城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營的優(yōu)化決策技術(shù)講義

1、城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營的優(yōu)化決策技術(shù)徐瑞華同濟大學(xué) 運輸管理工程系2011.5.19隨著城市化進程的不斷推進，城市交通問題日益嚴(yán)重，大容量的公共交通方式成為問題的突破口和未來的發(fā)展方向。軌道交通作為大運量、速度快、污染低、安全、準(zhǔn)點、舒適的公共交通比其他公交方式擁有更多的優(yōu)勢，逐漸在世界各國的城市交通中成為骨干，對城市的發(fā)展起著極大的推動作用。1.城市軌道交通與城市發(fā)展1.城市發(fā)展促進城市軌道交通發(fā)展軌道交通的產(chǎn)生依賴于城市發(fā)展軌道交通是城市發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，它是城市客運需求達到一個較高水平后，為了解決城市交通擁擠問題而提出的。軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與城市發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模即城市所需要的軌道交通網(wǎng)絡(luò)總

2、長度。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小與城市人口和用地規(guī)模相關(guān)。軌道交通模式要與城市發(fā)展相適應(yīng) 軌道交通系統(tǒng)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)的不同大體上可分為以下幾類：有軌電車 （Tramway） 地鐵 （Metro） 輕軌 （Light Rail Transit，簡稱LRT）獨軌交通 （Monorail）自動化導(dǎo)向的軌道交通 （Automated guide-way transit） 磁懸浮交通（Maglev train） 市郊鐵路（Rural rail）選擇何種模式取決于城市的規(guī)模與客流情況。1.城市發(fā)展促進城市軌道交通發(fā)展軌道網(wǎng)絡(luò)布局與城市空間結(jié)構(gòu)緊密相關(guān) 單一中心均衡發(fā)展的城市一般是方格網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如墨西哥城。單一中心分散發(fā)展的

3、城市比較適合于放射狀結(jié)構(gòu)，如德國慕尼黑的地鐵網(wǎng)。墨西哥城地鐵線網(wǎng)慕尼黑地鐵線網(wǎng)1.城市發(fā)展促進城市軌道交通發(fā)展 多中心集中加分散發(fā)展的城市比較適應(yīng)混合結(jié)構(gòu) 倫敦軌道環(huán)線串聯(lián)了27個地鐵站，其中與5個倫敦火車站相連，每座車站又基本上是倫敦市區(qū)向倫敦大區(qū)輻射的放射形鐵路的起點站，環(huán)線繞行到倫敦南方與泰晤士河并行，許多景點都聚集在此：白金漢宮、國會大廈、西敏寺、倫敦塔、泰晤士河游船等。倫敦軌道交通網(wǎng)1.城市發(fā)展促進城市軌道交通發(fā)展軌道線路布設(shè)要與城市交通協(xié)調(diào) 軌道交通線路走向應(yīng)符合城市客流集中的交通走廊，盡量在城市干道布設(shè)，并且應(yīng)以最短、最便捷的路線連接車站、碼頭、航空港、大型商業(yè)區(qū)、居住區(qū)等客流集

4、散量大的場所，以減少線路的非直線系數(shù)和縮短居民的出行時間。1.城市發(fā)展促進城市軌道交通發(fā)展對城市結(jié)構(gòu)的影響在軌道交通的建設(shè)初期，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)要以城市結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)；在不斷運營發(fā)展后，軌道網(wǎng)絡(luò)又會對城市的土地使用布局和空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。城市軌道交通能夠成為城市形態(tài)擴展的發(fā)展軸，有利于形成多中心的城市布局，并且引導(dǎo)衛(wèi)星城的發(fā)展。2.城市軌道交通建設(shè)促進城市發(fā)展對城市結(jié)構(gòu)的影響 環(huán)線：環(huán)線建設(shè)可以促使環(huán)線節(jié)點周邊的土地開發(fā)，如果這種開發(fā)是大面積的低密度的開發(fā)，則可能使得城市向“攤大餅”狀發(fā)展。這也是大多數(shù)環(huán)線很少單獨修建、而是和放射線共建的原因。2.城市軌道交通建設(shè)促進城市發(fā)展對城市結(jié)構(gòu)的影響放射線無環(huán)放

5、射式放射線將交通流引向市中心，能加強CBD的吸引和輻射能力，有利于市區(qū)向外發(fā)展，從而形成一條高密度的帶狀放射走廊。斯德哥爾摩的放射軌道網(wǎng)斯德哥爾摩依靠軌道交通引導(dǎo)城市拓展，稱為國際推崇的典范。2.城市軌道交通建設(shè)促進城市發(fā)展對城市結(jié)構(gòu)的影響放射線有環(huán)放射式 由穿越市中心區(qū)的徑向線及環(huán)繞市區(qū)的環(huán)線共同構(gòu)成。有放射式布局的特點，又有環(huán)線的特點。莫斯科 環(huán)繞在CBD周圍的環(huán)線，可以截住進入CBD的過境客流，將客流引導(dǎo)到其他放射線上，從而減少城市中心區(qū)的交通擁擠，如莫斯科和北京的地鐵環(huán)線。北京2.城市軌道交通建設(shè)促進城市發(fā)展對城市交通結(jié)構(gòu)的影響 有利于改善城市交通條件和交通結(jié)構(gòu)，能夠完善地區(qū)的交通網(wǎng)絡(luò)

6、，形成城市主導(dǎo)客運公交系統(tǒng)。對城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響城市軌道交通能夠帶動沿線房地產(chǎn)開發(fā)，以及相關(guān)的商業(yè)、服務(wù)業(yè)的發(fā)展。加快土地置換促進土地利用集約沿線房地產(chǎn)開發(fā)商業(yè)、服務(wù)業(yè)的聚集2.城市軌道交通建設(shè)促進城市發(fā)展有利于城市節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展有利于城市經(jīng)濟的發(fā)展軌道交通線的投資成本構(gòu)成中，土建工程約占了40%，其余主要是軌道、車輛、通信信號、牽引供電等設(shè)備投資。軌道建設(shè)投資的增加直接提供建材、建筑企業(yè)生產(chǎn)能力的利用率，創(chuàng)造新的就業(yè)機會，擴大對電力、交通運輸?shù)男枨?。軌道交通線網(wǎng)間接產(chǎn)生配套設(shè)施投資需求。在沿線新建的居住區(qū)、工業(yè)區(qū)或商貿(mào)區(qū)，還將帶動配套的經(jīng)濟基礎(chǔ)建設(shè)。2.城市軌道交通建設(shè)促進城市發(fā)展軌道

7、交通能夠保持市中心的強大軌道交通能夠有效解決市中心的交通擁擠問題，增強市中心的活力，從而促進市中心的發(fā)展；軌道交通快速、準(zhǔn)點的特性，增強了軌道交通對周圍地區(qū)的吸引力，許多城市把發(fā)展軌道交通作為復(fù)興中心區(qū)的一種手段。 比如，地鐵通過的紐約曼哈頓島57km2，聚集了160萬居民，250萬工作崗位，這是發(fā)達國家密度最高的地方。曼哈頓島上的華爾街1.5km2，就業(yè)崗位達40萬個，沒有發(fā)達的軌道交通系統(tǒng)是無法支撐的。2.城市軌道交通建設(shè)促進城市發(fā)展2. 國內(nèi)外城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)法國巴黎基本資料(截止2005年4月1日)線路里程(km)212.1線路條數(shù)14車站數(shù)297年運量(百萬人次)3,533最小行車間

8、隔135英國倫敦基本資料(截止2005年4月1日)線路里程(km)408.0線路條數(shù)12車站數(shù)275年運量(百萬人次)947.60最小行車間隔2俄羅斯莫斯科基本資料(截止2005年4月1日)線路里程(km)275.6線路條數(shù)12車站數(shù)170年運量(百萬人次)3200最小行車間隔130日本東京基本資料(截止2005年4月1日)線路里程(km)292.2線路條數(shù)12車站數(shù)274年運量(百萬人次)2812最小行車間隔150美國紐約基本資料(截止2005年4月1日)線路里程(km)371線路條數(shù)27車站數(shù)468年運量(百萬人次)1450最小行車間隔2韓國首爾基本資料(截止2005年4月1日)線路里程(

9、km)286.9線路條數(shù)8車站數(shù)263年運量(百萬人次)1863.9最小行車間隔2德國柏林基本資料(截止2005年4月1日)線路里程(km)152.7線路條數(shù)9車站數(shù)170年運量(百萬人次)457.9最小行車間隔3線路名起迄站車站數(shù)里程（公里）軌道交通1號線莘莊富錦路2837軌道交通2號線徐涇東浦東國際機場3060軌道交通3號線上海南站江楊北路2940軌道交通4號線環(huán)線26（含9座共線車站）34軌道交通5號線莘莊閔行開發(fā)區(qū)1117軌道交通6號線港城路靈巖南路2731軌道交通7號線花木路上海大學(xué)2734.38軌道交通8號線市光路耀華路2837.5軌道交通9號線松江新城楊高中路2346軌道交通10

10、號線航中路新江灣城2729.6軌道交通11號線江蘇路嘉定北/安亭1943.6合計11條線路274425上海上海軌道交通網(wǎng)（2010年）線路名起迄站車站數(shù)里程（公里）1號線蘋果園四惠東23412號線環(huán)線1823.64號線公益西橋安河橋北2428.25號線天通苑北宋家莊1527.613號線西直門東直門1640.85八通線四惠土橋1318.910號線巴溝勁松2225機場線東直門T2、T3航站樓428奧運支線森林公園北土城44.5亦莊線宋家莊亦莊火車站1422.7房山線大葆臺蘇莊1021.7昌平線西二旗南邵721大興線公益西橋天宮院1219.115號線望京西后沙峪919.4合計14條線路191341.

11、6北京蘇州3. 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營的主要特點經(jīng)營管理主體多元化城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營組織的基本特點北京地鐵運營有限公司京港地鐵有限公司運營主體網(wǎng)絡(luò)線路形式、功能和制式多樣化M線L線R線線路形式城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營組織的基本特點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和規(guī)模復(fù)雜化 連通型網(wǎng)絡(luò)城市環(huán)線 大型換乘樞紐 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營組織的基本特點 列車運行方式多樣化共線運行 大小交路 分段交路 列車運行方式綜合交路城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營組織的基本特點 與其他交通方式銜接需求的多重性鐵路(高速鐵路) 城際軌道交通 機場 其他交通方 式 高速公路 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營組織的基本特點 客流的高增長、波動性、網(wǎng)絡(luò)性F1展覽會

12、體育比賽城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營組織的基本特點城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營組織的基本特點 公眾安全和反恐形勢的嚴(yán)峻性倫敦地鐵爆炸日本地鐵沙林毒氣水災(zāi)3. 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營的關(guān)鍵問題3.1 網(wǎng)絡(luò)票款清分及客流分布清分影響因素?fù)Q乘模式對運營主體的偏好運營時間旅行時間擁擠程度換乘便利性路網(wǎng)結(jié)構(gòu)OD對路徑上運營模式確定性因素不確定因素幾種清分方法基于路網(wǎng)規(guī)模的清分方法簡單易行不考慮各個運營主體所提供的服務(wù)對整個路網(wǎng)客運周轉(zhuǎn)貢獻的差異在精確度、合理性上都存在問題最短路徑法只考慮OD間的最短路徑作為運費清分的依據(jù)不能體現(xiàn)乘客路徑選擇的多樣性，特別是在連通度較高的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中不能反映實際客流分布的實際狀況多路

13、徑選擇概率法考慮OD間乘客出行路徑的多樣性根據(jù)各路徑的綜合阻抗進行客流分配，從而計算出相應(yīng)的清分比例；能更加體現(xiàn)運費收益清分的科學(xué)性3.2 網(wǎng)絡(luò)化運營的換乘樞紐建設(shè)1）換乘樞紐世紀(jì)大道徐家匯人民廣場換乘樞紐（一站多線）世紀(jì)大道(2,4,6,9號線)6號線4號線2號線9號線換乘樞紐人民廣場（1,2,8號線）換乘樞紐徐家匯(1,9,11號線)2）換乘樞紐與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)集聚區(qū) 日本品川商務(wù)集聚區(qū) 香港機場快線青衣站商務(wù)集聚區(qū) 上海規(guī)劃了五角場、靜安寺、徐家匯等現(xiàn)代服務(wù)業(yè)積聚區(qū) 日本品川連結(jié)東京和橫濱方向的主要車站之一在這一地區(qū)日常入住企業(yè)的辦公人員達到4萬人，各項固定服務(wù)人員1萬人以上，白天流動人員靜

14、態(tài)也在1萬人左右。盡管人員眾多，但這里白天地面上人流車流都很少，所有時段都沒有交通擁堵，集聚區(qū)間的休閑廣場上鳥語花香與忙而不亂的地面形成鮮明對比的是，品川地下通道里暗流涌動，車流、人流此起彼伏。品川的大多數(shù)車輛在地下流動和停泊，軌道交通的出入人流在地面以上，而高聳的樓宇則為工作、購物和生活提供了廣泛的空間。 3）綜合交通樞紐虹橋樞紐高速鐵路磁浮交通機場城市軌道交通公共交通綜合交通樞紐上海南站鐵路磁浮交通城市軌道公共交通3.3 網(wǎng)絡(luò)化運營的資源共享資源共享 資源共享是軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營管理的重要組成部分。多條線路共用控制中心、車輛段與綜合維修基地、主變電站、換乘站、辦公設(shè)施、備品配件等資源的共享

15、。統(tǒng)一對共用設(shè)施設(shè)備的合理統(tǒng)籌布置，減少重復(fù)設(shè)施設(shè)備投資，維修養(yǎng)護規(guī)模效益得以體現(xiàn)。資源共享還體現(xiàn)在管理成本、管理人員、工作人員的配備上。如果統(tǒng)一管理，新線投入使用時，僅需補足新增設(shè)施或維修、操作人員缺口即可，其余共用設(shè)備的檢修人員完全可以與其他線路分享；而運營管理人員幾乎不需要增加；這樣直接降低了人員工資成本，同時減少了日常運營管理成本，運營管理規(guī)模效益得以充分體現(xiàn)。 3.4 網(wǎng)絡(luò)化運營的技術(shù)支持ACC,TCC(COCC,ETC)等系統(tǒng)的建設(shè)1）網(wǎng)絡(luò)票務(wù)中心ACC軌道交通“一票換乘”的實現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)化運營的基礎(chǔ)和前提“一票換乘”建立在所有的線路均采用了統(tǒng)一的票務(wù)系統(tǒng)車票制式、系統(tǒng)接口和清分規(guī)則上

16、的。票款的清分、客流的統(tǒng)計等2）綜合運營協(xié)調(diào)中心COCC隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)化進程的推進，運營管理將逐步由單線獨立運營管理向多線綜合運營管理的方向發(fā)展，從而形成軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營新局面。要求我們在提高各線路經(jīng)營管理、運營組織和調(diào)度指揮工作水平的同時，進一步提高網(wǎng)絡(luò)化運營的整體有效性、安全性和可靠性、各線路運營的相互協(xié)調(diào)性。有必要建立一個通過高技術(shù)支持的軌道交通綜合運營協(xié)調(diào)中心（Comprehensive Operation Coordination Center，簡稱COCC），以實現(xiàn)軌道交通網(wǎng)絡(luò)中各條線路有效、合理、協(xié)調(diào)地運作，最大限度地滿足客流的需求，充分發(fā)揮系統(tǒng)的整體能力和綜合效益，確保系統(tǒng)

17、的運營安全和可靠性 對重大突發(fā)事件的處理能力是體現(xiàn)城市現(xiàn)代化程度的一個重要標(biāo)志。在軌道交通運營中有可能發(fā)生故障事故、恐怖暴力、自然災(zāi)害以及人為破壞等重大突發(fā)事件，為確保軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營的安全可靠，保護人民生命財產(chǎn)不受或少受損失，保證城市社會生活的正常進行迫切需要建立一個與上海城市功能相匹配的，具有現(xiàn)代化國際大都市水準(zhǔn)的軌道交通應(yīng)急中心（Emergency Treatment Center，簡稱ETC）。當(dāng)發(fā)生重大突發(fā)事件時，有關(guān)人員可集中在應(yīng)急中心，通過專用的通信設(shè)施和指揮手段，了解、匯總有關(guān)場所的語音、視頻和數(shù)據(jù)信息，實施應(yīng)急指揮。該中心還可作為全市應(yīng)急聯(lián)動中心的一個重要組成部分。3）應(yīng)急中

18、心ETC3.5 網(wǎng)絡(luò)化運營的可靠性故障 突發(fā) 事件 事故事件：影響城市軌道交通系統(tǒng)運營安全和可靠性的因素的統(tǒng)稱故障：因設(shè)備質(zhì)量原因或操作不當(dāng)引發(fā)設(shè)備無法正常使用，須人工干預(yù)或維修的事件事故：因為故障或工作人員操作不當(dāng)引起的造成人員傷亡、設(shè)備損壞、影響可靠性或危及運營安全的事件突發(fā)事件：由故障、事故或其他原因（人為、環(huán)境、社會事件等）引起的突然發(fā)生的，嚴(yán)重影響或可能影響運營安全與秩序的事件事故故障產(chǎn)生的隨機性延誤的傳播性處置及時產(chǎn)生的機理傳播的特點預(yù)案城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營可靠性管理城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營可靠性預(yù)警技術(shù)預(yù)防技術(shù)處置技術(shù)評估技術(shù)3.6 網(wǎng)絡(luò)化運營的人才培養(yǎng)每建設(shè)1km城市軌道線路，需要

19、60名左右管理及技術(shù)人員 國際城市軌道交通職業(yè)人才配備標(biāo)準(zhǔn)我國城市軌道交通設(shè)計人才數(shù)量緊張，設(shè)計人員力量投入不足，容易導(dǎo)致設(shè)計不夠仔細(xì)。管理人才也十分缺乏，按照一個地鐵站需要10個管理人員的配額計算，到2015年北京城市軌道交通需要17000人，而目前北京地鐵管理人員只有3000人。黃衛(wèi)，2010中國國際軌道交通與城市發(fā)展高峰論壇巨大的人才需求市場：服務(wù)于軌道交通建設(shè)、運營管理的人才多方面的人才需求領(lǐng)域：在設(shè)計、施工、設(shè)備制造、運營管理、教師培訓(xùn)、施工設(shè)備等各個方面多層次的人才需求結(jié)構(gòu)運營/規(guī)劃公里（km）需要相關(guān)人員（人）高速鐵路（已建）6552393120高速鐵路（規(guī)劃）12000720000城軌交通（已建）100760420城軌交通（規(guī)劃）50003000004. 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營的優(yōu)化決策技術(shù)4.1 客流的精細(xì)化統(tǒng)計分析幾種清分方法基于路網(wǎng)規(guī)模的清分方法簡單易行不考慮各個運營主體所提供的服務(wù)對整個路網(wǎng)客運周轉(zhuǎn)貢獻的差異在精確度、合理性上都存