都市圈综合轨道交通线网布局评价指标研究

吕 颖

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司； 2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院),西安 710043)

根据国外发展经验，发达的都市圈需要一体化、协同化的交通支撑，而目前我国都市圈交通发展呈现一体化水平不高、分工协作不够、同质化竞争严重等问题。国家发展改革委印发的《关于培育发展现代化都市圈的指导意见》中提出：统筹考虑都市圈轨道交通网络布局，构建以轨道交通为骨干的通勤圈。在有条件的地区编制都市圈轨道交通规划，推动干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通“四网融合”[1]。近年，理论界选取典型都市圈为研究对象，对其轨道交通系统规划进行了研究[2-4]，试图打破既有单一轨道交通的行政界限，创新性较强，但是在实践中线网布局的实施难度较大，主要在于规划布局方案偏理论化，重点关注规划方案本身的技术效果而未完全兼顾不同主体的诉求，因此需要结合理论与实践两个层次对规划布局方案的效果进行综合评价，以进一步指导优化完善方案；而且，既有的评价研究仍主要基于单一的轨道交通方式，缺少对综合轨道交通线网的整体研判[5-8]。综上，将都市圈综合轨道交通线网布局评价指标体系作为研究核心，以进一步完善理论体系，指导项目落地实施。

1 都市圈综合轨道交通线网构成与特征

1.1 线网构成

都市圈综合轨道交通线网构成复杂，综合都市圈空间结构特征以及轨道交通系统结构，可将其划分为四个层级[9-12]。

第一层级：即由高速铁路、普速干线铁路构成的国铁干线网，是国家级战略通道的支撑体系，满足跨区域的经济联系、文化交流、旅游等中长途出行需求。

第二层级：即由城际铁路、区域快轨构成的城市群城际铁路网，是城市群经济社会一体化、大中小城市协调发展的运输载体，满足域内不同规模城市间的城际交流需求。

第三层级：即由市域铁路、城市快轨组成的都市圈快速铁路网，是都市圈“同城化”发展和大都市“一小时通勤圈”建设的交通基础设施，满足都市圈核心区与卫星城的通勤交流需求。

第四层级：即由地铁、轻轨、有轨电车等多种制式构成的城市轨道交通网，是都市圈核心区系统运转的交通骨干，满足都市区内日常通勤、通学、商务、休闲等高频率客流需求。

1.2 线网特征

作为一个规模庞大、结构复杂的巨型网络体，综合轨道交通线网呈现系统性、层次性、复杂性、联动性、稳定性等特征。

系统性：轨道交通线网作为一个整体，服务于都市圈的经济社会发展，各层次轨道交通之间通过合理衔接、设施配套、运管协调，实现轨道交通系统功能与整体效能的提升。

层次性：一方面，轨道交通线网由不同层级的运输线路、路网节点组成，形成涵盖高铁、城际、市域、地铁等多层次的轨道交通网；另一方面，基于都市圈空间的圈层式演化，客流需求呈层次化分布，决定供给线网应层次化构建。

复杂性：综合轨道交通线网是由不同规模、不同制式、不同标准的线路连接而成的密疏不均的大型网络，不同层次轨道交通间差异性较大，且同时承担城市及区域内的运输、生产、经济循环等多重功能，决定整个线网结构的复杂性。

联动性：作为一个系统网络，各个要素间、要素与系统间、系统与外界环境之间存效配合，一方面，要素的变化会对轨道交通系统网乃至社会系统产生影响；另一方面，轨道交通线网也会随都市圈社会经济环境、运输需求发展而动态调整。

2 都市圈综合轨道交通线网布局评价内容

综合轨道交通线网布局评价是对初步规划方案技术价值与实施效果的系统评判，评估结果可为方案的进一步优化与抉择提供科学的判断依据，在整个系统架构中扮演承上启下的重要角色。鉴于综合轨道交通线网的复杂性、层次性等特征，线网评价涉及主体多、评价内容繁复。

2.1 评价涉及参与主体

轨道交通线网从规划、建设到运营的整个过程涉及多个参与者，如规划者、需求者、投资者、运营者等，而且不同主体的核心诉求不同。

规划者：整个线网布局方案设计架构的操作者，基于对区域经济社会环境及上位规划的系统分析，运用相关理论方法进行设计布局，着重关注规划方案的理论符合性与技术可行性。

需求者：综合轨道交通线网的主要使用者，重点关注线网的服务水平、服务质量，尤其是覆盖性、连通性、可达性、舒适性等。

投资者：项目建设实施的主要投资方，主要关注工程建设成本、可实施性以及经济效益等。

运营者：运输供给服务的主要提供者，也即运输企业，主要关注路网的结构形态、运营效率、客流强度等技术指标。

政府部门：作为决策者以及政策制定者，重点关心规划线网的经济社会效益，如路网结构与都市圈布局的适应性及对经济社会发展的带动性。

2.2 评价内容

轨道交通线网方案评价应对线网的技术特征、经济效益、社会效用、环境影响等进行系统评判，因此将评价内容主要分为技术评价、经济评价、社会评价、环境评价等四个层面[13-14]。

2.2.1 技术效果评价

技术评价是从技术因素角度分析轨道交通线网自身的布局实施效果。一方面，通过路网覆盖性、路网密度、网络连通度、线路重叠系数等技术指标反映规划线网的覆盖性、连续性、通达性等网络技术特征；另一方面，根据都市圈对轨道交通线网的布局需求、能力需求等，通过饱和程度、负荷强度、负荷均匀性等指标评估布局方案的能力适应性。

2.2.2 经济效益评价

轨道交通线网规划可带动都市圈的整体发展，并通过诱导大量资本在铁路沿线的投入形成快速通道产业带，优化人口布局，经济效益显著。针对经济效益评价，一般从成本和效益两个方面展开。其中，成本包括工程建设投资、设施设备投资、运营成本等，反映从规划实施到建设运营的财力输入；效益反映线网实施后可为运输企业、区域经济所带来的价值，包括客运市场份额、网络时效性提升等显性效益以及与上位规划协调性、与空间结构匹配性、对外围辐射带动性等隐性效益。

2.2.3 社会效益评价

综合轨道交通线网形成后，在完善都市圈社会基础设施服务体系、增强基础服务供给、带动就业、提升城市形象等方面可产生积极的促进作用。作为社会供给服务体系中的重要组成，综合轨道交通线网可为都市圈的生产生活提供必要的交通支撑，带动社会系统的高效有序运转，社会效益明显。

2.2.4 环境影响评价

环境影响评价是指大规模的轨道交通线网形成后，对都市圈的生态环境系统所产生的影响判断。一方面，作为基建系统的重要组成，轨道交通线网建设将占用大量的土地资源，影响城市景观；另一方面，相较于其他方式，轨道交通具有绿色、低碳、环保等优势，有利于打造绿色交通体系。

综上分析，划分都市圈综合轨道交通线网布局评价的内容层次如图1所示。

图1 轨道交通线网布局评价内容划分示意

图1中四大板块内容可全面反映线网规划方案的综合实施效果，但在运营效率、社会效用等某些效果更多体现在建成后，而且需要进一步结合列车开行方案、运输组织方案协同判断。因此，在线网布局方案评价时，将重点关注其布局的合理性、空间的适配性等技术经济特征，从而建立评价指标体系。

3 都市圈综合轨道交通线网布局评价指标体系

3.1 评价指标体系构建

基于上述对评价内容的划分以及不同参与主体诉求的剖析，为系统反映都市圈综合轨道交通线网的实施效果与技术经济价值，同时考虑量化计算的可能性，运用多目标分析法建立以线网结构性、需求满足性、建设实操性、运营效率性、空间协调性为目标准则层的评价指标体系[15-22]，具体各级指标构成如图2所示。

图2 轨道交通线网布局评价指标体系

3.2 评价指标释义

3.2.1 线网结构性

(1)线网综合密度

线网密度是对规划线网规模总量及覆盖深度的综合反映，线网密度越大，规划线网对区域的覆盖范围越广，考虑不同都市圈的空间结构、人口分布、经济总量存在一定差异，为全面反映综合轨道交通线网的辐射服务范围，在单一密度的基础上，引入综合密度进行评价，其计算公式如下

(1)

式中A1——规划综合轨道交通线网综合密度；

L——线网总规模；

M——都市圈的国土面积；

P——都市圈的人口总量；

G——都市圈的经济产值。

(2)线网连通度

综合轨道交通线网作为一个复杂的巨型网络，连通度也即各节点间通过轨道交通实现的连通强度，是反映线网布局特征的重要指标之一，连通度越大，说明规划线网的稳定性越高。计算如下

(2)

式中A2——综合轨道交通线网的连通度；

L非直——线路非直线系数，通常取1.2～1.4；

N——都市圈内连通的节点数。

(3)通道线路重叠系数

区别于单一的轨道交通构成，综合轨道交通通道内可存在两种及以上的轨道交通线路，各线路在走向设置、站点选择、服务功能均存在交叉和重复。一方面，线路重叠越多，意味着功能交叉越严重，造成资源重复配置；另一方面，各线路功能间的替代性可缓解高峰时段以及故障时的运输压力，因此应保证线路重复系数在一定合理的区间内。定义线路重叠系数为线路重叠长度占路网总长度的百分比，即

(3)

(4)

式中A3——轨道交通线网的线路重叠系数；

dki——通道k内轨道交通i方式的线路长度；

dkj-ki——通道k内轨道交通j方式相较于i方式的重叠路段长度。

(4)客流集散点覆盖率

客流集散点覆盖率属于网络形态密度指标，是从点的角度反映规划线网在都市圈的覆盖服务范围，也即线网规划方案与都市圈空间结构在统计意义上的适应性。在不考虑经济成本的情况下，指标值越大表明适应性越好。

(5)

式中A4——客流集散点覆盖率；

o——轨道交通线网连通的客流集散点个数；

O总——都市圈范围内客流集散点总数。

都市圈范围内，客流集散点主要包括人口规模大、出行频率高的居住区、商贸中心、高等院校以及各种交通方式的车站、旅游景点、产业园等节点。

3.2.2 需求满足性

(1)出行时间可靠性

旅客出行时间是指从出发地到目的地所消耗的时间，通常情况下，除考虑理想状态下乘坐轨道交通花费的时间外，还应考虑因恶劣天气、交通拥堵、大客流等偶发事件产生的额外出行时间。因此，出行时间可靠性是针对不可预估因素引起的出行时间波动而言，可用在常规出行时间内完成出行过程的概率来测算，其中常规出行时间由平均行程时间、可接受额外增加时间两部分组成，计算公式如下

(6)

式中B1——出行时间可靠性；

T——实际出行时间；

ΔT——可接受的因不可抗力引起的额外时间，一般不超过平均行程时间的10%。

(2)出行距离可达性

出行距离可达性也即指旅客乘坐轨道交通在都市圈范围内可到达的距离与都市圈平均最远出行距离的比值，也可用来表征规划线网在都市圈空间的覆盖广度。考虑都市圈一般呈圈层式演化，因此以都市圈中心为起点，根据空间布局规划提出的放射轴确定各方向的最远出行距离，进而考虑该放射方向轨道交通的覆盖距离。计算如下

(7)

式中B2——出行距离可达性；

lf——放射轴f方向轨道交通最远可达距离；

Rf——放射轴f方向的最远出行距离；

F——都市圈主要放射轴的数量。

(3)平均换乘次数

综合轨道交通系统内，乘客一次出行通常需要在同一制式内以及跨制式间换乘，换乘次数越少，说明出行越便利、时效性与便捷性越高。具体地，以一天内综合轨道交通线网内的总换乘次数与总出行量的比值来计算，公式如下

(8)

式中B3——综合轨道交通线网内旅客跨制式出行的平均换乘次数；

O、D——分别为出发车站与到达车站;

S——线网内车站集合；

VOD——从出发站到目的站的出行量。

(4)平均换乘时间

相较于同制式内换乘，跨制式的换乘可能涉及重复购票、安检、检票等以及换乘走行距离长等问题，因此换乘时间也会增加。但换乘时间越长，旅客出行的时间成本越高，不利于轨道交通客流吸引效益的发挥。具体地，用轨道交通线网内所有换乘站旅客的平均走行时间衡量。计算公式如下

(9)

式中B4——综合轨道交通线网内旅客跨制式出行的平均换乘时间；

A——线网内换乘站总数；

ta——换乘站a的平均换乘时间；

Ta——换乘站a的日均换乘量。

3.2.3 建设实操性

(1)线网平均建设成本

不同制式轨道交通线路的平均建设成本不同，导致由不同制式、不同规模占比的轨道交通组成的综合线网方案的平均成本也不同。在一定的投资总量、线网规模控制下，一般规划方案的平均建设成本越低，可实施性越强。线网平均建设成本也即线网总投资与规划方案总规模的比值，与不同制式轨道交通的每千米造价与规划总里程有关。计算如下

(10)

式中C1——规划线网平均建设成本；

ci——轨道交通i方式的平均每千米造价；

li——轨道交通i方式的规划线路长度。

(2)建设总周期

建设周期也即综合轨道交通线网建设完成所需的总时间。除既有项目外，新增规划项目均按建设迫切性分阶段、分层次推进建设，考虑不同轨道交通的工程方案、实施难易程度、建设工期不同，因此不同布局方案下总的工程内容、建设周期是不同的。一般，在规模总量相差较小的情况下，建设总周期越短，工程实施性越强。

C2=Tl+tl-T1

T=[T1，T2，…，Tl，…]

(11)

式中C2——规划线网建设总周期；

T——规划项目的建设时序安排序列；

T1——第一个实施项目的起始年度；

Tl——最后一个建成项目的起始建设年度，由于工期不同，最后一个建成项目不一定是最后一个开工建设项目；

tl——最后一个建成项目的工期。

(3)建设时序的合理性

综合轨道交通线网构成复杂，既要横向统筹同一通道内不同制式线路的建设，考虑工程实施难度、建设投资均衡、功能兼顾等因素；也要纵向合理安排同一制式内不同项目建设时序，考虑路网通道功能、沿线经济发展、客流培育程度等因素。整体遵循分阶段、分层次、近远期结合、长短期结合等基本原则，与都市圈经济发展、城镇建设、土地开发等安排相互协调。建设时序的合理性指标C3可考虑由技术专家及地方投资主体共同打分评估获得。

3.2.4 运营效率性

(1)客运市场分担率

都市圈综合运输体系由轨道交通、公路、民航、城市公共交通等多种方式组成，不同方式的技术经济特征、承运功能存在差异，其在客运市场的竞争力不同。综合轨道交通系统可承担都市圈对外及内部多种层次的客流需求，在时效性、便捷性、舒适性等方面享有一定优势，但不同布局方案的客运市场竞争力不同，具体表现为客运市场分担率的差异化，即承担的份额越高、在综合交通系统的地位越高。分担率是轨道交通系统的日均客流量与都市圈全社会客运需求总量的比值表示，计算公式如下

(12)

式中D1——轨道交通客运市场分担率；

Q总——都市圈各种方式日均客运总量；

Q轨——轨道交通系统承担的日均客运量。

(2)线网平均负荷强度

线网平均负荷强度是指轨道交通日均客运量与规划线网总长度的比值，是线网能力对都市圈运输需求的适应程度，也是线网运营效率与经济效益的综合反映，计算公式如下

(13)

式中D2——规划轨道交通线网平均负荷强度。

(3)运营总成本

考虑各层次轨道交通运营成本的差异以及衔接布局方式对设施配置、人员配备的影响，不同布局方案的运营成本投入也不同。轨道交通运营成本包括由员工工资福利、购置车辆、维修原材料等组成的直接费用以及由设备损耗、电力支出、设备维护等构成的间接费用两部分组成。计算公式如下

(14)

式中D3——规划轨道交通线网的运营总成本；

(4)客流断面不均衡系数

轨道交通线网由多条线路组成，而不同线路吸引范围、路网分工不同，因此各线路的平均客流强度、最大客流水平及客流分布特征也存在差异，进而决定整个线网的运营效率不同。一般承担客流越均衡、线网效率越高。客流断面不均衡系数表示为最大断面客流与平均客流的比值。

(15)

式中D4——线网客流断面不均衡系数；

Z——线网规划线路总条数。

3.2.5 空间协调性

(1)与都市圈规划协调性

轨道交通线网规划作为国土空间规划、综合交通规划等上位规划的重要组成部分，其规划目标确定、规划方案设计应以上位规划为指导，实现对区域发展廊道、空间圈层的有效覆盖与支撑，与其他方式合理衔接与有机协调。实际操作时，与都市圈规划协调性指标E1主要通过对比轨道交通线网方案与上位规划的目标、原则、方案等定性获得。

(2)与都市圈空间结构适配性

都市圈的空间发展以核心区为中心，向外放射成不同的圈层结构，不同圈层内的经济总量、出行需求、空间演变等均存在一定差异，需要不同层次、不同功能的轨道交通予以支撑。结合都市圈的空间发展及经济组织特点，将其结构可划分为内部交流圈与对外交流圈，如图3所示。

图3 都市圈空间与轨道交通线网关系示意

基于此，根据都市圈空间划分，明确不同圈层的服务目标要求X，进一步将规划方案的实施效果记为Y，运用耦合协调模型计算二者的适配性，即

(16)

式中，E2为规划线网与都市圈空间的适配性，值越大，则适配性越高。

(3)对都市圈经济覆盖强度

综合轨道交通线网布局方案除重点关注核心区的发展需要、客运需求外，需充分发挥其引导作用，带动更多地区尤其是卫星城、周边城镇的经济发展。具体地，以轨道交通线网所覆盖区域的社会经济量占整个都市圈的社会经济总量之比衡量，公式如下

(17)

式中E3——规划线网对都市圈经济覆盖强度；

H覆盖——规划线网覆盖地区的经济活动量；

H总——都市圈的经济活动总量。

(4)土地资源占用总量

作为都市圈基础设施体系的组成部分，轨道交通建设需占用大量的土地资源，且因不同轨道交通线路敷设方式的不同，将占用都市圈的地面、地下以及地下等多重空间。合理的线网布局方案将以最小的代价实现最大的收益，将各方式线路规划占用的土地之和作为线网占用资源总量，计算公式如下

(18)

式中E4——规划线网占用的土地资源总量；

wi——轨道交通i方式的每公里资源占用量；

li——轨道交通i方式的线网规模。

4 结论

综合轨道交通线网布局是对各层次轨道交通线路在都市圈范围的统筹铺画，既要满足出行需求、具有可实施性，同时还要与都市圈空间结构相适宜，保证一定的运营效率，因此合理全面选择评价指标对方案进行评价，有利于进一步优化调整。考虑综合轨道交通线网不同主体诉求的差异化，文章首先对涉及的主体诉求进行系统分析，作为构建评价指标体系的依据之一；同时从线网评价本身将评价内容划分为4个层次，明确各层次评价的核心。以此为基础，建立了能反映不同主体关注点以及线网实施效果的评价指标体系，并对主要指标进行释义分析。但综合轨道交通线网结构复杂、涉及主体繁复，基于不同视角对规划方案的评估结果可能不同，研究主要选取反映线网实施效果的主要指标，且部分指标难以量化分析，还有待进一步深化研究。