第二章 地铁与轻轨交通线路规划与设计 第一节 线路网络规划

第一节线路网络规划一、规划设计原则二、网络规划内容三、路网规划对城市发展结构的影响四、城市轨道交通线路客流预测五、交通方式选择一、规划设计原则近期规划：做好与城市交通量基本相适应的道路网络系统，有机的配合好综合交通规划，扩展空间、利用条件、重点发展以轨道交通为主干的公共交通网络,逐步改变以常规公共交通为主的客运方式，引入大、中客运量的地铁和轻轨交通方式。远期规划：逐步实现多层次、多平面、立体化的城市交通网络体系，大部分地区实施机动车辆和非机动车辆分流行驶，充分利用高新技术建设管理。

规划设计原则：⒈路网规划要与城市客流预测相适应。⒉路网规划必须符合城市总体规划。巴黎市郊快速铁路发展规划是在巴黎城市总体规划和土地使用规划的基础上结合巴黎城市远期发展制定的。⒊规划路线应当尽量沿城市主干道布置，线路要贯穿客流集散数量大的场所。交通中心﹑商业中心﹑文化娱乐中心﹑生活区等。⒋线路布置要均匀，线路密度要适量。一般两平行线间的距离在市区以1400m左右为宜，最好不少于800m，且不大于1600m。⒌发展以快速轨道交通为骨干，常规的公共交通为主体，辅之以其他交通方式，构成多方位多层次交通体系。⒍路网中各条规划线路上的客运负荷量要尽量均匀，要避免个别线路负荷过大或过小的现象。⒎在考虑线路走向时，应当考虑地面建筑情况，要注意保护重点历史文物古迹和保护环境。⒏尽可能利用城市原有的铁路设施。⒐要同时规划好车辆段（场）的位置和用地范围。⒑一个城市轨道环线的布设，要在客流预测基础上，经过分析比较，优化组合确定，做到因地制宜。⒒在确定线路规划中的各条线路修建程序时，要与城市建设规划和旧城改造计划相结合。二、网络规划内容路网的结构形式⑴定义：根据城市规划现状与规划情况编制的路网中各条线路所组成的几何图形。⑵要求：①一般与城市道路网的结构形式相适应；②在确定时应首先考虑客流主方向；③需要考虑结构形式的合理性。⑶从几何形状区分，城市轨道交通路网的结构形式主要归纳如图2-1。T形放射形（星形）条带形（树状）棋盘式（格栅网状）放射形网状棋盘加环线对角线形I字形L型O形十字形X形“++”形放射形环状图2-1路网几何结构图形⒈放射形(星形)⑴定义：指路网所有线路只有一个交点的结构，如图2-1⑴。其唯一换乘站通常位于市中心的客流集散中心。如目前的布拉格地铁网络系统图2-2。俄罗斯圣彼得堡地铁网络图2-3。图2-2布拉格地铁网图2-3圣彼得堡地铁网⑵优点：

①所有线路均可直接换乘；②郊区与市中心联系方便；③一次换乘即可到达目的地。⑶缺点：

①换乘站客流量大,客流干扰严重；②换乘站设计施工难度大,建设费用高；③各副都中心之间联系不便,需到市中心换乘。⒉条带形(树状)结构⑴定义：指n条线路有n-1个交点（换乘站），且在网络中没有网格结构，形如树枝状，如图2-1(14)。⑵适用：沿江或沿山谷条带状发展的城市地域。⑶缺点：①结构连通性差，换乘不方便；②客流分布不均，给行车组织带来困难。⒊棋盘式(栅格网状结构)⑴定义：指由若干条线路（至少四条）大多呈平行四边形交叉，所构成的网络多为四边形路网结构，其形状如图2-1(4)。⑵优点：①在内城区分布比较均匀；②存在回路，结构连通性好，乘客换乘的选择较多；③能提供很大的运输能力，客流分布比较均匀。⑶缺点：①二次换乘多；②无到市中心的径向路线，市郊到市中心出行不便。图2-4所示为墨西哥棋盘式地铁轨道交通网。图2-4墨西哥地铁网⒋放射网状⑴定义：指线路（至少3条）多为径向线且线路交叉所成的网络多为三角形的路网结构，如图2-1(2)。⑵优点：①市中心区路线和换乘站密集而均匀，网络连通性好，乘客换乘方便。②郊区到市中心的出行方便，市中心区对市郊经济辐射距离较远。⑶缺点：市郊区之间发生联系时，必须到中心区换乘站换乘，导致乘客走弯路。⒌放射形环状结构⑴定义：是在放射网状的基础上增加环行线而成的路网结构，其环线一般与所有的径线交叉，如图2-1(3)所示。⑵优点：①整个路网连通性好；②有效的缩短市郊间乘客利用轨道交通出行的里程和时间；③起到疏散市中心客流的作用。图2-5为莫斯科地铁网图2-5莫斯科地铁网⒍棋盘加环线形式如图2-1(5)所示。⑴提高环线上乘客的直达性和减少换乘次数；⑵改善环外平行线间乘客的换乘条件，缩短了出行时间；⑶减轻了市中心的线路负荷，起到疏散客流作用。图2-6为北京地铁路网。图2-6北京地铁规划网络图a)北京地铁路网（1995年）图2-6北京地铁规划网络图b)北京地铁50年代路网⒎对角线形⑴定义：在棋盘加环线的基础上，增加对角线走向线路，如图2-1(6)。⑵优点：这种形式可弥补棋盘形非直线系数大的缺点。⑶适用：只有对角线方向的客流确实较大，并且有布置线路的适宜条件时，才能采用这种形式的路网。⒏其他形状国内外许多规模不大的城市，或城市地理位置特殊等原因，客流流向较为集中单一，也就形成了如图2－1（14）的几何图形。⒐混合形结合城市的具体情况，将上述几何图形的两种或多种有机地结合在一起，成为一个完整的路网结构形式。

三、路网规划对城市发展结构的影响⒈路网规模及密度⑴以城市公共交通客流总量计算路网总长度Lz(2-1)式中：Lz——路网规划线路总长度(km)；

Q——远期公共交通预测客流每年总量(万人次)；

α——快速轨道交通远期在公共交通总客流量中分担客流的比重，该值根据各城市情况不同而异，一般为0.3～0.6；

q——线路负荷强度(万人次/km·Y)。⑵以路网密度指标计算路网线路总长度①以城市的用地面积计算

式中：A——城市市区用地面积（km2）；

δ1——路网密度指标（km/km2），一般取0.25～0.35。(2-2)②以人口总数计算式中：M——市区人口数(百万人)；

δ2——路网密度(km/百万人)。(2-3)a.密度指标可参考国外20世纪80年代末路网密度指标,见表2-1。

b.公共汽车较合理的路网密度是2～3km/km2，无轨电车为1.5～2.5km/km2

，有轨电车为1.0～1.5km/km2。c.《城市道路交通规划设计规范》中规定城市公共交通网得规划密度，在市区为3.0～4.0km/km2，在城市的边缘地区为2.0～2.5km/km2；大城市快速道路交通路网的规划密度为0.3～0.5km/km2，主干道的路网密度为0.8～1.2km/km2。

城市项目伦敦巴黎柏林纽约东京莫斯科香港北京市区面积(m2)303105833828.3575900172351(1040)市区人口(万人)277230317708.6835.5871.4444432(685)地铁线路总长(km)388209138.4432.4211.7230.543.242(314)地铁年客运量(百万人次)路网密度(面积计)(km/km2)7751.2812251.994330.161114.40.5224530.3731820.268040.255580.12路网密度(人口计)(km/百万人)14090.943.76125.326.59.739.72(45.8)线路负荷强度(万人次/km·年)199.7586312.9257.71158.71380.71861.11328.6世界几大城市地铁现状概况表2-1d.地铁路网的密度主要取决于居民出行步行到车站的距离，并以此为半径，以车站为圆心，画一吸引环。e.一般市区采用600～700m作为吸引半径，也就是两平行线间的距离以1200～1400m为比较合适，特殊情况最好不小于800m，不大于1600m，市郊距离可以放大些。⒉网络结构的优化⑴相同的人口和工作岗位分布下，相同里程不同的网络结构其运输效率是不同的。⑵网络结构的运输效率，可以用网络服务城市中市民出行的总时间和总里程的比来反映。总时间越小，总里程越短，网络结构运输效率就越高。出行总时间可以表示为： 式中：Tt——出行总时间(h)；

Nij——从第i个交通分区到第j个交通分区的出行人数；

tij——从第i个交通分区到第j个交通分区的出行时间，单位为h；

n——为交通分区数。(2-4)式中：LL——表示出行总里程(km)；

Lij——交通分区数i到交通分区j的出行里程(km)；其它符号同(2-4)式。(2-5)假定两种典型分布方式：均匀分布和市中心集中分布，选择图2－1中有代表性的路网形式⑵⑶⑷三种，分别计算各个结构下的市民出行总时间和总里程。计算所采用参数如下表2－2。线路规模(km)拟定站距(km)研究区宽度(km)研究区面积(km2)分区宽度(km)总人口(万人)人均日出次数(次)最大人口密度(万人/km2)最大工作岗位密度(万人/km2)4151.025625110002.53810

对比计算采用的参数表2-2从表2-3数据可看出，当人口和工作岗位均匀分布时，从网络的交通功能的角度去区分栅格结构是最优的。当人口和工作岗位市中心集中分布时，放射形网状结构最利于市民出行。评价指标人口和工作岗位均匀分布人口和工作岗位集中分布栅格状放射网状放射环状①栅格网状放射网状放射环状②出行总时间(h)8.10E68.94E69.24E63.48E63.27E63.25E6出行总里程(km)1.35E81.56E81.41E84.59E75.54E74.72E7注：①的环线半径3km；②的环线半径6km。计算结果列于表2-3。

三种典型网络结构下市民的出行总时间与总里程表2-3⒊不同网络结构对城市结构的影响

⑴星形结构引导城市向单中心结构发展；⑵树状结构引导城市呈条带状中心区结构发展；⑶栅格网状结构引导城市较均匀地向外扩展；⑷放射网状结构促使城市形成手掌状向外延伸的平面图，如哥本哈根等；⑸放射环形路网能引导城市如手掌状向外延伸。图2-7轴向式发展的城市形态示意图⒋我国大城市轨道交通网络⑴我国绝大多数城市都是单中心结构。⑵单一中心结构的缺点：①加剧市中心的交通拥挤；②增加人们平均出行距离；③造成市中心的地价高，反过来抑制市中心的发展：④造成市中心人口过分密集，环境污染，生活质量下降。⑶我国城市要走持续发展之路，利用快速轨道交通引导城市结构布局的改变和发展。①对于300万以上人口的特大型城市，应设置放射—环形网络的轨道交通，引导城市市区形成多个中心，向市郊沿轴向发展。②优先规划市郊轨道交通促进卫星城的发展。③人口在100万以上中型、大型城市，随着经济的发展，交通需求日益增大。④100万以下，有一定的经济、文化、旅游特点城市，要结合地理、人口环境规划轨道交通。

四、城市轨道交通线路客流预测⒈客流预测方法发展⑴客流预测是确定城市快速轨道交通系统路网规模、交通方式选择以及线路运输能力、车站规模、设备能力、运营组织、经济效益评价的重要依据。⑵客流预测是一门新兴的学科。⑶最难预测的是城市交通结构。⑷票价因素。⒉客流预测模型及方法快速轨道交通客流预测模式大概分为三种：⑴模式A①“现状公交”→“虚拟现状地铁”→“远期地铁”②缺点：a.对现状交通特征的反应较为片面；b.精度较低。③适用：其它模式预测后的比较验证，或作为定性分析的手段。⑵模式B①“现状OD”→“虚拟现状地铁”→“远期地铁”②特点：对客流出行现状特征的反应比较全面，预测精度有所提高。⑶模式C①“现状OD”→“出行需求预测”

→“远期地铁”②特点：预测精度较高，但对基础数据要求相对较高且方法复杂。式中：Pi

——第i个交通小区出行生成量（人次/ 日）；

Xpi——第i个交通小区的总人口数、成人数、学生数或就业岗位数；

Cpi——相应的出行生成系数。1)交通的产生

采用单位系数法按不同的出行目的预测各交通小区出行的生成量和吸引量，先要对城市轨道交通路网规划范围内进行交通小区的划分。①出行生成预测模型(2-6)式中：Aj——第j个交通小区出行吸引量（人次/日）；

Xaj——交通小区的总人口数，就业岗位及用地面积；

Caj——相应的出行吸引系数。②出行吸引量预测模型：(2-7)式中：Tij——i交通小区至j交通小区居民出行量；

F(lij)——两交通小区i至j之间的出行阻抗函数，一般为总出行距离的函数；

Kij——两交通小区i至j之间的布局调整系数，其它符号同前。2)出行分布预测模型综合重力模型为：

(2-8)式中：Pijk——i交通小区至j交通小区第k种出行方式的分配率(%)；

uk——i交通小区至j交通小区第k种出行方式广义运输费用。3)出行方式划分模型概率模型：(2-10)式中：k——为出行方式划分参数。以下式迭代消除j交通小区出行吸引总量的误差：式中：Pk——居民出行选择路线K的概率；

tij——线路k的出行广义费用，一般采用出行时间；

β——系数。4)路网客流分配模型模型：(2-12)式中：tk——i交通小区至j交通小区，以k种出行方式的出行时间（min）；

L——i交通小区至j交通小区第k种出行距(km)；

β、Ck、dk均参数。(2-11)⒊客流预测主要的成果资料：⑴交通小区的划分图；⑵规划年居民全方式出行期望线路图；⑶规划年全市客流分布图；⑷规划年各网线全日乘降量及断面客流量表；⑸规划年各网线早高峰小时乘降量及断面客流量表；⑹规划年各网线晚高峰小时乘降量及断面客流量表；⑺规划年换乘车各方向客流换乘量；⑻路网中各线路吸引客流量占总客运用量的百分比。五、交通方式的选择城市(年份)轨道交通公共汽车、电车伦敦(1982年)89.011.0莫斯科(1986年)49.051.0东京(1990年)94.06.0纽约(1982年)68.032.0巴黎(1984年)65.035.0柏林(1986年)54.046.0维也纳(1982年)88.012.0香港(1984年)33.067.0首尔(汉城，1995年)43.057.0上海(1997年)4.595.5北京(1994年)15.085.0

世界几大城市公共交通方式分担率(%)表2-4⒈轨道交通分类⑴以容量分分为高容量、大容量、中容量和小容量。⑵以架设方式分可分为隧道(地下、山岭、海底、江、河、湖底)、高架和地面。⑶以导向方式分可分为轮轨导向和导向轮导向。⑷以线路隔离程度分可分为全隔离、半隔离和不隔离3种系统。⑸以轮轨的材料分可分为钢轮钢轨系统和胶轮钢筋混凝土轨道系统。⑹以牵引方式分可分为直流旋转电机牵引、交流旋转电机牵引和直流电机牵引。⒉几种系统介绍⑴有轨电车①每小时单向客流量为5000人次；②行车间隔5分钟；③20纪20年代是其辉煌的时代。⑵轻轨交通(LIGHTRAILTRANSIT)①专用轨道②以25～30km/h的速度运行③根据实际情况改变编组方式④行车间隔2.5min⑤每小时单向载客量25000人次⑥绿色交通⑶地铁①封闭运行(完全专用车道)②平均旅行速度为32～40km/h之间③自动控制模式，非无人驾驶④发车时间间隔为2min⑤高运量和低运量车⑷单轨交通①一种跨越或悬挂在高架上的钢或混凝土轨道上行驶的交通