteristics such as complex topography, sensitive ecological environment, tense urban construction land, limited traffic corridors, winding roads, steep slope, among others. Compared to plain cities, the application and development of rail transit in mountainous cities is very much different. This paper studies the characteristics of transportation and adaptability of rail transit in mountainous cities, analyzes its functional classification, and its relations to urban spatial structure. We then propose the principles for the mode choice of urban rail transit system and put forward a development scheme that is comprised of intra-group skeleton network and inter-group secondary network. The goal of the paper is to provide a reference for the development of urban rail transit in moutainous cities.

mountainous cities; rail transit; trip characteristics; system mode; network design

1672-4747（2018）03-0125-06

U12

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2018.03.019

2017-04-26

馮浩（1977—），男，漢族，四川富順人，工學(xué)學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)檐壍澜煌ň€網(wǎng)規(guī)劃。

馮浩，周天星，陳仕列. 基于山地特征的城市軌道交通應(yīng)用分析[J]. 交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào), 2018, 16（3）: 125-130.