考慮運(yùn)營組織因素的現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化

黃志遠(yuǎn) 朱 煒 徐瑞華

考慮運(yùn)營組織因素的現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化

黃志遠(yuǎn) 朱 煒 徐瑞華

（同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，201804，上海//第一作者，博士研究生）

在分析現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃階段考慮后期運(yùn)營組織，此舉具有提升服務(wù)質(zhì)量、節(jié)約成本等實(shí)際意義。在此基礎(chǔ)上，從客流預(yù)測(cè)、站點(diǎn)布置、輔助配線設(shè)置、路權(quán)形式及交叉口信號(hào)控制等方面探討考慮后期的運(yùn)營組織是現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃階段應(yīng)遵循的原則。結(jié)合與后期運(yùn)營組織息息相關(guān)的線網(wǎng)密度、線路長(zhǎng)度、非直線系數(shù)和換乘系數(shù)等可量化指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃方案作進(jìn)一步優(yōu)化，可更好地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營的統(tǒng)籌發(fā)展。案例分析表明，考慮運(yùn)營組織因素而優(yōu)化調(diào)整后的線網(wǎng)規(guī)劃方案顯得更加合理。

現(xiàn)代有軌電車；線網(wǎng)規(guī)劃；方案優(yōu)化；運(yùn)營組織

AbstractLate organization of operation is a main concern in analyzing the period of modern tram network planning，it has actual significance in service level enhancement and cost reduction.On this basis，some principles to be followed in the period of modern tram network planning are proposed，they are the concerns of passenger flow prediction，station location,auxiliary line layout，road-right form and intersection signal control in the late organization of operation.Combined with the indexes of line density，line length,non-linear coefficient and transfer coefficient，which are all closely related to the late organization of operation，the modern tram network planning is further improved for the integrated development of planning,construction and operation.Through case analysis，the adjusted network planning with concerns on operation and organization is more reasonable.

Key wordsmodern tram； network planning；plan optimization；operation organization

Author′s addressKey Laboratory of Road and Traffic Engineering of Ministry of Education，Tongji University，201804，Shanghai，China

近年來，美觀環(huán)保、性能先進(jìn)、乘坐舒適、低運(yùn)營成本的現(xiàn)代有軌電車在世界各地的部分城市中得到較廣泛的應(yīng)用。我國“十二五”規(guī)劃明確提出：“有序推進(jìn)輕軌、地鐵、有軌電車等城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)”。截至2014年，北京、上海、杭州、蘇州等40多座城市已有運(yùn)營或規(guī)劃現(xiàn)代有軌電車線路［1］。

做好現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃已成為值得關(guān)注和討論的問題。文獻(xiàn)［2］采用多屬性決策層次分析法作為適用的有軌電車線網(wǎng)評(píng)價(jià)方法，從乘客服務(wù)、與城市發(fā)展的協(xié)調(diào)、運(yùn)營效果、費(fèi)用效益等方面進(jìn)行方案分析。文獻(xiàn)［3］以蘇州高新區(qū)有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃為案例，闡述了線網(wǎng)規(guī)劃的主要內(nèi)容，重點(diǎn)剖析了在線網(wǎng)規(guī)劃中有軌電車在不同區(qū)域和不同線路上體現(xiàn)的不同應(yīng)用模式，以及根據(jù)功能定位確定線路總體方案的規(guī)劃要點(diǎn)，為有軌電車的合理持續(xù)發(fā)展提供借鑒與啟示。文獻(xiàn)［4］結(jié)合武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)的實(shí)際工作，研究在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和新型城鎮(zhèn)化背景下有軌電車線網(wǎng)在綜合新城公交網(wǎng)絡(luò)中的適應(yīng)性，建立定性與定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。文獻(xiàn)［5］從城市發(fā)展、線網(wǎng)功能、線網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行效果多維度構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并以南京河西新城現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)為案例進(jìn)行論證。文獻(xiàn)［6］提出了基于改進(jìn)賦權(quán)法的VIKOR模型來進(jìn)行方案優(yōu)選。文獻(xiàn)［7］重點(diǎn)研究了新城新區(qū)有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃情況。以上均是近年來我國現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化及評(píng)價(jià)方面的最新研究成果。

上述研究均未重點(diǎn)分析按照線網(wǎng)規(guī)劃方案建設(shè)的現(xiàn)代有軌電車是否適應(yīng)后期運(yùn)營組織需求。本文從后期運(yùn)營組織的角度對(duì)現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1 線網(wǎng)規(guī)劃階段考慮運(yùn)營組織的意義

現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)一般分期建設(shè)、分步實(shí)施，具有建設(shè)成本較高、建成后不易更改等特點(diǎn)。因此，為有效發(fā)揮現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)的整體能力和綜合效益，使新建線路盡快達(dá)到現(xiàn)代有軌電車服務(wù)水平的要求、減小對(duì)既有線路的影響，現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃不僅要遵循工程技術(shù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，而且還要兼顧后期運(yùn)營管理中的實(shí)際需求。

在現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)建設(shè)過程中，新線的不斷接入會(huì)對(duì)已投入運(yùn)營線路帶來一些問題。例如：列車如何開行才能夠更好地疏解客流，線路之間如何換乘以提高換乘的便捷性和效率，網(wǎng)絡(luò)化條件下如何為乘客提供有效的實(shí)時(shí)信息等。這些都將對(duì)現(xiàn)代有軌電車網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸能力、運(yùn)營效率及運(yùn)營安全產(chǎn)生重要影響。為了能夠給乘客提供“安全可靠、高效便捷、功能完善、文明舒適”的一流運(yùn)營服務(wù)，在現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃階段充分考慮后期運(yùn)營組織需求具有如下重要意義：

（1）將規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)營環(huán)節(jié)緊密結(jié)合、同步考慮，第一時(shí)間將運(yùn)營組織需求在線網(wǎng)規(guī)劃階段進(jìn)行反映，可為現(xiàn)代有軌電車線路開通后提供優(yōu)質(zhì)運(yùn)營服務(wù)提供保障，充分體現(xiàn)“建設(shè)為運(yùn)營、運(yùn)營為乘客”的理念。

（2）運(yùn)營組織提前介入線網(wǎng)規(guī)劃階段，對(duì)于全面固化運(yùn)營安全生產(chǎn)條件、運(yùn)營安全評(píng)價(jià)及提升現(xiàn)代有軌電車項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量等也具有積極意義。

（3）現(xiàn)代有軌電車網(wǎng)絡(luò)建成后，很難再改造，即使改造也僅限于一些細(xì)微變動(dòng)。運(yùn)營提前介入線網(wǎng)規(guī)劃階段有助于保障其運(yùn)輸能力和運(yùn)營效率，盡可能滿足運(yùn)輸組織需求，進(jìn)而減少運(yùn)營階段的維護(hù)改造，節(jié)約成本。

2 考慮運(yùn)營組織的線網(wǎng)規(guī)劃原則

為更好地保證現(xiàn)代有軌電車規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營的統(tǒng)籌發(fā)展，在線網(wǎng)規(guī)劃階段就要充分考慮后期運(yùn)營組織相關(guān)因素。本文從與后期運(yùn)營組織密切相關(guān)的客流預(yù)測(cè)、站點(diǎn)布置、輔助配線設(shè)置和路權(quán)形式及交叉口信號(hào)控制4個(gè)方面探討現(xiàn)代有軌電車在線網(wǎng)規(guī)劃階段應(yīng)遵循的原則。

（1）客流預(yù)測(cè)：客流預(yù)測(cè)是線網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和后期運(yùn)營的基本依據(jù)?？土黝A(yù)測(cè)結(jié)果決定著后期運(yùn)營的列車編組模式、全日行車計(jì)劃和列車停站方案等因素，因此其準(zhǔn)確度至關(guān)重要。以市郊區(qū)域?yàn)槔?，城市用地?guī)劃常常進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而引起客流的改變，導(dǎo)致目前部分客流預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際客流數(shù)據(jù)之間存在較大差異，從而會(huì)導(dǎo)致后期運(yùn)能的不足或浪費(fèi)。我國現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃還處于初級(jí)階段，很多技術(shù)尚未成熟，客流預(yù)測(cè)多借鑒交通規(guī)劃的客流預(yù)測(cè)方法（如四階段法）。為保證客流預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，在客流預(yù)測(cè)過程中需考慮客流預(yù)測(cè)參數(shù)、模型自身精度、城市用地規(guī)劃性質(zhì)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通調(diào)查資料可靠性等多方面的因素。

（2）站點(diǎn)布置：站點(diǎn)布置與后期運(yùn)營的列車行車組織和車站客運(yùn)組織密切相關(guān)。例如，站間距的確定直接影響列車運(yùn)營速度和列車時(shí)刻表特征；在客流集中區(qū)域合理布置車站可緩解客流在單一車站聚集，有利于車站客運(yùn)組織。在站點(diǎn)規(guī)劃時(shí)，首先要結(jié)合城市規(guī)劃方案，覆蓋主要客流集散點(diǎn)（如大型居住區(qū)、客運(yùn)樞紐、商區(qū)、學(xué)校等），適應(yīng)居民出行特征。重點(diǎn)規(guī)劃布置與地鐵接駁的換乘站，建立便捷的換乘系統(tǒng)，擴(kuò)大軌道交通覆蓋范圍，方便居民出行。車站規(guī)劃也應(yīng)與現(xiàn)有公交系統(tǒng)站點(diǎn)相協(xié)調(diào)，改善出行環(huán)境。此外，站間距還應(yīng)根據(jù)線路功能定位不同而有所區(qū)別。郊區(qū)線站間距一般要比市區(qū)線大。

（3）輔助配線設(shè)置：線路的起終點(diǎn)站應(yīng)設(shè)置專用折返線或折返渡線。折返線的數(shù)量和設(shè)置方式應(yīng)滿足后期運(yùn)營高峰小時(shí)最大折返列車列數(shù)，并應(yīng)有一定的余量。在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置單渡線，可滿足現(xiàn)代有軌電車臨時(shí)折返的需要。單渡線的設(shè)置應(yīng)盡量順岔運(yùn)行，并考慮線路敷設(shè)方式、工程條件及工程造價(jià)等因素。車輛場(chǎng)出入段接軌方案應(yīng)保證后期運(yùn)營接發(fā)列車進(jìn)路順暢，以提高車站通過能力，還應(yīng)充分考慮全線配線布置的均勻性。

（4）路權(quán)形式及交叉口信號(hào)控制：路權(quán)形式的選擇將影響現(xiàn)代有軌電車后期運(yùn)營的旅行速度、安全性和正點(diǎn)率。是否與道路交通共享路權(quán)是線網(wǎng)規(guī)劃中需要重點(diǎn)考慮的問題。由于現(xiàn)代有軌電車線路多為地面線，故一般情況下道路將與現(xiàn)代有軌電車線路共用交叉口。此時(shí)，交叉口信號(hào)控制將是影響現(xiàn)代有軌電車線路后期運(yùn)營通過能力、行車間隔和時(shí)刻表特征的重要因素。因此在線網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)慎重選擇現(xiàn)代有軌電車經(jīng)過交叉口時(shí)的線路布置形式和交叉口信號(hào)控制方式（如信號(hào)配時(shí)、信號(hào)優(yōu)先等）。

3 線網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化指標(biāo)

目前，現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃方案一般是城市根據(jù)自身發(fā)展需要，在現(xiàn)有公共交通方式難以滿足當(dāng)?shù)鼐用癯鲂行枨笄闆r下，為確保公共交通的吸引力、提倡綠色出行，基于客流預(yù)測(cè)采用“面、線、點(diǎn)”規(guī)劃法得到的。此時(shí)得到的線網(wǎng)規(guī)劃方案雖整體上較為合理，但從后期運(yùn)營組織的角度出發(fā)，具體區(qū)域的具體線路仍有優(yōu)化改進(jìn)的空間。本文著重考慮后期運(yùn)營組織因素，選取與后期運(yùn)營組織密切相關(guān)的線網(wǎng)密度、線路長(zhǎng)度、非直線系數(shù)、換乘系數(shù)作為現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)一步優(yōu)化的指標(biāo)。

3.1 線網(wǎng)密度

線網(wǎng)密度反映居民出行接近線路的程度，是公共交通運(yùn)營服務(wù)水平評(píng)定的重要指標(biāo)。公共交通線網(wǎng)密度δ為：

式中：

L——有公共交通線路的道路中心線總長(zhǎng)度；

F——有公共交通服務(wù)的城市用地面積。

GB 50220—1995《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：在市中心規(guī)劃的公共交通（道路公交、地鐵、現(xiàn)代有軌電車）線網(wǎng)的密度，應(yīng)達(dá)到3～4 km/km2；在城市邊緣地區(qū)應(yīng)達(dá)到2～2.5 km/km2?，F(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)密度一方面取決于本地區(qū)客流出行需求，另一方面也與其他軌道交通、常規(guī)道路公交線網(wǎng)規(guī)模及布局密切相關(guān)。表1為國內(nèi)外部分城市現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)情況。由表1可見，現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)密度一般在0.31～1.24 km/km2范圍內(nèi)。這與各城市當(dāng)?shù)氐墓步煌ㄏ到y(tǒng)線網(wǎng)情況有較大關(guān)聯(lián)。因此，在線網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化過程中，應(yīng)以城市規(guī)模、居民出行需求等實(shí)際情況為基本依據(jù)，再以國內(nèi)外類似城市線網(wǎng)密度為參考對(duì)區(qū)域線網(wǎng)進(jìn)行微調(diào)。

表1 國內(nèi)外部分城市現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)情況

3.2 線路長(zhǎng)度

線路長(zhǎng)度是考慮后期運(yùn)營組織因素的線網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化的重要指標(biāo)，主要影響后期運(yùn)營組織模式（如列車開行方案、列車停站方案及列車運(yùn)行模式等）?，F(xiàn)代有軌電車運(yùn)行速度通常為20～25 km/h，故線路長(zhǎng)度以10～20 km較為合適，以保證60 min內(nèi)的適宜行程時(shí)間。表2為國內(nèi)外部分城市的規(guī)劃線路或運(yùn)營線路長(zhǎng)度。由表2可見，現(xiàn)代有軌電車線路長(zhǎng)度一般在10～19 km之間，并存在個(gè)別市郊線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)的情況。一般來說郊區(qū)線路長(zhǎng)度大于市區(qū)線路，應(yīng)以此為依據(jù)對(duì)線網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化?？砂凑站€路功能定位不同，重點(diǎn)優(yōu)化過長(zhǎng)（＞20 km）或過短（＜ 10 km）線路。

表2 國內(nèi)外部分城市現(xiàn)代有軌電車線路長(zhǎng)度

3.3 非直線系數(shù)

線路非直線系數(shù)不僅是影響運(yùn)營組織的重要因素，也是線網(wǎng)布局規(guī)劃評(píng)價(jià)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。圖1為線網(wǎng)中兩節(jié)點(diǎn)非直線系數(shù)的計(jì)算示意圖。

圖1 網(wǎng)絡(luò)中兩節(jié)點(diǎn)非直線系數(shù)計(jì)算示意圖

如圖1所示，以距離為標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)點(diǎn)（小區(qū)）間的非直線系數(shù)定義為該兩節(jié)點(diǎn)（小區(qū)）間（O→D）的路上實(shí)際距離與兩點(diǎn)間空中直線距離的比；若以時(shí)間或費(fèi)用為標(biāo)準(zhǔn)，則非直線系數(shù)為從O節(jié)點(diǎn)到D節(jié)點(diǎn)路上所花費(fèi)的實(shí)際時(shí)間或費(fèi)用與2節(jié)點(diǎn)空間直線距離（假想）所要花費(fèi)的時(shí)間或費(fèi)用之比。非直線系數(shù)ε為：

式中：

l1、l2——居民出行實(shí)際走行距離；

l3——OD之間的直線距離。

非直線系數(shù)直接反應(yīng)居民出行的便捷程度。GB 50220—1995《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“公共交通線路非直線系數(shù)不應(yīng)大于1.4，整個(gè)線網(wǎng)的平均非直線系數(shù)為1.15～1.2為宜”。

3.4 換乘系數(shù)

換乘站一般是客流較為集中的車站，換乘站的設(shè)置直接影響行車組織、車站客流組織及突發(fā)事件下的應(yīng)急處置。換乘系數(shù)是用來衡量公共交通乘客直達(dá)程度和服務(wù)水平的重要指標(biāo)。換乘系數(shù)是指在一次換乘中公共交通總乘客數(shù)與直達(dá)乘客數(shù)的比值［8］。換乘系數(shù)γ為：

式中：

P總——一次換乘中公共交通總乘客數(shù)；

P換——一次換乘中直達(dá)乘客數(shù)。

換乘系數(shù)不宜過小或過大。GB 50220—1995《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“大城市平均換乘系數(shù)不應(yīng)大于1.5，中小城市不應(yīng)大于1.3”。

4 案例分析

在東莞市現(xiàn)代有軌電車遠(yuǎn)期（2030年）線網(wǎng)規(guī)劃方案中。首先，考慮東莞城市、交通發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)；然后，分析東莞市土地使用性質(zhì)、道路網(wǎng)絡(luò)布局及交通需求，論證現(xiàn)代有軌電車建設(shè)的必要性及可行性?；诖?，將現(xiàn)代有軌電車定位為地鐵的補(bǔ)充，重點(diǎn)服務(wù)地鐵未覆蓋地區(qū)，承擔(dān)公共交通骨干功能，提高公共交通分擔(dān)率，提供高品質(zhì)服務(wù)。

目前東莞市構(gòu)建了一中心四組團(tuán)的空間結(jié)構(gòu)（見圖2）。結(jié)合東莞市空間結(jié)構(gòu)，將線網(wǎng)層次劃分為服務(wù)各組團(tuán)之間主要客流走廊的快線和服務(wù)組團(tuán)內(nèi)部的普速線。根據(jù)遠(yuǎn)期規(guī)劃，東莞市共將建設(shè)現(xiàn)代有軌電車快線22條，普速線12條（見圖3）。該遠(yuǎn)期線網(wǎng)規(guī)劃方案是僅采用“面、線、點(diǎn)”規(guī)劃法得到，并未考慮后期運(yùn)營組織因素的影響。結(jié)合莞深（東莞-深圳）城市軌道一體化銜接方案，加強(qiáng)現(xiàn)代有軌電車與地鐵的銜接，對(duì)東莞市線網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化過程見圖4。根據(jù)考慮運(yùn)營組織因素的現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃原則和線網(wǎng)方案優(yōu)化指標(biāo)，東莞市線網(wǎng)遠(yuǎn)期規(guī)劃方案中需進(jìn)一步優(yōu)化的區(qū)域和線路見表3。表3中區(qū)域或線路位置見圖3。

圖2 東莞市一中心四組團(tuán)空間結(jié)構(gòu)

圖3 東莞市現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)遠(yuǎn)期規(guī)劃方案（調(diào)整前）

圖4 考慮運(yùn)營組織因素的現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)方案規(guī)劃及優(yōu)化流程

圖5 調(diào)整后東莞市線網(wǎng)遠(yuǎn)期規(guī)劃方案

根據(jù)表3進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，得到優(yōu)化調(diào)整后東莞市線網(wǎng)規(guī)劃方案（如圖5所示）。由圖5可見，優(yōu)化調(diào)整后，東莞市遠(yuǎn)期線網(wǎng)鋪軌里程約390 km。由于調(diào)整時(shí)有意規(guī)避原規(guī)劃的不足，故各片區(qū)覆蓋線網(wǎng)更加合理，各組團(tuán)之間線網(wǎng)銜接及現(xiàn)代有軌電車與地鐵、公交銜接良好。

表3 東莞市現(xiàn)代有軌電車線路規(guī)劃方案中需優(yōu)化的區(qū)域和線路

5 結(jié)語

在我國城市化進(jìn)程加速、城市空間拓展和交通需求劇增的背景下，各城市根據(jù)自身發(fā)展需要，開始積極規(guī)劃建設(shè)現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)。線網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)劣直接決定后期運(yùn)營效益的好壞，因此在現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃階段充分考慮運(yùn)營組織十分關(guān)鍵。

在客流預(yù)測(cè)、車站站點(diǎn)布置及輔助配線設(shè)置等線網(wǎng)規(guī)劃環(huán)節(jié)應(yīng)充分考慮運(yùn)營組織因素，并依據(jù)線網(wǎng)密度、線路長(zhǎng)度、非直線系數(shù)、換乘系數(shù)等指標(biāo)，參考類似城市對(duì)現(xiàn)代有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃方案而作進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，才能更好地實(shí)現(xiàn)城市現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營的一體化發(fā)展。

［1］南方網(wǎng).國內(nèi)超過40個(gè)城市正規(guī)劃建設(shè)有軌電車［EB/OL］.（2014-08-03）［2016-10-11］http://zh.southcn.com/z/2014-08/03/content_105766849.htm.

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Optimization of Modern Tram Network Planning with Concern on Operation and Organization

HUANG Zhiyuan，ZHU Wei，XU Ruihua

U231.1：U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.09.023

2017-03-03）