特大城市轨道交通线网规模综合效应测算模型研究
2015-09-05沈犁
沈 犁
(西南交通大学交通运输与物流学院 成都 610031)
特大城市轨道交通线网规模综合效应测算模型研究
沈 犁
(西南交通大学交通运输与物流学院 成都 610031)
为研究影响特大城市轨道线网规模宏观因素的综合效应机理,在定性分析的基础上进行轨道线网综合效应测算模型的量化研究。在考虑人口、土地、经济与环境4项主要影响因素的基础上,进一步引入城市总体职住不均衡性与轨道交通线网基本形态判别2项指标,依照相关适用性,综合以上各要素,构建线网规模的分段性测算模型,以匡算其合理范围。最后以成都市为例对测算模型的结果进行比较分析,证明所提出的测算模型可行且具有较好的适用性。
城市交通;综合效应模型;综合分析法;轨道交通线网规模;总体职住不均衡性;线网基本形态判别
U 231
A
1 城市轨道交通线网规模研究现状
在进行城市轨道建设前必须明确轨道线网的规划发展状况,需要根据城市现状以及各发展规划阶段的整体规模形态、土地使用布局、交通出行特征、社会经济实力等情况,从宏观上合理地确定轨道交通线网的规模。对于此方面的研究,国外学者的成果较少,国内孙有望等[1]对城市轨道交通网络规模的确定做了定量分析,顾保南等[2]介绍了估算城市轨道交通线网规模的三种方法,陈旭梅等[3]针对轨道线网的影响因素确立了递阶层次结构模型;金键等[4]分析了基于城市轨道交通梯度效益、弹性效应、平衡效应和综合效应的线网规模匡算方法;柳荫等[5]计算了在不同经济水平条件下轨道交通规模与人口密度的量化关系;林丽凡等[6]也在综合考虑城市人口规模、土地面积、经济发展水平、交通需求等多方面因素的基础上,提出了线网规模的综合匡算法;程万斌[7]与杜佳文[8]则分别以西安以及海峡西岸城市群为例探讨了包含轨道线网在内的综合交通网的合理规划布局。但上述文献均主要针对人口、土地、经济三项宏观因素进行回归分析,没有考虑实际人口与土地的相互作用机制,欠缺对影响轨道线网规模的综合效应进行全面而细致的分析。因此,本文主要通过主导因素与综合效应分析相结合的方式对以地铁为主的特大城市轨道交通线网的合理规模进行分析,并着重讨论宏观因素作用机理下的综合效应影响,定性分析与量化研究相结合匡算轨道线网总长度的合理范围。
2 城市轨道线网规模综合效应分析
以10年为一规划阶段,根据圈层结构理论提出的城市空间层次分异特征,将城市由核心至外围划分为三大圈层,包括以中心城为主的一圈层、以规划新城区为主的二圈层及以远郊区为主的三圈层,而不同圈层的人口、土地规模对于线网规模具有差异化影响,圈层越大,人口与用地分布的相异性越高,各类用地间的连通距离越远,居民出行距离也越长,从而要求线网规模越大。
从宏观层面来看,综合效应主要涉及人口、土地、经济、环境4方面要素,前两项主要表述城市总体交通出行需求,为正效应;后两项则用以表述城市总体建设可承担能力,具有制约性影响。对于经济要素,当城市经济发展水平相对较低时,其对线网规模形成主要约束,人口、土地等因素不具有显著性影响;当经济发展水平达到一定规模时,线网规模将受多方面综合效应影响,此时人口、土地两因素具有显著性影响。对于环境规模而言,主要考虑轨道交通环境承载力的影响。针对上述4要素,设立总人口数目、总用地面积、总经济水平、轨道交通环境承载力影响参量4项总体指标。
由于上述4项总体指标不能完全表征城市对轨道交通的综合效应影响,所以提出2项表征局部人口土地分布对整体交通特征影响的指标:首先在考虑城市居民职住分离现象[9-10]的基础上提出总体职住不均衡性概念,基于与各类别用地面积相关的土地职住类比,按各圈层整体与局部的职住不均衡性来判定城市总体职住不均衡性;其次主要依据各阶段城市形态与空间布局、中心城连通包括副中心在内的外围组团的主要客运廊道数来判定轨道线网的基本构架形态类型,同时考虑轨道网络对城市核心区辐射能力的增强作用及对实现城市多中心组团结构的引导作用。城市轨道交通线网规模的综合效应作用机理如图1所示。
图1 轨道线网规模综合效应作用机理
3 城市轨道线网规模匡算模型构建
3.1 参数设立及总体指标判定
设立参数指标如表1所示,并按下式测算总体指标参量。
表1 参数指标
本文基于交通方式选择的可替代性,将轨道交通环境承载力视为与阶段性交通规划方案相协调的体现方式控制与需求反映的指标,考虑土地资源、人口容量与私家车保有量限制三方面约束,可得38
其中,Tn/T与(∑i=1∑j=1pnij+Fn)/P分别代表私家车辆控制度与人口数量饱和度,其乘积越接近1表示交通环境对轨道交通需求性越大,相对于私家车出行的替代作用越强,其承载力越高。
3.2 城市总体职住不均衡性与线网基本形态判别指标
3.2.1 城市总体职住不均衡性判定
Bn为关于人口与土地的综合作用参量,同样存在圈层扩散趋势影响,因此可得
3.2.2 轨道交通线网基本形态判定
考虑轨道线网基本构架形态的影响,其具体判别需要依据城市各阶段空间形态布局与交通出行特征,尤其是对城市主要客运交通走廊的判别,这对以公共交通为导向实现城市中心区与外围各组团协调发展模式具有重要意义。
首先,城市形态主要包含分散组团型、狭长带型、圈层发展型等多种形式,而针对不同阶段具有不同空间形态的城市形式,轨道交通线网也会呈现出相应的结构发展态势。对于分散组团型的城市,其要求以轨道交通为主导实现中心城与各组团之间的紧密连接,并有效减少组团间中长距出行的时间损耗;对于狭长带型的城市而言,由于其具有较为明显的单一主导客流方向(一般为顺沿狭长带的贯穿方向),因此要求轨道交通的线路走向应与主导客流方向基本一致;除此之外,像圈层发展型的团状城市,轨道交通线网应与道路网络相协调,主要呈多方向放射状或棋盘式方格网状。因此,将城市各阶段的空间形态作为轨道交通线网形态判别的一项必要的参考因素。
对于城市交通出行特征尤其是对中心城连通外围副中心与卫星城的主要城市客运交通廊道的判别来说,可以通过效应场理论来描述客运交通走廊对交通源流的集聚强度,辨析就业人群的主要通勤流向,同时分析交通廊道上与距离相关联的效益衰减效应,从而判别既有与潜在的城市客运交通廊道总数[14-15],因此可得
3.3 轨道交通出行总量测算
根据不同圈层结构分析居民平均出行强度,对各圈层居民的出行总量进行统计,并依据各阶段与远景拟达到的轨道交通方式出行比例目标值来预测轨道交通出行总量;各规划期与远景的公交出行比例与轨道出行比例,鉴于影响公共交通供给能力的不确定因素难以进行准确的量化分析,建议依据对历史统计数据增长趋势的分析,以定性分析法对其进行预测,轨道交通出行比例也可采用同样方式进行估计;此处流动人口仅做总量合计,其出行强度采用普遍值3,可得同时得到轨道交通客运总量为hnVn。
3.4 轨道线网合理规模综合效应测算模型
在综合考虑人口数量、用地面积、社会经济发展水平、轨道交通环境承载力、城市总体职住不均衡性和轨道交通线网形态等影响参量的基础上,根据世界部分城市轨道交通规模与其经济、人口指标的关系以及2013年度中国地级以上城市的GDP状况,构建了匡算城市轨道线网合理规模的分段性匡算模型,其主要以现阶段城市经济发展水平即GDP指标(单位:亿元)来进行适用性划分,可得
同时参考国内外城市的轨道线路日平均客运量tn与平均长度ln,可通过类比得到另两种方式测算的线网总长度,即其中,tn/ln为线路平均负荷强度,从而可以确定线网总长度的大致波动范围Ln~[min{Ln1,Ln2,Ln3},max{Ln1,Ln2,Ln3}]。
基于所确定的线网总长度范围,还应测算相应的负荷强度与线网密度,并与国内外城市对应阶段的统计结果进行类比分析,这样一方面确保轨道交通系统在可接受的负荷状态下运行,另一方面确保轨道交通系统的线网覆盖率与轨道出行可达性满足阶段性要求,从而能较全面地评判线网规模的合理性。设立In为线网负荷强度,Dn为线网密度,可得
4 算例分析
以成都市为例,依据2010年统计数据以及2020年、2030年与远景年预测数据对各年限相适宜的轨道线网规模进行匡算分析,其中2010年数据作为基础校准数据,得到表2的基础预测数据,并根据式(4)、(5)以及对案例城市形态布局的判定得到表3所示结果。
表2 城市基础数据预测[16-17]
表3 职住不均衡性分析与参数判定结果
根据成都市实际发展情况,取I=2,Cn1=0.7,Cn2= 1.5,an1=1.3,an2=1.2,an3=1.1(n=1、2、3、4分别对应2010年、2020年、2030年、远景年);同时判定q= 0.95[18],P=2 640,T=420,A=A4。根据上述基础预测数据与合理规模测算模型匡算结果Ln1如表4所示,由于经济总量远大于3 000亿元,所以采用式(10)测算Ln1。
表4 Ln1测算结果
国外城市市区轨道线路平均长度约在15~25 km,一般不宜短于15 km或大于35 km;因此分别取15 km、25 km、35 km三种线路平均长度为例来测算线网总长度,同时取定相应日均负荷强度为3.9,2.7,2.1(万人次/km)[19],通过式(11)(12)得到线网总长度Ln2与Ln3,结果分别如表5、6所示。
表5 Ln2测算结果km
表6 Ln3测算结果km
将表4、5、6所测算的线网规模与成都市轨道交通建设规划报告[16]以及成都市地铁1号线三期工程的可行性研究报告[17]的结果进行综合比较,依据现状阶段的统计数据或规划阶段的预测数据所测算的线网规模通常为第n个时段未来约10年的适宜轨道线网规模,因此将本文所测算的线网规模结果与规划结果按4个规划阶段进行对比,其中Ln1的测算结果最优,其对比结果如表7所示,差异度均在±10%以内,可见本文所提出的模型具有较好的预测效果。
表7 Ln1测算结果对比
5 结论
本文主要讨论了影响轨道线网规模的宏观因素的综合效应机理,在定性分析的基础上对综合效应模型进行量化研究。首先在考虑人口数量、用地面积、社会经济发展水平与交通环境承载力4项主要影响因素的基础上,进一步引入了城市总体职住不均衡性与轨道交通线网基本形态判别两项指标,综合以上各要素并依照相关适用性构建了线网规模的分段性测算模型,以匡算轨道交通线网总长度的合理范围。最后以成都市轨道线网的规划建设状况为基础,对测算模型的适用性进行了对比分析,证实了本文所提出的测算模型具有较好的可行性与适用性。
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(编辑:曹雪明)
Research on Comprehensive Effect Model for Measuring Scale of Urban Rail Transit Network in Metropolitan
Shen Li
(School of Transportation and Logistics,Southwest Jiaotonguniversity, Chengdu 610031)
To study the comprehensive effect of macro factors on scale of urban rail transit network,the author carried out a quantitative study by establishing models to calculatethe rational scale of urban rail transit network based on qualitative analysis.After considering four main factors of population,land use,economy and environment,the author introduced two other indexes including general workplace and residence imbalance index and urban rail network configuration index.According to its applicability,the sectional models were built to estimate the rational network scale on the basis of all the factors and indexes above.At last,taking Chengdu as an example,a comparative analysis for evaluating the calculation results of sectional models was done,and the proposed model was proved to be prominently feasible and applicable.
urban traffic;integration effect model;comprehensive analysis method;scale of urban rail transit network;general workplace and residence imbalance index;general network form index
16726073(2015)06003906
10.3969/j.issnn.16726073.2015.06.009
2014-11-30
2014-12-31
沈犁,男,博士研究生,交通运输规划与管理专业,shenli0927@163.com
国家自然科学基金(51108390)