大连市轨道交通路网规划与金石滩线客流预测
一、项目背景与必要性
1．城市发展概况
大连市位于辽东半岛南端，是东北三省和内蒙古东部地区的水陆交通枢纽，是包括日本在内的东北亚经济圈内以港口和旅游为特色的北方海滨城市，是我国重要的对外贸易口岸。
大连是迄今只有一百年历史的新兴城市。1898年被沙俄强租，1899年开始建设，1904年日俄战争中沙俄战败，从此大连由日本帝国主义统治直到1945年解放。在大连百年的历史中，前47年是在帝国主义占领下，使大连的城市建设带有浓厚的殖民地特点。
大连市的城市建设起步地区位于现市区的东部胜利桥和港湾桥一带，1910年城市开始向南部和西部的方向发展，1929年城市布局形态沿南部丘陵与北部海湾间较平坦地带展开，形成东西向带状城市。总面积35.6平方公里，居住人口达20万人。1945年大连解放，直至七十年代中期以前，大连城市的发展比较平稳，逐步开辟了几个新的工业区和住宅区，使城市沿大连海湾呈C形带状发展。七十年代后期，随着经济快速地增长，城市规模、人口不断扩大，原来城市已满足不了需要，开始向北部发展。1979年大连市开始制定建国以来第一个城市总体规划，1985年经国务院正式批准实施，为大连城市发展明确了方向。
随着我国的改革开放，大连市被国务院批准为十四个沿海开放城市之一，后又被列为七个计划单列市之一。大连成为我国东北地区对外开放的窗口。随着城市规模不断扩大，为适应城市发展的需要，1990年及时对城市总体规划进行了调整，金州区和新市区（经济技术开发区）确定为市区之一，从而形成了以中山区、西岗区、沙河口区、甘井子区为中心，包括金州区、新市区和旅顺口区等七个区所组成的组团式带状城市形态。
2．规划建设轨道交通的必要性
城市交通问题是世界各国在城市化发展进程中普遍遇到的一大难题。当今世界许多大城市都把发展快速、大运量的轨道交通作为解决城市交通的重要途径。八十年代以来、大连在国家产业政策指导下、开始进行城市轨道交通的规划和研究。大连市政府已将轨道交通的规划和建设列入城市重大基础设施项目的头号工程，并作为实现21世纪大连城市发展战略的重要举措之一。
轨道交通是一种大运量、高效率的客运交通方式，是一种大众化的快速公共交通系统，其服务的主要对象主要是城市中低收入的居民和城市外来流动人口。轨道交通还是一项环境工程。轨道交通的规划建设，将优化公共交通结构，提高服务水平；建立客运主通道，缓解城市交通增长压力；促进城市布局调整，完善城市功能；有利于完善城镇体系，加快城市化进程；并且有利于第三产业及旅游业的发展。
3．课题特点和目标
轨道交通建设的巨大投资和较长的建设过程、以及轨道交通建设对城市土地利用、经济发展与城市环境的巨大影响、决定了轨道交通建设规划的重要性。轨道交通路网规划是保证轨道交通建设的科学性、合理性、经济性以及可操作性关键环节。
本课题通过轨道交通路网规划分析确定大连市轨道交通的合理建设规模、提出最佳的规划路网方案、并要求对规划路网方案的客流情况进行预测。这些基础性工作将为大连市轨道交通今后的发展奠定基础．为合理确定大连市轨道交通建设的优先顺序、控制轨道交通建设用地提供依据。
二、大连市轨道交通线网规划
1．轨道交通线网规划基本原则和思路
（1）轨道交通线网规划设计的一般原则
线网中的规划线路走向应与城市交通中的主客流方向相一致。在大城市快速轨道交通能为居民提供优质交通服务，尤其对中、远程乘客来说，快速轨道交通是最能满足其出行要求的交通方式。
线网规划要与城市发展规划紧密结合，并适当留有发展的可能性。快速轨道交通线网规划是大城市发展总体规划的重要组成部分。线网规划要能够适应都市的未来发展，充分考虑土地利用和交通的相互影响关系，处理好满足需求和引导发展的关系。
规划线路要尽量沿城市干道布设，并且要以最短捷的线路连接大的交通枢纽（包括对外交通中心，如火车站、飞机场、码头和长途汽车站等）、商业中心、文化娱乐中心、大的生活居住小区等客流集散量大的场所，以减小线路的非直线系数和缩短居民出行时间。
线网中的线路布置要均匀，线网密度要适当，乘客换乘方便，换乘次数要少。
线网要与城市公共交通网衔接配合好，以充分发挥各自的优势，为乘客提供优质交通服务。
线网中各条规划线上的客运负荷量要尽量均匀、避免个别线路负荷过大或过小的现象。居民出行的可达性要好，乘客平均乘距与线路长度的比值要大，并且越大越好。
在选择线路走向时，应考虑沿线地面建筑的情况，要注意保护国家重点历史文物古迹和保护环境。要充分考虑地形、地貌和地质条件，尽量避开不良地质地段和重要的地下管线等构筑物，以利于工程实施和降低工程造价。
车辆段（场）是快速轨道交通的车辆停放和检修的基地，在规划线路时，一定要同时规划好其位置和用地范围。
在确定线网规划中的线路修建程序时，要与城市建设计划和旧城改造计划相结合，以保证快速轨道交通工程建设计划实施的可能性和连续性；工程技术上和经济上的合理性。
贯通中心区：贯穿城市中心的路线通常被称为直径线，从轨道交通线网体系和运输效率的角度看设置贯穿城市中心的路线比较理想。
（2）大连市轨道交通线网规划的基本思路
城市发展与轨道交通建设之间有着能动的相互影响作用。城市的不断发展导致交通需求的日益增加，为轨道交通建设提供了必要性；而轨道交通的建设将会影响城市的土地利用形态、城市结构和区域的社会经济发展。因此，轨道交通线网规划必须考虑城市圈的远景发展规划，反映城市的总体发展战略。
轨道交通是城市综合客运交通体系中的骨干交通，其布局应与城市主客流方向一致，应该能够连接城市的主要客流发生吸引源，并尽量使其直达或经过一次换乘到达。其运载能力应该与交通需求特点相适应。也就是说，满足交通需求是轨道交通线网规划的第一原则。
大连是著名的海滨旅游城市，城市建设与景观驰名中外。轨道交通的建设要与城市风格相协调，注意城市景观和特色，体现出快速轨道交通的特点和发展趋势。
轨道交通线网规划要与解决城市交通拥挤、环境问题和减少交通事故等现实需要结合起来，起到综合治理城市问题的作用。
轨道交通线网规划还要考虑铺设线路的可行条件、地形特点以及对现存有轨电车线路的有效利用等。
2．轨道交通路网规划技术路线
如图1所示，大连市轨道交通线网规划在对大连市客流需求的空间分布特点、城市结构与土地利用以及线路工程实施可行性进行分析的基础上，首先研究大连市轨道交通的合理规模，然后对各种不同的路网结构形式进行比选，形成多个初选方案。对这些初选方案进一步进行定性分析和筛选，最后提出四个备选方案。在对备选方案的技术指标进行量化计算的基础上，通过综合评价，最后提出了推荐的路网规划方案。然后进行推荐方案的客流预测，进行系统选型、敷设方式、车场及联络线等相关实施规划。
图1 轨道交通线网规划总体流程
3．大连市轨道交通路网规划方案
（1）大连市轨道交通合理规模研究
影响线网规模的因素很多，不同的城市有自己特定的城市发展格局、土地利用形态、人口规模、经济发展状况和城市建设背景等，这些因素都会对快速轨道的建设带来影响。综合起来对城市快速轨道建设规模有影响的因素有：城市交通需求，城市规模形态和土地使用布局，城市、社会、经济发展水平，国家政策。影响线网规模的因素有的可以量化，有的无法量化，所以确定城市快轨的线网规模要采用定量计算和定性分析相结合的方法。
a．以公共交通客流总量计算
交通基础设施的建设要满足交通需求的需要，城市远景年的公共交通预测总量，体现了城市公共交通的远景需求规模，是决定城市快速轨道建设总量的最重要的、可量化的指标。
b．以人口线网密度计算
城市的人口总数反映了城市的人口规模，以人口总数为基础人口密度指标实质上反映了人口规模对轨道线网规模的影响程度。通过总结已建成轨道网的世界主要城市的每百万人口拥有的轨道线网长度，对我们推算由人口规模决定的合适的城市轨道线网规模有很好的借鉴意义。
c．以面积线网密度计算
快速轨道的面积线网密度实质上表示了快轨线网的覆盖面。市中心区和市边缘区线网密度有所不同。轨道网密度由市中心向外应逐渐降低。可根据其规划的城市中心区用地面积和城市外围区用地面积，利用以上分析出的指标，推算由轨道线网面积密度确定的轨道线网规模，这也反映出城市用地规模对轨道线网规模的影响作用。
d．以城市面积及估算轨道年客运量综合计算
城市面积界定了区域内交通的分布范围，即轨道交通覆盖范围的上限。城市的人口总数反映了城市的人口规模。为综合考虑以上因素，我们根据世界和国内各大城市相关数据，通过变量选择和参数标定，得出包括城市面积和规划年度轨道年客运量估算值两个变量的轨道交通规模的计算公式。
以上方法分别体现了城市交通需求、城市人口规模和城市用地规模等主要因素对轨道线网规模的影响作用，应用时可分别计算出线网总长度，然后取其平均值或最大值，作为控制路网规划线路总长度的参考值。定量分析的计算结果只能反映出问题的局部，应用时也不可忽略一些不能量化的因素如城市的组团结构、城市的经济条件等对轨道线网规模的影响作用，力求做到全面分析，综合考虑。
通过应用以上估算线网规模的公式，我们认为大连市比较合理的路网规模范围是88-250公里，平均为147公里。根据大连市的城市规模和经济发展水平，轨道交通路网规模取这个范围是合适的。
（2）大连市轨道交通路网备选方案的形成
依据轨道交通路网规划一般原则和基本思路，在充分分析现状公交客流需求的空间分布特性、未来客运需求的期望路线、重点规划分区、客流集散点以及城市结构布局的基础上，形成了近10个初选方案，通过对规划和工程可实施条件，结合大连市综合交通调查和规划的研究成果，提出了四个线网规划备选方案。
（3）大连市轨道交通路网备选方案的优选
轨道交通线网方案的评价是涉及众多因素的复杂问题，本研究采用比较分析方法定量的对备选方案进行优选。
一个好的线网方案要具备好的交通疏散效果，合理的线路布局和线路走向，并与城市的总体规划和城市的未来发展相适应。对线网方案进行评价优选，需要综合考虑每个线网在这些方面的优缺点，是定性和定量相结合的多目标决策问题。评价时首先要选择能反映线网优略程度的评价指标，其次分析这些指标在评价轨道线网方案时彼此间的权重关系，然后计算不同方案的各指标得分，最后分别计算各方案的综合评判值，确定最优方案。本研究首先建立了城市轨道线网方案综合评价指标体系，并利用层次分析法评判这些指标间的权重关系，然后利用模糊决策法研究轨道线网各布线方案的综合评价和遴选。
轨道交通线网布线方案主要评价指标
本研究采用的轨道交通线网布线方案主要评价指标见图2。
图2 大连市轨道交通规划线网方案评价指标体系
层次分析法
层次分析法是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法。其基本过程是：把复杂问题分解成各个组成元素，按支配关系将这些元素分组、分层，形成有序的递阶层次结构，在此基础上通过两两比较方式判断各层次中诸元素的重要性，然后综合这些判断计算单准则排序和层次总排序，从而确定诸元素在决策中的权重。
模糊决策
模糊决策是一种综合评判方法。对各轨道线网的规划布线方案的优劣，可以通过在上述的综合评价指标体系下的一组指标值来反映，但可能没有一个方案各个指标均为最优，这时就需要寻求一个能起到综合评价作用的评判指标值（如计算加权相对偏差距离），再按评价指标值的大小，从中选择最优方案。
大连市轨道交通线网比选方案的比较分析
本课题将近期2010年、远期2030年两个年度的公交OD分别在前述五个线网方案（普通公交+轨道线网）上分配，得到的各方案全日客运量、早高峰小时最大断面流量、平均运距等指标进行比较和评价。根据前述模糊决策的方法计算各方案的评价指标偏差值。然后计算得出各方案的加权相对偏差距离。
从计算结果看，方案四具有最小的加权相对偏差距离，是一个相对较优的方案。方案四的轨道交通线网运送了大量的客流，它将在城市公共交通中起着骨干作用。方案四的直达率在几个方案中也是最高的，说明轨道交通线网将为居民的出行提供方便快捷的优质服务。它的负荷强度也很高，这些意味着轨道交通系统建成后，方案四将会有很好的经营效益和社会服务效益。方案四的线网长度较长，达123公里。线网密度为0.43公里/平方公里，覆盖了22.76%的路段。轨道交通的建成将不仅为城市居民的出行提供便利，也必将为城市的社会经济发展和城市合理布局的形成起着积极的推动作用。方案四作为本课题的推荐方案。表1列出了推荐方案的部分指标值，图3显示了推荐方案的线路走向。
表1 大连市轨道线网推荐方案部分指标一览
| 日总客运量 （人次） | 负荷强度 （人次/公里） | 平均运距 （公里） | 直达率 | 一次及以上 换乘率 | 线网总长度 （公里） | |
| 近期 | 1734267 | 15276 | 5.93 | 68.49% | 31.51% | 123 |
| 远期 | 2597501 | 22879 | 6.31 | 68.82% | 31.18% | 123 |
（4）大连市轨道交通路网推荐方案
线路方案（见图3）
规划轨道线路规划5条，总长度123公里。
1号线：由凌水经黑石礁，沿中山路西段、西安路、华北路，由刘家桥入促进路、过甘周路人山东路北上至泉水，长19.2公里。支线由刘家桥至机场5.4公里。
2号线（环线）：北环由寺儿沟起，沿长江路现有轨电车线西行至兴工衔，长8公里。远期过西安路入中长街、跨过黄河路后，沿铁路专用线南下，至富国街（星海湾），沿高尔基路向东，过太原街，入白云新村，沿东北路，穿过白云隧道至南石道衡（森林动物园）。向东走石葵路、跨过解放路，经石葵路东段至中南路，至棒锤岛景区后，穿过山屏街隧洞，至华乐街、寺儿沟站与北环相接，长16公里。环线全长为24公里。
3号线：由大连火车站北上，沿东北路，经泉水新区、大连湾，至开发区、金石滩，全长50公里。
4号线：由老虎滩沿解放路北上至青泥洼桥，全长7.5公里。
5号线：由王家屯入长江路，经海港入人民路、中山路，五一路，经解放广场入黄河路、红旗路至湾家村，全长16.6公里。
主要特点
a．轨道路网由以青泥洼地区为中心的4条放射线和贯穿市区西部南北的1号线组成，规划2号线在寺儿沟至兴工街有轨电车线路基础上向西延伸，经市区南部白云小区、石道街小区、石葵路、青云衔、中南路等居住区，连接星海湾、大连森林动物园、棒渔岛景区等旅游区，形成环路。这种射环结合的轨道路网构架，对于减轻市中心区交通压力，优化城市道路网结构具有重要作用。既可改善市区南部居民出行条件，又能把星海湾、森林动物园、樟楼岛等景区有机结合起来。线路走向符合客流主方向，并联接了市内主要客流集散点，机场、火车站、港口、商业区，具有较好的直达性。
b．1号线由刘家桥北行入促进路、山东路北上王泉水小区。穿过沙河口综合工业区和市区北路最大居住区金南路小区。周水子机场支线。可改善了机场及周边几个住宅小区的交通条件，增力。了客流的吸引范围。
c．根据城市发展的要求，规划新市区至市中心区火车站的3号快速直达轨道交通线路。将金石滩、旅游度假区、大窑湾新港区、经济技术开发区、大连湾地区、盐岛工业区及大连市最大的泉水居住区有机联系起来，大大缩短了新市区与中心区的时空距离，对促进城市布局调整，加快区域经济发展具有十分重要的战略意义。
d．2号线可分为北环线和南环线两部分，北环近期作为市内最古老的有轨电车线路，在规划上给予保留，远期可通过车辆和信号技术升级，提高车速和运输能力。在风格上保留有轨电车特点，但在运能和技术含量上达到中运量轻轨标准。南环线和北环线可根据建设期和规划条件实行单独运行或联运。在南环来修建时，整个路网为放射状。
图3 大连市轨道交通团艰线网
三、金石滩线客流预测
1．客流预测工作原理
（1）需求特点分析
大连市轻轨交通金石滩线（3号线）连接了城市中心区和新市区。新市区的城市功能主要由两部分组成：一般城市功能和作为国家旅游度假区的旅游功能。因此，3号线的客流需求由两个主要部分构成：由研究对象区域内的常住人口和暂住人口产生的工作、生活以及旅游观光等导致的工作、生活出行需求，本报告中称之为第一类交通需求；由研究对象区域外产生的旅游度假出行需求，本文中称之为第二类交通需求。
第一类交通需求的发生机理和城市中心区交通需求的发生机理是一致的，其预测思路相同，基本方法也相同。第二类交通需求属于对外交通需求，结合旅游需求的特点，根据历年的各类统计数据用定量计算方法和定性分析方法相结合进行预测。
（2）客流预测技术方法概述
从客流产生的机理上看，轨道交通客流量主要由转移和诱增两部分组成。由于轨道交通具有快速、高效、舒适的特点，使得大量的常规公共交通和自行车客流转移至轨道交通上，形成转移客运量；诱增客流量则是交通条件改善和轨道（特别是地铁）物业开发所诱发和增加的客流量。一般在大城市建成区中，诱增客流量所占比例不大。因此在轨道交通客流预测中，主要考虑转移客流量，诱增客流量可在预测转移客流量的基础上，定性分析确定。对于新城区，可根据土地利用规划和人口分布特点进行预测。
目前轨道交通客流预测模式主要可以分为两类：①不基于现状客流分布（OD分布）的预测模式，②基于现状客流分布（OD分布）的预测模式。第一类预测模式的主要思路为将相关公交线路的现状客流和自行车流量，向轨道线路转移，得到虚拟的基年轨道客流。然后按照相关公交线路的历史资料和增长规律，确定轨道客流的增长率，推算远期轨道客流；或者由公交预测资料，直接转换远期地铁客流。因此，这一类方法主要为趋势外推，在确定轨道客流增长率时可采用指数平滑法、多元回归等方法。第二类预测模式的主要思路为通过居民（常住人口、流动人口）出行调查，掌握现状全方式出行分布。在此基础上，预测未来年的全方式出行分布，然后通过方式划分，得到轨道交通的站间OD，即可计算出轨道客流。这一预测模式即为交通需求分析中的四阶段法。
本客流预测采用第二类预测模式四阶段法。
2．客流预测技术路线与工作流程
（1）出行产生预测
对于常住人口的客运交通需求，由于轨道交通的建设，对沿线的土地开发、城市建设及人口分布产生影响，因此要分析研究对象区域的人口、就业及用地情况的变化，在此基础上进行出行产生预测；对于旅游需求，通过分析影响旅游需求的主要因素与旅游需求的关系，建立旅游需求的预测模型，对未来旅游需求的吸引总量进行预测。
（2）出行分布预测
根据现状居民出行调查结果，建立居民出行分布模型，预测未来特征年居民全方式出行OD表；与交通方式划分步骤相结合，根据旅游需求特点和来源，预测旅游需求分布特性。
（3）交通方式划分
标定交通方式划分模型，进行方式划分，获得公交类（常规公交+轨道交通）OD、自行车OD、步行OD及其它交通方式OD。
（4）交通分配
将公交类OD在公交网（常规公交+轨道交通）上进行竞争分配，计算轨道网各断面客流量、各站点乘降量和站间OD等。
综合以上预测方法，大连市3号线客流预测的技术路线与工作框图如图4所示。
3．客流预测
依以上的工作流程，我们首先利用1994年居民出行调查的数据采用基于个人的原单位法预测居民出行的产生量和吸引量。在新市区我们则利用已有用函数法建立模型，利用旅游统计数据预测旅游吸引量，最后得到整个研究区域总的发生吸引量。其次我们用重力模型进行交通分布的预测。对于旅游交通量则利用旅客来源特点的相关数据进行分布预测。本课题采用多项Logit模型进行交通方式划分，得到各规划年度客运需求公交类OD，为进行轨道线网客流预测提供基础数据。由于轨道交通的线路是固定的，因此它对客流的吸引有两个特点：一是必须有常规地面公交的支持；二是它一般不吸引与轨道线路方向垂直的居民出行。为了合理地预测轨道客流，本课题采用了在整个公交线网分配公交类OD，轨道交通与常规公交方式通过行程时间、换乘时间、票价等综合费用之间的竞争来吸引客流，从而确定轨道线路各站上下车人数和断面客流量等技术指标。
图4 大连市金石滩线客流预测技术路线与工作流程
四、结语
大连市轨道交通路网规划与金石滩线客流预测是分散组团带状城市轨道交通路网规划和城市组团间大站快速轨道交通线路客流预测的典型代表之一。清华大学交通研究所在定量计算与定性分析相结合优化路网、结合组团性质进行轨道交通客流预测方面，作了积极探索，提出了系统思路、模型与方法，创造性的完成了预定的路网规划和客流预测任务，受到了评审专家的好评。
