（交通运输规划与管理专业论文）城市轨道交通线网合理规模与布局方法研究.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 摘要 本论文立足于我国城市轨道交通规划建设的现实，借鉴国内外相关理论方 法及经验教训，遵照城市交通可持续发展的原则要求，着眼于城市交通的远景 目标，通过定性研究和定量分析，明确城市轨道交通规划建设的必要性及其与 城市发展的良性互动关系，提供一套确立我国城市轨道交通线网合理规模与布 局方法的基本思路和技术路线。 1 系统地分析了城市轨道交通的优势、局限性及其服务对象，从城市交通 需求( 城市出行总量及其距离分布、出行时间意愿、“可接受”出行量比例) 以 及城市轨道交通对城市发展的积极作用( 交通供给、社会经济效益、t o d 、城 市可持续发展) 两方面进行了轨道交通规划建设必要性论证分析。 2 对城市发展的内在动力进行了阐析，构建了城市发展极化效应和扩散效 应的联合作用概念模型及发展规模模型，对城市的发展阶段进行划分及城市的 发展状态进行判定，为城市轨道交通线网合理规模及布局规划存在“可设定” 控制条件提供理论依据，提出了城市远景发展状况的设想原则。 3 在对线网合理规模及其影响因素进行分析的基础上，从城市交通需求以 及线网服务水平两方面进行线网合理规模推算。通过远景年人口规模及出行强 度分析预测、出行总量及其距离分布、各利，交通方式的技术特征及其适应性， 构建城市客运交通系统的结构模型和模拟方法，寻求城市客运交通合理结构的 形成，研究公共交通出行及轨道交通出行比例，进行交通需求角度的线网合理 规模推算；通过轨道交通车站合理吸引范围几何分析法，进行线网服务水平角 度的线网合理规模推算；探讨轨道交通运营公司的经营规模规划模型：基于轨 道交通线网规模预测的诸多风险，提出保守规模、一般规模以及理想规模三个 规模层次。 4 构建换乘次数、换乘站负荷、线网吸引区覆盖强度三项指标对轨道交通 中小型线网形态进行分析，指出三角形路网可作为路网构成的基本单元。对射 线结构、放射一环形结构、方格网状结构三种轨道交通线网基本结构形态的优 缺点、对城市发展的影响及其适用条件以及轨道交通线网中环线、并线、分歧 线、半径线等特殊线路的作用及设置条件进行分析论证。 5 探讨了主要集散点联线法、主出行经路法、出行向量法等初级路网规划 方法，构建了交通区位法来规划轨道交通线网，将其生成的线网与利用“面点 第1 i 页西南交通大学博士研究生学位论文 线多模块网络层次分析”法规划的成都快速轨道交通线网进行对比分析，线网 中骨干线路除了部分路由选择的差异外，两种方法规划的线网方案之间具有较 高的拟合度，初步验证了交通区位法的可靠性与实用性。 6 针对轨道交通线网规划中日益引起关注的市区网与市域网的衔接问题， 提出对接、错接以及直通运转三种轨道交通市区网与市域网的衔接模式。 关键词：城市轨道交通；线网；合理规模：布局方法 a b s t r a c t b a s e do nt h er e a l i t i e so fo u rc o u n t r y su r b a nr a i lt r a n s i tp l a n n i n g c o n s t r u c t i o n ，t h ep r i n c i p l eo fu r b a nt r a f f i cs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，t h ef a rf u t u r ea i mo fu r b a nt r a f f i c ，t h i sp a p e rh a sc o n d u c t e das y s t e m a t i c a ls t u d yt h a tc o m b i n e sq u a l i t a t i v e a n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so f t h en e c e s s a r i e so f u r b a nr a i lt r a n s i tp l a n n i n g & c o n s t r u e t i o na n dt h ep o s i t i v ep r o m o t i o ne f f e c t so nu r b a nd e v e l o p m e n tb yb o r r o w i n gt h ec o t r e l a t i v et h e o r e t i c a lm e t h o d s ，e x p e r i e n c e sa n dl e s s o n so fh o m ea n da b r o a d t h ep a p e r t h e np u t sf o r t hac o m p l e t es e to fb a s i cn o t i o n sa n dt e c h n i c a la p p r o a c hf o re s t a b l i s h i n gt h eu r b a nr a i lt r a n s i tr o u t en e t w o r k r a t i o n a ls c a l ea n dl a y o u tm e t h o d 1 b ys y s t e m a t i c a l l ya n a l y z i n gt h ea d v a n t a g e s ，d i s a d v a n t a g e sa n ds e r v i c e o b 一 e c t so fu r b a l lr a i lt r a n s i t t h ep a p e rd e m o n s t r a t e st h en e c e s s a r i e so fu r b a nr a i lt r a n s i t p l a n n i n g & c o n s t r u c t i o nf r o mt h ev i e wo fu r b a nt m m cd e m a n d s ( t h ed i s t a n c ea n d d i s t r i b u t i o no ft h et o t a lt r i pv o l u m e ，t r i pt i m ew i l l ，a c c e p t a b l et r i pp r o p o r t i o n ) a n d t h ep o s i t i v ep r o m o t i o ne f f e c t s ( t r a f f i cs u p p l y , s o c i a le c o n o m i cb e n e f i t s ，t r a n s i to r i e n t e dd e v e l o p m e n t ，u r b a ns u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ) o nu r b a nd e v e l o p m e n t 2 h a v i n ge x p l a i n e dt h ei n n e rd r i v eo fu r b a nd e v e l o p m e n t ，b u i l tt h eu r b a nd e v e l o p m e n tp o l a r i z a t i o n & p r o l i f e r a t i o ne f f e c tm o d e la n dd e v e l o p m e n ts c o p em o d e l ， c l a s s i f i e da n dd e t e r m i n e dt h es t a g eo fu r b a nd e v e l o p m e n t ，p u tf o r t ht h et h e o r e t i c a l f o u n d a t i o nt h a tt h e r ei sas u p p o s a b l ec o n t r o lc o n d i t i o nf o ru r b a nr a i lt r a n s i tr o u t e n e t w o r kr a t i o n a ls c a l ea n dl a y o u tp l a n n i n g i nt h ee n d ，t h ep a p e rh a sp u tf o r w a r dt h e p r i n c i p l eo fa s s u m i n gu r b a nf a rf u t u r ed e v e l o p m e n t s t a t u s 3 b a s e do nt h ea n a l y s i so f r o u t en e t w o r kr a t i o n a ls c a l ea n di t si n f l u e n c ef a c t o r s ， t h i sp a p e rr e c k o n st h er o u t en e t w o r kr a t i o n a ls c a l ef r o mt h ev i e wo fu r b a nt r a f f i c d e m a n d sa n dr o u t en e t w o r ks e r v i c el e v e l b yr e s e a r c h i n go nt h ef a rf u t u r eu r b a n p o p u l a t i o na n da v e r a g et r i pt i m e s ，t h ed i s t a n c ea n dd i s t r i b u t i o no f t h et o t a lt r i pv o l u m e ，t h et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n da p p l i c a b l ec o n d i t i o n so fd i f f e r e n tt r a f f i c m o d e s ，t h ep a p e rb u i l d st h eu r b a np a s s e n g e rt r a n s p o r ts y s t e ms t r u c t u r em o d e la n d s i m u l a t i o nm e t h o dt os e a r c hf o rt h er a t i o n a lp a s s e n g e rt r a n s p o r ts y s t e ms t r u c t u r e ，t h e r a t i o n a lt r i pp r o p o r t i o no fp u b l i ct r a n s p o r ta n dr a i lt r a n s i t ，r e c k o n st h er o u t en e t w o r k r a t i o n a ls c a l ef r o mt h ev i e wo fu r b a nt r a 佑cd e m a n d s b yr e s e a r c h i n go nt h er a t i o n a l 第1 v 页西南交通大学博士研究生学位论文 a t t r a c t i o ns c o p eo fu r b a nr a i lt r a n s i ts t a t i o n ，t h ep a p e rr e c k o n st h er o u t en e t w o r kr a - t i o n a ls c a l ef r o mt h ev i e wo fr o u t en e t w o r ks e r v i c el e v e l t h ep l a n n i n gm o d e lo f r o u t en e t w o r ko p e r a t i o ns c a l ef o ru r b a nr a i lt r a n s i to p e r a t i o nc o r p o r a t i o ni sa l s o d i s c u s s e di nt h i sp a p e r c o n s i d e r i n go fag o o dm a n yr i s k sd u r i n gt h ec o u r s eo fu r b a n r a i lt r a n s i tr o u t en e t w o r kr a t i o n a ls c a l ef o r e c a s t ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r dc o n s e r v a t i v e s c a l e ，g e n e r a ls c a l ea n di d e a ls c a l e 4 a n a l y z e st h es i m p l er o u t en e t w o r kc o n f i g u r a t i o nt h r o u g ha p p l y i n ge v a l u a t i o n i n d i c e so ft r a n s f e rt i m e s ，t r a n s f e rs t a t i o nl o a d ，r o u t en e t w o r ka t t r a c t i o nr e g i o nc o v - e r i n gi n t e n s i t ya n dp u t sf o r t ht h ec o n c l u s i o nt h a tt h et r i a n g l er o u t en e t w o r ki st h e s u i t a b l eb a s i cc o n f i g u r a t i o nc e l lo fr o u t en e t w o r ks t r u c t u r e a n a l y z e sa n dd e m o n s t r a t e st h ea d v a n t a g e s ，d i s a d v a n t a g e s ，t h ee f f e c t so nu r b a nd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a - b l ec o n d i t i o n so fr a d i a lr o u t en e t w o r ks t r u c t u r e r a d i a l & l o o pr o u t en e t w o r ks t r u c t u r e ，p a n er o u t en e t w o r ks t r u c t u r ea n dt h ef u n c t i o n s ，t h ea p p l i c a b l ec o n d i t i o n so ft h e s p e c i a lr o u t e ss u c ha sl o o pr o u t e ，p a r a l l e lr o u t e ，b r a n c hr o u t ea n dr a d i u sr o u t e 5 d i s c u s s e st h ei n i t i a lu r b a nr a i lt r a n s i tr o u t en e t w o r kp l a n n i n gm e t h o d ss u c ha s t h em a i np a s s e n g e rf l o wg a t h e r i n g d i s p e r s i n gs p o t sc o n n e c t i o nm e t h o d ，t h em a i n t r i pp a t hm e t h o da n dt h et r i pv e c t o rm e t h o d b a s e do nt h em e t h o d sm e n t i o n e da b o v e ， t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h et r a f f i cl o c a t i o nm e t h o dt op l a nc h e n g d ur a i lt r a n s i tr o u t e n e t w o r ka n dc o m p a r e si tw i t ht h er e c o m m e n d a t o r yr o u t en e t w o r kp l a n n e db ym e a n s o ft h es u r f a c e - s p o t - l i n em u l t i m o d u l en e t w o r kh i e r a r c h i c a l a n a l y s i sm e t h o d t h e c o n t r a s tr e s u l t si n d i c a t et h a tt h et w ou r b a nr a i lt r a n s i tr o u t en e t w o r ks c h e m e sa r e v e r ys i m i l a re x c e p t i n gp a r t i a lr o u t ep a t h sp a s sa n dr e v e a lt h a tt h et r a f f i cl o c a t i o n m e t h o di sr e l i a b l ea n dp r a c t i c a l 6 a i m e da tt h ep r o b l e mt h a tt h ej o i np a t t e r no fr a i lt r a n s i tr o u t en e t w o r ki no r o u to fu r b a nc o n s t r u c t e dr e g i o n si si n c r e a s i n g l ya r o u s e da t t e n t i o n ，t h i sp a p e rp u t s f o r t ht h ej o i np a t t e r n so ff a c e - t o f a c ej o i n ，c r o s s o v e rj o i n ，d i r e c t n e s sj o i n & o p e r a t i o n k e y w o r d s ：u r b a nr a i lt r a n s i t ；r o u t en e t w o r k ；r a t i o n a ls c a l e ；l a y o u tm e t h o d 西南交通大学曲南父逋大字 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年后解密后适用本授权书； 2 不保密d ，适用本授权书。 学位论文作者签名：彳劢意4 于 日期：o 年1 月中日 指导教师签名： 日期：d 年； 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中做了明确的说明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 本文的主要创新点有以下2 个方面： 1 通过城市规划区域划分及车站分类、不同区域不同性质车站各种接驳交 通方式构成及接驳交通特性分析，区域道路网结构、车站各方向出行比例分析， 计算不同区域车站加权平均接运距离、加权平均接运距离与吸引范围之间的折 算系数，进而估算不同区域车站合理吸引范围( 至车站直线距离的区域范围) ， 进行线网服务水平角度的线网合理规模推算( 详见第4 5 节) 。 2 交通区位法规划轨道交通路网：基于交通需求的快变性与路网供给慢变 性这两种背反特性间的均衡难题，遵从哈肯慢变量支配快变量的伺服原理，探 索轨道交通线网布局的本体性或内源性，寻求轨道交通线网格局的主贡献( 支 配) 因素，以( 节) 点代面( 域) 、以( 结) 点代网( 络) 、节点与结点重合， 使交通供需空问达到均衡、主次等级间达到统一为布局思路目标，通过构建邻 接矩阵、边界交通小区( 中区、大区) 矩阵、交通综合重要度赋值，定义搜索 方向权重与搜索方法、按出行期望经路图调整搜索线路走向等程序，对轨道交 通线网进行布局规划( 详见第5 4 节) 。 学位论文作者签名：物京0 巾 日期：9 占年1 月弘日 。 西南交通大学博士研究生学位论文第l 页 1 1 研究背景和意义 第1 章绪论 城市轨道交通线网规划( 简称“线网规划”) 关系到城市交通网络布局的合 理性、线路设施配置的科学性和线网服务的有效性，对整个城市的发展、功能 布局、土地利用及城市形态演变具有重要意义另一方面，与其它城市交通方 式相比，城市轨道交通的建设投资巨大，造价昂贵，建设周期长，投资回收慢， 技术难度高。一般说来，轨道交通建设项目是一个城市有史以来投资规模最大 的城市基础设施建设项目，是一个城市的百年大计，线路一旦形成，便难以更 改。要作好这样一个庞大的系统工程，就必须从全局的角度统筹规划、合理安 排，科学合理地进行轨道交通线网规划，为做好后续工作奠定良好的基础和前 提条件。 近年来，我国城市轨道交通建设出现了一个新的勃发之机，不仅北京、上 海、广州等特大城市加速轨道交通建设，一些百万以上人口规模的大城市也在 积极筹划兴建轨道交通，我国城市轨道交通正进入一个蓬勃发展时期，并已取 得了一定的成绩，也有了一定的基础和水平。 然而，一个不容忽视的问题是多数城市在线网总体布局规划尚未充分论证 的情况下，匆匆着手新线建设。这样做，很有可能给今后的轨道交通建设与运 营带来难以估计的损失轨道交通是城市综合交通体系中的一个子系统，其 内在组成结构及外部运行环境都是决定系统整体效能的关键因素。轨道交通 网络总体布局规划的任务一方面是要研究其内在结构，另一方面是要研究它与 城市综合交通体系中其它子系统( 如道路及地面常规公共客运等) 的协调关系， 乃至与城市形态和土地利用布局的协调关系。不言而喻，没有轨道交通线网的 总体布局规划作为线路建设的依据，将来形成的轨道交通系统很难保证有较理 想的运营效能。因此，如何确定轨道交通线网合理规模、线网空间构架形态及 其布局规划具有十分重要的研究意义【一l 。 第2 页西南交通大学博士研究生学位论文 1 2 国内外研究动态 城市轨道交通线网规划是一项城市总体规划指导下的专项( 专业) 规划， 在世界范围内都是一个值得关注的课题。 1 2 1 线网规划历史概况 自l8 6 3 年伦敦建设世界上第一条地铁线以来，世界上城市快速轨道交通建 设已有1 4 0 多年的历史，有一些大城市已经形成了比较完善的快速轨道交通网 络系统据不完全统计，现在城市快速轨道交通线网总长达到l o o k m 以上的城 市已经达到1 5 个，巴黎的轨道交通线网整体规模已经超过5 5 0 k m 虽然这些 城市轨道交通线网建设飞速发展，但各个城市在线网规划的认识上并不一致。 欧美国家受其城市规划理念的影响，强调短期性、实效性与可实施性，因 此忽视长远规划的意义。同时受其建设投资体制的影响，基本上是“建设一条 线、研究一条线”，强调本线的合理性、忽视线网整体的科学性国外一些城市 可以看到一条道路下敷设5 、6 条线路的不合理现象。这些城市目前已经普遍意 识到没有科学的长远规划的“遗害”，近年来开始对线网整体合理性进行研究， 但限于线网已经形成规模，这种规划完善往往是“补丁”式的。对于前苏联等 计划经济体制国家，受其规划学术思想的影响，比较注重长远性的线网规划研 究，在此领域的技术积累也比较丰富。因此，莫斯科地铁线网是世界上公认的 规划得最合理、最有效率的线网。但是，受其学术思想的制约，其线网规划带 有计划色彩强、静态色彩强、长远适应性差、灵活性欠缺等问题。 我国受前苏联的影响，从2 0 世纪5 0 年代开始就比较注重线网规划工作 整体性、远期性规划的效益使我国近年的城市轨道交通建设受益非浅但是， 我国的线网规划限于当时缺乏完整的方法体系和内容体系的支持，存在诸多的 问题。突出表现在内容过于简单、计划色彩强和规划可实施性差等方面，距离 城市对线网规划的要求有较大差距t - t l 。 随着近年来国内相关领域专家的共同努力，我国城市轨道交通线网规划取 得了长足进步。对比近年来国内一些城市聘请国外公司进行的线网规划，可以 欣慰地发现我国的线网规划技术居世界先进水平 不可否认的是，我国城市轨道交通线网的某些规划理论和方法仍显不足， 具体反映在以下几个方面： 规划中一些宏观的问题如城市轨道交通对城市发展支撑引导作用的定量分 析、轨道交通在城市交通体系中合理分担的量化研究、轨道交通对其他交通方 西南交通大学博士研究生学位论文第3 页 式的影响分析等缺乏必要的理论研究； 规划中定性分析过于定量论证，许多具体参数指标如吸引范围、站距等的 标定缺乏理论支持，主观影响较大； 从城市规模和线网服务覆盖面积匡算线网合理规模的方法过于粗糙和简 单，线网合理规模的概念有待重新认识； 对规划中轨道交通线路布线设站方法、轨道交通线路站点覆盖影响范围的 确定、轨道交通线网与其他城市公交的协调规划等问题的研究，方法偏于简单， 理论支撑力度不足； 对轨道交通线网规划中环线的设置条件和半径大小缺乏数量论证； 换乘节点当然地选择在城市主要客流集散点上，尚未建立一套基于综合城 市交通网络系统的轨道交通换乘节点布设理论方法； 线网评价的宏观和微观指标层次不清，指标的标定受人为因素影响较大， 缺乏能够方便有效准确计量系统性能的客观指标，造成规划方案的比选伯仲难 辨。 1 2 2 线网合理规模论证 线网规模( 线网营运总里程) 取决于城市规模、城市形态、城市土地利用 所决定的出行总量、出行距离分布、出行方式结构以及社会经济发展水平等诸 多因素，换言之，一个城市轨道交通线网的总体规模无疑应当与上述客观条件 相匹配，否则无法保证线网运营的整体社会经济效益。从国外的情况看，伦敦、 巴黎、东京以及莫斯科等城市，由于修建轨道交通的年代十分久远，限于当时 的认识水平和技术水平，没有条件进行合理规模的论证，这是可以理解的。然 而也正是这些先行者的历史经验告诉我们，线网规模和布局论证是十分必要的。 伦敦和巴黎最初的轨道交通网覆盖范围较小，线网密度偏大，站间距过密，运 行效益低下随着城市的发展，都采取了一些补救措施。巴黎和伦敦后期扩展 的线路既照顾了必要的覆盖面，又适当调整了线网密度，使线网总体规模与城 市规模的匹配合宜程度有了改善。巴黎为了适应城市规模扩展，在不过分扩大 线网规模的前提下，适当增开地区快速轨道交通线 合理规模是一个带有目标性质的量，对于运营公司、市政当局及消费者来 说，由于各自利益不同，存在不同的规模量t i o - 1 2 1 。在轨道交通线网规划中，线 网合理规模分析是一个重要的质量控制点 1 3 j 目前国内城市轨道交通线网合理 规模主要从“需求”以及“可能”等角度进行分析【i r 1 1 “需求”角度即以城市出行总量的预测值以及城市客运交通的合理结构、 第4 页西南交通大学博士研究生学位论文 合理的轨道交通线路客流密度进行推算，其中城市客运交通系统结构的预测是 个关键因素。以欧美发达国家的大城市客运结构作为我国城市远景年客运交 通系统结构“合理目标”是一个值得商榷的问题。伦敦、巴黎及纽约等大城市 公共交通系统承担的出行量份额均在7 0 以上，而且轨道交通( 主要是地铁) 所承担的客运量占公交客运总量的份额高达4 5 6 0 这其中有两点是不能忽 视的：一是城市建设与发展的年代不同：二是城市布局形态的差异伦敦、巴 黎及纽约等城市无论就其社会经济发展进程而言，还是郊区城市化发展进程都 比中国的大城市早了几十年。甚至更长时间( 伦敦修建第一条地铁距今已经1 2 6 年，巴黎的第一条地铁距今也将近1 0 0 年了) 。那个时代，城市规划与城市交通 的观念与技术与现在以及难以预料的未来相比，差别甚大。早期轨道交通( 地 铁) 的运能水平及运营方式与地面常规公交相比，差别并没有今天这样大，而 且在二者之间没有可供选择的其它方式。伦敦及巴黎最初的轨道交通线网覆盖 范围很小，而且采用传统公交运营方式，线路密度大，站间距小。从2 0 世纪 6 0 年代以来，各国城市公共交通技术的发展已经趋向于多样化及个性化( 图 l 一1 ) 。轨道交通作为一种大容量快速交通方式更多地只是被用于高强度客运走 廊上，而地面常规公共客运系统( 公共汽车、无轨电车、有轨电车等) 由于车 辆及运营服务系统的改善( 包括公交专用道及地面快速公交网的出现) ，其运能 水平和服务效率大大提高，平均运距也大幅度地增加，加上其建设成本及运营 成本的优势，因而在整个城市公共客运系统中与轨道交通的份额之比，已经与 过去大不相同。巴西的库里蒂巴可算作一个最为典型的实例。就建设成本而 言，地面快速公交系统更具优越性，同等运量的快速公交走廊( 公交专用道系 统) 建设费用只相当于轨道交通线的1 0 2 0 左右。因此。我国城市客运交通 系统结构的确定，应该有自己的一套客运交通系统结构模型及预测方法。 推算线网规模的另一个着眼点是根据轨道交通车站的吸引范围，以线网的 覆盖面以及合理的线网密度进行计算。 轨道交通运营公司经营规模主要是从“运营收入运营支出”这一最低要 求的角度进行计算的【i l m l 其计算原理及方法比较简单，但鉴于各种运营指标的 具体数值难以准确把握，其合理经营规模的推算比较困难。 从居民出行特征考虑，消费者期望的合理线网规模：选择公交在“主出行 经路”上的出行都有轨道交通可坐l 。 “可能”角度是指对于规划实施规模的估算主要考虑适宜的城市财政经 济承受能力以及合理的工程实施可能性的适度规模，考虑整个城市的工程施工 对环境影响的承受能力。 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 曾 乓 一 恤 v 捌 神 秘 k 嚷 运 暑 1 0 05l0152 02 53 03 54 0 平均时速( 公里小时) 图l - l 公共客运方式的运行特征【l l 除此之外，其他有关轨道交通线网规模的定量测算方法有以下几方面： 1 回归分析法确定线网规模。先找出影响城市轨道交通线网规模的主要因 素( 如人口、面积、国内生产总值、私人交通工具拥有率等) ，然后利用其它轨 道交通系统发展比较成熟的城市的有关资料，对线网规模及各主要影响因素进 行数据拟合，从中找出线网规模与各主要相关因素的函数关系式。然后根据各 相关因素在规划年限的预测值，利用此函数关系式确定本城市到规划年限所需 的线网规模。 2 根据城市用地规划与交通规划确定线网规模，拟根据入口数、岗位数、 产业发展趋势、土地开发强度等确定轨道交通线路。该方法认为传统的规划偏 重于交通规划的需求。随着城市发展对土地开发与布局优化调整的新要求，更 应注重轨道交通线路对城市土地开发与布局调整的引导支持作用，从而更重视 土地开发与布局优化所需建设的轨道交通线路，这方面的规划在国内尚未得到 充分重视，缺乏可信的实践成果1 2 1 1 。 1 2 3 线网空间形态与布局 在轨道交通线网规划时，总是首先试图寻求一种通用的“合理”线网形态 模式( 例如：方格网、环线+ 放射线) ，而且往往以目前已经形成一定规模 的伦敦、巴黎、莫斯科、东京等发达国家的大城市轨道交通线网为样板。不可 否认，这些城市经过几十年，甚至百年以上的轨道交通建设与运营，有十分宝 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 贵的经验可资借鉴。问题在于学习和借鉴不是简单地照搬，而是要从这些城市 的规模、布局形态、社会经济特征以及发展轨道交通的历史背景去研究其线网 形成的过程，对照分析其实际运营状况以及对城市土地利用的影响，从中找出 规律性的东西。 上述几个城市在最初建造轨道交通时，并没有一个完整的总体布局构想， 现在形成的线网格局是在轨道交通发展与城市土地使用布局演变的互动过程中 逐步形成的，是共生共存的。最初的线网都是为满足中心区的公共客运需求而 修建的尔后，随着城市的扩展，逐渐向外延展，形成放射状格局。为了解决 各放射线之间的联系( 换乘) ，多采用修建环线的办法。伦敦、巴黎和莫斯科是 这种发展格局的典型代表。东京由于市区东南部临海，因此轨道交通线网向西 部和北部放射，除藉助于市郊铁路沟通各条放射线之外，也加了一条u 字型半 环线瞄i 。 如上所述，这些城市的轨道交通线网不论是方格网形式，还是环线加放射 线形式，都未必是可以普遍推广的最佳形式。实际上这些城市当初没有条件以 城市出行的定量分析为依据，事先对轨道交通线网整个布局与运营状况作出全 面评价分析，尔后一次完成最终布局的香港和广州的轨道交通线网整体格局 明显有别于前面提到的几个大城市，其主要特征在于线网构架与城市主要交通 走廊的高度吻合，不拘泥于空间形态的模式，但其线网实际( 或预期) 的运营 效率却是很高的【q 。 目前国内对轨道交通线网形态及构架格局基本形成了如下的几点共识： 1 ) 快速轨道交通线网空间形态与城市形态有密切相关性，二者之间相互制 约，相互依存。最终形成吻合 2 ) 线网构架要与城市高强度客运走廊的空间分布形成良好的吻合关系。 3 ) 线网构架形式的差异会造成线网运营质量的差异。线网的布置方案要充 分考虑各线路自身及整个线网负荷的均衡性以及换乘的方便性，还要考虑最大 限度地降低乘客换乘次数以及与其它交通方式的合理衔接关系。 国内外关于轨道交通线网布局方法的研究主要有两种途径：1 正推法或解 析法：根据城市人口、土地资料，用运筹学方法，反复修正的目标函数，直接 选出线路走向 2 验算法：根据城市的交通现状和土地发展方向规划线网，用 交通规划方法，进行交通测试，确定方案的优劣。 选线和布站问题是快速轨道交通线网规划的核心问题。g e n d r e a u 认为该问 题是一个包含多目标、多约束、多不确定的不可量化的因素及大量资本支出和 长时期的复杂决策过程。这一过程由规划师、工程师、用户、环境学家和其他 西南交通大学博士研究生学位论文 第7 页 组织和团体共同完成叫m a g n a n t i 和w o n g 认为标准的网络设计工具通常不适 合整体解决如此复杂的问题，但在技术层面分析上是十分有用的州 最早的轨道交通线路布局问题出自1 9 7 0 年d i c e s a r e 的博士论文，作者提出 一个类似于管线定位问题，建立了在以系列约束下起讫点间的最小成本模型 2 5 1 。 1 9 7 9 年c h u r c h 和c l i f o r d 提出了这一问题的简单解法1 - “1 ：将研究区域划 分为网格：依据规划标准，在每个单元分配权值；将各种权值汇总为一个 最小化的目标；用最短路算法，在起终点间选取权重最小的线路。 该方法的一个主要不足是在给定的起点和终点间以最小成本求得最短路 时，未考虑沿线覆盖的人口如果最短路求解的目标是覆盖人口最大化，则产 生的线路将十字交叉于整个区域。 c u r r e n t 改进了这种方法，除路径本身外，还考虑一定距离内的人口，在模 型中引入了沿线覆盖人口，并建立了成本和覆盖人口之间的函数关系；当目标 函数为满足约束的沿线覆盖人口最大化时，这一模型实为线路覆盖模型；当目 标函数为最小化线路长度或其建设成本时，该模型为一最短路模型：提出了连 接最短路和最短形成的启发式求解方法嘲； 近年来，提出了两种以最大覆盖人口为目标和包括站距约束条件的单线路 布设问题的启发式算法。 第一个是d u f o u r d t m 提出的，采用t a b u 搜索 ：u j - ，2 l ( 禁忌搜索) ，在迭代搜索 中允许中间产生劣等解( d e t e r i o r a t i n gs o l u t i o n ) ，g l o v e r 和l a g u n a 对这一算法 进行了论述：算法由在区域随机行走得到一初始解开始进行迭代，每一步迭代， 移至附近可行的一个或几个站点1 3 第二种算法是b r u n o 提出的，该方法由子线路( p a r t i a ia l i g n m e n t ) 扩展而 成。通过每次从候选站点中选择一可行的站点加入线路，这样逐渐地完成整个 线路的布设；另一改进的方法是从已知的可行解中导出若干子线路，然后按同 样的规则以建设成本作目标向两端扩展，最后得到拟建线路； 总体上讲，第二种方法比第一种方法要好。第二种方法收敛速度快，而且 得到的是全局最优解而不是局部最优解，这样一个好的线路解甚至可从一较差 的起始线路得到随机测试表明b r u n o 算法总是能在较少的计算时间内得到最 优或接近最优的线路解 最近b r u n o 提出了一个同类模型，不同的是作者用o d 需求替代了覆盖人 口最大化【划： g e n d r e a u 等引用g l o v e r 提出的t a b ur e s e a r c h 启发式方法，应用到城市轨 道交通线路规划，也是建立网格系统，从一初始线图式，通过移动网格单元， 第8 页西南交通大学博士研究生学位论文 寻求相邻单元的较优方案，解决轨道交通选线问题i 加拿大卡尔加里大学土木系使用分析方法建立车站选址模型和估算车站数 目，采用最小生成树的概念优化，使得轨道交通隧道的建筑费用和列车运营费 用之和最小，解决轨道交通选择放射线路这一特殊情况。 以上模型的特点是正向寻求最佳线路，或先初选一条线路然后逐步修正； 缺陷是集中一些静态指标( 如线路覆盖人口) ，没有考虑出行的需求；另一缺陷 是只能处理一条线路的选线，不能处理复杂轨道网络的规划p q 。 几条线路同时布设问题的研究较少，w i r a s i n g h e 研究了乘客首先乘用接运 公交到达附近轨道交通站点的星状线路设计问题。该研究的目的是用模型分析 的方法确定星状配置的分支数和站点的位置0 7 1 天津综合交通规划研究所在8 0 年代末，在现状道路客运交通流量图上，将 客流最大和较大的路段，根据人为判断的合理走向连接起来，规划地铁线网。 近年来，我国城市轨道交通系统规划获得了一定的经验和成果。以北京城 建设计研究院为主要代表，提出了“面、点、线要素层次分析法”规划城市轨 道交通路网，该方法强调定性分析与定量分析相结合，将路网规划分为“面、 点、线”三个层次进行分析，得到路网规划预选方案，然后进行路网结构特征 分析和客流测试，通过对预选方案的补充、调整，运用评价指标体系对其进行 评价，最终得到推荐方案1 7 1 1 1 7 1 。 西南交通大学高世廉教授主持的国家自然科学基金资助项目“城市轨道交 通系统规划”构建了一套我国城市轨道交通系统规划的方法体系与内容体系， 涵盖了轨道交通规划建设必要性论证、路网形态分析、路网规划方法、路网规 划评价等方面，对我国大城市轨道交通线网规划具有较高的指导意义p 町。 在城市轨道交通系统规划中，无论何等规模的城市，必要性论证都是首要 任务，充分论证其必要性，为决策者提供全面、正确的决策信息。l 。 轨道交通线网基本图式主要从系统分析和网络图论的方法结合轨道交通的 特点进行研究，探讨轨道交通线网基本图式的构造方法，小型路网的基本图型 和形态优化方法m 目。 路网规划方法的研究主要集中在初级路网规划方法以及基于线网规划基本 要素分析的路网总体规划两方面。 目前初级路网的规划方法可归结为以下几方面：主要集散点联线法( 对居 民出行o d 矩阵进行分析得到城市主要集散点，集散点间进行配对，用最短路 连接起讫点。考虑了轨道交通解决城市c b d 区及大型客流集散点这一功能) ； 主出行经路法( 基于道路交通分配得到的主出行经路进行交通选线) ；出行向量 西南交通大学博士研究生学位论文第9 页 法( 基于出行是一个带有大小和方向的商量。从每一个集散点出发的出行必定 沿某一个方向。从市中心最大的集散点开始，按流量最大的方向逐点向两端延 伸，直至市区边缘) ；路段相关法( 综合了主要集散点联线法和主出行经路法 它的特点是通过路段之间的相关分析，推定路段之间的相关度，保证轨道交通 线网对出行链的覆盖最大。它综合了主要集散点联线法和主出行经路法的特点) i j 。 国内轨道交通线网的总体规划主要基于“形、量、点、线、面、层、场”7 项基本要素展开。 形：就是轨道交通线网结构形态与城市结构形态的吻合程度。这里有两层 意义：一是研究城市的基本形态，包括地形特征，组团结构、人口、就业岗位 的分布基本形态：二是研究轨道交通线网布局的几何形态。 量：就是线网规模的总量。包括客运分担量，线网密度和客流密度。 点：就是轨道交通客流源，是大型客流集散点。是线网规划的控制点。由 于各个点在线网中的位置不同，性质和任务不同，这种控制点要分类分析。客 流集敖点地位和量级须分层分析，确定线网规划中不同等级的控制点。 线：就是城市客流走廊，对外辐射方向，确定客流主流方向。这里“线” 的概念包含多重意义。线路的线型和走向：每条线型既要符合客流主要方向。 又要吻合城市地形条件，同时要顾及每条线路运量的均衡性。线路的闻