城市軌道交通超長線路統(tǒng)計分析及思考

魏建強 ，周虎利

（1. 陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院)，西安 710043；2. 中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安 710043）

隨著城市化進程的不斷推進，城市規(guī)模不斷擴大，呈現(xiàn)多中心、組團式發(fā)展，城市軌道交通在市民日常出行中扮演的角色越來越重要。同時，城市軌道交通線路的規(guī)劃與設(shè)計呈現(xiàn)出不斷加長的趨勢，超長線路越來越多，這類線路的建設(shè)也越來越受關(guān)注。

基于此，筆者首先分析影響線路長度的因素，然后梳理現(xiàn)有文獻對線路長度的研究，定性地確定超長線路的長度范圍，對國內(nèi)已運營或在建的超長線路進行統(tǒng)計分析，以期為國內(nèi)同類型線路的規(guī)劃建設(shè)提供借鑒與參考。

1 對線路長度的研究

我國《城市軌道交通工程項目建設(shè)標準》[1](以下簡稱“建設(shè)標準”)與《地鐵設(shè)計規(guī)范》[2]規(guī)定，城市軌道交通“每條線路長度不宜大于35 km，對超長線路應(yīng)以最長交路運行1 h 為目標”。目前，對超長線路長度的界定還沒有明確統(tǒng)一的標準。

文獻[3]從時間目標值、線路串聯(lián)區(qū)域和客流特征等方面對超長線路進行了分析，認為城市軌道交通線路長度宜在15～35 km。這與現(xiàn)行《地鐵設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定較為一致。

文獻[4]從交通效益、經(jīng)濟效益和社會效益出發(fā)，以效益最大化為目標，建立了線路合理長度的計算模型，發(fā)現(xiàn)客流強度在2.0 萬～3.5 萬人次/(km·d)時的軌道交通單線合理長度取值為14.7～45.7 km，且長度隨客流強度的增強而增大。

文獻[5]以運營收益最優(yōu)化為目標，綜合考慮工程建設(shè)費用、配置車輛購置費、運營維護費用、出行時間節(jié)約價值和客票收入等，按直線和環(huán)線兩類線路，分別提出了城市軌道交通線路長度的優(yōu)化模型。

文獻[6]認為，從線路的上限來說，軌道交通全程運行時間為1 h 左右較為合理，根據(jù)線路采用系統(tǒng)的平均旅行速度，可大致確定線路長度的上限；從線路的下限來說，線路過短不能適應(yīng)出行需求，將使客運量大大降低，影響運營效果，建議城市軌道交通線路的長度或初期建設(shè)長度不短于該市相關(guān)區(qū)域全方式平均出行距離的3～4 倍。

文獻[7]認為，城市軌道交通的長度受到城市性質(zhì)、規(guī)模、形態(tài)、功能分布、人口、就業(yè)、發(fā)展水平等的影響，各條線路都有其各自的特點，所以不存在普遍適用的合理長度。

2 線路長度的影響因素

2.1 城市規(guī)劃與城市形態(tài)

城市軌道交通的規(guī)劃與建設(shè)，應(yīng)以城市上位規(guī)劃為依據(jù)。就城市建成區(qū)而言，城市規(guī)劃在很大程度上引導(dǎo)著城市軌道交通的發(fā)展，這是因為城市主城區(qū)多為建成區(qū)，綜合設(shè)施和服務(wù)水平都相對較好，客流較為集中，居民的出行需求很大，地面交通擁堵，軌道交通的建設(shè)可以改善市民出行結(jié)構(gòu)，緩解地面交通擁堵，建成區(qū)的規(guī)模大小在一定程度上影響著線路長度；對城市規(guī)劃區(qū)而言，軌道交通的引入可以對規(guī)劃的實現(xiàn)起到促進的作用，帶動規(guī)劃區(qū)的快速高質(zhì)量發(fā)展[3]。我國地域?qū)拸V，城市形態(tài)各異，有川道河谷型城市(如蘭州)，也有平原城市(如西安)。城市形態(tài)影響城市規(guī)劃與發(fā)展方向，進而影響城市軌道交通的走向和線路長度[3,7]。

2.2 軌道交通的客流效益

城市軌道交通的功能是綜合性的，如拓寬城市空間結(jié)構(gòu)、提升城市地位、推動城市經(jīng)濟發(fā)展等，但最根本的功能還是其對于城市經(jīng)濟的影響，這種影響在很大程度上取決于軌道交通的客流效益。客流對于線路起終點的確定至關(guān)重要，而起終點又是確定線路長度的關(guān)鍵。因此，線路的起終點都應(yīng)該有一定的客流來為線路提供初始客流，但線路起終點不應(yīng)該設(shè)在大客流斷面的位置，所以線路長度會進一步增加[7]。

2.3 經(jīng)濟效益和社會效益

城市軌道交通作為城市的一種非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其投資巨大，工程建設(shè)及運營均需要投入大量的資金，國內(nèi)鮮有城市軌道交通盈利的城市，且投資隨著線路長度的增加而增加。與之類似，線路長度增加，建設(shè)成本和運營成本也會增加，二者之間相互制約。因此，線路長度應(yīng)以社會效益和經(jīng)濟效益最大為原則，盡可能減少建設(shè)成本和運營成本，增加運營效益，尋求辦法使得盈虧盡可能達到平衡，使軌道交通的發(fā)展能夠最大限度地促進社會經(jīng)濟與城市發(fā)展。

2.4 時間和速度目標值

為實現(xiàn)城市軌道交通快速系統(tǒng)的時間距離目的，體現(xiàn)城市空間通達性的公眾服務(wù)理念，同時為避免列車司機駕駛疲勞，城市軌道交通以單程運行時間1 h為基本約束條件，以旅行速度35 km/h 計，線路運營長度在35 km 內(nèi)。按照這一原則，隨著運行時間的減少和旅行速度的提高，線路長度會相應(yīng)地增加，線路最高運行速度也須增大。但最高運行速度大于100 km/h后，地下線的隧道斷面必須相應(yīng)地增加，這必然增加工程投資。對于市域線，最高運行速度一般為100～160 km/h，實際旅行速度為50～80 km/h，按照運營1 h的原則，其線路長度宜控制在50～80 km 內(nèi)，但這只是從時間和速度目標值的角度考慮，未考慮運營的經(jīng)濟性及合理性。

2.5 系統(tǒng)制式與運營組織

不同的軌道交通系統(tǒng)制式具有不同的運輸能力和設(shè)計速度，這導(dǎo)致運營車輛數(shù)量的差別，直接影響乘客出行時間和工程成本，表1 列出了不同系統(tǒng)制式的部分參數(shù)?？梢钥闯?，對相同的線路長度而言，旅行速度、車輛定員和客運量等都差別較大，其運行時間和對客流需求及線路長度的適應(yīng)程度也有差別[8]，選擇合適的系統(tǒng)制式來匹配線路長度和客流需求，避免造成運能浪費顯得尤為關(guān)鍵。

表1 不同系統(tǒng)制式參數(shù)對比Tab. 1 Comparison of parameters of different system standards

如果線路長度超過了1 h 的時間目標值，乘客出行時間明顯增加時，則需深入研究運營模式。設(shè)置越行站的方式雖可節(jié)約下車乘客的車站?？繒r間，縮減其出行時間，但會增加被越行站部分乘客的候車時間。因此，設(shè)置越行站的行車組織方案應(yīng)在深入研究后確定。

2.6 軌道交通的線路直達性

與其他公共出行方式有別，軌道交通很難直接到達乘客想要的目的地，往往需要走行較多的距離，所以線路直達性影響乘客出行效率，真正的直達比較難以實現(xiàn)。若一味地追求直達性，將直接增加軌道交通的線路長度，相應(yīng)的投資和運營難度等都會增加。因此，合理規(guī)劃交通一體化銜接方式，也是為了解決線路在網(wǎng)絡(luò)運行中的通達性，包括便捷換乘和貫通直達的方式選擇。

3 國內(nèi)城軌交通超長線路

通過對現(xiàn)有文獻的總結(jié)和梳理，超長線路以單程運行時間1 h 為目標，旅行速度達到最高運行速度的45%～50%為宜，據(jù)此計算，最高運行速度分別為80、100、120 km/h 時的旅行速度最高分別為40、50、60 km/h，此時對應(yīng)的線路長度分別為40、50、60 km。文獻[9]給出了最高速度80、100、120 km/h 時的旅行速度、旅行時間、牽引能耗及車輛配置，120、100 km/h相對于80 km/h 的旅行速度增加明顯，旅行時間節(jié)約較多，牽引能耗增大，車輛配置數(shù)量減少明顯，車場規(guī)模也減少較多，但100 km/h 時的土建投資不會增加太多，而120 km/h 時的土建投資增加相對較多?；诖?，在統(tǒng)計時暫將線路長度50 km 及以上的線路定為超長線路。

3.1 統(tǒng)計概況

國內(nèi)城市軌道交通超長線路的統(tǒng)計結(jié)果如表2 所示?？梢钥闯?，國內(nèi)最長的3 條超長線路依次為成都的13 號線、武漢的7 號線和上海的11 號線，目前已運營及在建的超長線路有25 條，均采用了符合城市規(guī)模與發(fā)展及客流需求的A 型或B 型車輛，大多為6 輛編組，有4 條線路采用了8 輛編組；最高運行速度均在80 km/h 及以上，10 條線路采用了80 km/h 的最高速度，8 條線路采用了100 km/h 的最高速度，5 條線路采用了120 km/h 的最高速度，采用90 km/h 與140 km/h 最高速度的線路各有1 條；部分線路是與既有線路貫通運營，大多線路在建設(shè)中采用分期的建設(shè)方式，分兩期甚至三期，僅3 條線路未分期。

表2 國內(nèi)運營及在建城市軌道交通超長線路統(tǒng)計Tab. 2 Statistics of the domestic ultra-long urban rail transit lines in operation and under construction

續(xù)表

3.2 統(tǒng)計口徑

1) 統(tǒng)計時間截至2019 年12 月1 日。

2) 本次未統(tǒng)計鐵路部門管轄的線路。

3) 成都地鐵13 號線在中心城區(qū)最高速度為100 km/h，外圍最高速度為140 km/h；重慶環(huán)線于2018年開通東半環(huán)，其余在建。

4) 分期建設(shè)的線路，開通時間為一期工程開通運營的時間；未分期建設(shè)的線路，開通時間為全線開通運營的時間。

5) 線路運營里程和總里程長度僅供參考，統(tǒng)計數(shù)字的小數(shù)位數(shù)不做統(tǒng)一處理，避免引起更大的誤差。

4 國內(nèi)超長線路的特點

4.1 超長線路的規(guī)劃

對統(tǒng)計的27 條線路按開通年限分類，結(jié)果如圖1所示。可以看出，國內(nèi)開通運營及在建的軌道交通超長線路在逐年增加，2015 年后開通及在建的線路數(shù)量增長明顯，因此對超長線路的提前規(guī)劃尤為關(guān)鍵。規(guī)劃時應(yīng)結(jié)合城市規(guī)劃、城市形態(tài)特征及城市發(fā)展方向做詳細的分析，在建設(shè)初期就必須做好規(guī)劃(包括建設(shè)時序)，應(yīng)合理定位，做好客流預(yù)測，切實根據(jù)城市財力物力資源及建設(shè)能力，做到合理規(guī)劃、有序建設(shè)。

圖1 超長線路的開通時間Fig. 1 Opening time of the domestic ultra-long lines

4.2 線路的分期建設(shè)

從國內(nèi)目前已運營及在建的超長線路來看，全部27 條線路中僅有3 條線路未分期建設(shè)，其中西安地鐵8 號線為城區(qū)內(nèi)的環(huán)線，深圳地鐵11 號線有機場線的性質(zhì)，青島地鐵13 號線有市域線的性質(zhì)，其余線路均分兩期甚至三期建設(shè)，部分線路采用后期建設(shè)延伸段的方式，但往往隨著時間推移，因多種原因，要求線網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整，改變延伸的長度或方向，成為超長線路。綜合來看，超長線路一般宜分期建設(shè)，主要是因為城市發(fā)展需要一定的時間儲備，軌道交通的運營也需要一定的客流支撐，當(dāng)然特殊線路需要具體分析。具體分期建設(shè)時，也應(yīng)考慮后期建設(shè)線路存在不穩(wěn)定的變化風(fēng)險，分段點需要預(yù)留靈活而可行的方案。首先，應(yīng)考慮與城市規(guī)劃的協(xié)調(diào)性，城市發(fā)展及線路所在區(qū)域的先后發(fā)展順序；其次，應(yīng)分析沿線對軌道交通需求的迫切性及客流強度；最后，應(yīng)考慮工程投資、經(jīng)濟效益及建設(shè)實施難度，并結(jié)合車場選址及大宗用地規(guī)劃等進行多方案比選，科學(xué)合理地確定分期建設(shè)方案[10]。

4.3 車輛選型及編組

圖2 超長線路的車輛選型Fig. 2 Selection of vehicles for ultra-long lines

重慶市采用跨座式單軌主要與城市地形形態(tài)密切相關(guān)，該市屬典型的山地槽谷型城市，跨座式單軌較A、B 型車的爬坡能力更強，工程投資相對較省，客運量與旅行速度也比較適宜；直線電機L 型車在國內(nèi)使用得相對較少，目前廣州地鐵4、5、6 號線均采用了該車型。

在車輛編組方面，16 條線路采用了6 輛編組，線路占比最多，5 條線路采用了4 輛編組，5 條線路采用了8 輛編組，僅1 條線采用了7 輛編組，即天津地鐵6 號線，統(tǒng)計如圖3 所示。

4.4 最高運行速度

本次統(tǒng)計的27 條超長線路中，采用80、100、120 km/h 的最高速度的線路分別有11、8、5 條，采用75(未在圖中列出)、90 與140 km/h 的線路分別有1 條，統(tǒng)計如圖4 所示。

圖3 超長線路的車輛編組Fig. 3 Vehicle marshalling with ultra-long lines

圖4 超長線路最高運行速度及數(shù)量對比Fig. 4 Comparison of the maximum running speeds and number of ultra-long lines

成都地鐵13 號線采用了140 km/h 的最高速度，線路串聯(lián)主城區(qū)、龍泉驛區(qū)、簡州新城、簡陽新城，至天府國際機場，市區(qū)段平均站間距2 km，采用100 km/h的最高速度，外圍平均站間距4 km，采用140 km/h 的最高速度，既能滿足城市內(nèi)部的客運需求，也可以提高機場客流的服務(wù)水平；最高速度采用120 km/h 的線路中，廣州地鐵3 號線與深圳地鐵11 號線具有機場線的性質(zhì)，均連接機場，平均站間距在2 km 以上，適合最高速度120 km/h 的線路；南京地鐵S9 號線為市域線，設(shè)站僅6 座，平均站間距約8.5 km；青島地鐵13 號線為城際性質(zhì)的線路，設(shè)站23 座，平均站間距約3 km；上海的16 號線為郊區(qū)線路，設(shè)站13 座，平均站間距約4.5 km。最高速度采用80 km/h 的線路除石家莊地鐵2號線連接主城區(qū)與正定新區(qū)外，其余大多為市區(qū)線路，由于城區(qū)發(fā)展水平都相對較高，受線路條件、站間距及客流需求等方面的限制，最高運行速度多采用80 km/h。

從開通運行的時間來看，最高速度100 km/h 及以上的線路在逐年增加，2015 年以前開通的100 km/h的超長線路僅6 條，2015 年以后增長迅速。由此可見，我國超長線路正朝著快速交通的方向前進，軌道快線越來越多，統(tǒng)計如圖5 所示。

圖5 100 km/h 及以上速度的超長線路Fig. 5 Ultra-lines at 100 km/h and above

4.5 軌道交通環(huán)線

本次統(tǒng)計的27 條線路中，有5 條線路為軌道交通環(huán)線，其中包含4 條獨立環(huán)線和1 條共線環(huán)線[11]；除西安地鐵8 號線外，其余4 條線路均采用分期建設(shè)的方式；最高運行速度除成都地鐵9 號線采用100 km/h外，其余均為80 km/h；車型方面，除沈陽地鐵環(huán)線與北京地鐵10 號線采用B 型車外，其余均采用A 型車；車輛編組方面，除成都地鐵9 號線采用8 輛外，其余均采用6 輛編組。軌道交通環(huán)線的建設(shè)表明，我國城市軌道交通的發(fā)展已達空前的規(guī)模，所以關(guān)于軌道交通環(huán)線的研究也應(yīng)該重點關(guān)注。

5 關(guān)于超長線路的思考

5.1 超長線路出現(xiàn)的客觀原因

超長線路的出現(xiàn)原因眾多，總的來說可以歸納如下：

1) 城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)多個衛(wèi)星城或組團；

從2003年4月開始，伊拉克戰(zhàn)爭結(jié)束，美聯(lián)儲將聯(lián)邦基金利率下調(diào)至1%，美國和歐洲經(jīng)濟開始復(fù)蘇，股市快速上行，同時加入WTO后的中國原油需求快速增長，宏觀周期走強。而美國原油庫存觸底反彈，原油市場進入需求和庫存同時上升的主動補庫存階段，宏觀周期占主導(dǎo)，布倫特油價從25美元/桶上漲至40美元/桶。

2) 城市市區(qū)范圍較大，內(nèi)部發(fā)展已經(jīng)無法滿足城市發(fā)展需求，需向外圍擴張至部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)；

3) 城市市區(qū)范圍較大，市區(qū)發(fā)展成熟，需要環(huán)線來緩解城市交通壓力；

4) 城市形態(tài)呈現(xiàn)帶狀分布，如蘭州目前正在規(guī)劃建設(shè)的4 號線，其線路長度就超過了50 km；

5) 隨著我國航空業(yè)的發(fā)展和機場周邊的建設(shè)，大多數(shù)城市都在加緊規(guī)劃建設(shè)空港新城，為提高機場服務(wù)水平，在城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中規(guī)劃了機場線，線路連接城市中心、新城中心和交通樞紐，如成都的13 號線。

5.2 國內(nèi)超長線路建設(shè)的經(jīng)驗

超長線路在規(guī)劃建設(shè)中可以按照市區(qū)線、市域或城際線、機場線來劃分，合理確定其線路性質(zhì)與特點。目前，國內(nèi)大多數(shù)城市在軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中都有超長線路加入，是否需要規(guī)劃建設(shè)超長線路，應(yīng)該根據(jù)各個城市的實際情況客觀分析后確定；一旦規(guī)劃建設(shè)勢在必行，就應(yīng)該全線整體規(guī)劃，給線路以合適的功能定位，確定線路是市區(qū)線路、市域或城際線路還是機場性質(zhì)的線路，再根據(jù)線路需要、城市自身的財政情況等分期或全線建設(shè)，具體的分期情況需要經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證后確定。

在確定車輛選型及編組時，可參考國內(nèi)已運營線路，但車輛編組仍然要以具體線路的客流特征及需求來具體分析、合理確定。

城市主城區(qū)的超長線路多采用80 km/h 的最高速度，市域或城際線、機場線采用的速度相對較高，多采用100、120 km/h 的最高速度，經(jīng)過科學(xué)的經(jīng)濟技術(shù)論證后，可以采用140 km/h 甚至更高的最高速度。

6 結(jié)論

通過對已運營及在建的超長線路的統(tǒng)計分析，主要得出如下結(jié)論：

1) 國內(nèi)已運營的超長線路按照性質(zhì)，大致可以分為市區(qū)(快)線、市域或城際線、機場線三類；

2) 國內(nèi)早期開通運營的超長線路大多以分期的方式進行建設(shè)，首先開通一期工程，全線建成后貫通運營；

3) 國內(nèi)目前的超長線路主要以A、B 型車，6 輛編組為主；

4) 本次統(tǒng)計的市區(qū)線采用80 km/h 的速度目標值，市域或城際線、機場線的速度目標值多采用100～140 km/h。

運行交路與客流密切相關(guān)，超長線路因走行的區(qū)域相比傳統(tǒng)線路更為特殊，客流有其自身的獨特性，所以運行交路會有所不同。因為數(shù)據(jù)采集的原因，本文未對國內(nèi)已運營超長線路的客流與運營交路進行統(tǒng)計分析，后期將在這方面做進一步的研究。