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軌道交通客流預測的重要性與準確性分析的論文
1. 研究背景
1.1 軌道交通的發(fā)展趨勢
在發(fā)達的國際大都市，軌道交通占公共交通出行的比例很高，例如倫敦 61%，巴黎 70%，東京是 80%，可見對于特大城市，軌道交通是城市交通發(fā)展的必然趨勢。目前我國大陸地區(qū)已經(jīng)有九個城市擁有軌道交通系統(tǒng)，總長度超過 1300km，還有超過 25 個城市正在制定軌道交通規(guī)劃或建設，總里程將突破 5000km，投資超過 8000 億元，并且這一數(shù)字還有繼續(xù)上升的趨勢。截止到 2010 年底，上海擁有 452km 的軌道網(wǎng)，北京有 363km，廣州是 222km，深圳擁有 178km，位居我國城市前四名。隨著城市化進程的加快，人口密度和流動人口增加，私人機動車保有量也迅速提高，交通擁堵問題必將成為大型城市的頑疾，已經(jīng)有越來越多的城市選擇軌道交通的出路。 有學者指出，城市化在 30%至 70%之間的階段會集中發(fā)展基礎設施，特別是軌道交通。
1.2 客流預測的重要性
客流預測的重要性對于軌道系統(tǒng)來說無異于是最重要的一個環(huán)節(jié)，因為它決定了整個系統(tǒng)后期的所有設計和要素的選擇，例如通行能力，軌道布局，車展規(guī)模，信號控制系統(tǒng)，工程造價，甚至是運營后的效率和收益。以前的客流預測通常會設置三個時間點，運營初期即軌道開通運營 5 年后，運營中期即軌道開通 10 年后，遠期即軌道開通 25 年后�？土黝A測的主要任務，就是要對系統(tǒng)開通運營后的客流規(guī)模進行定量化分析，在規(guī)劃信息不全面，未來變數(shù)很大的前提下做出精確預測，存在很大的難度，因此對于系統(tǒng)的規(guī)劃設計和決策也存在很大的挑戰(zhàn)。
2. 客流需求預測的內(nèi)容
客流需求預測的主要目的，就是為軌道系統(tǒng)選擇和通行能力確定確立依據(jù)。通常在進行客流預測工作之前，已經(jīng)根據(jù)城市總體規(guī)劃、城市軌道線網(wǎng)規(guī)劃或其他規(guī)劃方案、現(xiàn)狀基本資料等信息確定了線路的基本走向和主要站點位置。因此，實際上線路走向和站點位置的選取對客流預測的準確性影響也很大。
客流預測的成果主要包括全日客流規(guī)模，早高峰最大客流斷面的流量及其位置、各站各時段進出客流的數(shù)量等信息。全日客流主要用于系統(tǒng)運營的成本效益分析，全日客流多，則收益大。早高峰最大斷面的規(guī)模直接決定了系統(tǒng)最大通行能力的設計，對于某些通勤交通比例較高的軌道線路，早高峰客流集聚效應明顯，則應當設計預留足夠的運能。各站的客流進出流量則直接決定站臺寬度、樓梯寬度和數(shù)量等基礎硬件設施的設計。
理論上，軌道通行能力被定義為小時最大通過客流量，而這一數(shù)值主要受系統(tǒng)設計的信號和軌道形式所決定。而實際客流需求會因為時間、日期和站點的不同而不同，同時也會因為天氣狀況、大型活動或事件、政策因素而改變。因此，客流預測實際上只是預測最有可能的客流需求數(shù)量級，而不可能做到精準的預測。
3. 軌道的選擇
客流需求預測時軌道選型的重要依據(jù)，一般情況下，確定了軌道線路的大致走向和站點后，軌道具體類型還沒有最終確定。軌道類型的確定一方面要根據(jù)未來規(guī)劃年的實際客流需求規(guī)模，另一方面，還要考慮實際的經(jīng)費預算是否允許。軌道類型主要分為：重軌也就是通常我們所說的地鐵(HR)，輕軌(LRT)，城際快軌(CR)。其他幾種軌道如使用范圍較之前面三種較少，不在本文中單獨討論。不同類型的軌道其通行能力、投資、服務水平均存在差異，決策者要慎重做出決定。如果運營后的客流需求遠遠低于設計通行能力，那么前期的建設投資和后期的運營成本將會成為巨大的財政負擔，同時影響未來其他軌道交通的規(guī)劃和修建。而如果實際客流需求遠超出設計通行能力，則會帶來一系列的運營問題，車廂和站臺的擁擠，運營效率降低，還可能帶來安全隱患。
3.1 軌道類型的選擇
軌道交通的選擇應該是根據(jù)規(guī)劃年客流需求預測和財政負擔能力做出客觀的選擇。在美國和加拿大，通勤軌道和輕軌所占比例很大，參見下圖，但是在中國的城市，絕大部分是投資大、通行能力高的重軌，占到了全部軌道線路的 72%。
3.2 車型選擇和編組數(shù)量
通行能力因為車型的選擇不同而差別巨大。常用的車型分為 A(車寬 3 米)、B(車寬2.8 米)和 C(車寬 2.6 米)，目前我國軌道交通采用的最多的車型是 A 和 B。如果采用 6 人/平方米的服務水平作為計算通行能力的依據(jù)，A 型車每節(jié)車廂的滿載能力是 310 人，而 B 型車是 240。在極端情況下采取 8 人/平方米的服務水平，A 型車的滿載能力提升為 410 人，而B 型車為 290 人。軌道車輛編組數(shù)量在全世界范圍內(nèi)都呈逐漸增長的趨勢。東京地鐵最早是4 節(jié)編組，后來漲到 6、8、9、10 直至 12 節(jié);首爾從最初的 6 節(jié)擴容到 8 節(jié)和 10 節(jié);莫斯科地鐵從 6 節(jié)上升到 8 節(jié)和 9 節(jié);巴黎則從 5 節(jié)上升到 6 節(jié)和 8 節(jié)。
3.3 服務水平的確定
在確定通行能力的時候，除了采用的車型、編組數(shù)，還需要確定預期的服務水平(LOS)。這里所說的服務水平，特指反應車廂內(nèi)擁擠度的平均密度，即每平方米站立的人數(shù)(倒數(shù)為每人平均擁有多大的面積，也可以用來表征擁擠程度)。服務水平反映了軌道交通線路車廂內(nèi)的舒適度，過高則意味著車廂內(nèi)過度擁擠，從而可能會導致部分乘客流失、降低運營效率(站臺上下客時間過長從而導致停靠站時間延長，從而降低發(fā)車頻率)、產(chǎn)生安全隱患;過低則說明乘客需求不高、或是發(fā)車頻率過高，從而提高了運營成本、減少了經(jīng)營收入。預測時，一般不考慮實際運營服務的水平，只會根據(jù)反應車廂內(nèi)擁擠程度的 LOS 來進行推算。
4. 結論和建議
軌道交通是世界范圍解決城市交通的重要途徑。要建設更多的軌道系統(tǒng)，客流預測的準確性就越是重要。(早)高峰客流需求決定了軌道系統(tǒng)的通行能力和各要素的選擇設計。但早高峰的客流預測比全日客流預測的難度更大。實際上給出客流的范圍要比精準預測容易的多。服務水平 LOS 的確定對于計算系統(tǒng)的通行能力很重要，較好的 LOS 意味著舒適的乘車環(huán)境和較強的吸引力，作者通過分析，認為 LOS 最大取值不宜超過 5，選擇過高的 LOS 可以提高通行能力的計算值，但在將來的實際運營中未必能實現(xiàn)真正的提高通行能力。列車的發(fā)車頻率可以提高系統(tǒng)的通行能力，但列車長度和編組數(shù)一旦確定就很難改變。本文作者經(jīng)過分析建議規(guī)劃設計階段選取較大的車型和編組數(shù)，以獲取通行能力的預留空間。鑒于軌道建設運營的費用高昂，加大預留空間可能是最經(jīng)濟可行的辦法。
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