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摘要：城市快速轨道交通线网规划（以下简称“线网规划”）是一项城市总体规划的专项（专业）规划。目前，国内轨道交通发展迅速，除了北上广深等一线城市，不少新一线城市轨道交通发展速度也十分迅猛，如成都、重庆、西安、苏州等地。为了进一步完善线网规划的方法，本文通过对我国的城市轨道交通现网发展历程和线网规划现有方案进行分析，一方面介绍一种线网规划的思路，另一方面探索了城市轨道交通线网未来的发展趋势。
关键词：轨道交通；发展现状；发展趋势
引言
随着经济社会的发展和人类文明的进步对交通出行的深刻影响，使得交通路况日趋复杂。传统的交通管理模式和系统已经无法满足经济社会的快速增长和物流需求，交通拥堵己经成为国内外所共同面临的难题。面对这个棘手的问题，当如何解决呢？解决城市交通问题的一个重要途径是轨道交通，也是未来城市交通的发展方向。当我们在逐步认识、运用云计算、物联网等技术解决该问题时，一个“大数据”时代己悄然来临，仿佛一夜之间风靡全球，既宣告了一个新时代的来临，又成为了一个时代的标志。大数据时代的来临，为轨道交通的发展及运用提供了技术性支持。通过高效、精准、及时的交通数据获取，构建合理的城市交通管理体系，以期为市民提供生活、生产便利。城市轨道交通的建设，带动了GDP的增长，增加了就业，节约了资源，降低了能耗和环境污染，在极大改善人们出行方式的同时，也从根本上提高了城市生活的品质和水准，对城市经济社会的发展起到了日益明显的带动作用，是实现经济社会和城市可持续发展的重要组成部分。
一、我国城市轨道交通线网发展历程综述
《城市公共交通常用名词术语》中，对“城市轨道交通”定义是这样的：主要的动力是电能，运装方式是轮转。可以实现大运量快速的交通的城市交通系统。这个线网中有地铁、轻轨列车和有轨电车等。它被称作“城市大动脉”。因为我国城市轨道交通发展较晚，所以在完善程度上远不及发达国家。例如，美国、日本。在经历了40多年之后，我国的经济体制改革程度加强，一些潜在的消费需求显现出来。城市对轨道交通的需求程度加深。在需求的牵引下，轨道交通的发展进入一个前所未有的高速期。半个世纪的时间里。交通线网的发展成绩瞩目关注。不仅方便了人们交通出行的同时，促进交通系统的快速发展。解决了交通拥堵问题，同时也调整城市区域结构。跨越式发展的新阶段，使得世界最大的城市轨道交通市场诞生在中国。这时候，轨道交通的运营，获得了良好的社会、经济效益。与此同时，在城镇化飞速发展下，东部沿海城镇化率增高。城市市区规模越来越大，这时候，轨道交通需求也增大了。城市城市轨道交通网的发展范围，延伸到乡镇的区域。城市轨道交通在高速发展的背景下，再次获得了新的活力。主体规划方法和技术路线；线网规划是综合的专业交通规划，同时又是全市综合交通规划的延续和补充，规划和建设均会对全市的规划格局产生相当程度的影响。因此本规划既要有相对的独立性，又要与城市总体规划有机地融为一体。线网规划的研究工作涉及城市规划、交通工程、轨道交通专业工程、建筑工程及社会经济等多项专业，各专业相互联系紧密又彼此独立。线网规划作为一项复杂的系统工程，不能把本规划作为一个孤立系统进行规划，既要重视其自身的建设运行机制，又要注重与外部环境及各种影响因素协调关系。
二、城市轨道交通线网规划的现有方法
1.1大城市发展形式分析
城市发展的经验表明，在经济高速发展的同时，城市中心的人口密度也急剧增加。随着人口和用地规模的扩大，城市形态和土地利用格局也做出相应的调整。调整的结果一方面是内聚性，即提高市区土地使用的强度；另一方面是外延性，即人口分布在更宽广的地域。城市外延扩展有两种形式：一是飞跃性发展，即脱离既有的城市建成区独立建设；二是延续性发展，
1.2城市轨道交通对城市发展的作用
如何通过对土地和交通的使用，降低因分散活动而增加对私车的依赖，是城市发展的关键问题。各国采取了不同的城市发展模式，其中最值得借鉴的是基于轨道交通的公交优先的城镇发展模式。轨道交通系统的建设有力地促进了大城市卫星城镇的建设与都市圈的形成，使城市由单中心同心圆发展模式转变为多中心轴线式发展模式。这也恰恰正是大城市发展的合理方向。
1.3城市轨道交通线网规划的现有方法
目前城市轨道交通线网的拟定，常用的基本方法有逐线规划扩充法、主客流方向线网规划法、效率最大优化法、点-线-面要素法与功能层次法等。其中，前3种方法均是在现状或未来道路网流量分配的基础上布设轨道线路，其客流预测时难以反映轨道线网与土地利用规划的相互作用，对郊区人口、客流需求估计偏小，造成市郊网络规模较小，对城市形态发展的引导作用有限。点-线-面要素法综合考虑城市基本的客流集散点、主要的客流分布与重要的对外辐射方向，开始注意轨道线网的形态结构与城市的结构相适应。功能层次法将线网分为市域级、市区级与局域级等3个层次；3级网络逐级编织，不仅能满足市区内人口密集地段的城市活动需要，而且对城市多中心发展起到积极的促进作用。这2种方法以定性分析为主。
三、一种新的规划方法———节点-线路方法
在现有的功能层次法的基础上，本文提出节点-线路法，并加入定量分析，使城市轨道交通线网（以下简为线网）规划以引导城市形态的合理演变为出发点，为城市发展提供支持。
3.1节点的选择与分级
由于线网规划的出发点是促进城市的合理发展，因此节点的选取与分级不仅要依据节点客流量的大小，还要依据节点的功能、地位，以及在城市发展中的作用。首先利用远期OD（出发-到达）矩阵确定大部分节点：先将对角线上诸元素置0，剔除交通小区之内出行；再对各行列分别求和得到小区区外发生量和吸引量；最后按各区的区外出行量排序，取小区总数的10%左右作为主要集散点。然后通过定性分析按其他非主要集散点的区位和在城市规划中的重要程度判定是否遗漏了主要集散点。
本文将线网节点分为三个层次：都市圈（市域）范围内的卫星城镇、城市副中心与市中心，市区范围内的大型客流集散点，区域（局域）范围内的主要客流集散点。其中第二、三层次节点的区分主要依据节点客流量的大小[3]。根据节点的功能、性质、地位与出行量大小，可赋予每个节点以相应的产生、吸引权值。值得注意的是，具有多种功能的客流集散点可将其区分为多个点分别分级，再将权重加总，而不宜将该点简单升级作为一个高级别的客流集散点。
3.2连通需求度法确定交通走廊
确定交通走廊的方法有多种，本文利用重力模型法给出连通需求度的求法：
式中：
tij———节点i，j之间的连通需求度；
Gi———节点i的产生权值；
Aj———节点j的吸引权值；
Rij———节点i，j之间的最短距离；
α，β，γ，k———待定系数。
为考虑节点间功能互补与否所引起连通要求上的差异，两点间连通需求度为各出行目的连通需求度之和：
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式中：
tij，l———节点i，j之间出行目的为l的连通需求度；
l———出行目的的类别，l=1，2，…，n。
将各节点间的连通需求度按照“全有全无”算法进行分配之后，可以在分配图中得出交通走廊的情况。
3.3生成初步线网
在线网型式选择上，较为适合我国大城市多中心轴线式发展的是环形-放射线网。本文将线网分为骨架线网、发展线网与加密线网3个层次。在市中心四周首先出现的是若干个部分分担市中心功能的副中心。副中心本身、副中心与市中心之间及副中心相互之间的出行量都很大。最早修建的城市轨道交通线主要应分担这些出行量。如果以3条线为限，这3条线的最佳结构形式是“一叉一环”。这种“一叉一环”的结构可称作“骨架线网”，是整个城市轨道交通网的基础。城市面积的拓展是有限度的。居民出行的一小时效应，以及环境、社会问题的增加，要求大城市朝着以一个大城市为主、多个中小城市一起联合构成产业结构各有特色而又互补的“一核多心的生态城市群”的模式发展。因此，城市轨道交通规划要为即将到来的城市群体化作准备，并起到引导作用。连接副中心与卫星城之间的轨道交通可统称为“发展线网”，“发展线网”可采用支线型式。
市区与卫星城的分区内也有为数不少的客流集散点。这些集散点之间以及它们与城市主中心和副中心之间也需要用轨道交通相连。为此，在“骨架线网”与“发展线网”留下的空白处布设“加密线网”。
3.4线网的检验和优化
线网的检验从规模和布局的合理性、实施的可能性和经济性，以及对城市发展的促进作用等几个角度来进行。线网的调整、优化在此基础上进行，直至得到满意的结果。线网的规模要求轨道交通的分担率达到城市发展政策的要求；轨道交通与其他交通方式（如道路公共交通、私家车、自行车等）的容量之和能够满足城市客运交通的需求；线网应覆盖多数的节点与交通走廊，其数目按照级别不同进行加权求和。线网的合理性包括：线网的密度与覆盖的均匀性问题，即线网的疏密问题；线网的通达度，即每条线路到市中心的换乘次数；换乘站的数量与负荷是否合理；各线路是否符合城市客流的主流向；线网中是否存在瓶颈等。
线网的可实施性是指线路近远期建设问题。由于城市轨道交通的建设耗资大、工期长、难度高，一般城市只能逐段或逐线建设，因此要求修建较少的线路即能达到一定的规模，也就是“骨架线网”的客流量覆盖率问题。在近期实施计划难以安排时，要对线网进行调整。线网能否促进城市的发展主要反映在以下几方面：线网对市中心辐射作用的支持程度，即与城市CBD（中央商务区）直接关联的轨道交通线路数目及其延伸方向；对副中心的支持程度，即直接通过各城市副中心的轨道交通线路数目及其布置方式是否有利于该副中心的形成、发展及其作用的发挥；轨道交通直接连接或覆盖的市级商业中心、分区中心、地区中心、大型住宅区等重要的人口或岗位集散点的数量；与城市发展方向及发展轴线的吻合程度；轨道交通与城市道路公交系统及对外交通枢纽的衔接配合情况等。
四、我国城市轨道交通线网的发展趋势分析
4.1多元化方向发展
20世纪90年代，我国地铁系统的发展，目的主要是解决大城市交通拥堵问题。当时的建设标准是，人数要百万人口。并且，单方向高峰小时超过3.5万人。建设同时需要满足的条件是，远期单方向高峰超过5万人以上每小时。在实践证明下，表明了标准定得偏高了。115个国家几百条地铁线，只有日本有这样大的运量。在经济快速发展的条件下，城市轨道交通网的建设更加迫切。因此，我国有的地区建设了轻轨系统，以形成合理的轨道交通网。例如，重庆市依据地形条件，建设了跨座式单轨运行系统。上海、广州等地也出现了市郊铁路。以促进城市规模扩大，发展了卫星城镇。辅助了铁路发展史上空缺。我国出现了多种轨道交通共同发展的新趋势。同时城市轨道交通是一个非常复杂的系统，在建设中以及在完成后的使用中都会牵扯到很多的环境问题，在建设以及运行中需要重点考虑地下水问题、地质问题、噪声污染问题、震动影响以及生态环境的问题等。如在生态环境方面，主要是针对人的居住环境以及动植物等，避免影响动植物的正常生长或生活，在城市轨道交通建设中不可避免会产生一些废弃物，需要妥善处理避免环境污染。随着城市管理水平的提高，管线设置也是逐渐复杂，在建设中需要注意各个管线。各个城市的线网规划中一个存在的争议就是是否设置环线，不可否认这受道路系统规划思想影响较大。但根据研究，这两大系统中环线的作用存在本质区别。在道路网络中，环线的作用在于屏蔽中心区过境交通，虽然环线会造成车辆一定程度的绕行，但高速度却抵消了空间距离上的损失，所以环线对过境或跨区交通有较大的分流作用。快轨是方向固定的交通系统，受技术条件的限制，线路间的交通转换不能像汽车那样灵活，而是要通过旅客换乘的办法实现，而换乘的时间损耗比汽车改变行车方向的时间损耗大。同时，快轨环线的交通分流作用受到限制，尤其是交通屏蔽作用不如道路环明显。
4.2依据城市类型的轨道交通网设置
（1）交通量需求。
城市轨道交通的发展，要满足城市规模扩大后，交通量大的问题。地铁成为城市交通的重要支柱。它虽然投资大，但是，社会经济效益也很大。建设轨道交通，已经全国各大城市出现了普遍的、共同的认识。
（2）城市战略需求。
21世纪，我国会发展成为中等发达国家，城市发展规模中，会出现主中心区、辅中心区、工业园、卫星城等。这些轨道交通线网有着共同特点，他们均是初期运量不大，远期有较大运量。
（3）能源、环保需求。
当前，城市环保问题重视程度提高。在国外，居民私家汽车拥有量很高，但是，交通并不拥挤。这是因为发达国家，大力发展了轻轨交通系统，减少大气污染、节约能源。实施了可持续经济发展战略。由此来看，我国一些特大城市可以在居民居住集中的地区，发展轻轨运输，解决了城市环境污染问题。
（4）景观旅游的需要。
旅游游览轨道交通，也可以作为旅游景点。我国很多城市，在对修建轨道交通项目中出现了很高的积极性，但是，在类型研究上还需要加强。需要经过对国际上交通类型的研究，从各种类型中分析判断出，满足我国旅游发展需求的城市轨道交通方案。
结束语：
城市轨道交通线网的发展，不仅影响到人们的出行，在长远上也会影响整个城市的发展。在城市轨道交通发展上，要努力研究学习各国发展经验，采用不同的类型满足我国城市轨道交通线网的发展。促进城市交通发展和人们生活水平提高。城市快速轨道交通线网规划是一项难度高、风险大的规划与研究工作，多项内容属于国内未曾涉及过的问题。为完成国内一些大城市进行快速轨道交通线网规划的过程中，本文摸索出的这一套系统的规划内容、研究方法、技术路线、合理规模、评价体系和实施规划等新理论、新思路，仅仅属于起步，仍有待改进完善。希望各城市快速轨道交通的筹划和建设部门重视线网规划，做好线网规划，为我国快速轨道交通建设持续有序发展奠定良好基础。
参考文献：
[1]侯晶.地铁站点旅客换乘模式研究.长安大学，2012.96.
[2]冯晶越.城市轨道交通站点周边的商业集聚特征研究--以广州三个地铁站为例.华南师范大学，2013.91.
[3]黄华.珠江三角洲城际快速轨道交通客流预测研究.山西工业学，2015.7
[4]卢琼成，李培刚.城市轨道交通线网形态研究[J].山西建筑.2010，（3
[5]姜锦.城市用地-交通综合系统演化机理与优化研究.四川水泥，2019.1
[6]范克征.城市轨道交通系统经济效益分析.西南交通，2016.1
[7]陈云.我国特大城市客运交通系统结构和发展战略研究.西南交通，2014.1
[8]孟尚定.绿色交通视角下城市轨道交通网络规划决策方法及应用.湖南大学，2017.1
[9]杨帅.城市轨道交通线网合理规模与布局方法研究.西南交通，2016.1
[10]方京春.福州市城市轨道交通网络规划研究.福建农林，2019.7
[11]高连.大城市客运交通枢纽布局初步研究.山东建筑，2006.1
[12]陈进.泉州市城市轨道交通线网规划研究.中国地质大学（武汉），2010.
[13]覃慧矞.轨道交通枢纽规划与设计理论研究.交通运输工程，2012.1