吳 瓊

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

1 概述

有軌電車于19世紀80年代開始在西方諸工業(yè)國集中出現(xiàn)，直到20世紀初，該交通方式進入鼎盛時期。至20世紀20年代，隨著汽車工業(yè)的興起和飛速發(fā)展，老式有軌電車由于噪聲、速度、舒適性等方面的缺陷，逐步衰退[1]。

現(xiàn)代有軌電車于20世紀90年代后期率先在法國發(fā)展起來。隨著在法國、德國、西班牙等多個西歐國家成功建設(shè)運營，其以嶄新的形象、舒適的服務(wù)迅速吸引了國內(nèi)城市的關(guān)注和研究。我國諸多城市如沈陽、上海、天津、南京、廣州等均建設(shè)有現(xiàn)代有軌電車運營，其余如西安、煙臺、東莞等也在積極規(guī)劃建設(shè)有軌電車系統(tǒng)。

有軌電車代表了當前公交優(yōu)先發(fā)展模式下的一種發(fā)展趨勢，是中低運量交通系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。由于該方式較小的工程代價和投資規(guī)模，且本身具有較好的靈活性和拓展性，現(xiàn)已成為大量地區(qū)快速實現(xiàn)軌道化骨干交通體系的重要手段。與此同時，目前全世界有軌電車的使用功能差異性較為明顯，在不同地區(qū)的功能定位明顯不同，在此背景下，作為規(guī)劃設(shè)計的前提，特別是我國正處于現(xiàn)代有軌電車發(fā)展起步階段，對于該制式在具體使用中的功能研究和使用方式研究，具有較強的指導意義。

2 對現(xiàn)代有軌電車的認識

2.1 中低運量的公共交通系統(tǒng)

在現(xiàn)有較為成熟的城市軌道交通體系中，地鐵、市郊鐵路等制式作為大運量、高集約性的軌道交通模式在大中型城市廣泛應(yīng)用，其每小時單向旅客輸送能力一般不小于3萬人次；輕軌、單軌系統(tǒng)以其每小時1～3萬人次的單向客運量成為中型城市軌道交通的較優(yōu)選擇；而常規(guī)公交每小時旅客輸送能力一般不超過5 000人次。現(xiàn)代有軌電車的出現(xiàn)，有效填補了中高運量傳統(tǒng)軌道交通與常規(guī)公交間的運能空白，使城市軌道交通對各類型城市的匹配性得到了進一步的強化：現(xiàn)代有軌電車是一種中低運量的公共交通系統(tǒng)，其每模塊定員60～70人，每小時單向客運能力為0.5～1.0萬人次，該運量規(guī)模對絕大多數(shù)中小型城市的居民出行需求具有較強的適應(yīng)性。需要注意的是，為適應(yīng)道路建設(shè)條件，符合城市道路交叉口的半徑要求，減少對路面交通的干擾，現(xiàn)代有軌電車的編組不宜過長，鑒此，該制式的運輸能力難以組織到較高的水平。

2.2 道路化的軌道交通體系

現(xiàn)代有軌電車布設(shè)于城市道路之上，這一特征決定了該方式可有效適應(yīng)城市道路的建設(shè)標準，兼具軌道交通和道路交通的雙重特征：從道路性上看，有軌電車需匹配城市道路較大的坡度條件和較小的曲線半徑，使之具有較強的爬坡能力和曲線靈活性，同時由于與道路交通混行，更加便于乘客的乘降與換乘；從其軌道特性上看，由于具有一定的獨立系統(tǒng)性，現(xiàn)代有軌電車的平均旅行速度和時間可達性較常規(guī)公交仍有一定優(yōu)勢，且運能遠大于道路公交系統(tǒng)，綜合來看其運輸集約性遠強于常規(guī)道路交通，是地面公交的“升級版”[2]。但應(yīng)看到的是，混合特性作為一把“雙刃劍”，同時制約著有軌電車的使用，具體表現(xiàn)為對路權(quán)的選擇、交叉口信號優(yōu)先的配置、對既有道路機動車通行能力的干擾等方面，特別是道路布設(shè)要求使其對沿途路面條件要求較高，這就造成有軌電車難以深入覆蓋土地開發(fā)強度較大的老城區(qū)。

2.3 建設(shè)投資及周期較為節(jié)省

近年來，隨著國家社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的快速提高，軌道交通建設(shè)已成為各大城市緩解交通困局的重要舉措，但從已有統(tǒng)計情況來看，傳統(tǒng)軌道交通特別是地鐵的建設(shè)成本持續(xù)攀升，地鐵每千米平均造價高達5～10億元，輕軌亦達到2～5億元/km。新型有軌電車由于線路布設(shè)要求較低，系統(tǒng)獨立性不強，其工程造價遠低于傳統(tǒng)城市軌道交通，同時由于工程規(guī)模較小，整體建設(shè)周期亦較短，綜合來看，現(xiàn)代有軌電車可實現(xiàn)較短周期和較低投資前提下公交系統(tǒng)的軌道化運營。

2.4 使用功能和運營方式靈活性較高

鑒于現(xiàn)代有軌電車兼具軌道特性和道路特性，其在功能實現(xiàn)和運營方式方面均具有較高的靈活性：一則由于可廣泛布設(shè)于符合設(shè)計要求的城市道路上，具有多種路權(quán)方式，與地面交通方式多以平交互通[3]，使其可適用于大量交通需求背景，加之自身較強的獨立性和集約性，從已有現(xiàn)代有軌電車使用經(jīng)驗看，骨干型、補充型、拓展型、延伸型均可成為該制式的功能實現(xiàn)；二則基于現(xiàn)代有軌電車的道路公交特性，使其較傳統(tǒng)城市軌道交通獨立運營方式具有更大的選擇空間，與傳統(tǒng)公交系統(tǒng)運營方式相類似的跨線運營模式可進一步拓展現(xiàn)代有軌電車的服務(wù)功能和運輸效率。但從實際使用經(jīng)驗和其自身特征看，現(xiàn)代有軌電車無法成為大型城市公共交通骨干系統(tǒng)，主要體現(xiàn)為在地鐵稀缺城區(qū)的應(yīng)用[4]，且在不同類型區(qū)域背景下，現(xiàn)代有軌電車均有各自的使用功能，較傳統(tǒng)城軌體系的功能定位差異較大。

3 現(xiàn)代有軌電車功能定位研究

3.1 現(xiàn)代有軌電車的功能定位類型及其應(yīng)用

整體上看，現(xiàn)代有軌電車實際應(yīng)用存在下述3種功能定位類型。

(1)城市公共交通骨干

該類型主要為歐美等國應(yīng)用，作為城市公交體系的骨干構(gòu)成，承擔城市居民公交出行大部分客流，線路成網(wǎng)且覆蓋城市主要客流集散點、交通走廊和重點功能區(qū)。典型應(yīng)用城市為南特、墨爾本、第戎、魯昂等，我國由于現(xiàn)代有軌電車研究與建設(shè)起步較晚，現(xiàn)尚無城市公交骨干應(yīng)用先例。

(2)城市軌道交通補充

對于骨干城市軌道交通系統(tǒng)無法覆蓋的地區(qū)，以現(xiàn)代有軌電車方式滿足居民出行需求、提供集約化公交服務(wù)，該類型作為中高運量城市軌道系統(tǒng)輻射范圍內(nèi)的軌道系統(tǒng)補充，是骨干公交網(wǎng)旅客運輸?shù)妮o助服務(wù)體系，城軌運輸體系的毛細血管。這一應(yīng)用在全世界應(yīng)用廣泛，特別是我國現(xiàn)代有軌電車應(yīng)用的主要模式，國外如柏林、布拉格，國內(nèi)如蘇州、珠海、廣州，規(guī)劃中的東莞等城市均為此種模式。

(3)城市軌道交通拓展

與補充模式相類似，但主要承擔骨干城市軌道交通的對外拓展功能，強調(diào)在一些客流規(guī)模不支持的交通走廊以現(xiàn)代有軌電車實現(xiàn)城市軌道網(wǎng)的綜合覆蓋，亦為骨干公交網(wǎng)的輔助體系。這一模式在全世界應(yīng)用同樣廣泛，如曼徹斯特、巴黎，國內(nèi)如北京香山線、上海松江線，規(guī)劃包頭石拐線等城市均采用此類型。

綜合來看，現(xiàn)代有軌電車功能應(yīng)用亦可分為下列兩類：其一為城市范圍內(nèi)部分區(qū)域及交通走廊的骨干交通構(gòu)成，一般體現(xiàn)為新區(qū)、開發(fā)區(qū)、旅游區(qū)的公交主骨架以及部分運輸通道的骨干公交制式，該模式為中高運量城市軌道交通下的公交次骨干系統(tǒng)，軌道交通主干網(wǎng)的延伸、過渡和補充[5]，補充與拓展應(yīng)用均為這一類型的子分支。其二為部分獨立個體城市的骨干公交系統(tǒng)，從現(xiàn)有經(jīng)驗看主要應(yīng)用于中小城市，是地鐵、輕軌等城軌系統(tǒng)在中低運量需求城市的替代。

3.2 現(xiàn)代有軌電車功能定位研究

3.2.1 約束條件研究

城市軌道交通的功能實現(xiàn)與城市經(jīng)濟體量、人口規(guī)模、地緣特征、城區(qū)面積息息相關(guān)，這是因為城市公交體系是以城市土地開發(fā)為依托，結(jié)合實際經(jīng)濟發(fā)展條件，以滿足居民日常出行為首要目標；其次，由于不同交通制式在運輸能力、運輸效率、實施成本方面均有各自特征，對城市運輸需求、財政承擔能力、土地開發(fā)潛力有各自匹配條件。綜上，確定影響現(xiàn)代有軌電車功能定位的主要因素為：

(1)人口；

(2)人均GDP；

(3)城市建成區(qū)面積；

(4)城市類型。

上述指標均為目標城市遠期規(guī)劃年度[6]。

3.2.2 模型的建立

多元回歸分析法是從各種經(jīng)濟現(xiàn)象之間的相互關(guān)系出發(fā)，通過對與預測對象有聯(lián)系的現(xiàn)象變動趨勢的分析，推算預測對象未來狀態(tài)數(shù)量表現(xiàn)的一種預測方法。利用回歸模型進行定量預測是目前最為流行的統(tǒng)計方法之一。本次研究旨在通過對不同城市上述約束條件的回歸分析，量化現(xiàn)代有軌電車對城市的適應(yīng)性指標，最終形成對現(xiàn)代有軌電車應(yīng)用模式的量化預測體系。

(1)城市類型的確定

約束條件中僅有城市類型為非常規(guī)量化指標，該因素受自身政治地位、建設(shè)規(guī)模、人口數(shù)量、經(jīng)濟水平等多方面影響，而不同類型城市在旅客集散、人員吸引方面有較大差距。本次研究通過對不同城市的城市指數(shù)計算，以期對城市類型進行初步定量分析，作為最終現(xiàn)代有軌電車功能定位測算模型中重要的測算指標。

考慮到區(qū)位因素是城市自身綜合發(fā)展的重要因素，對城市經(jīng)濟發(fā)展水平、人口集聚能力、交通中轉(zhuǎn)需求均會產(chǎn)生直接影響，本次城市類型定量計算擬引入?yún)^(qū)位熵算法，即由哈蓋特(P.Haggett)所提出的專門化率算法，用以衡量某一區(qū)域要素的空間分布情況[7]。鑒于城市交通基礎(chǔ)設(shè)施一般指在一定經(jīng)濟基礎(chǔ)上居民出行需求的解決工具，且對項目經(jīng)濟性要求較高，故其整體發(fā)展趨勢具有較強的市場經(jīng)濟特征。因此，本次沿用區(qū)位熵基本算法，即使用城市人口和GDP作為城市類型定量計算的主要因變量；需要指出的是，使用集聚強度的算法可避免由于現(xiàn)代有軌電車既有運營經(jīng)驗主要集中于歐美各國，其人口、經(jīng)濟發(fā)展階段與我國不相匹配導致的數(shù)據(jù)脫節(jié)。具體計算公式為

Qi=Si/Pi

式中Qi——i地區(qū)的區(qū)位熵；

Si——i地區(qū)GDP占全國總量比例；

Pi——i地區(qū)人口占全國總量比例。

當Qi指標越高，則可表明所研究地區(qū)經(jīng)濟強度越大，經(jīng)濟聚集度越高。鑒于城市軌道交通本身投資和運營成本較高，對所涉及城市財政及經(jīng)濟發(fā)展水平要求較高，故而區(qū)位熵所體現(xiàn)指標在一定程度具備對城市指數(shù)的量化指導意義。

前述世界主要現(xiàn)代有軌電車應(yīng)用城市區(qū)位熵測算如表1所示。

表1 世界主要現(xiàn)代有軌電車應(yīng)用城市區(qū)位熵測算(2015年)

(2)功能定位的量化

功能定位一般指某一交通運輸方式在城市綜合交通體系中所承擔的實際運輸效果，是該交通方式在日常人員位移中所體現(xiàn)的價值，這一要素可體現(xiàn)為交通方式在居民出行、土地開發(fā)、人員集聚方面所產(chǎn)生的影響量。通過對這一價值的研究，可初步揭示某一交通方式在綜合交通體系中影響的強弱，從而表征該方式功能定位的量化指標。

鑒此，對功能定位的量化，即可認為是該交通方式的價值評價。考慮到城市交通對居民出行、土地開發(fā)、環(huán)境保護、拉動經(jīng)濟等方面均會產(chǎn)生深遠的影響，需綜合考量某一交通方式自身運輸能力、時間可達性、線網(wǎng)分布、帶動就業(yè)等多方面因素，涉及面廣，內(nèi)容多，對系統(tǒng)評價的各個影響因素需進行定量分析，對各因素具體化[8]?，F(xiàn)建立如下價值評價的指標體系，如圖1所示。

圖1 交通方式價值評價指標體系

在實際測算中，確定功能性、路網(wǎng)性和社會性指標的權(quán)重值，分別采用a、b和c標識，則各評價權(quán)重向量分別為

a=(a1，a2，a3)；b=(b1，b2，b3)；c=(c1，c2，c3，c4)。

目前，價值評價方法主要包括層次分析法、模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)法和價值函數(shù)法。其中層次分析法主觀性較強，結(jié)果不易令人信服；模糊綜合評價法如面對指標較多的情況時易出現(xiàn)超模糊現(xiàn)象；灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)法難以確定數(shù)理關(guān)系的正負特性。綜上，本次研究采用價值函數(shù)確定某一交通方式的價值評價[9]。其表達式如下

V=a·(a1，a2，a3)(α1，α2，α3)+b·(b1，b2，b3)(β1，β2，β3)+c·(c1，c2，c3，c4)(γ1，γ2，γ3，γ4)

式中V——交通方式價值評價；

a、b、c——功能性、路網(wǎng)性、社會性指標權(quán)重；

(α1，α2，α3)——平均旅速、運輸能力、運價率指標值；

(β1，β2，β3)——線網(wǎng)密度、線網(wǎng)布局、站點設(shè)置指標值；

(γ1，γ2，γ3，γ4)——環(huán)保性、拉動GDP、帶動就業(yè)、土地開發(fā)指標值。

考慮到上述指標中同時存在定量指標和定性指標、正向指標和逆向指標，故需對指標進行同趨向性處理；為解決取值范圍和量綱差異性，對評價指標進行無量綱化處理[10-12]。

此外，由于本次研究僅為通過客觀技術(shù)手段嘗試實現(xiàn)主觀研判課題的量化計算，為簡化數(shù)據(jù)邏輯，加之考慮到實際應(yīng)用中補充類型和拓展類型難以清晰界定，故模型建立中將補充與擴展應(yīng)用合并建項。因此，本次研究將某一交通方式綜合評價指標V劃分為2個取值范圍，即為[0，0.8]、[0.8，∞]，具體劃分標準詳見表2。

表2 交通方式評價層級

使用AHP確定各指標(功能性、路網(wǎng)性、社會性指標)權(quán)重。

①構(gòu)造判斷矩陣

兩兩因素重要性比較：采用1-9標度法對因素相對重要性做出判斷，給予量化。AHP設(shè)計了范圍1-9的比率標度[13]，見表3。

表3 因素比較標度

②求解因素判斷矩陣的特征向量及最大特征值

得到相應(yīng)權(quán)重集如表4所示。

表4 權(quán)重集匯總

由計算可知，目標層各因素權(quán)重分別為：

0.4、0.3、0.3。

各指標層因素權(quán)重分別為：

a=(0.4，0.3，0.3)；

b=(0.3，0.4，0.3)；

c=(0.2，0.3，0.2，0.3)。

綜上，對前述城市現(xiàn)代有軌電車主要價值指標進行加權(quán)法測算如表5所示。

表5 相關(guān)城市現(xiàn)代有軌電車價值評價

(3)現(xiàn)代有軌電車定位測算模型的建立

根據(jù)既有及擬建現(xiàn)代有軌電車上述約束指標與線網(wǎng)功能統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表6)，采用SPSS軟件對人口、人均GDP、城區(qū)面積和城市類型單因素與功能定位間數(shù)理關(guān)系進行多方式擬合，繪制曲線擬合如圖2所示。

表6 相關(guān)城市現(xiàn)代有軌電車功能應(yīng)用與約束指標統(tǒng)計數(shù)據(jù)

注：數(shù)據(jù)指標源自2015年

圖2 人口、人均GDP、城區(qū)面積、城市類型與功能定位關(guān)系擬合曲線

由擬合結(jié)果比選可知，功能定位與城市人口規(guī)模、人均GDP、城區(qū)面積、城市類型的函數(shù)關(guān)系分別為：

V=exp(-0.324 997 86+6.494 083 11/P)；

V=exp(-0.279 791 55+1 134.694 683 13/G)；

V=exp(-0.283 465 76+5.769 291 52/A)；

V=exp(-0.344 929 48+0.113 791 98/Qi)。

據(jù)此分析，現(xiàn)代有軌電車功能定位和人口規(guī)模、人均GDP、城區(qū)面積和城市類型均呈指數(shù)關(guān)系。因此，可假設(shè)現(xiàn)代有軌電車與本次研究約束條件為多元指數(shù)模型，即

V=exp(a+bP+cG+dA+eQi)

(1)

式中，a、b、c、d、e均為待標定參數(shù)。

3.3 模型參數(shù)的標定與檢驗

該模型類型為可線性化的非線性回歸模型，將公式(1)兩邊取對數(shù)，得

lnV=a+bP+cG+dA+eQi，令lnV=Vn，可得

Vn=a+bP+cG+dA+eQi，后采用SPSS軟件對參數(shù)進行標定，得到模型如下

Vn=-1.744+0.000 11P+8.954-7G+7.509-6A-0.76Qi。

相關(guān)性檢驗如表7所示。

表7 模型參數(shù)標定相關(guān)性檢驗

由檢驗分析可知，功能定位與人口、人均GDP、城區(qū)面積、城市類型為多元回歸指數(shù)模型，將變量進行反變換，同時考慮到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、政策導向等因素影響，引入方式偏好指數(shù)，最終得到現(xiàn)代有軌電車功能定位函數(shù)為

V=(1+μ)exp(-1.744+0.000 11P+

8.954-7G+7.509-6A-0.76Qi)

(2)

4 實例驗證分析

4.1 汝州市概況

汝州市位于河南省中西部，因汝河流經(jīng)市域而得名。市域東與禹州、郟縣接壤，西與汝陽搭界，南與寶豐、魯山相連，北與登封、伊川為鄰。汝州城區(qū)距鄭州124 km，西北距洛陽80 km，東距許昌105 km，東南距平頂山75 km，西南距南陽180 km[14]，焦柳鐵路經(jīng)城區(qū)西側(cè)跨汝河而折向東南，207國道從城區(qū)北、東側(cè)經(jīng)過，洛平公路穿越城區(qū)中部與207國道相交，已建省道侯飯公路位于城區(qū)北側(cè)，洛平漯高速公路位于城區(qū)南側(cè)。

目前，焦柳鐵路設(shè)汝州火車站屬客貨三等中間站，客運量較?。蝗曛菔兄谅尻柋苯紮C場和鄭州新鄭國際機場駕車時間在1～2 h，綜合交通條件優(yōu)勢不明顯。未來年度，隨著汝登高速、鄭萬高鐵的建設(shè)，汝州對外交通聯(lián)系必將得到極大提升，可形成對接鄭州的交通廊道，鐵路客運便捷度將大幅提升，汝州交通優(yōu)勢可實現(xiàn)有效體現(xiàn)[15]。

在《河南省新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020年)》、《河南省城鎮(zhèn)體系規(guī)劃(2009-2020)》、《中原城市群總體發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》中，汝州市被定義為50～100萬人口規(guī)模的城市，地區(qū)副中心城市，可成為全省區(qū)域經(jīng)濟新的戰(zhàn)略支點；將承擔一定的區(qū)域性副中心城市建設(shè)分擔職能；是鄭州中心城市的衛(wèi)星城、洛-平-漯(洛寧)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶重要節(jié)點。根據(jù)汝州市總體發(fā)展規(guī)劃，未來汝州將打造為豫西南區(qū)域性副中心城市，中原經(jīng)濟區(qū)重要的先進制造業(yè)基地及綜合性現(xiàn)代服務(wù)業(yè)中心，積極融入以鄭州為核心的區(qū)域高速公路和鐵路運輸體系[15]。

4.2 汝州市現(xiàn)代有軌電車應(yīng)用預測

未來汝州將大力加強各類交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，重點推進骨干道路建設(shè)、市域公路和各類客貨運場站等改造升級工程，提升交通設(shè)施的服務(wù)水平，優(yōu)化交通環(huán)境；建立完善的公共交通體系，倡導綠色低碳出行，推動清潔能源和新能源的應(yīng)用，推進綠色低碳交通體系建設(shè)[15]。

將汝州市“十三五”末、2030年人口、人均GDP、城區(qū)面積及測算的城市類型指標代入回歸模型即公式(2)中，計算結(jié)果如表8所示。

表8 預測結(jié)果

注：汝州市未來發(fā)展控制性指標來源《河南省汝州市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2015～2030)》

由計算結(jié)果可知，2020年前，汝州市現(xiàn)代有軌電車價值函數(shù)為0.68，該方式主要承擔市區(qū)綜合交通的補充和拓展功能；至2030年，現(xiàn)代有軌電車價值函數(shù)為0.89，這一公交體系將成為市區(qū)綜合交通主干構(gòu)成?？梢灶A見，受限于發(fā)展年度等因素，“十三五”時期汝州市現(xiàn)代有軌電車整體以建設(shè)推進為主；2020～2030年間，有軌電車體系將逐步完成并將最終成為汝州市居民出行骨干組成。

5 結(jié)語

現(xiàn)代有軌電車作為近年來發(fā)展較為迅速的一種城市軌道交通體系，現(xiàn)已成為廣大中小城市實現(xiàn)綜合交通軌道建設(shè)的主要選擇。針對這一方式的多重特性和靈活性特點，綜合分析了現(xiàn)代有軌電車建設(shè)與城市發(fā)展間的相關(guān)性，并嘗試借由既有較為成熟案例定量分

析有軌電車在不同環(huán)境下的應(yīng)用測算，建立基于價值函數(shù)計算的功能定位預測多元回歸模型，并通過實例分析，對模型的有效性和可行性進行驗證，該方法對于現(xiàn)代有軌電車功能定位的預測應(yīng)用較為直觀。

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