城市轨道交通线网规划研究

杲晓锋，董伟力，胡 旭，任艳阳，王冬卫

（中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司 产业技术研究院，河北 唐山 064000）

1 概述

城市轨道交通以其大运量、快捷、舒适、安全、环保等特点，已经成为解决城市居民大规模出行的最重要交通方式之一，我国众多城市相继建立了以城市轨道交通为骨干的公共交通系统发展体系。近年来，随着我国城市化进程的加快，城市轨道交通得以快速发展，以北京、上海、广州等特大城市为代表的城市轨道交通系统已经进入多线网络化运营时代。然而，网络规模扩大、网络结构日益复杂、客流需求多变等特征使轨道交通运输组织也更为复杂，对运营安全、运输效益、运营成本、运输协同等方面提出了更高的要求。

城市轨道交通是以电能为动力，采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称[1]。根据轨道铺设方式、车辆结构、通信信号和供电系统等不同，城市轨道交通包括地铁、轻轨、有轨电车、单轨、磁悬浮等多种运输方式。在我国城市轨道交通发展体系中，地铁运营里程占城市轨道交通总里程的 80% 以上，是众多轨道交通发达国家中惟一以地铁为主导的国家。而这种运输体系结构使我国轨道交通运输组织模式单一，国外城市轨道交通则体现体系结构层次化、线网结构复杂化、线路走向和车站设计人性化等特点。因此，通过分析国外城市轨道交通线网建设的特点，结合我国城市轨道交通发展的背景，为我国城市轨道交通系统的规划与建设、运输组织与运营管理提供参考，促进我国城市轨道交通事业平稳可持续发展[2]。

2 网络体系结构特点

城市轨道交通网络结构对城市综合发展有重要意义，具有扩展城市空间、提升城市功能、发挥土地效益、引导城市发展的作用，同时对缓解城市道路交通拥挤具有重要作用[3]。建立以人为本、高效、集约型的城市交通系统网络体系是各城市发展规划的重要目标之一。

2.1 层次化体系结构

从轨道交通发展体系结构进行分析，我国城市轨道交通主要由地铁组成，仅包含极少部分有轨电车、轻轨及磁浮线路。然而，国外城市轨道交通则包含地铁、轻轨、有轨电车和市郊铁路等多种轨道交通模式，根据不同轨道交通系统的运输特点选择适应不同区域环境及客流条件下的轨道交通方式，从而构建相对合理的轨道交通结构体系。例如，市中心客运需求量大而且密度高，一般采用中大运量的地铁模式；城市郊区由于客流需求远低于市中心区，人口及出行量一般是中心区的 1/2～1/4，并且乘客对旅行速度的要求相对市区要高，通常采用市郊铁路模式。轨道交通系统发展过程中应根据沿线客流需求特点、综合线路的运输能力需求及建设成本，确定合理的轨道交通制式，形成层次化、合理的轨道交通体系结构。不同制式的轨道交通运能与技术经济特点如表 1 所示。

轨道交通里程排名前 10 的国家中地铁与轻轨( 有轨电车 ) 所占的比重如表 2 所示。由表 2 可知，我国地铁线网所占比重最大，达到 84%。国外仅英国地铁所占比重达到 50%，其他国家均未超过50%。因此，认为我国是众多轨道交通发达国家中惟一以地铁为主导的国家。

城市轨道交通系统发达的国外大城市均有更为发达的市郊铁路作为支撑[4]。例如，日本东京有地铁 327 km，市郊铁路 2 000 km；纽约地铁超过400 km，而市郊铁路则超过 1 200 km；此外，伦敦、巴黎、莫斯科、波士顿、悉尼等也有发达的市郊铁路与地铁相接，如巴黎城市轨道交通线路有 15条为地铁，4 条为轻轨/有轨电车线路，5条为地区快线 ( RER )，市郊铁路总长 1 512 km[5]；美国波士顿城市轨道交通系统包括 4 条地铁线路、1 条轻轨线路和 8 条市郊铁路线路[6]。国外特大城市中心城区通常采用大运量地铁，郊区特别是远郊区采用中运量轻轨和现代有轨电车，主城与卫星城之间采用市郊铁路；中型城市多采用轻轨和有轨电车。国外城市轨道交通多层次线网体系结构不仅满足市区客流高密度、高频率的出行需求，以及远郊客流高时效性、快速度的出行需求，同时能够节约建设和运营成本。而我国无论是大城市还是中型城市，均建设以地铁为主导的轨道交通系统，在体系结构方面略显单一。

表1 不同轨道交通制式运能与技术经济特点

2.2 组合式线网结构

城市轨道交通线网结构形态受自然地理环境、社会经济条件、城市建设及轨道交通建设历史等因素影响，基本线网结构形式包括中心放射型、网格型、星型、菱形等 18 种类型[7]，总体上可以归为由3 种最基本的线路形式 ( 放射线路、网格线路、环形线路 ) 组合而成的放射形线网、网格形线网、环形放射线网和环线放射网格线网等。

不同线网结构具有不同特点，例如，方格状网络可达性均衡；纯放射形网络以市区中心换乘枢纽为中心向四周放射形延展，方便市区与郊区间居民的出行；环形放射线网和环形网格线网的郊区环线减轻了市区中心枢纽换乘压力，提高了线网的便捷性。典型轨道交通线网结构特点与代表性城市如表 3 所示。

轨道交通线网形态是随着城市形态结构而逐步演变发展，没有一个城市的轨道交通系统是完全按照事先规划好的形态结构来发展，而是沿着自身的固有规律和经济技术进步及城市自组织性等多重作用发展。总体表现为：空间上中心网络密集化、外围轴向延展；结构上分层次、多形式组合、因地制宜；功能上各取所长、逐步完善。

表2 主要国家城市轨道交通结构制式情况

表3 代表性城市轨道交通线网结构

3 线路走向布局规划建设特点

3.1 多支线辅助主干线建设

城市郊区客流相对于市区客流较为分散，为减少建设成本和运力资源浪费，国外城市轨道交通采用多支线辅助主干线的修建方式，以满足不同区域客流出行需求。支线的修建可以为郊区乘客出行提供更便捷的服务，扩大线网覆盖范围，充分发挥城市轨道交通服务功能。在支线建设方面较为典型的是美国波士顿轨道交通系统；法国巴黎的区域快线 ( RER ) 也采取多支线修建方式，使位于郊区的众多支线延伸到市郊主要城镇和重要活动场所，扩大了 RER 线在市郊的辐射范围。因此，线路设计应根据区域土地利用性质，充分考虑运营后沿线客流出行需求，合理设计干线和支线相互辅助的建设形式，同时开展多交路、可变编组、混合编组等多样化运输组织模式，以尽可能方便不同区域乘客出行需求，扩大客流吸引范围，提高系统服务水平。目前，我国城市轨道交通对支线的建设较少，仅包含极少数 Y 型线路，如上海 11 号线。

3.2 并行 ( 快 ) 线建设

城市中心区的客流量巨大而且在时间和空间上的分布集中，使单条轨道交通线路难以满足客流运输需求。因此，国外大部分城市采用修建并行( 快 ) 线的方式来满足城市中心通道内的客流需求。其中，并行线路是指在同一客流通道区域内并行修建的 2 条以上线路的总称，并行线路不仅能够显著提高区段的旅客输送能力，而且为开展快慢车运输组织模式创造了条件。目前，并行线路的修建模式主要有 2 种：共线设置和分线设置，共线设置是快慢车在同一线路上运行，分线设置是快慢车在各自不同的线路上运行。例如，纽约地铁属于典型的快慢线共线设置模式，在同一区间设置快慢车并行线路。快慢共线布设模式包含 2 种：4 轨式和 3 轨式，采用 4 轨式设计的并行线路一般位于早晚高峰期间线路上下行方向的客流比较均衡的城市中心区，2条轨道供快车行驶，其余 2 条轨道供慢车行驶，特点是运送客流量大、乘客可以根据时间需求选择不同速度列车，并可以实现 24 h 不间断运营；3 轨式模式主要服务于早晚高峰时段，这种快线主要在高峰时段服务于主要方向的客流，极大提高运输能力，更好地满足主要方向的乘客出行需求。同时，这种快线与慢线分线并行修建不会造成区间通过能力的损失，快线较慢线而言速度相同，但停靠站较少，一般慢线站站停，而快线是只停靠较大的换乘站，或者采用分段停站方案。

除纽约之外，国外很多城市地铁也采用建设并行线路，如澳大利亚悉尼城市轨道交通线网，在悉尼总站—史卓菲区段存在 4 线并行设置，而且存在其他较多区段的 2 线并行修建情况。国外城市轨道交通线路修建通常根据区域通道客流量实际需求进行多线并行修建。目前，我国轨道交通线网中尚未出现并行 ( 快 ) 线路的设置，随着客流需求的不断增长，客流拥挤问题在轨道交通系统内将逐步凸显。目前，北京、上海等城市轨道交通为应对高峰客流拥挤问题通常采取限流措施，常态限流站点逐步增多，如果客流需求进一步增长，通过运输组织策略将难以协调运输能力与客流需求间的矛盾，修建并行 ( 快 ) 线将是缓解客流拥挤问题、提高旅客输送能力的有效措施之一。

4 车站结构与功能规划建设特点

4.1 换乘站一体化综合设计

换乘站是衔接城市轨道交通线路的纽带与核心。作为城市公共交通系统的重要组成部分，城市轨道交通系统应能够实现不同运输方式之间的互联互通，以提供方便、快捷的客运服务。国外换乘车站经常衔接铁路、公交、汽车等多种交通方式，设计成为具备一体化空间结构与功能协调的综合枢纽。其特点表现在：合理的立体化空间结构布局，为乘客提供了多种运输方式之间衔接顺畅、换乘便捷的运输服务；集交通、购物、休闲娱乐等功能于一体，为居民生活和出行提供方便、舒适的服务。

一体化与人性化等设计特点能够提高轨道交通系统的综合服务水平，增加系统吸引力及运营收入，促进轨道交通系统的可持续发展。例如，日本东京新宿站衔接了多条铁路、地铁及汽车、公交等交通方式，其空间布局层次清晰，如图 1 所示。地下一层是小田原线，地下二层是京王线，地下三层是丸之内地铁线，地下四层是新宿线，地下五层是新京王线、地铁都营新宿线，地上一层是小田急快车线、山手线和中央线，二层以上是京王百货店、小田急百货店、食品店、饭店和书店等。不同线路、不同楼层之间的换乘通过合理的通道实现。类似的换乘枢纽还包括美国曼哈顿大中央车站、德国柏林中央车站、法国巴黎里昂火车站等。

图1 日本东京新宿站立体图

除针对换乘站进行综合一体化设计之外，国外轨道交通系统的中间站也具备良好的多交通方式衔接特性，如伦敦、波士顿地铁等关键车站大部分实现了公交、通勤铁路、地铁，乃至自行车之间的无缝衔接，使乘客换乘便利，提高了地铁系统整体运输效率。

4.2 多出入口通达化设计

车站出入口是轨道交通系统客流的集散点，具备交通出行、安全疏散、经济引导等功能。功能上不仅要求方便乘客进出系统，而且保证在正常/突发事故条件下，客流快速安全疏散，还能够带动周边的经济发展。国外多出入口通达化设计充分发挥了出入口的各项功能，如东京新宿站除东口、西口、南口、东南口、新南口外，还有多达 26 个地下通道出口，分别通往办公楼、饭店、购物中心等繁华地段，新南口、西口设有高速巴士站，东口外设有社会车辆停车场；悉尼中央车站共设 8 个出入口，大多通往悉尼科技大学、达令港、唐人街等西北面的经济发达区，其中匹兹街和亚弟径出入口衔接悉尼公交总站，轻铁站出入口衔接悉尼轻轨线路车站。

4.3 人性化客运服务设施设计

人性化客运服务设施为乘客提供了更加舒适、便捷的客运服务，一般包括清晰合理的引导标识、人性化的伤残人士设施、便捷自动检票系统等。例如，东京有轨电车站台屏蔽门前设有清晰的乘客候车标识，其中采用红色圆圈记号表示乘坐即将到达电车的等候区，蓝色箭头记号处表示乘坐后续列车的等候区，从而有效避免了因客流较多而导致的上下车冲突问题，加快旅客乘车速度；悉尼中央车站的 8 个出入口中有 5 个出入口提供了伤残人士设施，乘客可以利用斜道或升降机前往上下层站台，还可以利用升降机到达 24、25 号站台；伦敦码头区轻便铁路 ( Docklands Light Railway，DLR ) 系统在站台上设置自动售检票机；德国埃森 ( Essen ) 车站的检票机位于通往站台的楼梯通道前；比利时布鲁塞尔有轨电车内安装了非接触式的自动识别( RFID ) 车票检票装置 。

5 结论及建议

线网基础设施的建设为后期运输组织及运营管理创造了基础条件，在规划建设阶段设计部门应充分结合客流需求、城市规划及外部交通环境等因素，选择恰当的轨道交通模式及线网结构形式，为后期运营创造良好的基础条件，实现规划建设与运营管理一体化协调发展。在分析国外城市轨道交通线网规划与建设特点的基础上，结合我国城市轨道交通发展现状，对我国城市轨道交通系统基础设施规划与建设提出以下建议。

（1）城市轨道交通系统发展应加强多模式轨道交通的发展。 我国大城市的城市轨道交通以地铁为主导，中型城市或郊区轨道交通线路在选择城市轨道交通模式时应综合考虑客流需求与建设、运营成本之间的平衡关系，从而建立由市区向外多模式多层级不同轨道交通方式的城市轨道交通综合系统。

（2）关注支线、并行 ( 快 ) 线路的规划建设。根据我国城市规划特点，在市中心繁忙的区段上，应考虑修建多条并行 ( 快 ) 线路，以提高区段通过能力和列车服务频率，方便乘客无缝换乘；在郊区，应考虑多支线修建模式，为分布分散的郊区旅客出行提供更便捷的服务，扩大线网覆盖范围，充分发挥城市轨道交通系统的功能。

（3）加强换乘站一体化综合建设。提高网络的覆盖密度、直达性和换乘便利性是发展以人为本、高效、集约型的城市交通系统网络体系的核心，从而提高轨道交通分担公共交通出行的比例。同时，换乘站除衔接城市轨道交通系统不同线路外，更应注重与铁路、公交、汽车等多种交通方式的无缝衔接，并向集交通、购物、休闲娱乐于一体的综合型立体化交通枢纽发展。

（4）加强车站人性化的客运服务设施设计。国外人性化设计经验表明，基础设施设计落实人性关怀才能实现其可持续发展。因此，城市轨道交通车站客运服务设施人性化设计的优劣，对其发展有着现实与深远的意义。我国城市轨道交通车站站内客运服务设施设计应以社会实践及社会调研为依托，从整体到局部、从宏观到细节进行统筹优化设计，以最大限度地给予乘客方便、快捷的服务。

[1] 中华人民共和国建设部. GB/T 5655-1985 城市公共交通常用名词术语[S]. 北京：国家标准局，1985.

[2] 程 斌. 轨道交通与城市交通可持续发展[J]. 中国铁道科学，2001，22(1)：108-111.

[3] 丁建隆. 合理构建城市轨道交通网络体系[J]. 中国铁路，2006(11)：35-38.

[4] 周翊民，孙 章，季 令. 城市轨道交通市郊线的功能及技术特征[J]. 城市轨道交通研究，2007(8)：1-5.

[5] 金辰虎. 世界主要城市轨道交通建设经验及管理水平[J]. 铁道运输与经济，2002，24(10)：56-58.

[6] 禹丹丹，韩宝明，李得伟. 波士顿线路布局及运营组织特点[J]. 都市快轨交通，2013，25(3)：115-119.

[7] 马超群. 城市轨道交通网络规划理论与方法研究[D]. 西安：长安大学，2007.