孫重靜

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)軌道交通經(jīng)歷了一場(chǎng)前所未有的發(fā)展熱潮，除了傳統(tǒng)的超大和特大城市繼續(xù)不斷擴(kuò)大軌道網(wǎng)版圖外，一些更低人口規(guī)模的城市也開始尋求軌道發(fā)展的空間。不少市區(qū)人口100萬(wàn)左右的城市也通過(guò)中低運(yùn)量的軌道制式邁入了軌道時(shí)代，軌道交通逐步呈現(xiàn)多元化發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的軌道規(guī)劃理論大多基于成熟的超大和特大城市的研究，對(duì)于規(guī)模稍小的Ⅱ型大城市，發(fā)展軌道的經(jīng)驗(yàn)有所不足。

Ⅱ型大城市在城市規(guī)模、人口數(shù)量、財(cái)政實(shí)力和客流水平上與超大、特大城市有較大區(qū)別，其軌道交通規(guī)劃的角度和方法也應(yīng)有其自身特點(diǎn)。軌道線網(wǎng)合理規(guī)模的匡算是線網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，但目前各預(yù)測(cè)方法多依賴超大和特大城市的參數(shù)取值，對(duì)Ⅱ型大城市缺乏較好的指導(dǎo)性；同時(shí)，傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法中的參數(shù)取值仍帶有較大的主觀性，使得結(jié)果隨意性變大。因此，如何針對(duì)Ⅱ型大城市的特點(diǎn)去標(biāo)定參數(shù)，以及采用何種規(guī)模匡算的方法更為合理，是本文討論的重點(diǎn)。

筆者結(jié)合傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法的分析，基于多個(gè)Ⅱ型大城市樣本的統(tǒng)計(jì)，總結(jié)歸納出可以參考借鑒的參數(shù)體系。同時(shí)考慮到單個(gè)傳統(tǒng)方法的局限性，選取規(guī)模預(yù)測(cè)主要影響變量，形成一個(gè)能綜合反應(yīng)出行需求、線網(wǎng)覆蓋及建設(shè)能力等多方面影響因素的復(fù)合指標(biāo)，并基于此建立了適用于Ⅱ型大城市的軌道線網(wǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)模型。

1 軌道交通與城市規(guī)模的關(guān)系

國(guó)家對(duì)于城市規(guī)模的最新劃分是基于城區(qū)常住人口的規(guī)模，分為五檔七類。城區(qū)常住人口50萬(wàn)以下的為小城市；50萬(wàn)以上100萬(wàn)以下的為中等城市；100萬(wàn)以上500萬(wàn)以下的為大城市（其中100~300萬(wàn)人的是Ⅱ型大城市，300~500萬(wàn)人的是Ⅰ型大城市）；500萬(wàn)以上1000萬(wàn)以下的為特大城市；1000萬(wàn)以上的為超大城市。城市規(guī)?！按笾行　钡膭澐郑P(guān)系到政策紅利、資源分配，不同“檔次”的城市，享有不同的“待遇”（見圖1）。

圖1 現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)城市規(guī)模分類圖

從國(guó)內(nèi)城市規(guī)模的分布情況可以看到，特大和超大城市7個(gè)，Ⅰ型大城市13個(gè)，Ⅱ型大城市53個(gè)，在大城市范疇中，100～300萬(wàn)的Ⅱ型大城市比重較大。

國(guó)辦發(fā)[2018]52號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的意見》對(duì)軌道建設(shè)的門檻進(jìn)行了調(diào)整：經(jīng)濟(jì)門檻成倍上調(diào)，但人口門檻卻出現(xiàn)了放寬。雖然地鐵、輕軌建設(shè)要求的人口總量未變，依然分別為300萬(wàn)人和150萬(wàn)人，但是在2003年的81號(hào)文中，人口統(tǒng)計(jì)口徑是“城區(qū)人口”，而52號(hào)文改為“市區(qū)常住人口”，顯然“市區(qū)常住人口”包含了更廣闊的范圍，也體現(xiàn)了中心城市與周邊城鄉(xiāng)一體化、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的趨勢(shì)。同時(shí)，國(guó)家在城市規(guī)模劃分和軌道建設(shè)門檻中，采用了不同的人口統(tǒng)計(jì)口徑，導(dǎo)致無(wú)法用常規(guī)的城市規(guī)模等級(jí)來(lái)定義有軌道建設(shè)發(fā)展需求的城市。

對(duì)目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)運(yùn)營(yíng)及開工在建軌道的城市進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，市區(qū)常住人口150萬(wàn)以下的城市，有12個(gè)城市建設(shè)了或者在建軌道交通。其中，蕪湖146萬(wàn)人，建設(shè)的是跨座式單軌；呼和浩特132萬(wàn)人，建設(shè)的是地鐵；其他10個(gè)城市均是地方政府審批的有軌電車。更多的類似規(guī)模城市都開展了軌道線網(wǎng)規(guī)劃工作，為未來(lái)的發(fā)展儲(chǔ)備力量。

可見，軌道建設(shè)已經(jīng)逐步向更低的人口規(guī)模城市延伸，軌道制式開始向輕量化、中低運(yùn)量模式發(fā)展，與傳統(tǒng)的特大和大城市的軌道發(fā)展呈現(xiàn)出差異化發(fā)展的特點(diǎn)。由于目前有軌電車的審批權(quán)在地方，因此出現(xiàn)很多50萬(wàn)人口左右的城市也推動(dòng)了軌道交通的建設(shè)。但從客流基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和未來(lái)發(fā)展的潛力來(lái)看，一定的人口聚集度還是非常重要的。根據(jù)上述分析，筆者認(rèn)為100萬(wàn)人口以上的城市均屬于有軌道交通建設(shè)需求、發(fā)展?jié)摿^大的城市。

因此，統(tǒng)計(jì)市區(qū)常住人口在100萬(wàn)以上的城市總數(shù)，其中，100～300萬(wàn)人的Ⅱ型大城市數(shù)量占比為87%，300萬(wàn)以上的城市占比為13%?？梢?，本次研究的100～300萬(wàn)人的Ⅱ型大城市，是未來(lái)軌道建設(shè)的潛力所在。

基于上述分析可知，軌道建設(shè)與城市人口規(guī)模的關(guān)系為：

現(xiàn)狀已建設(shè)軌道交通的城市人口規(guī)模：市區(qū)常住人口超過(guò)50萬(wàn)人；

軌道交通發(fā)展?jié)摿^好的城市人口規(guī)模：市區(qū)常住人口超過(guò)100萬(wàn)人；

按照國(guó)辦發(fā)[2018]52號(hào)，滿足軌道建設(shè)的城市人口規(guī)模：市區(qū)常住人口超過(guò)150萬(wàn)人。

不同規(guī)模城市的軌道交通類型需求見圖2。

2 既有軌道線網(wǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)方法

2.1 需求分析法

在交通需求總量預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，結(jié)合城市交通發(fā)展戰(zhàn)略，確定軌道交通承擔(dān)的客運(yùn)量，借鑒其它城市經(jīng)驗(yàn)確定合理線網(wǎng)負(fù)荷強(qiáng)度，最終確定線網(wǎng)的合理規(guī)模[1]。

圖2 不同規(guī)模城市的軌道交通類型需求圖

式中：L為為軌道線網(wǎng)規(guī)模，km；Q為城市出行總量，萬(wàn)人次/d；A為公共交通出行比例；B為城市軌道交通在公共交通客流量中分擔(dān)比重；K為軌道交通換乘系數(shù)；Γ為軌道交通線網(wǎng)負(fù)荷強(qiáng)度，萬(wàn)人次/km·d。

2.2 線網(wǎng)覆蓋法

將城區(qū)劃分為若干區(qū)塊，根據(jù)每個(gè)區(qū)塊土地利用性質(zhì)、居民出行需求不同，確定其線網(wǎng)密度，結(jié)合區(qū)塊面積和線網(wǎng)密度關(guān)系，預(yù)測(cè)軌道交通的線網(wǎng)規(guī)模[2，3]。

式中：L為城市軌道交通線網(wǎng)總長(zhǎng)度，km；Si為i區(qū)塊的面積，km2；mi為i區(qū)塊的線網(wǎng)密度，km/km2。

2.3 建設(shè)能力分析法

考慮城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力和建設(shè)能力對(duì)線網(wǎng)規(guī)模的影響，通過(guò)對(duì)規(guī)劃年份城市國(guó)民生產(chǎn)總值、軌道交通投資占累計(jì)GDP的比例等因素的預(yù)測(cè)，結(jié)合軌道交通的平均建設(shè)成本，測(cè)算得到規(guī)劃年份內(nèi)線網(wǎng)規(guī)模[4]。

式中：L為線網(wǎng)總長(zhǎng)度，km；G為城市地區(qū)生產(chǎn)總值，億元；i為城市地區(qū)生產(chǎn)總值平均增長(zhǎng)比例；N為規(guī)劃預(yù)測(cè)年限；f為軌道交通建設(shè)投資占城市地區(qū)生產(chǎn)總值的比例；C為軌道交通建設(shè)平均建設(shè)成本，億元/km。

2.4 既有方法總結(jié)

上述三種預(yù)測(cè)方法是目前主流且較易操作的方法，但都有特定的適用情況，很難適用目前軌道線網(wǎng)規(guī)劃面臨的特殊情況。例如，對(duì)多模式線網(wǎng)中各層次線網(wǎng)規(guī)模的預(yù)測(cè)，各層次網(wǎng)絡(luò)之間分擔(dān)交通量和比例難以確定，采用交通需求法就有很大的局限性，因此不宜采用單一的預(yù)測(cè)方法。同時(shí)，預(yù)測(cè)方法和參數(shù)的選擇是對(duì)軌道戰(zhàn)略、線網(wǎng)層次的量化體現(xiàn)，可以認(rèn)為是一種供給策略，因此必須根據(jù)城市的規(guī)模情況，有針對(duì)性預(yù)測(cè)才有效。

3 基于復(fù)合變量指標(biāo)的多維度預(yù)測(cè)模型研究

3.1總體思路

既有預(yù)測(cè)方法具有通用性，但并沒(méi)有根據(jù)城市的規(guī)模有所區(qū)別。在實(shí)際應(yīng)用中，產(chǎn)生差別的原因主要來(lái)自于不同規(guī)模城市在預(yù)測(cè)方法中參數(shù)的選取。以及在不同的預(yù)測(cè)結(jié)果下，如何選擇和判斷較優(yōu)的規(guī)模范圍。通過(guò)對(duì)若干Ⅱ型大城市進(jìn)行樣本分析，總結(jié)和歸納一個(gè)可以參考借鑒的參數(shù)體系。同時(shí)考慮到傳統(tǒng)單個(gè)預(yù)測(cè)方法的局限性，選取各預(yù)測(cè)方法的主要影響變量，通過(guò)主成分分析方法，形成一個(gè)能綜合反應(yīng)出行需求、線網(wǎng)覆蓋及建設(shè)能力等多方面影響因素的復(fù)合指標(biāo)變量，并基于此建立適用于Ⅱ型大城市的軌道線網(wǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)模型（見圖3）。

圖3 技術(shù)路線

3.2 參數(shù)選取參考

對(duì)多個(gè)Ⅱ型大城市樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提取具有一定參考價(jià)值的參數(shù)。樣本選取應(yīng)考慮各預(yù)測(cè)方法的適用性，提高參數(shù)參考價(jià)值。線網(wǎng)覆蓋法中涉及線網(wǎng)密度參數(shù)，盡量選取評(píng)價(jià)較好、服務(wù)水平較高的各類Ⅱ型大城市做調(diào)研，給出不同類別、不同規(guī)模城市建議的線網(wǎng)密度。出行需求分析法中，涉及客流負(fù)荷強(qiáng)度參數(shù)，由于客流強(qiáng)度與服務(wù)水平緊密相關(guān)，過(guò)低的客流強(qiáng)度又意味著軌道交通建設(shè)的浪費(fèi)，因此需要通過(guò)不斷積累，擴(kuò)大樣本量，在同等城市中獲取各城市的參數(shù)，最終大致框定一個(gè)相對(duì)合理的區(qū)間。經(jīng)濟(jì)總量匡算法中，建議應(yīng)分制式、分城市規(guī)模分析城市的GDP和軌道建設(shè)投入的情況。

（1）樣本城市規(guī)模與經(jīng)濟(jì)水平

選取桂林、攀枝花、紹興、黃山等11個(gè)Ⅱ型大城市進(jìn)行案例分析，統(tǒng)計(jì)歸納案例城市規(guī)劃年的規(guī)劃范圍人口規(guī)模、建設(shè)用地規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，作為參數(shù)選取的重要參考（見表1）。

表1 樣本城市規(guī)模及經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)

（2）出行需求分析法的參數(shù)指標(biāo)

出行需求分析法中，涉及的參數(shù)主要包括城市出行總量、公交出行比例、軌道交通在公交總客流中分擔(dān)比重、線網(wǎng)負(fù)荷強(qiáng)度、換乘系數(shù)。其中城市出行總量與城市的人口規(guī)模相關(guān)度較大，不同城市存在明顯異，因此僅對(duì)其余四個(gè)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，Ⅱ型大城市公共交通占全方式出行比例約為33%～37%，軌道占公共交通比例約為30%～40%，軌道線網(wǎng)平均換乘系數(shù)合理范圍為1.1～1.2，軌道平均全日負(fù)荷強(qiáng)度合理范圍為1.1～1.2萬(wàn)人次/km·d（見表2）。

表2 出行需求分析法的參數(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

（3）線網(wǎng)覆蓋法的參數(shù)指標(biāo)

線網(wǎng)覆蓋率法中，線網(wǎng)密度作為重要的參數(shù)直接影響預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)Ⅱ型大城市軌道線網(wǎng)密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲取參數(shù)參考范圍。合理線網(wǎng)密度范圍為0.6～0.7km/km2，中心區(qū)域密度為0.9～1.0km/km2，外圍區(qū)域密度為0.2～0.25km/km2（見表3）。

表3 線網(wǎng)覆蓋法指標(biāo)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

（4）建設(shè)能力分析法的參數(shù)指標(biāo)

建設(shè)能力分析法主要影響因素包括規(guī)劃年份城市國(guó)民生產(chǎn)總值、軌道交通投資占累計(jì)GDP的比例等，對(duì)后者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。考慮到制式的選擇也會(huì)對(duì)軌道建設(shè)投資產(chǎn)生影響，附上各城市軌道交通制式選擇參考（見表4）。

表4 建設(shè)能力分析法指標(biāo)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.3 建立基于復(fù)合指標(biāo)的多維度預(yù)測(cè)模型

軌道線網(wǎng)規(guī)模受到城市形態(tài)布局、城市人口、交通需求、交通發(fā)展戰(zhàn)略及政策的影響。出行需求分析法中，以城市交通特征和供需問(wèn)題為導(dǎo)向，主要受到城市形態(tài)布局、城市人口和出行特征的影響，考慮到指標(biāo)的可量化及信息熵，選取規(guī)劃人口作為出行需求法的主要影響該指標(biāo)；同理，線網(wǎng)覆蓋法選取建設(shè)用地面積指標(biāo)，建設(shè)能力法選取城市GDP總量指標(biāo)。

（1）指標(biāo)相關(guān)性分析

考慮到城市人口、城市建設(shè)用地面積及GDP三個(gè)自變量可能存在相關(guān)關(guān)系，反應(yīng)的信息存在重疊，在模型建立之前，需剔除該因素影響，因此對(duì)變量進(jìn)行相關(guān)性分析，通過(guò)皮爾森相關(guān)系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)衡量。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可知，城市人口與城市建設(shè)用地面積兩個(gè)變量在0.05的水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)，城區(qū)建設(shè)用地面積與GDP在0.01的水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)。

（2）提取復(fù)合指標(biāo)變量

采取主成分分析的方法，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行降維，將數(shù)量較多且具有相關(guān)性的若干自變量轉(zhuǎn)化成數(shù)量較少且彼此相互獨(dú)立的復(fù)合變量。其中每個(gè)主成分都能夠反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復(fù)。這種方法在引進(jìn)多方面變量的同時(shí)將復(fù)雜因素歸結(jié)為幾個(gè)主成分，使問(wèn)題簡(jiǎn)單化，同時(shí)獲取更加科學(xué)有效的數(shù)據(jù)信息。

利用SPSS軟件的統(tǒng)計(jì)分析功能，將原始變量數(shù)據(jù)導(dǎo)入，進(jìn)行指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，往往存在指標(biāo)的量綱不同，所以在計(jì)算之前須先消除量綱的影響，對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。再進(jìn)一步通過(guò)主成分分析的方法確定復(fù)合指標(biāo)的個(gè)數(shù)及表達(dá)式。最終提取一個(gè)主成分，累計(jì)解釋方差為83.37%，能夠反映原始變量的主要信息。

式中：X復(fù)合為通過(guò)主成分分析提取的復(fù)合指標(biāo)變量；X人口為市區(qū)的常住人口，單位：萬(wàn)人；X面積為規(guī)劃范圍內(nèi)的建設(shè)用地面積，單位：km2；XDDP為城市地區(qū)生產(chǎn)總值，單位：億元。

（3）預(yù)測(cè)模型建立

基于11個(gè)Ⅱ型大城市的樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)上述的復(fù)合指標(biāo)計(jì)算方法，計(jì)算復(fù)合指標(biāo)值，并結(jié)合城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模進(jìn)行回歸模型分析。采取線性、對(duì)數(shù)、二次、三次、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)等多種形式進(jìn)行擬合，進(jìn)行比選（見表5）。

綜合考慮擬合效果及變量顯著性，最終選取二次函數(shù)模型。由分析結(jié)果可知，R方為0.710，擬合效果較好，Sig值為0.045＜0.05，變量影響顯著。最終得到如下基于復(fù)合變量的多維度預(yù)測(cè)模型：

式中：L線網(wǎng)為城市軌道線網(wǎng)長(zhǎng)度；X復(fù)合為通過(guò)主成分分析提取的復(fù)合指標(biāo)變量。

（4）模型驗(yàn)證

基于上述的預(yù)測(cè)模型，將11個(gè)Ⅱ型大城市的人口、面積及GDP樣本數(shù)據(jù)代入，計(jì)算復(fù)合指標(biāo)，進(jìn)一步計(jì)算得到各個(gè)城市的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)值，并與規(guī)劃值進(jìn)行比較。由圖4可知，樣本城市的預(yù)測(cè)值與規(guī)劃值較為接近，差距在10%以內(nèi)，模型效果較好。

表5 模型匯總和參數(shù)估計(jì)值

圖4 軌道線網(wǎng)規(guī)模模型預(yù)測(cè)值與規(guī)劃值對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

筆者基于若干個(gè)Ⅱ型大城市樣本的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)歸納出一個(gè)可以參考借鑒的參數(shù)體系。同時(shí)選取影響線網(wǎng)規(guī)模的主要變量，通過(guò)主成分分析方法，形成一個(gè)能綜合反應(yīng)多方面影響因素的復(fù)合指標(biāo)變量，并進(jìn)一步通過(guò)回歸分析方法，建立適用于Ⅱ型大城市的多維度線網(wǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)模型。研究尚存在一定不足，考慮到資料數(shù)據(jù)的可得性，目前研究樣本量有限，后續(xù)研究中，可進(jìn)一步增加樣本量，從而提高模型的可靠性。