城市軌道交通客流預(yù)測分析

城市軌道交通客流預(yù)測分析

客流預(yù)測是城市軌道交通建設(shè)項目“規(guī)模、投資和效率”的評估和決策依據(jù)。近幾年來,各個城市就城市軌道交通的客流預(yù)測做了大量工作,但目前還存在很多問題,如:車站區(qū)域的城市規(guī)劃設(shè)計滯后或規(guī)模失控,導(dǎo)致站區(qū)人口與就業(yè)崗位發(fā)展不平衡、出行強度大,使客流預(yù)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)失去基本依據(jù),對線路末端的早高峰小時系數(shù)估計不足;軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營后,因換乘方便導(dǎo)致?lián)Q乘量與乘次增加,平均客流強度增大,但是對各個車站的客流預(yù)測沒有區(qū)別分析,尤其是對各車站換乘客流的估計和認識不足;另外,軌道交通客流與常規(guī)公共交通客流是互動式換乘關(guān)系,既要考慮由票價激發(fā)的客流,也要考慮乘客能夠接受的合理票價,需很好地估計公共交通比例的分配。因此,有必要結(jié)合城市軌道交通客流預(yù)測經(jīng)驗,對客流預(yù)測的內(nèi)容、應(yīng)用及預(yù)測成果的可信度進行全面、深入的探討和總結(jié)。1運營預(yù)測的基本觀點、年限和范圍1.1線網(wǎng)內(nèi)切換的靈活性1)把握客流預(yù)測結(jié)果可信度的支撐點。這個支撐點在于城市規(guī)劃的前瞻性、預(yù)見性與線網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的一致性。2)軌道交通網(wǎng)絡(luò)化具有客流動態(tài)平衡特征。線網(wǎng)內(nèi)換乘的方便性與多路徑選擇的靈活性在不同時期的線網(wǎng)中,使最大客流斷面位置的移動變化發(fā)生自然的動態(tài)平衡作用。3)客流預(yù)測是量級的概念,是定性分析的量化?？土黝A(yù)測數(shù)據(jù)難以確保準確,應(yīng)該把握量級的可信度,敏感性分析尤為重要。城市軌道交通設(shè)計者要深入分析,對預(yù)測數(shù)據(jù)合理采用。4)客流預(yù)測數(shù)值的可信性在于:基礎(chǔ)資料來源正確,總量控制合理,對比量級相當,客流特征真實,風險分析到位,規(guī)模判斷適當,運營組織適宜。1.2預(yù)測安裝年份城市軌道交通客流預(yù)測,既要進行線網(wǎng)規(guī)劃的客流預(yù)測,又要做單條線路的客流預(yù)測。1線網(wǎng)規(guī)劃運輸?shù)倪h期年限線網(wǎng)規(guī)劃的客流預(yù)測年限,原則上應(yīng)與城市總體規(guī)劃年限一致。根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃長遠性規(guī)劃特征,應(yīng)分為近期規(guī)劃和遠景規(guī)劃。近期規(guī)劃年為軌道交通建設(shè)期10~15年,與城市總體規(guī)劃遠期年限一致,這有利于采集城市總體規(guī)劃數(shù)據(jù),保持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源與總體規(guī)劃的一致性。同時有利于對建設(shè)規(guī)模的判斷和把握,做到量力而行、有序發(fā)展,提高線網(wǎng)規(guī)劃的可實施性,盡快形成規(guī)模效益。遠景規(guī)劃年為城市總體規(guī)劃的遠景年,一般為30~50年,以線網(wǎng)形態(tài)和規(guī)模總量控制為目標,擬定長遠性、宏觀性、引導(dǎo)性、超前性的規(guī)劃[1~2]。2單條線路預(yù)測單條線路客流預(yù)測年限以項目建成通車年為基準年,分為初期、近期和遠期。初期指線路建成通車后第3年,是“客流的培育期”。每個城市基本上需要2~3年才能形成一個初期的客流規(guī)模,并且第1年客流一般不太大,尤其是建第1條線路時更是如此。但網(wǎng)絡(luò)化以后就會有很大不同,可能線路建成初期客流就很大。因此單條線路與線網(wǎng)客流預(yù)測會有所不同。近期為通車后第10年,是指第3~10年的“客流成長期”,與城市總體規(guī)劃遠期年限比較接近。因此客流預(yù)測的基礎(chǔ)和依據(jù)比較翔實,有利于把握預(yù)測結(jié)果的可信度,合理控制近期客流規(guī)模。同時考慮軌道交通運營系統(tǒng)內(nèi)大量采用電子產(chǎn)品的使用壽命(10~15年)和更新率較快的特點,即第10年后開始需要逐步更新改造,具體更新或擴容的時間應(yīng)結(jié)合當時的客流實際發(fā)展情況和設(shè)備使用狀況采取具體措施。因此近期年限可用于確定機電設(shè)備在初期裝置的內(nèi)容和數(shù)量。遠期指通車后第25年,是“客流成熟期”。遠期的客流預(yù)測值是確定項目最終規(guī)模的依據(jù),主要確定車輛選型和列車編組最大長度。如果從建設(shè)期(5年)開始計,遠期預(yù)測就是30年,已接近城市總體規(guī)劃的遠景年。屆時,城市的人口、崗位、建設(shè)發(fā)展規(guī)模趨于穩(wěn)定,軌道交通線網(wǎng)建設(shè)基本形成一定規(guī)模,路線和客流量也基本穩(wěn)定。遠期客流預(yù)測既體現(xiàn)了城市軌道交通項目長遠性和超前性要求,同時又對建設(shè)規(guī)模進行最終控制,避免盲目擴大工程規(guī)模。1.3線路客流預(yù)測的期限制城市軌道交通客流預(yù)測范圍:(1)要與線網(wǎng)建成范圍一致,即每條線路的客流預(yù)測應(yīng)按初期、近期和遠期設(shè)計年限,對相應(yīng)建成運營范圍分別預(yù)測;(2)要與全線網(wǎng)規(guī)劃范圍一致。盡管一條線路可能分期建設(shè),但遠期客流預(yù)測必須在全線規(guī)劃長度范圍內(nèi)全面測試。且進行線網(wǎng)規(guī)劃時,應(yīng)首先考慮起終點,再考慮分期建設(shè);(3)后期建設(shè)線路客流預(yù)測范圍按全線推定。若一條線路分段建設(shè),每段線路通車時間相距3年以上,已超過一期工程初期3年的時限,客流預(yù)測應(yīng)按不同項目實施。后期實施的項目,則應(yīng)按后期項目建成通車年為基準年,重新推定初期、近期和遠期設(shè)計年限,進行全線客流預(yù)測。(4)客流預(yù)測居民出行調(diào)查應(yīng)以5年為限,以居民出行和相關(guān)交通調(diào)查的成果為基礎(chǔ),并保證其時效性和可用性,否則,應(yīng)補充其他有效措施。2客流預(yù)測值2.1在線規(guī)劃階段的客流預(yù)測器1遠景規(guī)劃線網(wǎng)客流總量控制依據(jù)城市總體規(guī)劃和綜合交通規(guī)劃,分析城市現(xiàn)狀和規(guī)劃區(qū)域OD客流;分析并確定軌道交通遠景規(guī)劃線網(wǎng)承擔的客運總量及在公共交通總量中分擔的比例、平均運距、客流負荷強度等相關(guān)指標,并在全線網(wǎng)范圍內(nèi)按總量控制原則,進行各線客流總量預(yù)測。2斷面流量檢測以線網(wǎng)客流總量為基礎(chǔ),預(yù)測各條線路的全日客流(雙向)總量、分段斷面流量(圖),利用全日平均運距和客流負荷強度等相關(guān)指標進行總量控制分析,并估測各條線路高峰小時單向最大斷面流量。2.2對建設(shè)條件的建議單條線路的客流預(yù)測,主要是定性分析的量化,用“數(shù)字”說話。單條線路預(yù)測數(shù)據(jù)的使用需要支持論證以下問題:(1)論證線路建設(shè)時機,以及必要性和迫切性;(2)對建設(shè)規(guī)模,即線路長度(起終點)、車輛選型、列車長度、車站規(guī)模等的合理性作出基本判斷;(3)進行效益評價,即對工程總體規(guī)模、造價、票價、經(jīng)濟效益進行較準確的估計。2.2.1線路客流預(yù)測線路客流預(yù)測主要包括5個方面:全日客流,分時段客流,平均運距,分級運距,客流強度。這些預(yù)測數(shù)據(jù)可用來支撐設(shè)計的基本規(guī)模。1遠景規(guī)劃線網(wǎng)總量控制的層次化全日客流是用來評定一條線路運營的客流效益的基本數(shù)據(jù)。每條線路的全日客流總量控制有兩層意義,一是遠景規(guī)劃線網(wǎng)的總量控制,二是遠期設(shè)計年建成線網(wǎng)的總量控制。對線網(wǎng)內(nèi)每條線路的全日運量作預(yù)測分配,某一條線很可能出現(xiàn)遠期設(shè)計年的全日客流大于遠景年,也可能相反,但須有所判斷。利用全日客流量就能對遠期每條線路的客流有一個很好的判斷及總量的控制。2運營成本分析分時段客流指各小時段的客流量及其比例,是查閱高峰小時系數(shù)和其他時段系數(shù)、評價全日客流均衡性的指標,也是對全日行車組織的指導(dǎo)和設(shè)計依據(jù),同時是計算全日發(fā)車列數(shù)和運營成本的基本依據(jù),按不同時段組織不同的發(fā)車密度,滿足預(yù)測的客運需求。3建立全日和高峰小時的平均運距是反映客流綜合特征和效益的一個重要指標。全日平均運距與全日客流量的乘積是全日乘客周轉(zhuǎn)量,同時等于全日各級運距與其相應(yīng)客流量的乘積之和,是衡量線路效益特征的重要指標。43分類距離分級運距是全日各級運距的乘客量,按每2km分級,是研究運營成本和計程票價的重要依據(jù)。5行業(yè)評價指標客流強度即平均客流負荷強度,是全日客運量按線路長度分攤客運量的指標(將全日客流分攤在全線,按萬人次/km為單位,使不同長度的線路之間具有可比性),也是評價線網(wǎng)中各條線路的客運效率進行對比的指標,同時作為對線路全日運量預(yù)測值總量的經(jīng)驗判斷指標,避免預(yù)測數(shù)據(jù)不可信。2.2.2峰時段內(nèi)乘降客流及超峰系數(shù)車站客流預(yù)測內(nèi)容,傳統(tǒng)的有全日和早、晚高峰小時各車站上下行的乘降客流、站間斷面流量以及相應(yīng)的超高峰系數(shù);針對發(fā)現(xiàn)的新問題,也要考慮對車站高峰客流和車站突發(fā)客流的預(yù)測。1車站車站乘客車站乘降客流指全日和早、晚高峰小時各車站上下行的乘降客流,可計算車站站臺、樓梯的寬度、自動扶梯數(shù)量。2網(wǎng)站中斷服務(wù)站間斷面流量可用于計算運營規(guī)模、列車編組、發(fā)車密度、舒適度和滿載率,可分析上下行客流的不均衡性。3晚高峰會有特點在早高峰時段,通勤客流集中的超高峰系數(shù)具有明顯特征;而晚高峰時段,客流性質(zhì)有所不同,一般以下班和休閑性客流為主,隨著人們文化生活的豐富,晚高峰會不斷明顯。一般來說,超高峰系數(shù)不宜大于1.4,這與車輛的超員系數(shù)1.4也是相適應(yīng)的,而且在車站站臺設(shè)計時,必須考慮超高峰系數(shù)為1.4時車站站臺上的人數(shù)。4車站設(shè)計規(guī)模仿真全線客流的高峰小時時段不一定是車站客流的高峰時段。有的地鐵車站,由于設(shè)計時未考慮到該車站的商業(yè)高峰在晚上,導(dǎo)致車站設(shè)計規(guī)模太小、站臺面積不夠。所以,進行車站設(shè)計時要具體分析車站高峰客流。5從客流組織到車站設(shè)計突發(fā)性客流對車站的規(guī)模和接納能力影響很大,但又是短暫的。在進行車站規(guī)模設(shè)計時,既不能影響客運能力,又不能盲目加大車站規(guī)模,在設(shè)計工作中需要認真把握和研究。在大型社會活動或節(jié)假日、雙休日期間,對具有突發(fā)性客流的特殊車站,應(yīng)進行單獨的客流預(yù)測和分析。南京地鐵在進行后續(xù)幾條線路的客流預(yù)測時,考慮到車站突發(fā)性客流的影響,對節(jié)假日、雙休日的客流單獨進行了分析。對于大型集會附近的車站,不僅客流量大,還有限時疏散的要求,需作特殊的行車組織方案。根據(jù)諸多城市的地鐵運營經(jīng)驗,在保證安全的原則下,應(yīng)充分考慮積極可行的客流組織方式,采用恰當?shù)臉藴驶騾?shù),運用客流預(yù)測值進行車站設(shè)計。北京地鐵采用單向循環(huán)客流組織,成功地解決了突發(fā)客流,這對于計算站臺寬度、進行車站設(shè)計是一個啟發(fā)。所以,計算站臺寬度時,不僅要考慮突發(fā)性客流,還要結(jié)合客流組織方式。2.2.3運營預(yù)測OD客流對行車交路設(shè)計具有重要的導(dǎo)向作用,包括站間OD和區(qū)域OD兩方面內(nèi)容。1車站發(fā)客運量包括換乘量的影響站間OD與各種運距等級的客流量相呼應(yīng),以車站為定點,表述與其他車站到發(fā)客運量(包括換乘量)的關(guān)系,同時反映出每一座車站在一條線中占據(jù)的地位。站間OD對設(shè)計者合理設(shè)計運行交路的微觀分析具有重要指導(dǎo)意義。2中心動車組各團內(nèi)部客流分配對于長線路應(yīng)以車站所在地區(qū)為群體區(qū)域,進行區(qū)域之間OD預(yù)測,分析區(qū)域內(nèi)部客流和跨區(qū)客流的基本特征,分析線路長度和行車交路匹配的合理性,以指導(dǎo)整個行車組織(見圖1)。從圖1可以看出,中心組團的內(nèi)外OD總量達92.4%。其中,以內(nèi)部客運需求為主,占總運量的37%;對外客運需求占55.4%;中心組團對北部組團占25%,中心組團對南部組團占30.4%。因此該線路以全線全交路設(shè)計為宜。北京市地鐵8號線曾做過2037年的客流區(qū)域分析,這種區(qū)域分析比較典型,能非常明確地分析區(qū)域之間的客流。從圖2可以看出,各組團間交通量大,北部3組團總量明顯,應(yīng)組織區(qū)域折返運行交路。圖3是長沙市2020年軌道交通線網(wǎng)客流分配示意圖和1號線區(qū)域OD客流。這種表示方式與整個地形、地盤結(jié)合起來,比較形象,是表示OD客流較好的方法。2.2.4換乘客流設(shè)計城市軌道交通換乘客流預(yù)測是對全日和高峰時段的各換乘車站(含支線接軌站)的換乘客流量及占車站總客流量的比重進行預(yù)測。應(yīng)分析相關(guān)線路之間多個方位的換乘客流及各個方向的分向客流。摸清換乘客流的主客流方向,設(shè)計便捷的換乘路線,以指導(dǎo)換乘車站建筑平面及豎向布置,合理設(shè)計換乘方式和換乘形式,以及換乘通道的數(shù)量和寬度。換乘客流的表示方式有表格式(見表1)和圖形式(見圖4)。圖4展示了杭州市2020年地鐵2號線、4號線客流的流向、斷面流量與整條線路的關(guān)系,包括換乘站的4個方位、8個方向的換乘客流,十分形象。2.2.5出入口的分散布置車站出入口分向客流預(yù)測是對各個車站出入口高峰時段的分擔客流進行預(yù)測,可在初步設(shè)計階段車站位置穩(wěn)定后補充。可行性報告研究階段到初步設(shè)計階段,車站位置往往不太穩(wěn)定,車站是否跨路口,可能會發(fā)生較大的變化,只有到初步設(shè)計階段,車站、出入口位置才比較固定,此時的出入口分向預(yù)測客流才能對出入口寬度及設(shè)施的研究有指導(dǎo)意義。每個車站有多個出入口,一般是4個,最少2個,以跨馬路或跨路口分散布置,各出入口對客流的吸引是不均勻的。若車站在建筑區(qū)內(nèi),可設(shè)置地面站廳或與地面建筑結(jié)合,此時出入口是集中布置的。當多個出入口分布設(shè)置時,客流量就會有主次之分及早、晚的不同,需利用不均衡系數(shù)對不同高峰時段的出入口流量進行預(yù)測,合理確定出入口規(guī)模。3流量預(yù)測的可靠性分析城市軌道交通客流預(yù)測結(jié)果的可信度是對預(yù)測結(jié)果在設(shè)計應(yīng)用環(huán)節(jié)的把握。主要包括線網(wǎng)總量控制、線路量級分析、敏感性分析及設(shè)計應(yīng)用4個方面。3.1線網(wǎng)客流總量確定在城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃所覆蓋的范圍內(nèi),以城市總體規(guī)劃為依據(jù),城市軌道交通客流總量應(yīng)按城市客運交通結(jié)構(gòu)比例確定,軌道交通線網(wǎng)確定后,線網(wǎng)規(guī)劃的客運總量就可以達到相對的控制目標。各條線路的全日運量之和不應(yīng)突破線網(wǎng)客流總量,應(yīng)與線網(wǎng)總量平衡?？蓮南率?個方面考慮線網(wǎng)總量的控制。12線跡總量的平衡必須核對每條線路日運量之和與線網(wǎng)日運量控制總量的吻合,保證在線網(wǎng)客流總量控制下,提高各條線路全日運量預(yù)測的可信度。2和長度比例占聯(lián)網(wǎng)長度比例每條線路的日客流比例(占全網(wǎng)客流總量的比例)和長度比例(占全網(wǎng)的長度比例)應(yīng)與線路定位相對應(yīng),差距不宜過大,一般主干線客流比例略高,輔助線略低。否則,應(yīng)作特殊分析。32線跡和網(wǎng)場的強度匹配將每條線路的客流負荷強度與全網(wǎng)的客流負荷強度相比較,比較結(jié)果應(yīng)與線路地位相對應(yīng),客流負荷強度高者為主干線,低者為輔助線。4城市軌道交通線網(wǎng)和線路客運總量控制的必要性每條線路所處位置不同,其最大斷面客運量與客運強度應(yīng)有所差別,可定性判斷確定其在線網(wǎng)中的地位和排序,評判預(yù)測量級的相對性和可信性。表2是結(jié)合很多城市軌道交通線網(wǎng)和線路客運總量控制表的優(yōu)點繪制的,該表直觀地反映了對線網(wǎng)客運總量的控制。可以看出每一個規(guī)劃年建成的線路及線網(wǎng)的總量:2020年建設(shè)了第3條線路,線網(wǎng)客運總量發(fā)生了變化;2025年線路條數(shù)雖然沒有增加,但線網(wǎng)總客運量增加了。同時可以看出客運強度在不斷的提升,說明初期建設(shè)選擇的項目是合理的。另外,還可以看出軌道交通占公交客運量的比例在不斷增加,平均乘次也在不斷增加。這些數(shù)據(jù)很好地體現(xiàn)了軌道交通線路與線網(wǎng)的關(guān)系。3.2線路客流的自然過程在線網(wǎng)客運總量控制下,線網(wǎng)中各條線路的日客運量與線路長度、經(jīng)過位置、換乘站數(shù)量及平均運距有關(guān)。因此,線路與線網(wǎng)之間的客流必定在全網(wǎng)中達到動態(tài)平衡,每一條線路的客流走勢與不同階段的線網(wǎng)規(guī)模形態(tài)相關(guān),且客流斷面大小與位置會發(fā)生動態(tài)變化。應(yīng)從以下3個方面重視線路量級分析。1定長和數(shù)據(jù)準則客流預(yù)測數(shù)據(jù)是一個定性、量化的數(shù)字,在實際應(yīng)用中,應(yīng)注重數(shù)字的量級和精度。“量級”是指運能設(shè)計的定位,根據(jù)選用車輛、編組長度、定員和發(fā)車密度確定;“精度”是指對“量級”有多大影響,精度為0.1萬人次即可。例如,車站上下車人數(shù)預(yù)測數(shù)據(jù)分析為:6輛A型車、單側(cè)30車門、高峰時段運行30對/h,若按每車門上車數(shù)差1人則為900人,差2人則為1800人。因此,可以認為預(yù)測客流誤差1000~2000人/h是可以接受的,即此誤差分散到每個車門后是可以忽略的。2客運量增長趨勢根據(jù)客流預(yù)測數(shù)值的增長規(guī)律,繪制客流增長曲線:若曲線趨近水平,則屬遠期客流發(fā)展趨勢穩(wěn)定,可以采用;若曲線為上升趨勢,則客流發(fā)展趨勢尚未穩(wěn)定,不可采用。對各線路從初期到遠期逐年客運量增長趨勢進行分析判斷,可能出現(xiàn)3種線形(見圖5):(1)凸型拋物線,增長曲線呈平緩趨勢,遠期客流具有可控性,風險較小;(2)凹形拋物線,增長曲線呈上升趨勢,遠期客流不可控制,風險較大;(3)S形拋物線,近期客流增長先緩后快,遠期呈平緩趨勢,遠期客流具有可控性,風險較小。圖6形象地表示了城市軌道交通線網(wǎng)客流的特征。2020年成都市地鐵3號線、5號線建成后,客流發(fā)生跳躍性變化;2025年6號線建成后,客流又出現(xiàn)跳躍式發(fā)展;當?shù)罔F線網(wǎng)具備一定規(guī)模后,客運總量出現(xiàn)低落的趨勢。從遠景來看,客運總量是趨于平穩(wěn)的。3運行長度的影響一般情況下,線路平均運距應(yīng)為全程運行長度的1/3,不宜小于1/4,否則應(yīng)進行特殊性分析。平均運距的大小也影響客流斷面,應(yīng)注意預(yù)測分析。3.3客流預(yù)測和運營設(shè)計敏感性分析是對城市軌道交通客流預(yù)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不確定性和波動性進行分析,使預(yù)測結(jié)果具有較高的可信度,且使其在運營設(shè)計上的可行度比較高,并利用客流預(yù)測結(jié)果對運營設(shè)計時的運能儲備和適應(yīng)性進行抗風險評價。敏感性分析對票價研究、