地铁设计中几个热点问题的探讨_梁广深

地铁设计中几个热点问题的探讨
梁广深
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摘　要　对我国地铁设计中的几个重大原则问题,如远期客流量预测、线路通过能力及合适列车编组等进行了分析。

认为:制约地铁客流量的主要因素是票价;线路通过能力提高到40对只是一个奋斗目标;“缩小列车编组,增加行车密度”,以缩短车站长度而降低工程造价的做法是有风险的。

关键词　地铁,远期客流量预测,线路通过能力,列车编组
当前,对我国地铁设计中的几个重大原则问题,如:远期预测客流量,地铁运营实际客运量,每小时通过能力40对,以及缩小列车编组等问题上,在业内人士中出现了意见分歧。

这样势必影响目前正在筹建中的快速轨道交通项目的决策。

为此笔者愿就此问题发表一点拙见,作为引玉之砖,以期引起业内同行们关注和思考。

1　预测客流量分析
目前在对快速轨道交通项目的评审中,专家评审意见差不多都认为预测的远期客流量偏大,要求压缩远期预测客流量,缩小系统设计规模。

为了说明问题,我想从客流预测的机理上发表一些个人看法。

1.1　预测客流量在轨道交通设计中的作用
修建城市快速轨道交通需要知道未来设计年度的客流量。

这个客流量目前是通过数学手段预测得到的,称为预测客流量。

预测客流量是进行城市快速轨道交通线网规划、轨道交通工程设计的基础资料和重要依据。

一般是按照预测的远期客流量来确定系统的总体建设规模、机电设备容量和系统运输能力,进行土建工程设计,并进行项目经济效益和社会效益评价。

在设计中,以预测的初、近期客流量确定系统分期建设规模和初始投资数量。

1.2　如何看待预测客流量
(1)预测客流量不是一成不变的
从客流量预测的机理可以看出,在客流量预测中实际是利用现在的公交客运量发展模式,外推30年后的公交客运量;如果30年后的社会经济规模与现在的经济规模不同,那么预测客流量也会有较大出入。

对于一条轨道交通线来说,再过30年,利用当时的城市经济统计数据和新的总体规划资料再进行新的预测,其预测结果肯定与现在的预测不同。

因此预测客流量有它的阶段性和局限性,不是一成不变的。

(2)预测客流量会随着经济的发展而增长
客流量是社会经济活动和文化生活活动的产物。

它会随着城市建设的发展、人口的增加和社会经济基础的扩大而增加。

引起预测客流量增长的原因有以下几点:
①随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,大批骑自行车的乘客会转乘公共交通上下班。

这一点在某些城市已经显现出来。

②随着城市面积的扩大、人口数量的增加,快速轨道交通线不断向郊区延伸,扩大了它的服务范围和吸引乘客数量。

③随着城市化进程的加快和商品经济的发展,大批城镇流动人口涌进城市经商和做工,使公共交通客运量增加。

④随着汽车时代的到来,造成城市道路堵塞,
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Ξ梁广深:北京市城建设计研究院,教授级高级工程师,北京100008
迫使乘小汽车的人在郊区换乘快速轨道交通进城
上班。

现在发达国家的情况就是如此。

现在已有百年地铁历史的发达国家,仍在不断地扩建城市轨道交通网络。

继东京地铁修建了运能更大的快车线以后,巴黎地铁也修建了4条快车线,莫斯科地铁也制定了修建了快车线的计划。

这从侧面证明了地铁客运量在不断增加的事实。

(3)预测客流量是一个近似值
前已说明,目前各城市进行快速轨道交通客流量预测,使用的都是90年代的城市统计数据和10年以后的城市规划资料,用来预测今后30年的客流量。

预测时间跨度过长,加上城市规划数据年限与将要预测的年限不吻合,必然使预测结果产生偏差。

因此预测客流量只是一个近似值。

从世界快速轨道交通发展的历史过程来看,预测客流量普遍偏小。

请看,东京地铁在建成70年之际,高峰小时列车满载率达到200%,甚至雇人推乘客上车;墨西哥地铁刚建成30年,便以拥挤闻名于世;目前香港地铁也十分拥挤。

1999年4月,上海市为作地铁1号线向北延伸段设计,由上海市的一家交通研究所对地铁1号线的客流量重新进行了预测。

根据专家评审通过的研究报告,延伸后的1号线到2005年全日客运量为68万人次,高峰小时最大断面客流为2.18万人次。

据统计,上海地铁1号线2001年全日客运量(莘庄至新客站)已达到42万人次,节日达60多万人,高峰小时断面客流量为2.4万人次。

由此可见该线的预测客流量小于实际客流量。

鉴于预测客流量受多种社会条件的制约,有不确定性因素,因此笔者认为应借鉴国外的经验,对轨道交通预测客流量应该留大不留小,为以后的发展留有余地,以避免决策失误。

2　地铁现状客流量分析
在对轨道交通项目的评审中,专家们经常拿北京地铁作类比,说北京地铁1号线运营30年,高峰小时最大断面客流才达到2.5万人次。

于是认为北京地铁达不到的,其他城市也达不到,要求项目压缩远期预测客流量。

为此想谈谈个人看法:
2.1　北京地铁客流量发展趋势
北京地铁目前有两条运营线路(即1号线和环线),线网总长约52km,有39座车站。

地铁1号线于1971年开通,已有30年的运营历史;环线地铁于1987年12月投入运营,已经运营了14年。

目前北京地铁全日客运量为150万人次(其中有月票近18万张),高峰小时最大断面客流为2.5万人次,最小行车间隔为3.5min。

北京地铁采用单一票价制,人工售检票。

1987～1995年票价为0.5元,月票18元;1996年1月票价改为2元,月票40元;1999年12月票价改为3元,地铁专线月票40元,地铁与公交通用月票80元。

从北京地铁近13年的客运量统计表看出(见表1),在1987～1995年地铁票价为0.5元,客运量增长较快,年增长率一般在4%～15%;1996年、2000年客运量两次大跌落都是由于车票涨价引起的。

如1996年1月,地铁票价由0.5元改为2元,当年的客运量减少1.18亿人次,折合每天减少乘客32.3万人次,降幅为21%。

1999年12月地铁票价由2元改为3元,2000年的客运量又减少了6千万人次,折合每天减少乘客16.4万人次,降幅为12.2%。

表1　北京地铁客运量统计表亿人次
年份1988198919901991199219931994199519961997199819992000客运量 3.07 3.11 3.67 3.69 4.26 4.91 5.34 5.58 4.4 4.45 4.63 4.82 4.23
2.2　上海地铁客运量状况
上海地铁1号线于1993年建成,线路长20.12 km,设16座车站,运营9年来客运量增长很快,目前全日客运量为42万人次,节假日达60万人次,高峰小时断面客流为2.4万人次。

上海地铁实行计程票价制,采用AFC系统自动售检票。

地铁1、2号线可直接换乘,不用另购
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票,票价分为2元、3元、4元、5元,3号线换乘1号、2号线另行购票。

从表2可以看出,1993年上海地铁1号线属于参观性试营业,票价为5元,其年客运量为108.7万人次;1994年10月全线正式营业,票价定为2元、3元,当年客运量达469.1万人次,增长了4.3倍。

从1995～1998年4年中,地铁1号线的客运量平均每年增长25%。

1999年3月,1号线的票价调为3元、4元,使当年客运量减少了1685万人次,折合每天减少乘客5万人次,降幅为13%。

表2　上海地铁客运量统计表万人次
年份19931994199519961997199819992000客运量108.7469.16480894011174126061092110845
2.3　制约地铁客运量增长的因素
(1)车票价格
通过对北京地铁和上海地铁客运量的分析说明,车票价格是制约地铁客运量增长的主要因素。

地铁的票价每涨一次其客运量就下跌一次。

目前北京地铁的专线月票为50元,公交与地铁通用月票为80元,根据企业改革需要不再增发新的地铁月票。

近日报纸披露,黑市上一张地铁月票的价格已经抄到1000元。

这说明还是有很多人想少花钱乘坐地铁上班。

如果把北京地铁的票价降到可以与公共电汽车竞争的水平,地铁的客运量应能大幅度增加。

(2)职工收入水平
经济条件是职工出行选择交通工具的基础。

北京市2000年度全市职工的平均工资为15726元,低收入职工的月工资不足千元。

花3元钱买一张地铁票相当于职工收入的1/200～1/300;而香港的地铁票价与职工收入比为1/1000。

因此,我国劳动者的收入水平不高,相对限制了地铁客流量的增长。

(3)线网规模
地铁在城市交通中的作用与线网规模有密切关系。

凡是地铁线网发达的城市,地铁就起着骨干交通作用。

北京地铁目前只有2条线,因为直达性差,乘客都要经公共交通换乘才能到达目的地。

地铁在城市交通中起不到骨干作用,也是限制客运量增长的一个原因。

(4)政府宏观政策
北京地铁的客运量增长缓慢,也与政府的宏观调控有关系。

如果政府职能部门对全市的公共交通有一个合理的规划,将与地铁重复行驶的公交路线取消,变无序竞争为合理分工,就能既节约运力,又使地铁的客运量大幅增加。

2001年,上海市政府因打浦路过江隧道的能力已经饱和,取消了几条经该隧道开往浦东的公交车路线,鼓励乘客坐地铁2号线过江,并在票价上给以优惠:规定在黄浦江两侧乘地铁在4站以内的票价为1元。

这一调控使地铁2号线增加了大批客流。

综上所述,影响地铁客运量的因素是多方面的,不能仅凭目前北京地铁客运量增长缓慢,就要求在建项目削减预测客流,缩小列车编组。

正在修编的地铁设计规范,提出地铁的设计基准期为100年。

这个基准期也应体现在系统的运能和运力上。

为此应该把工作的着眼点放在今后100年地铁的发展趋势上,而不是老回头向后看。

3　关于40对通过能力问题
我国《地下铁道设计规范》,规定地铁系统的通过能力按不低于30对列车设计。

实践证明这个指标是可以达到的。

现在有业内人士主张将系统通过能力提高到每小时40对(行车间隔90s),在系统运能不变的情况下,可以缩短列车编组数量和车站长度,以降低工程造价。

目前世界各地已有近百座城市建成了快速轨道交通系统,其中只有莫斯科地铁的通过能力达到了40对。

东京地铁现在达到32对(行车间隔110 s)。

香港地铁近几年花7亿港元资金改造信号设备,也只能达到34对(行车间隔105s),并认为行
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车密度再增加的可能性很小。

有专家认为,将系统通过能力提高到每小时40对列车,要具备以下条件:
(1)信号系统的设计间隔应达到75s
信号是保证列车运行安全的设备,要达到90s 的行车间隔,信号的设计间隔应达到75s,以便在行车秩序被打乱后能够进行调整。

目前较先进的AT C信号系统也只能满足行车间隔120s。

国外的厂商正在研究更高的信号设备,但能否达到75s,尚待实践检验。

(2)列车的起动加速度应在1.0m/s2以上
地铁站间距短,车辆起动制动频繁。

要使通过能力达到40对,列车的起动加速度应达到1.0～1. 1m/s2,制动减速度不能小于1.2m/s2。

莫斯科地铁采用全动车编组,车辆的起动制动加减速度大;而欧美各国和我国在建的轨道交通项目,全部采用动车拖车混合编组,列车的起动加速度约为0.8m/s2左右,制动减速度在1.0m/s2上下。

(3)列车停站时间不能超过25s
列车停站时间是限制通过能力的重要因素。

莫斯科地铁列车停稳时车门已经打开,车门关闭时列车已经起动,以此来缩短停站时间。

另外,莫斯科地铁规定车厢内每平米余富面积站立4.5人,加之列车间隔较短,上下车的人数不那么集中,也为缩短停站时间提供了条件。

像我国这样的人口大国,车厢内每平米余富面积站立6个人的条件,要缩短列车停站时间很困难。

(4)折返站通过能力
折返站的通过能力是限制系统最终能力的主要环节。

按我国目前的信号设备和折返站配线计算,折返站的最大通过能力不超过每小时34对。

因此从折返站的能力看也无法通过40对列车。

笔者认为,通过能力达40对只是一个奋斗目标,还不是可以实现的实际生产力。

另外,对待这样一个重大原则技术问题,应该先进行一些专题研究和调查,再进行现场测试,取得成功之后再定案推广。

4　关于远期列车编组方案问题
地铁远期列车编组数量,是目前项目评审的热门话题。

有些专家主张以提高行车密度为前提,缩小筹建项目的列车编组数量。

对此笔者想谈一点看法:
4.1　国外地铁列车编组的发展趋势
列车编组数量是快速轨道交通设计的主要参数,由此确定系统的车站长度、供电和通风设备的容量、系统运输能力,以及检修车库的长度等。

现在有人提出“缩小列车编组,增加行车密度(40对)”的口号,以求降低工程造价,并要求正在筹建的轨道交通项目按此执行。

纵观世界地铁100多年的发展历史可以看出,地铁的发展趋势是:列车编组越来越长,车辆逐渐加大,乘车舒适度日益提高。

例如:汉城地铁列车编组由6辆到8辆、10辆;莫斯科地铁列车编组由6辆到8辆、9辆;东京地铁列车编组由4辆到6辆、8辆、9辆、10辆、12辆;巴黎普通地铁的列车编组由5辆到6辆、8辆;巴黎地铁快车线列车编组由4辆、6辆到8辆、9辆,并采用双层客车。

地铁建设是百年大计,车站一旦建成改建十分困难。

我们虽无法预言我国地铁几十年后的发展情况,但应考虑到运能预留及可持续发展的要求而不是一味地降低工程造价。

4.2　改善乘车舒适度势在必行
我国地铁设计规范的电动客车定员人数,是按照车内每平米余富面积站立6个人计算的,乘车条件之差可想而知。

这个标准是在我国地铁建设初期制定的,当时主要矛盾是解决群众乘车难的问题,舒适度处于次要地位。

经过20年的改革开放,人民生活水平大幅度提高,乘客自然会要求改善乘车舒适度。

顺应这一发展趋势,现在部分专线公交车和在建的地铁项目都增加了空调,在改善乘车舒适度方面已经先行了一步。

目前欧洲各国地铁车辆定员标准为每平米面积站立4个人,莫斯科地铁为4.5个人。

他们都是想通过提高乘车舒适度,吸引乘客放弃小汽车乘坐地铁,以缓解城市交通的矛盾。

现在巴黎大多数小汽车乘客就是在郊区换乘地铁进城上班。

斯德哥尔摩市的人口为165万,现有3条地铁线和100座车站。

其中1号线、2号线列车为8辆编组,3号线列车为10辆编组,在地铁车内就没有
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拥挤感觉。

4.3　列车编组该不该缩短
目前正在筹建的青岛地铁列车采用6车编组。

这是按远期预测断面客流4.04万人次、系统通过能力30对、规范规定的车内每平米面积站立6个人计算确定的。

有人建议将列车编组改为4辆,笔者认为不妥。

在预测客流4.04万人次和6辆编组都不变的条件下,为改善乘车舒适度,将车内每平米面积按站立4.5个人计算,远期高峰小时需开35对列车;按每平米面积站立4个人计算,远期高峰小时需开38对列车。

因此从发展的眼光来看,青岛地铁列车采用6车编组是合适的。

如果按照一些人“缩小列车编组,增加行车密度”的方针,按通过能力40对,把筹建中的轨道交通项目的列车编组缩小是有风险的。

试想,如果按缩小编组把车站站台建好以后,每小时40对的通过能力又达不到,该系统原设计的运输能力将会落空。

即使能达到40对,站台长度固定了,40对能力也用尽了,该系统将永远被限定在车厢内每平米面积站立6人的境地。

这样,减少车厢定员、提高舒适度、扩大系统运输能力等都无从谈起。

而随着实际客运量的增长,会使车厢内更加拥挤。

这样的服务水平将不能满足乘客需要。

笔者认为:应该把每小时40对做为远期改善乘车舒适度和增加运输能力的储备。

4.4　地铁作为城市交通骨干必须采用大编组
目前我国各大城市的交通发展战略,都确定以快速轨道交通作为城市交通的骨干。

要让快速轨道交通起骨干作用,列车就应该采用大编组。

如本文前面提到的几个大城市那样。

据了解,东京地铁和巴黎地铁承担着全市客运量的40%～50%,莫斯科地铁承担着全市客运量的60%～70%。

5　历史的经验值得注意
地下铁道的隧道结构一旦建成,改建十分困难,代价沉重。

东京地铁早期修建的丸之内线,车站按4辆车长设计,由于客运量的增加被迫从60年代开始对车站进行改造,将站台加长到6辆车长。

这一改造工程是在列车不停运的情况下进行的,只能在夜间停运的3～4个小时内施工;因技术复杂和施工场地狭小,改造工程用了15年时间才完成。

1984年建成的天津地铁1号线一期工程,线路长7.3km,设8座车站,站台按3辆车编组长60 m设计。

实践证明该线的运输能力太低。

现在天津地铁1号线线路要向两端延伸,全线按6辆车编组站台长120m设计。

对既有的8座车站须进行加长改造。

改造的方法是,将车站一端或两端的区间结构爆破拆除以加长车站,有的车站改为换乘站须整体拆除重建。

其代价之大可想而知。

为此,天津地铁已经停运,改造工程即将开始。

希望大家能从上述例子中吸取教训。

Discussion on Some Important Problems in Metro Designing
Liang Guangshen
(Beijing Urban Engineering Design&Research Institute,Beijing100008)
Abstract　Based on the analysis of s ome im portant problems in metro designing,such as long-period prediction of passenger flow,passing capacity and fit train classification,the author holds that ticket price shall be the main item which restricts the metro flow,because to im prove the passing capacity to forty pairs per-hour is only a future objec2 tive—“small train formation,high operation frequency”.and that it shall run a risk to reduce the construction cost by shortening the platform.
K eyw ords　metro,long-period flow prediction,passing capacity,train classification
(收稿日期:2002-05-28)
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