軌道交通系統(tǒng)四網(wǎng)融合規(guī)劃與運(yùn)營(yíng)策略研究

張嘉敏，張嘉銳

（1.山東科技大學(xué) 交通學(xué)院，講師，山東 青島 266590；

（2.中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司 青島機(jī)務(wù)段，工程師，山東 青島 266041）

引言

我國(guó)軌道交通受管理模式與技術(shù)發(fā)展限制，高速鐵路、城際鐵路、市域快軌、城市軌道交通各制式間尚未形成系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，各自為政的現(xiàn)狀制約著運(yùn)輸效率和服務(wù)質(zhì)量的提升，亟待實(shí)現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)同制式間的跨線與跨制式間的協(xié)同。2019年中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，明確提出：建設(shè)城市群一體化交通網(wǎng)，推進(jìn)干線鐵路（普鐵和高鐵）、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通融合發(fā)展，也被業(yè)界稱之為軌道交通系統(tǒng)的“四網(wǎng)融合”；發(fā)改規(guī)劃［2019］328號(hào)《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于培育發(fā)展現(xiàn)代化都市圈的指導(dǎo)意見》提出要統(tǒng)籌考慮都市圈軌道交通網(wǎng)絡(luò)布局，構(gòu)建以軌道交通為骨干的通勤圈；在有條件地區(qū)編制都市圈軌道交通規(guī)劃，推動(dòng)干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通“四網(wǎng)融合”［1］［2］。軌道交通四網(wǎng)融合的技術(shù)條件是互聯(lián)互通［3］，即：①設(shè)備設(shè)施層面互聯(lián)互通，如信號(hào)、車輛、通信、供電、線路限界等的統(tǒng)一，為軌道交通的互聯(lián)互通創(chuàng)造硬件基礎(chǔ)條件，實(shí)現(xiàn)資源共享，提高設(shè)施設(shè)備利用率；②列車運(yùn)行層面互聯(lián)互通［4］［5］，允許列車在兩條及以上的線路上以跨線模式或快慢車組合模式等運(yùn)營(yíng)組織方法運(yùn)行，將“人在站上換乘”轉(zhuǎn)換為“車在線間轉(zhuǎn)換”，縮短乘客在站換乘時(shí)間，進(jìn)而提高出行效率。

1 功能定位與關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

本質(zhì)上軌道交通四網(wǎng)屬于多制式復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，四網(wǎng)融合的首要任務(wù)是解決不同制式軌道交通互聯(lián)互通問題，即將兩條不同種類的軌道交通線路直接連通，旅客/列車可以從一條線路直接進(jìn)入另一條線路?；ヂ?lián)互通的銜接方式可以分散換乘結(jié)點(diǎn)的壓力，乘坐跨線列車的旅客不必下車即可從一條線路轉(zhuǎn)換至另一條線路。不同制式的軌道實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通需具備三個(gè)基本條件：線路制式兼容、票制兼容和線路通過能力滿足要求。

1.1 軌道交通四類網(wǎng)絡(luò)的功能定位

在中國(guó)，干線鐵路、城際鐵路和市域鐵路都由中國(guó)鐵路總公司進(jìn)行投資與管理，城市軌道交通由地方政府主導(dǎo)進(jìn)行投資與管理。軌道交通四網(wǎng)所服務(wù)的地理區(qū)域半徑不同，其各自主要功能定位也不同。

1.1.1 干線鐵路 屬國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略大通道支撐體系，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)省級(jí)行政區(qū)間組網(wǎng)貫通運(yùn)營(yíng)的鐵路線網(wǎng)，是我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)闹鲃?dòng)脈；承擔(dān)全國(guó)范圍的客貨運(yùn)輸，以中長(zhǎng)距離為主，服務(wù)全國(guó)各大城市群的快速聯(lián)系，需要較高的在車服務(wù)質(zhì)量和客票信息。

1.1.2 城際鐵路 屬城市群級(jí)別的區(qū)域軌道交通體系，連接區(qū)域內(nèi)相鄰的兩個(gè)或多個(gè)城市，與國(guó)鐵干線對(duì)接構(gòu)建國(guó)家鐵路網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)城市群內(nèi)部各城市、重點(diǎn)城鎮(zhèn)間的快速聯(lián)系，兼顧部分外圍組團(tuán)聯(lián)系；客流構(gòu)成長(zhǎng)短途兼有，以短途客流為主，列車運(yùn)行速度一般為160～250km/h。

1.1.3 市域鐵路 屬都市圈軌道交通系統(tǒng)，與城市軌道交通、國(guó)鐵干線相銜接，制式介于國(guó)鐵與城市軌道交通之間，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)鐵干線相似或相同；服務(wù)于城市核心區(qū)與城市郊區(qū)、城鎮(zhèn)或衛(wèi)星城之間、中心城區(qū)邊緣與市域范圍各中小城鎮(zhèn)（城市副中心或組團(tuán)）的出行，服務(wù)范圍一般在50～100km，最高運(yùn)行速度在80～160km/h的區(qū)間（2021年1月，青島正式開行萊西、平度至主城區(qū)的市域高鐵動(dòng)車組往返列車，早中晚共3對(duì)）。

1.1.4 城市軌道交通 城市軌道交通（簡(jiǎn)稱城軌），支撐城市主要客流走廊，是城市核心區(qū)重要的公共交通方式；服務(wù)范圍以城市市區(qū)內(nèi)部中長(zhǎng)距離為主，適當(dāng)外延，這類出行最需要關(guān)注的是準(zhǔn)時(shí)性、可靠性、服務(wù)頻率與換乘效率等。

1.2 軌道交通四類網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

四類網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)包括速度目標(biāo)值、旅行速度、站間距、服務(wù)頻率（公交化程度）、服務(wù)客流范圍，如表1所示。

表1 軌道交通四網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

2 TOD與SOD基本理念

TOD（TransitOrientedDevelopment）20世紀(jì)90年代起源于北美，指公共交通引導(dǎo)城市發(fā)展，屬交通導(dǎo)向型開發(fā)模式，主要適用于新城（區(qū)）開發(fā)過程中以軌道交通為導(dǎo)向的發(fā)展理念，以新（區(qū)）開發(fā)為主要背景目標(biāo)。SOD（ServiceOrientedDevelopment）指運(yùn)輸移動(dòng)服務(wù)滿足交通需求，屬客流追隨型發(fā)展模式［6］，主要適用于建成區(qū)以軌道交通服務(wù)為導(dǎo)向的發(fā)展理念，以緩解交通擁堵為首要目標(biāo)，即滿足交通需求，近期建設(shè)應(yīng)以滿足交通需求，尤其是緩解中心區(qū)交通壓力為主，在能力富裕的情況下，適當(dāng)考慮超前建設(shè)，支持城市新的核心區(qū)和新城發(fā)展。TOD與SOD理念共同點(diǎn)在于其目標(biāo)均以最大限度的吸引客流/貨流為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)客流需求與運(yùn)能供給的最佳匹配［7］。

針對(duì)軌道交通系統(tǒng)多路徑、多客流OD的特征，在四網(wǎng)融合過中，以增強(qiáng)都市圈/城市群基礎(chǔ)設(shè)施連接性貫通性為重點(diǎn)，以強(qiáng)化軌道交通系統(tǒng)的韌性為終極目標(biāo)，根據(jù)城市區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段與地理特征，遵循TOD與SOD發(fā)展理念，構(gòu)建以軌道交通為骨干的區(qū)域交通出行圈與貨運(yùn)物流圈，實(shí)施主動(dòng)交通需求管理ADM（ActiveDemandManagement）側(cè)重于軌道交通網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)合關(guān)系研究，以實(shí)現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)整體時(shí)間優(yōu)化、空間優(yōu)化、時(shí)空協(xié)調(diào)優(yōu)化。在線網(wǎng)規(guī)劃階段突出強(qiáng)調(diào)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，優(yōu)化軌道交通四網(wǎng)的線網(wǎng)級(jí)配關(guān)系，提高其抗毀性，以前瞻性避免后續(xù)運(yùn)營(yíng)階段可能發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)聯(lián)失效問題［8］。

3 多制式復(fù)合網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃融合

3.1 軌道交通多制式復(fù)合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)施規(guī)劃融合

列控系統(tǒng)等軌道交通自主開發(fā)系統(tǒng)和國(guó)外引進(jìn)系統(tǒng)互聯(lián)互通，如基于通信的列車控制系統(tǒng)CBTC、全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)FAO、歐洲列車控制系統(tǒng)ETCS之間的融合，各種制式軌道交通設(shè)備系統(tǒng)的互聯(lián)互通，將不同系統(tǒng)的功能、接口標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范互聯(lián)互通技術(shù)的開發(fā)與運(yùn)用；在確保列車安全高效運(yùn)行的前提下，解決信號(hào)設(shè)備等不同廠商設(shè)備的互聯(lián)互通，為實(shí)現(xiàn)列車的共線、跨線網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)和資源共享先決創(chuàng)造條件，進(jìn)而提高軌道交通線網(wǎng)和設(shè)備利用率，降低其生命周期成本。

3.2 軌道交通多制式復(fù)合網(wǎng)絡(luò)樞紐場(chǎng)站規(guī)劃融合

首先根據(jù)人口規(guī)模、戰(zhàn)略地位、綜合交通運(yùn)輸體系規(guī)劃、軌道交通各制式一體化融合發(fā)展、軌道交通各制式潛在運(yùn)輸需求等定性綜合選取軌道交通系統(tǒng)線網(wǎng)節(jié)點(diǎn)［9］。其次，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的人口規(guī)模、地區(qū)生產(chǎn)總值、地區(qū)財(cái)政收入等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素、節(jié)點(diǎn)的年客運(yùn)量（年旅客發(fā)送人數(shù)）、年貨運(yùn)量（年貨物運(yùn)輸量）等交通運(yùn)輸因素、可由節(jié)點(diǎn)的度來衡量的線網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在線網(wǎng)中連接線路的數(shù)量等節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)性能因素、直轄市、副省級(jí)、地級(jí)市、縣級(jí)市、城市核心區(qū)、邊緣區(qū)、郊區(qū)、建成區(qū)等節(jié)點(diǎn)行政等級(jí)因素、旅游城市、資源分布城市、港口城市等特殊節(jié)點(diǎn)因素綜合計(jì)算節(jié)點(diǎn)重要度。再次，依據(jù)節(jié)點(diǎn)重要度運(yùn)用聚類分析法劃分節(jié)點(diǎn)等級(jí)層次，一級(jí)節(jié)點(diǎn)為主要客流集散點(diǎn)，二級(jí)節(jié)點(diǎn)為一般客流集散點(diǎn)，三級(jí)節(jié)點(diǎn)為輔助節(jié)點(diǎn)，四級(jí)節(jié)點(diǎn)為補(bǔ)充節(jié)點(diǎn)。鐵路綜合客運(yùn)樞紐與城市軌道交通站點(diǎn)應(yīng)一體設(shè)計(jì)、同步建設(shè)、同期運(yùn)營(yíng)。

3.3 軌道交通多制式復(fù)合網(wǎng)絡(luò)通道走廊規(guī)劃融合

軌道交通多制式復(fù)合網(wǎng)絡(luò)通道走廊規(guī)劃融合步驟如下：

①分析節(jié)點(diǎn)要素流強(qiáng)度、需求總量、空間距離等節(jié)點(diǎn)間相互關(guān)系，確定節(jié)點(diǎn)間各制式軌道線路連接的基本條件。

②根據(jù)經(jīng)濟(jì)吸引力和凝聚力、客貨運(yùn)輸需求，確定區(qū)域空間發(fā)展軸線網(wǎng)，進(jìn)而確定軌道交通運(yùn)輸通道走廊的大致方向。

③依據(jù)城市群空間結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模分布、產(chǎn)業(yè)布局、軌道交通各制式運(yùn)輸需求等，運(yùn)用宏觀分析法，結(jié)合區(qū)域空間發(fā)展軸線，初步判定軌道交通線網(wǎng)各制式通道走廊的數(shù)量和大致走向。

④綜合運(yùn)用、出行期望徑路圖法（以最短路徑為準(zhǔn)則）、兩步聚類法/又稱二階聚類分析法定量分析生成軌道交通線網(wǎng)通道走廊的具體走向的初始方案集；其中在交通區(qū)位線法中，具體由連結(jié)節(jié)點(diǎn)等級(jí)確定交通區(qū)位線等級(jí)，高等級(jí)區(qū)位線對(duì)應(yīng)于骨干線網(wǎng)，決定了通道走廊的主要方向，中等級(jí)區(qū)位線對(duì)應(yīng)于次干線路，有效延伸和拓展骨干線網(wǎng)，低等級(jí)交通區(qū)位線對(duì)應(yīng)于支線線路；出行期望徑路圖法以最短路徑為準(zhǔn)則。

⑤結(jié)合客流集散區(qū)的就業(yè)崗位數(shù)、勞動(dòng)力人口等，以最大限度的吸引客流/貨流為導(dǎo)向，利用節(jié)點(diǎn)錨固法協(xié)調(diào)站點(diǎn)布局、線路功能定位、線路必經(jīng)控制點(diǎn)、線路間銜接，進(jìn)行客流測(cè)試與方案評(píng)價(jià)，從系統(tǒng)角度著眼“通道+樞紐+網(wǎng)絡(luò)”，匡算線網(wǎng)合理規(guī)模，修正并確定軌道交通線網(wǎng)各制式通道走廊的合理走向與路由，優(yōu)化線網(wǎng)建設(shè)時(shí)序［10］。

4 多制式復(fù)合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)融合分析

在SOD/TOD理念指導(dǎo)下，以“互聯(lián)網(wǎng)+”、“物聯(lián)網(wǎng)+”為推動(dòng)力，綜合利用5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，打造軌道交通系統(tǒng)云平臺(tái)作為運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)客運(yùn)換乘“零距離”、物流銜接“無縫化”、運(yùn)輸服務(wù)“一體化”為核心目標(biāo)，以干線鐵路為主軸，以軌道交通客/貨運(yùn)樞紐為中心，針對(duì)如表2所示各角度與具體側(cè)重點(diǎn)，從通道/走廊［11］［12］［13］與樞紐/場(chǎng)站［14］等層面，采取主輔協(xié)同一體化模式［15］［16］構(gòu)建運(yùn)營(yíng)管理和客/貨運(yùn)輸服務(wù)“一張網(wǎng)”，優(yōu)化通道能力利用模式與樞紐運(yùn)能配置方式，提升復(fù)合軌道交通系統(tǒng)總體運(yùn)能、運(yùn)輸效率和服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)軌道交通四網(wǎng)的時(shí)間協(xié)調(diào)、空間協(xié)調(diào)、設(shè)施互聯(lián)、票制互通、安檢互認(rèn)、信息共享、支付兼容，以及網(wǎng)絡(luò)化智能運(yùn)營(yíng)［17］。

表2 多制式復(fù)合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)融合的角度與具體側(cè)重點(diǎn)

5 四網(wǎng)融合案例分析

按城市群發(fā)育程度，山東半島城市群目前處于成長(zhǎng)階段，城市群內(nèi)部綜合交通運(yùn)輸體系已初步形成，于2020年實(shí)現(xiàn)了省內(nèi)市市通高鐵，但各種交通運(yùn)輸方式間協(xié)調(diào)配合度較低，交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模較小，城市間的地理通達(dá)性弱于成熟的城市群。多中心網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展模式是城市群空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的較高階段，山東半島城市群在空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃方面構(gòu)建“一群兩心三圈”的區(qū)域發(fā)展格局，積極推進(jìn)膠東都市圈（以青島為核心，包括青島、煙臺(tái)、威海、濰坊、日照）、省會(huì)都市圈（以濟(jì)南為核心，包括濟(jì)南、淄博、泰安、聊城、德州、濱州、東營(yíng)七市）、魯南都市圈（由臨沂、棗莊、濟(jì)寧、菏澤四市構(gòu)成）一體化開發(fā)；《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要（2021—2035）》提出將青島列入國(guó)際性綜合交通樞紐城市建設(shè)行列。

根據(jù)山東半島城市群城市職能結(jié)構(gòu)、城市節(jié)點(diǎn)等級(jí)、出行鏈、物流供應(yīng)鏈，將青島、濟(jì)南作為山東半島城市群的主要增長(zhǎng)極，青島—濰坊—淄博—濟(jì)南—德州—聊城、威?！獰熍_(tái)—青島—日照—臨沂—棗莊、東營(yíng)—濱州—淄博—濟(jì)南—泰安—濟(jì)寧—荷澤串連成軌道交通主要軸線，以此為基礎(chǔ)優(yōu)化山東半島城市群軌道交通四網(wǎng)的總量規(guī)模、線網(wǎng)布局、多制式結(jié)構(gòu)比例與銜接協(xié)調(diào)模式。

對(duì)標(biāo)軌道上的京津冀［18］戰(zhàn)略規(guī)劃，應(yīng)用相關(guān)增長(zhǎng)極等交通區(qū)位發(fā)展理論、點(diǎn)—軸運(yùn)輸通道發(fā)展理論和線網(wǎng)構(gòu)架理論［19］，在點(diǎn)—線—網(wǎng)能力規(guī)劃方面，既要滿足當(dāng)前需求，又為遠(yuǎn)景發(fā)展儲(chǔ)備運(yùn)能，合理劃分交通圈層，逐步建成軌道交通四網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)［20］，在統(tǒng)籌優(yōu)化網(wǎng)內(nèi)規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)管理的同時(shí)，突出注重強(qiáng)化網(wǎng)際銜接協(xié)調(diào)，構(gòu)建一個(gè)涵蓋高速鐵路、普速鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通多模式、骨干線路、放射線路、聯(lián)絡(luò)線路、補(bǔ)充線路和支線多層次劃分相互協(xié)調(diào)的山東半島城市群區(qū)域軌道交通系統(tǒng)，其中放射線路以城市群內(nèi)青島、濟(jì)南雙核城市為中心，快速連接中心城市與發(fā)展軸外的重要城市或節(jié)點(diǎn)，聯(lián)絡(luò)線路聯(lián)系起發(fā)展軸內(nèi)主要城市和節(jié)點(diǎn)，能加密城際軌道交通線網(wǎng)；為做強(qiáng)省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈、提升膠東經(jīng)濟(jì)圈、振興魯南經(jīng)濟(jì)圈、實(shí)現(xiàn)交通強(qiáng)省、打造具有全球影響力的山東半島城市群當(dāng)好交通先行。

6 結(jié)論

《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》明確到2035年，鐵路網(wǎng)總規(guī)模將達(dá)到20萬公里，率先建成京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝等城市群城際鐵路網(wǎng)，加快都市圈市域鐵路建設(shè)，促進(jìn)干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路和城市軌道交通“四網(wǎng)融合”。在此全新戰(zhàn)略背景下，全力發(fā)展多層次、多模式、多制式的軌道交通系統(tǒng)，探索都市圈/城市群軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)管理“一張網(wǎng)”，推動(dòng)中心城市、周邊城市（鎮(zhèn)）、新城新區(qū)等軌道交通有效銜接，推動(dòng)軌道交通系統(tǒng)內(nèi)部及不同制式之間的規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)管理的全面融合，加快實(shí)現(xiàn)便捷換乘/中轉(zhuǎn)，更好適應(yīng)客/貨運(yùn)輸移動(dòng)服務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)軌道交通與城市綜合體的無縫連接，使軌道交通成為都市圈、城市群區(qū)域公共交通出行、貨物運(yùn)輸?shù)闹髁姟?/p>