南京地鐵南北線客流預測與運能規(guī)劃的應用性研究
[摘 要]預測客流量是進行地鐵系統(tǒng)線網(wǎng)規(guī)劃。軌道交通工程設計的基礎資料和重要依據(jù)，它具有階段性、近似性、增長性的特點。為配合2005年第十屆全國運動會的舉辦，妥善解決奧體中心產(chǎn)生的突發(fā)客流，南京地鐵南北線一期工程向西延伸4.82 km，使線路總長達到21.72 km。
[關鍵詞]地鐵；客流預測；運能規(guī)劃；南京
在南京未來的城市建設發(fā)展規(guī)劃中，快速軌道交通扮演著十分重要的角色。按照南京市的城市總體規(guī)劃思路，軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃為10條線路，其中7條線路為地鐵，3條線路為輕軌，總長度達365 km，預計于2050年前建成。當前正在建設的地鐵南北線一期工程是國家“十五”計劃中確定的重點工程，竣工后將成為江蘇省首條地鐵，同時也是與2005年由南京主辦的第十屆全國運動會相配套的基礎設施項目。
1 南京地鐵南北線的線路規(guī)劃與功能定位
南北線是南京市地鐵線網(wǎng)規(guī)劃中的1號線，貫穿了南京市主城區(qū)的中心腹地，把城市中心區(qū)的商業(yè)、金融、文化、綜合服務等繁華區(qū)及對外交通口等客流集散點連接起來，同時還連接南北兩個工業(yè)區(qū)，是南京南北線客流走廊的骨干交通線。南北線一期工程南起小行，向北經(jīng)中華門、沿中山南路、中央路到鼓樓，再沿玄武湖畔至南京火車站，而后沿小紅山至邁皋橋，形成南京主城區(qū)中軸線的快速軌道交通走廊(圖1)。一期工程全長21.72 km，共設車站16座，將于2005年9月1日建成通車。
地鐵南北線一期工程建設，不但可以極大地緩解城市中心交通擁擠、阻塞問題，方便廣大市民安全、便捷、舒適地出行，而且對于引導城市規(guī)劃、拉動地方經(jīng)濟發(fā)展、保持南京古都風貌、提升城市形象、提高環(huán)境質量、完善城市功能、加速城市開發(fā)、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等，都有著十分重要的意義。
2 客流預測對城市軌道交通規(guī)劃的影響
軌道交通的基本類型通常包括地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、市郊鐵路、單軌系統(tǒng)、新交通系統(tǒng)、有軌電車六類。選擇哪種交通方式應從以下幾個方面考慮：運送能力、每乘客投資額、運營費用、對環(huán)境的影響。同時還應考慮每公里的投資費用(決定一次性投資的多少)。在以上因素中，系統(tǒng)的運送能力應該首要考慮。運送能力即交通容量，指單方向每小時的斷面乘客通過量。
一般來講，若斷面單向遠期預測客流量在4萬人次/h以上，則必須選取用地鐵；公共汽車的最大單向運送能力為8 000人次/h；當單向斷面客流量超過8 000人次/h，而遠期預測客流量不超過4萬人次/h時，宜選用投資較少的輕軌或單軌系統(tǒng)。輕軌和單軌是介于公共汽車和地鐵之間的中等運量的快速軌道交通系統(tǒng)。
據(jù)南京市交通部門預測，南京全市機動車總量到2010年有可能突破80萬輛，其中僅市區(qū)就有45萬輛左右，屆時南京市區(qū)每千人的機動車擁有量將達到150輛，每千人的轎車擁有量將達到100輛。由于目前的城市干道網(wǎng)難以適應機動車的大量增長，軌道交通將會逐步發(fā)展為南京市公共交通的骨干力量。
3 地鐵客流預測的主要特點
目前通過數(shù)學手段預測得到的未來設計年度的客流量，稱為預測客流量，它是進行地鐵系統(tǒng)線網(wǎng)規(guī)劃、軌道交通工程設計的基礎資料和重要依據(jù)，主要具有以下幾個特點。
(1)階段性。通常把預測年限分為初期、近期和遠期。初期為建成通車后的3年，近期為交付運營后的10年，遠期為交付運營后的25年。系統(tǒng)的總體建設規(guī)模、機電設備容量及系統(tǒng)運輸能力一般是按照預測的遠期客流量來確定的，由此進行土建工程設計，以及進行項目的經(jīng)濟效益和社會效益評價。南京地鐵南北線客流預測的特征年為2008年、2015年、2030年。
(2)近似性。目前各城市在進行客流量預測時，采用的一般都是近10年的城市統(tǒng)計數(shù)據(jù)和城市規(guī)劃中今后10年的資料，由于預測時間跨度長，預測結果會產(chǎn)生偏差，其誤差大小直接影響到工程建成后的使用效率和效益。
(3)增長性?？土髁渴巧鐣?jīng)濟活動和文化生活活動的產(chǎn)物，它會隨著城市建設的發(fā)展、人口的增加和社會經(jīng)濟基礎的擴大而增加。例如，南京市的都市圈總人口2000年為430萬左右，2010年預計為500萬左右；2000年南京市的GDP為1 021.3億元，預計“十五”期間，年均增長10％左右。因此南京市的客流量也將會隨之增加。
可見，把握預測客流量的特點，對城市人口、經(jīng)濟等各種增長因素做出準確評估，對提高地鐵客流預測的準確性具有重要作用。
4客流預測方法
四階段預測法是目前交通規(guī)劃領域應用最廣的客流預測方法，即按照交通生成預測、交通分布預測、交通方式劃分和交通分配4個階段來分析城市現(xiàn)狀和未來的交通狀況。
4.1交通生成預測
考慮到地鐵建設對沿線的土地開發(fā)、城市建設及人口分布會產(chǎn)生影響，對于常住人口的客運交通需求，要分析研究對象區(qū)域的人口、就業(yè)及用地情況的變化，在此基礎上進行出行產(chǎn)生預測；對于旅游城市，通過分析影響旅游需求的主要因素與旅游需求的關系，建立旅游需求的預測模型，對未來旅游需求的吸引總量進行預測(表1)。
4.2交通分布預測
根據(jù)居民出行調查結果，建立居民出行分布模型，并預測未來特征年居民全方式出行OD表；旅游需求的出行分布要與交通方式劃分步驟相結合，根據(jù)旅游需求特點、規(guī)律和來源進行預測。
交通量分布的預測方法，主要分為兩大類：增長率法和構造模型法。其中，重力模型法是一種構造模型法，它有多種修正模型和發(fā)展模型，應用研究范圍廣、工程可操作性強，不僅能適用于城市結構及土地利用的變化，而且也能適應因引入新的交通工具而產(chǎn)生的所需時間變化。
南京地鐵南北線穿過城市主城區(qū)，由于受到用地的限制已不具備大規(guī)模擴展的條件，因而采用重力模型較為合適，實際預測采用了雙約束重力模型。
4.3交通方式劃分
居民出行時對交通方式的選擇主要取決于交通方式的服務水平，體現(xiàn)在交通方式的旅行時間、費用及舒適度等。其中，對于大多數(shù)居民來說，旅行時間和費用是最為敏感的兩個因素，也是進行客流分析與預測時必須著重考慮的因素。
以居民出行調查數(shù)據(jù)為基礎標定交通方式劃分模型，可以獲得公交類(常規(guī)公交＋軌道交通)OD、自行車OD、步行OD及其它交通方式OD矩陣。南京市居民(含暫住型流動人口)各種方式的全日出行比例的預測結果見表2。
4.4交通分配
將公交類OD在公交網(wǎng)(常規(guī)公交＋軌道交通)上進行競爭分配，計算軌道網(wǎng)各斷面客流量、各站點乘降量和站間OD等。
因為軌道交通的線路是固定的，所以它對客流的吸引有兩個特點：一是必須有常規(guī)地面公交的支持；二是它一般不吸引與軌道線路方向垂直的居民出行。軌道交通與常規(guī)公交方式通過行程時間、換乘時間、票價等綜合費用之間的競爭來吸引客流，從而確定軌道線路各站上下車人數(shù)和斷面客流量等技術指標。
5 南京地鐵南北線客流預測與結果分析
5.1預測過程概要
采用四階段預測法，借助TransCAD交通規(guī)劃軟件和東南大學的交通網(wǎng)絡系統(tǒng)分析軟件“交運之星”進行分析預測。
首先，采取收集歷史數(shù)據(jù)和抽樣調查等方式獲取大量的南京市統(tǒng)計資料，其中涉及交通、經(jīng)濟、人口等方面，并將數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)庫中，通過人機對話的方式標定公共交通量(地面公交+軌道交通)的多元回歸預測分析模型。
其次，構建預測年度的OD分布矩陣，并進行地鐵交通區(qū)城市居民出行吸引預測，得到上班出行吸引量、上學出行吸引量、彈性出行吸引量、回程出行吸引量，同時用城市人口及相關的經(jīng)濟指標進行修正。
5.2斷面流量分析思路
高峰小時的客流預測非常重要，它關系到軌道線路的設計標準、運載能力、車輛編組及車站設計等多項工作。在實際中采用高峰客流OD預測技術，可以計算出各年度早晚高峰OD量。
流量分析的關鍵步驟是計算第i站上車到其它各站下車的人數(shù)S(i，j)。一般認為進站量大的車站其出站量也相應大一些。從全天的客流角度看，第i站上車到第j站下車人數(shù)S(i，j)應與第j站上車到第i站下車人數(shù)S(j，i)大致相等，即從各站上車，到第j站出站的人數(shù)之和等于第j站進站的總人數(shù)。
通過預測每個峰期進站上車和下車出站的大致人數(shù)，可以估算該峰期任意時刻車站中的人數(shù)，一般一個峰期為1小時左右。
5.3主要預測結果
地鐵南北線客流預測結果的主要指標見表3。從中可以看到，新街口作為南京的商業(yè)中心和城市幾何中心，客流集散量是最大的；3個年度的客流全日、早高峰、晚高峰平均乘車距離都在6 km左右，表明地鐵主要是城市圈中長距離出行的一種交通方式。
6 地鐵客流預測對運能規(guī)劃的影響
運能規(guī)劃是綜合的專業(yè)交通規(guī)劃，也是一項復雜的系統(tǒng)工程，其研究工作涉及城市規(guī)劃、交通工程、社會經(jīng)濟等多個領域，它會對整個城市的規(guī)劃格局會產(chǎn)生相當程度的影響。這種影響是相互的，各種外界的影響因素和邊界條件對規(guī)劃也會產(chǎn)生不同程度的影響。因此，要注重與外部環(huán)境及各種影響因素的協(xié)調關系。
地鐵系統(tǒng)在運力設計方面不僅應考慮使高峰小時客運量盡量接近系統(tǒng)極限，以便線路和中轉站能被有效地利用，而且還要從運行效益的角度出發(fā)，使平峰時間客流保持在一個可接受的水平上。
從世界快速軌道交通發(fā)展的歷史過程看，預測客流量也往往普遍偏小。以上海地鐵為例，1999年4月，上海市為作地鐵1號線向北延伸段的設計，對地鐵1號線的客流量重新進行了預測：延伸后的1號線到2005年全日客運量為68萬人次，高峰小時最大斷面客流為2.18萬人次。而實際統(tǒng)計資料為：2001年地鐵1號線全日客運量(莘莊站至新客站)就已達到41.5萬人次，節(jié)日則達60多萬人次，高峰小時斷面客流量為2.34萬人次，可見該線的預測客流量比實際客流量要小。
為配合2005年在南京市舉辦的第十屆全國運動會，妥善解決奧體中心產(chǎn)生的突發(fā)客流，在地鐵南北線原來長度(16.9 km)的基礎上，南北線一期工程又向西延伸了4.82 km，使線路總長達到21.72 km。另外，根據(jù)南京市的規(guī)劃，在未來5年～10年里將在河西地區(qū)建成新城中心，南北線一期工程西延線的建設也將大大改善該地區(qū)的交通基礎設施狀況，對帶動河西的開發(fā)、疏散老城區(qū)過于密集的人口及減輕中心城區(qū)的交通壓力十分重要。
7 結語
客觀地進行客流預測是地鐵系統(tǒng)運能規(guī)劃的重要前提，而對影響預測準確性的人口增長、經(jīng)濟增長、城市發(fā)展等各種因素也要作充分地評估，以保證今后能夠長遠滿足城市的需要。進行線網(wǎng)規(guī)劃時，在流量預測法的基礎上，建議同時綜合其它方法，取各種方法之所長，比如經(jīng)驗分析法、公交增長法等。
[參考文獻]
[1]梁廣深．地鐵設計中幾個熱點問題的探討[J]．城市軌道 交通研究，2002，(2)：1-3．
[2]南京市規(guī)劃局．南京城市總體規(guī)劃[R]．2001．
[3]南京市交通規(guī)劃研究所. 南京城市交通發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃研 究[R]．1999，(7)．
[4]南京地下鐵道總公司，南京市交通規(guī)劃研究所．南京地鐵 南北線客流預測研究[R]．1999，(7)．
[5]陳森發(fā)．網(wǎng)絡模型及其優(yōu)化[M]．南京：東南大學出版社， 1992．67-73．
[6]陸化普，朱 軍，王建偉．城市軌道交通規(guī)劃的研究與實 踐[M]．北京：中國水利水電出版社，2001．178-182．
[7]伍 敏，余海斌．上海地鐵1號線運能現(xiàn)狀分析及應對措 施[J]．城市軌道交通研究，2002，(2)：76-79．
[8]楊 濤．城市交通 ：新世紀的挑戰(zhàn)與對策—南京城市交 通發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃研究[M]．南京 ：東南大學出版社，2001．
