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徐成永，北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司

葉軒，北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司

任兵杰，北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司

黃銘強(qiáng)，北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司

李穎，北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司

劉德旺，北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司

在以道路交通為主要交通廊道引導(dǎo)城市發(fā)展過程中，環(huán)路的設(shè)置較為普遍，中國大中城市的道路網(wǎng)絡(luò)布局多以“環(huán)+放射/棋盤”為主。城市軌道交通環(huán)線的功能定位和道路環(huán)路系統(tǒng)有著較大差異，業(yè)界對城市軌道交通環(huán)線設(shè)置的條件也存在較多爭議。目前中國已批復(fù)城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃的城市達(dá)44座，其中規(guī)劃有環(huán)線的城市10座，總計(jì)13條線路，已運(yùn)營環(huán)線共6條。由于城市軌道交通環(huán)線分類較多，本文僅對城市軌道交通線網(wǎng)結(jié)構(gòu)起到支撐作用的結(jié)構(gòu)性環(huán)線規(guī)劃進(jìn)行分析論證。

01?典型城市軌道交通環(huán)線規(guī)劃建設(shè)情況

城市軌道交通結(jié)構(gòu)性環(huán)線按線路形態(tài)分為獨(dú)立環(huán)線、勺型環(huán)線、共線環(huán)線和組合環(huán)線。對國內(nèi)外15個(gè)國家23個(gè)城市共計(jì)29條里程大于10km的結(jié)構(gòu)性環(huán)線進(jìn)行數(shù)據(jù)整理發(fā)現(xiàn)，東京、倫敦、巴黎、馬德里等大都市都建設(shè)了多條環(huán)線(見表1)。其中，東京(山手線、武藏野線)和北京(2號線、10號線)的環(huán)線設(shè)置具有典型特征，本文重點(diǎn)對其進(jìn)行對比分析。

1.1 城市規(guī)模與形態(tài)

東京的山手線、武藏野線及北京地鐵2號線、10號線均位于城市主體通勤圈內(nèi)。山手線總體呈現(xiàn)南北向橢圓形態(tài)，東西寬約6km，南北長約15km；武藏野線位于20km圈層，服務(wù)外圍國分寺、所澤、浦和、吉川、松戶、船橋等地區(qū)(見圖1a)。北京地鐵2號線總體位于二環(huán)區(qū)域，主要服務(wù)首都功能核心區(qū)；地鐵10號線位于三、四環(huán)路之間，服務(wù)中心城區(qū)重點(diǎn)地區(qū)(見圖1b)。

東京城市布局較為集聚，圍繞城市軌道交通布局城市空間資源。山手線緊鄰的新宿、池袋、涉谷、上野、大崎、錦絲町、臨海等地區(qū)為城市副中心，與東京站一起構(gòu)成東京都“一核七心”的布局；其重要的綜合交通樞紐周邊用地融合商業(yè)、辦公、休閑娛樂等多種功能，容積率都超過10。武藏野線主要位于城市20km圈層，重點(diǎn)車站周邊1km范圍內(nèi)人口密度約為1萬人·km-2。

北京中心城區(qū)的發(fā)展更為均質(zhì)化，重點(diǎn)功能區(qū)布局較為分散。地鐵2號線沿線功能區(qū)主要布局在東西兩側(cè)，西側(cè)為西直門、金融街，東側(cè)為崇文門—北京站及朝陽門—東直門商圈；地鐵10號線沿線功能區(qū)主要為東三環(huán)的CBD區(qū)域及西北部中關(guān)村區(qū)域，車站周邊人口密度均在1.5萬人·km-2以上。

1.2 線網(wǎng)與環(huán)線關(guān)系

東京的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)布局主要是“環(huán)+放射”結(jié)構(gòu)。山手線位于東京核心功能區(qū)，起到區(qū)域聯(lián)絡(luò)服務(wù)功能，換乘站24座，占該線車站總數(shù)的比例高達(dá)80%，是東京交通大動脈。由于客流需求大，各類干線鐵路、區(qū)域鐵路、市郊鐵路及城市軌道交通線路與山手線的連接方式除了換乘銜接，還存在大量線路并行關(guān)系，其中品川—東京—上野—日暮里區(qū)間的并行軌道交通線路達(dá)8條以上。武藏野線全線26個(gè)車站，換乘站13座，占該線車站總數(shù)的比例為50%，主要起到聯(lián)絡(luò)外圍區(qū)域、疏解內(nèi)部換乘客流的作用。

北京城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)布局為“環(huán)+棋盤”結(jié)構(gòu)。由于城市格局及路網(wǎng)條件限制，棋盤式網(wǎng)絡(luò)的直達(dá)性較放射式差，加之功能區(qū)布局較為分散，對環(huán)線需求更高。地鐵2號線為第一個(gè)環(huán)，主要功能為服務(wù)線網(wǎng)客流的銜接換乘，換乘站12座，占該線車站總數(shù)的比例為66.7%；地鐵10號線為第二個(gè)環(huán)，是世界上最長的地下環(huán)線，全長57.1km，換乘站22座，占該線車站總數(shù)的比例為48.9%，線路既承擔(dān)了環(huán)線的聯(lián)絡(luò)功能，也承擔(dān)了較多的本線OD服務(wù)，功能較為復(fù)合。用環(huán)線內(nèi)外放射線長度比指標(biāo)來評估環(huán)線在線網(wǎng)中的位置：武藏野線指標(biāo)為0.28，地鐵10號線為0.36，地鐵2號線僅為0.15，均遠(yuǎn)小于0.5(見表2)。

1.3 運(yùn)行及客流情況

環(huán)線距離城市核心區(qū)越近，越能體現(xiàn)其聯(lián)絡(luò)功能，平均運(yùn)距越短。地鐵2號線線路長度最短，平均運(yùn)距最小，為5.1km；武藏野線為外圍疏解型環(huán)線，平均運(yùn)距達(dá)12.3km。

環(huán)線距離城市核心區(qū)越近，客流時(shí)間分布越均衡，高峰小時(shí)系數(shù)越小。山手線和地鐵2號線從客流效益上看是非常成功的兩條環(huán)線。山手線客運(yùn)量高達(dá)397.3萬人次·d-1，其高峰小時(shí)系數(shù)只有15.68%，高峰小時(shí)單向最大斷面滿載率高達(dá)223%；地鐵2號線的客運(yùn)強(qiáng)度高達(dá)4.5萬人次·km-1·d-1，客運(yùn)量達(dá)104.8萬人次·d-1，高峰小時(shí)單向最大斷面客運(yùn)量為2.5萬人次·h-1，客流在線路上的空間分布較為均衡，運(yùn)力適配較好。地鐵10號線線路長，客流分布較不均衡，客流壓力主要集中在CBD及中關(guān)村區(qū)域，高峰小時(shí)單向最大斷面滿載率高達(dá)111%(見表3)。

02?城市軌道交通環(huán)線規(guī)劃策略

2.1 環(huán)線的功能定位

2.1.1 強(qiáng)中心布局的線網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線

強(qiáng)中心布局的城市，其中心區(qū)面積較大，且多以高密度的商業(yè)辦公為主，客流目的地較為分散，需通過環(huán)線疏解客流。此類環(huán)線客流以短距離換乘為主，其主要作用是提升網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性，如東京山手線、北京地鐵2號線。北京地鐵2號線服務(wù)的金融街及朝陽門組團(tuán)的客流來源較為分散(見圖2)，受限于城市空間結(jié)構(gòu)，外圍進(jìn)城線路無法有效直達(dá)，需通過地鐵2號線換乘進(jìn)行有效銜接。根據(jù)北京市軌道交通指揮中心2017年客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，地鐵2號線早高峰客流主要以其他線路換乘進(jìn)入為主，本線進(jìn)站客流僅占23.5%。

2.1.2 線網(wǎng)聯(lián)絡(luò)、區(qū)域OD服務(wù)功能復(fù)合線

環(huán)線服務(wù)周邊城市功能較為多樣，既有重點(diǎn)功能區(qū)，又有大型居住組團(tuán)，圍合區(qū)域面積較大。此類環(huán)線既提供了放射線間的換乘服務(wù)，又提供了沿線組團(tuán)間的通勤服務(wù)如北京地鐵10號線，線路沿線規(guī)劃了CBD、中關(guān)村、奧體中心等國家級重點(diǎn)功能區(qū)，又建設(shè)了勁松、潘家園、南三環(huán)區(qū)域芍藥居等大型居住組團(tuán)(見圖3)?？土骷婢邠Q乘和通勤特征，高峰小時(shí)客流累積效應(yīng)大，線路滿載率高，同時(shí)早高峰本線進(jìn)站客流占比達(dá)36.3%，遠(yuǎn)高于2號線。

2.1.3 外圍客流疏解聯(lián)絡(luò)線

外圍環(huán)線主要設(shè)置于超(特)大城市，服務(wù)于城市核心區(qū)外圍，提供外圍徑向聯(lián)絡(luò)功能。大城市外圍組團(tuán)發(fā)展度高，經(jīng)濟(jì)活力強(qiáng)，組團(tuán)之間的聯(lián)系需求大，由于中心城區(qū)軌道交通網(wǎng)絡(luò)換乘服務(wù)水平較低，需要環(huán)線起到聯(lián)系外圍、疏解中心客流的作用。如東京武藏野線，琦玉縣和神奈川縣之間經(jīng)武藏野線換乘的客流均高于經(jīng)山手線的換乘客流(見表4)。

2.2 不足與缺陷

2.2.1 線路和換乘節(jié)點(diǎn)的能力不足

環(huán)線所經(jīng)區(qū)域與城市功能結(jié)合緊密，客流需求較大，在規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)對客流預(yù)測進(jìn)行充分論證，定好系統(tǒng)規(guī)模、環(huán)線結(jié)構(gòu)，為運(yùn)營組織做好準(zhǔn)備。上海地鐵4號線為環(huán)線，位于內(nèi)環(huán)以內(nèi)，全長約33.6km，客運(yùn)量達(dá)91.5萬人次·d-1，客運(yùn)強(qiáng)度約為2.72萬人次·km?-1·d。根據(jù)2018年5月客流數(shù)據(jù)，其高峰小時(shí)單向最大斷面客運(yùn)量為2.6萬人次·h-1，受限于和3號線共線，高峰時(shí)段開行對數(shù)僅為12對，滿載率已超過100%(6A編組)。北京地鐵10號線的高峰小時(shí)單向最大斷面客運(yùn)量高達(dá)4.9萬人次·h-1，高峰小時(shí)單向最大斷面滿載率為111%(滿載率按6B編組、站立密度6人·m-2統(tǒng)計(jì)，而北京現(xiàn)行地方標(biāo)準(zhǔn)的站立密度為5人·m-2)。上述環(huán)線的設(shè)計(jì)能力均與實(shí)際客流需求不符。

由于環(huán)線的換乘客流量大，中國早期建設(shè)的環(huán)線均出現(xiàn)換乘通道擁堵嚴(yán)重、運(yùn)能不足的問題。如北京地鐵2號線和4號線換乘站宣武門站，其中2號線于1971年開通，4號線于2009年開通，新線開通后宣武門站換乘客流壓力大，換乘通道狹窄導(dǎo)致客流擁擠堆積，存在較大安全隱患。北京現(xiàn)已完成相關(guān)新增換乘通道工程，換乘通道由原來的2條增至5條，乘客在高峰時(shí)段從4號線換乘2號線所需時(shí)間由8min減少至3min以內(nèi)。

2.2.2 客流效益不佳

中國目前運(yùn)營6條環(huán)線(見表5)。其中北京、上海、成都、重慶的4條環(huán)線相交的放射線數(shù)量均超過8條；北京、上海、成都的換乘站占比均超過50%，環(huán)線內(nèi)外放射線長度比均遠(yuǎn)小于0.5，客運(yùn)強(qiáng)度都超過2.0萬人次·km-1·d-1，客流效益較好。而鄭州地鐵5號線、重慶環(huán)線客運(yùn)量均不足50萬人次·d-1，客運(yùn)強(qiáng)度均為1.0萬人次·km-1·d-1左右。

從城市開通的運(yùn)營線路來看，鄭州已開通運(yùn)營6條線路，其中4條線路均與5號線兩次換乘(見圖4)；重慶已開通8條線路，所有線路均與環(huán)線換乘，其中5條線路換乘2次(見圖5)。

從換乘站占比來看，重慶、鄭州兩條環(huán)線均不足50%，從環(huán)線內(nèi)外放射線長度比來看，所有環(huán)線均小于或接近0.5。鄭州的放射線僅為4條，重慶放射線較多，但存在較多外圍長大線路未端區(qū)域城市開發(fā)強(qiáng)度不高的問題，影響了線網(wǎng)效益的發(fā)揮。

2.2.3 運(yùn)營效率不高

中國城市的環(huán)線線路長度普遍較長，除北京地鐵2號線、上海地鐵4號線外，其他線路均超過38km。在環(huán)線規(guī)劃設(shè)計(jì)中，對不同類型環(huán)線的客流特征判斷及運(yùn)營組織方案設(shè)計(jì)尚有欠缺，線路開通運(yùn)營后交路組織也較為單一，導(dǎo)致線路的運(yùn)營效率較低。如北京地鐵10號線分段客流特征明顯，客流主要集中于東段及北段，高峰時(shí)段開行環(huán)狀交路，分別由勁松站庫線及宋家莊車輛段開行3列放空車至雙井站緩解雙井站客流壓力，高峰小時(shí)最大開行32列。而從高峰小時(shí)單向最大斷面客流數(shù)據(jù)可知，客流滿載率較高區(qū)段僅位于線路東段，大多區(qū)段高峰小時(shí)單向最大斷面滿載率不足50%，上行方向全線30對運(yùn)力配置造成較多路段的運(yùn)能浪費(fèi)，需要通過運(yùn)營組織規(guī)劃提升整體運(yùn)營效率(見圖6)。

2.3 規(guī)劃重點(diǎn)

2.3.1 環(huán)線與城市的關(guān)系

從客流需求角度出發(fā)，是否需要設(shè)置環(huán)線與城市的功能布局關(guān)系密切。如果城市是強(qiáng)中心布局(中心城區(qū)面積大于300km2)，功能組團(tuán)布局較為均衡，組團(tuán)之間的聯(lián)絡(luò)需求較大，則應(yīng)重點(diǎn)考慮是否設(shè)置環(huán)線。環(huán)線的設(shè)置除了聯(lián)絡(luò)需求外，更應(yīng)該服務(wù)和吸引車站周邊客流出行需求。

環(huán)線的客運(yùn)強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)大于普通放射線，而環(huán)線的高峰小時(shí)單向最大斷面客流指標(biāo)不應(yīng)被過度強(qiáng)調(diào)。根據(jù)環(huán)線的客流特征分析，其平均運(yùn)距一般較小，不利于客流斷面的累積，客流效益主要體現(xiàn)在客運(yùn)強(qiáng)度上?；诃h(huán)線在線網(wǎng)中的重要作用，初期客運(yùn)強(qiáng)度需達(dá)到1.0萬人次·km-1·d-1以上、遠(yuǎn)期客運(yùn)強(qiáng)度超過2.0萬人次·km-1·d-1才能有較好的效益。

2.3.2 環(huán)線與放射線的關(guān)系

從結(jié)構(gòu)上看，環(huán)線應(yīng)盡可能多地串聯(lián)放射線，放射線宜大于8條(貫穿式放射線可視為兩條)且換乘站占比大于50%，才能有效收集換乘客流。同時(shí)，放射線的客流必須經(jīng)過足夠多區(qū)域的積累，環(huán)線內(nèi)外放射線長度比宜小于0.5，即城市規(guī)模要足夠大，放射線服務(wù)的城市區(qū)域足夠廣。

環(huán)線需要重點(diǎn)處理好和換乘線路的關(guān)系。一是換乘節(jié)點(diǎn)的換乘能力需做好匹配，避免出現(xiàn)客流堆積的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。二是避免環(huán)線是放射線的端點(diǎn)，造成大量客流在環(huán)線被動換乘，可學(xué)習(xí)山手線經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)區(qū)域外圍線與環(huán)線形成多線并行的綜合交通廊道。

2.3.3 實(shí)體環(huán)線和組合環(huán)線的關(guān)系

在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形態(tài)中經(jīng)常可以找出各種組合環(huán)，如兩條L型線路倒扣成環(huán)，兩條半圓形線路組合成環(huán)，棋盤型線網(wǎng)4條線路組合成環(huán)等。這些組合環(huán)是否需要規(guī)劃一條實(shí)體環(huán)線是線網(wǎng)規(guī)劃的關(guān)鍵問題。首先應(yīng)該從客流需求角度分析其成環(huán)的必要性，若兩線換乘節(jié)點(diǎn)的高峰小時(shí)單向換乘客流量大于斷面客流量的50%，則應(yīng)重點(diǎn)論證是否需要貫通成環(huán)，同時(shí)對線路工程可行性、段場選址等線路實(shí)施條件進(jìn)行綜合論證。

2.3.4 環(huán)線的建設(shè)時(shí)序

作為重大基礎(chǔ)設(shè)施城市軌道交通的建設(shè)投資規(guī)模大，在考慮建設(shè)時(shí)機(jī)時(shí)尤其要關(guān)注其客流效益。環(huán)線的客流主要來自兩方面，一是車站周邊的吸引客流，二是相交線路的換乘客流，且換乘客流的比例較一般線路高。因此，在考慮環(huán)線建設(shè)時(shí)，首先要有足夠的放射線保障其客流，其次要重點(diǎn)解決周邊地區(qū)的出行問題。若環(huán)線的局部路段功能較為重要，也可分期建設(shè)。如北京地鐵10號線，一期工程首先滿足CBD、奧體中心、中關(guān)村等重點(diǎn)區(qū)域的發(fā)展需求，二期工程逐步引導(dǎo)西南部區(qū)域的發(fā)展需求。同時(shí)，在建設(shè)過程中，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注環(huán)線與城市的融合，強(qiáng)調(diào)車站周邊用地開發(fā)時(shí)序和車站開通時(shí)序的匹配，以保障線路客流效益。

03?城市軌道交通環(huán)線規(guī)劃實(shí)證分析

3.1 如何協(xié)調(diào)環(huán)線與城市規(guī)劃及其他重大基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)系

2019年1月3日，中共中央、國務(wù)院批復(fù)了《北京城市副中心控制性詳細(xì)規(guī)劃(街區(qū)層面)(2016年—2035年)》(以下簡稱《城市副中心控規(guī)》)。城市副中心規(guī)劃范圍155km2，到2035年，常住人口規(guī)模控制在130萬人以內(nèi)，就業(yè)崗位70萬~75萬個(gè)。《城市副中心控規(guī)》明確了副中心商務(wù)服務(wù)、行政辦公、文化旅游三大功能，并規(guī)劃了公共服務(wù)體系和設(shè)施服務(wù)體系(見圖7)。

在副中心城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中，如何圍繞公共設(shè)施服務(wù)環(huán)規(guī)劃城市軌道交通線路成為重大課題。從功能布局上看，副中心有成環(huán)條件，而公共設(shè)施服務(wù)環(huán)的范圍較大，位于副中心的外圈。從客流角度分析，西北半環(huán)及東南半環(huán)的客流交互性較好，而圍繞公共設(shè)施服務(wù)環(huán)全環(huán)運(yùn)行的客流不大效益較低。用發(fā)展的眼光看城市副中心，為預(yù)留城市軌道交通線網(wǎng)的靈活性，將環(huán)線根據(jù)客流需求進(jìn)行運(yùn)營組織拆分，形成西北半環(huán)和東南半環(huán)交路，并保留環(huán)狀運(yùn)營條件。同時(shí)，為了帶動京津冀協(xié)同發(fā)展，將服務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓展至15km圈層，在東北角和西南角分別向燕郊及亦莊延伸，形成多交路靈活運(yùn)營組合環(huán)(見圖8)。

3.2 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中線路成環(huán)的必要性研究

北京地鐵10號線在《北京城市總體規(guī)劃(2004年—2020年)》中由兩條L線組合而成。隨著城市發(fā)展變化，東南部去往CBD的客流、西南部去往中關(guān)村的客流期望出現(xiàn)大幅增長。為更好服務(wù)城市通勤客流，避免L線的兩個(gè)換乘節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)大規(guī)模被動換乘，將兩線組合成10號線及西郊線(見圖9)。西郊線整體客流不高，高峰時(shí)段和環(huán)線換乘量不大，降級為中低運(yùn)量線路。10號線建成后從客流需求方面驗(yàn)證了成環(huán)必要性，宋家莊—成壽寺的高峰小時(shí)客流量高達(dá)3萬人次·h-1，主要為南部居住組團(tuán)去往CBD客流；火器營—巴溝的高峰小時(shí)客流量高達(dá)2.6萬人次·h-1，主要為西部居住組團(tuán)去往中關(guān)村客流。

沈陽地鐵在線網(wǎng)規(guī)劃中也詳細(xì)論證了9號線、10號線是否成環(huán)問題。從客流需求上看，兩線有兩個(gè)換乘節(jié)點(diǎn)，高峰小時(shí)最大換乘量約為6500人次·h-1，而高峰小時(shí)單向最大斷面客流量高達(dá)3萬人次·h-1，換乘客流占比不高。組合環(huán)兩線獨(dú)立運(yùn)營的方案與進(jìn)城大客流方向需求相吻合，而采用獨(dú)立環(huán)線、勺型環(huán)線方案時(shí)進(jìn)城大客流均需要換乘，未照顧主客流方向；從線路實(shí)施條件上看，組合環(huán)兩線獨(dú)立運(yùn)營的方案相關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)施條件好，其他環(huán)線方案均需下穿相鄰地塊，實(shí)施條件差。因此，方案論證后仍選擇了組合環(huán)兩線獨(dú)立運(yùn)營的方案(見圖10)。

04?結(jié)語

城市軌道交通線網(wǎng)中環(huán)線設(shè)置需要綜合考慮城市規(guī)模及形態(tài)、環(huán)線和放射線的關(guān)系、實(shí)體環(huán)線和組合環(huán)線的關(guān)系。經(jīng)研究本文提出環(huán)線設(shè)置參考指標(biāo)：中心城區(qū)面積大于300km2，初期客運(yùn)強(qiáng)度大于1萬人次·km-1·d-1，遠(yuǎn)期客運(yùn)強(qiáng)度大于2萬人次·km-1·d-1；與環(huán)線相交的放射線大于8條，環(huán)線換乘站占比大于50%，環(huán)線內(nèi)外放射線長度比宜小于0.5；兩條L型線換乘節(jié)點(diǎn)的高峰小時(shí)單向換乘客流量大于斷面客流量的50%。具備上述條件可考慮成環(huán)。結(jié)合北京中心城區(qū)、北京城市副中心、沈陽等地線網(wǎng)規(guī)劃案例進(jìn)行了實(shí)證分析。需指出的是，參考指標(biāo)均非單一指標(biāo)，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行多指標(biāo)綜合研判。

來源：城市軌道交通網(wǎng)CCRM