城市轨道交通环线合理长度分析

城市轨道交通环线合理长度分析

李萌萌

广州地铁设计研究院有限公司广东广州510010

摘要：本文在分析环线客流特征和功能特征的基础上，根据净效益最大化的原则对线路长度模型进行了优化，提出了城市轨道交通环线的最优长度模型，并以广州市轨道交通十一号线进行了验证。

关键词：城市轨道交通;环线;最优长度

中图分类号：U213.2文献标识码：A 文章编号：

环线作为城市轨道交通的一种特殊形式，是城市轨道交通系统的一个重要的组成部分。环形线路通常连接繁忙的交通走廊和城市中心区的商业、教育、医疗及城市副中心等区域，可以有效改善线网的通达性，实现径向走廊之间的交通转换，分散中心区换乘站的负荷，减少切向型客流的时间耗费。环形线路的客流特点和功能定位给设计提出了更大的挑战。环线的长度作为线路设计的最基本参数，决定着线路设计的合理性、网络运营的高效性，也同时受城市布局和人口客流规律的影响。目前在进行线网规划时，环线的设置条件及长度规模基本上是根据经验确定，缺乏定量的研究和评估。因此，本文对环线的合理长度规模进行初步研究并且借助模型进行定量分析，旨在为轨道交通环线的规划设计提供一定的参考。

1.背景

世界上第一条地铁环线于1884在伦敦开通，时至今日，全球已有27座城市共开通运营了34条轨道交通环线，虽然从数量上来看，环线的应用并不广泛，但目前世界上轨道交通线网规模较大的城市中设置环线的比例较高。图1展示了世界典型的大城市线网规模和环线长度。如图所示，线网规模大于100km 的城市中超过50%设置了轨道环线，而线网规模大于200km 的12座城市中有10座拥有轨道环线。在国内，除了北京和上海地铁有环线之外，广州、武汉、南京、青岛等城市的远景轨道网络中也规划了环线，且北京的第二条环线即将开通。因此，环线的出现是城市交通规模发展到一定程度的一个必然产物，这也与其在结构功能方面的作用息息相关。

图1世界典型城市轨道交通环线及其线网规模

在整个城市轨道交通网络中，环线明显体现出在分流和疏解城市内部交通、屏蔽截流过境交通等几方面的功能，起到减小市中心道路交通压力的重要作用。由于轨道交通环线与众多放射线相交，换乘站的比例高，这样就提供了换乘通道，使旅客不必都集中到市中心的换乘站换乘，而是可以经过环线转乘到目的地所在的径向线路上，特别是当始终点在离市中心较远的放射线上时，将大大提高换乘的便捷性。

2.环线的客流特征

城市轨道交通环线与一般线路的客流特征具有较大差别，由于环线换乘站比例较高，且往往串联多个大型客流集散点，这些流动客流恰好能填补平峰时段的客流，使高峰和平峰的客流相差不大，因此日均客流强度较大，具有较好的全日客流效益。如图2所示，北京2号线（环线）平均客流量高于其他几条放射性线路。[1]

图2北京地铁各线日均客流强度统计图

另外，

城市轨道交通放射线上的平日客流在时间分布上往往呈现明显的潮汐

特征，即早晚高峰的出现，而环线客流很大程度上来源于放射线，因此会随时间的变化而相应变化，但早晚高峰的时间点与放射线则不同。因为早上的主客流方向为进城方向，晚上的主客流方向为出城方向，所以环线的早高峰时间较放射线晚，而晚高峰时间较放射线早。在空间上，因为放射线一部分位于城市中心区，一部分延伸至郊区，客流在断面上的不均衡性非常明显，而城市轨道交通环线由于全线位于城市中心区边缘或外围，在各区间断面上的客流较均衡，仅随着沿线用地性质的不同而有少许波动，并在与放射线的换乘站，客流量增加较为明显。客流量的差异性应当充分反映到环线的设计中。

3.环线的合理长度

线路长度是轨道交通环线在规划过程中需要重点考虑的因素之一，因为它对环线设置之后的服务水平和运营效益有重要影响。若环线过短，其串联的区域和放射线有限，会缺乏客流支撑及影响环线交通换乘功能的发挥；而若环线的长度过长，会影响线路的运营时间和服务水平，有些出行由于环线绕行距离过长导致时间消耗大而影响乘客选择环线的倾向，最终削弱环线的吸引力。一般认为可以结合速度及时间目标来确定最长距离和最短距离的控制要求，最短距离应满足规模效益，最长距离要满足运营效益，而最优长度的原则就是达到线路的最佳综合效益。

影响线路最优长度的因素很多，除了城市形态和布局以及客流分布特征之外，一些技术指标，如城市轨道交通系统的旅行速度、列车的车型及编组、发车间隔等，以及工程可行性都影响线路的最优长度，且对于环线，与放射线的换乘站个数和比例也是考虑因素之一。另外，最优是一个相对的概念，所以当确定一条城市轨道交通线路的最优长度时，要在充分了解本城市特点和客流特征的基础上，选择考虑的侧重点作为最优指标才能确定。

根据地铁运营经验，为了使运营调度合理，单条地铁线路的合理长度通常在30km 左右，而环线由于换乘站的比例较大，在站点停靠时间较一般线路要长。因此，中心区环线的长度以20~25km左右为宜，而多中心环线的长度在35~40km之间则较为合适。但这只是从经验定性分析出的一个结果，还需要进行定量的验证。

4.环线最优长度模型

因为确定线路最优长度的目标是达到最佳综合效益，本节根据使轨道交通项目净效益最大化的原则，考虑内部成本、经营效益、外部成本和效益建立了城市轨道交通环线的最优长度模型，各城市可根据实际建设和运营情况取得不同的参[2]

数值，来确定本城市设置轨道交通环线时的最优长度。

城市轨道交通环线的最优线路长度模型为：(P t +P w +P s +P c )−(C op +C e )max Z =∑−(C c +C tr ' )i −1

i =1(1+γ)20

（1）

模型主要由四部分成本和四部分收益组成，分别为：工程建设成本C c ，车辆购置成本C tr ，运营养护成本C op ，外部成本C e ，城市轨道客票收入P t ，资源性收

入P w ，以及乘客的时效性效益P s 和乘客的舒适性效益P c 。

（1）工程建设成本

城市轨道交通工程建设成本包含的内容较多，为便于计算，可将各种费用折合为线路的综合造价。城市轨道交通工程的单位长度平均综合造价受线路敷设方式、站间距、车站形式的影响较大，但由实践经验知地面线的建设费用约为3亿元/km，地下线建设费用约为5~8亿元/km。城市轨道交通工程的建设成本可表示为：

C c =αr ⋅σc ⋅L （2）

其中，αr ——为线路差异系数，考虑不同线路拆迁成本、借款利息等因素影响后确定，通常αr =1. 2~1. 4；

σc ——为单位长度线路的平均综合造价，通常为(5~8)×108元/km；

L ——为线路长度，km。

相比于一般放射线，环线多分布于城市中心区因此工程费用比一般线路要高。

（2）车辆购置费

车辆购置费在城市轨道交通工程投资中占有的比重约为25%，对项目的平均造价影响较大。车辆配置总量﹦运用车数＋备用车数＋定期维修车数﹦运用车数×k (k =1. 20~1. 25) [2]，因此线路配置车辆的购置费C tr 为⎛3600L ⎞+T b ⎟×2⎜T V C tr =σt ⋅m ⋅(1+β)⋅=σt ⋅m ⋅(1+β)⋅T a T a

其中，σt ——轨道交通单节车辆购置费，通常为7~8×10元/节；

m ——列车编组数；6（3）

β——轨道线路列车备用系数，取β=0. 20~0. 25；

T ——列车全线周转时间，s；

T a ——线路发车间隔，s；

V ——列车旅行速度，按35km/h计；

T b ——列车折返时间，可视同T b =T a 。

相对于一般的城市轨道交通线路，环线的不同点在于环线不需要列车折返，因此环线线路的配置列车购置费C tr ' （元）为

3600L ×2T C tr ' =σt ⋅m ⋅(1+β)⋅=σt ⋅m ⋅(1+β)⋅T a T a （4）

（3）运营成本

城市轨道交通线路一旦开始运营，就会支出必要的固定成本，而变动成本是随着运营里程的增加而增加的，为计算方便和保持与其他费用的一致性，可将运营成本可以表示为：

C op =σop ⋅L

7（5）式中，σop ——为单位线路每年综合运营成本，一般为(0.9~1.23)×10元/km。

（4）外部成本

外部成本是由通过市场价格来体现的财务成本和不能通过价格衡量的非市场成本，例如对人类的健康、生活产生的影响，改变、破坏自然和生态环境的代价等组成，其衡量标准主要受到客运量和线路运营长度的影响。有关研究中将城市轨道交通线路的单位外部成本参照铁路客运的外部成本取值，因此线路的总外部成本可表示为可表示为：

C e =σe ⋅Q ⋅L

式中，C e ——为城市轨道交通线路的外部成本，元；（6）

σe ——单位外部成本，一般σe =0. 0310~0. 0302元/(人·km)；

Q ——为轨道交通年客运量，人次。

（5）经营收益

城市轨道交通的经营效益主要来源于客票收入和资源性的商业收入。例如广告收入可依据线路的实际情况进行估算，线路客流量、长度和车站数量决定着这种资源性收入。除此之外，也应考虑到地铁的开通会带来消费者效益，区域经济的发展以及社会公益效益等外部效益。

世界上大多数城市的轨道交通系统采用计程票制，因此城市轨道交通的客票收入为：

P t =Q ⋅F

式中，P t ——为轨道交通客票收入，元；（7）

Q ——为轨道交通年客运量，人次；

元；F =F 0+∆f ⋅l ；F 0为起步价(元)；l 为乘距(km)；F ——为计程票价，

∆f 为随单位乘行距离增加的票价(元/km)，因各城市票价制定原则而异，一般∆f =0. 15~0. 20。

（6）资源性收益

城市轨道交通的资源性收益主要来源于线路周边的广告，物业等资金流入。对于规划的城市轨道交通线路，可以根据线路客流量、长度和车站数量来测算广告的运营收入。[3]

I =0.4⋅Q ⋅λ1+0.3⋅L ⋅λ2+0.3⋅N ⋅λ3

式中，I ——轨道交通广告收入；（8）

N ——车站数；

λ1、λ2、λ3——相应项目的单位广告收入。

资源性收益可折合为线路长度的函数，则线路的资源性收益由下式计算：

P w =σw ⋅L

式中，P w ——为城市轨道交通线路的资源性收益，元；

6（9）σw ——为每年单位线路长度的资源性收益，一般为(4.5~5.4×10)元/km

除此之外，地铁的开通也会带来乘客的时效性效益（Ps）和乘客的舒适性效益（Pc）。由于这些部分的所占比例较小，在进行初步预测环线长度时，可以忽略，在后期设计时候应予以考虑。

5.实例验证

广州地铁十一号线（环线）起于新滘东路，经琶洲会展中心、员村、天河公园、华师、广州东站、云台花园、广州火车站、流花湖公园、荔湾湖公园、芳村等处闭合形成环线。线路穿越广州市主城区，串联广州市天河区、白云区、越秀区、荔湾区和海珠区，连接广州火车站、广州东站等大型交通枢纽，并与既有及规划的多条线路形成换乘。

广州十一号线是一个典型的中心区环线，可以采用公式（1）进行长度验证。通过广州地铁的建设及运营现状，城市轨道交通建设费用取5.5亿/km，因为全线位于中心区，征地拆迁系数取1.4，11号线列车拟采用8节编组，单节车辆的购置费约为8×10元/节，发车间隔3min，每年运营费用取1.23×10元/km。票价按现行票制拟合，现行票制为按里程分段计价：起步4km 内2元，4~12km范围内每递增4km 加1元；12~24km范围内每递增6km 加1元；24km 以后，每递增8km 加1元。广州的人均小时国民生产总值按25元/(人•h)计算，其余参数按城市轨道交通的通常状况进行取值。

目前广州地铁线路的客流平均负荷强度约为2.33人次/(km•d)，但环线的负荷强度一般较平均值高，根据客流预测，十一号线的客流负荷强度约为2.85人次/(km•d)，在此条件下，线路的最优长度为41.85km。而十一号线规划的线路长度为42.4km，由于此线肩负着部分TOD 和旧城改造的任务，因此目前规划的67

线路长度较为合理。

参考文献:

[1]郑猛,陈华,佘世英.城市轨道交通环线及其应用[J].城市轨道交通研究.2008,11(3):1-6.

[2]沈景炎.关于城市轨道交通线路长度的研究和讨论[J].都市快轨交通.2008,21(4):5-9.

[3]杨洪丰,张娜,蒋骏.轨道交通广告收入测算方法研究[J].2010(6):44-45.作者简介：李萌萌，女，硕士研究生，助理工程师，主要从事轨道交通规划、线

路和行车设计.

城市轨道交通环线合理长度分析作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：李萌萌广州地铁设计研究院有限公司城市建设理论研究（电子版）ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu2013(15)

引用本文格式：李萌萌 城市轨道交通环线合理长度分析[期刊论文]-城市建设理论研究（电子版） 2013(15)