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【如何确定一个城市是否建设地铁环线？地铁环线的用途究竟是什么？知乎网友QFA7301为我们带来了他的文章《谈地铁环线的规划》】
谈地铁环线的规划QFA7301 ·6 天前
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题图：上海轨道交通4号线沿线用地性质原答案：https://www.zhihu.com/question/30300047/answer/89460861
本文将叙述环线规划上的原因考量，以及其实践时发现的部分与环线设计时认知不符的地方。
第一部分，环线的作用
一般一个城市规划地铁环线有几个方面的考虑
- 缓解地铁的换乘压力
- 连接重要客流集散点，形成截流效果
- 连接副中心、重要活动中心等地，促进地区发展
- 提高轨交运营灵活性和可靠性，提升网络化
- 为远景年的轨道交通线网完善奠定基础
- 提高近期网络服务覆盖面
等等.......
前三者是比较实在的理论，可以作为建设的"原因"，后两者可以作为"效果"来看待，即没有必要为了后两者而去实行"环线"，前三者才是主要的目的。本文重点讨论前三者。
要去缓解地铁的换乘压力，那么地铁一定是有换乘压力的。
地铁的换乘压力从哪里来？
首先解决这个问题，先来看看地铁的线网结构，地铁的线网结构有下面这几种[1]：
研究表明，放射型+环线网络心态的换乘便捷性指数最大，放射性网络形态次之，方格型网络形态次之。因此建设环线可以增加换乘便捷性。
该研究对轨交网络对网络效率进行分析：其中：
 表示换乘次数，表示任意两点间必须的最大换乘次数。
 表示路网吸引区覆盖强度。
 表示换乘站的负荷强度，为线路数与换乘节点数的比值。
通过表中比较可以发现，三角＋环形、三角＋ 三角以及多三角都是较为理想的复合形式。
若采用 计算网络连通率(P为网络连通率，n为线路个数， 为第 条线路在网络模型的度值，即这条线路线路可换乘的线路的个数，如上海地铁1号线可换乘8条线，则 为8）（该公式合理性可在[4]中查看）
使用截止2016年6月的数据，北京地铁网络（4号线与大兴线算为一条线）连通率为0.283，上海地铁网络为0.573，但若去掉环线，北京地铁网络连通率为0.226，损失率为20%。上海地铁变为0.545，损失率为5%。
图中三角+环形的效果也比三角形更佳，可见，线路多在线网中交叉更能使乘客便捷，也能降低环线不起作用时线网连通率的损失，环线理论上可以增加换乘点，促使客流绕行，减轻市中心换乘压力，不过下文会提到事实并非如此。
补充下，对于棋盘式的网络（如大阪、墨西哥城）来说，也并不都是劣势。棋盘式网络使客流分布均匀，换乘站和换乘选择也很多，对市中心通勤来说较方便（因为事实上棋盘式线网不可能扩展到全市，不然变成了摊大饼，且负债不知道多少），而对三角形线网来说在网络不大时线网连通性也很好。
网络规模上，无论棋盘式的网络还是三角形的线网，一旦线路长，市郊之间的运输将会绕进市中心，市郊客流越多，加上市中心本身客流，换乘压力会变得很大。
因此，网络规模不大时，从换乘压力角度和通行时间的角度来说不太需要环线。
一旦网络大了，如果换乘点聚在市中心就需要环线，以便缓解换乘压力。
但是环线距离这个“三角”仍然需要保持一段距离，否则将对缓解压力无效，下文会以上海地铁4号线为例说明。
对棋盘+鱼形线网来说环线不太需要，因为从上图中可知，换乘站没有聚集在某一个中心，且任意两点间必须的最大换乘次数仅为1，换乘压力也不大，国内的杭州、苏州，国外的巴黎等属于此例（不过并不代表这三个城市的线网两点间最大换乘次数仅为1，这种情况比较理想化，一般随线网规划的具体情况而改变）。
以苏州为例，选择了3号线与8号线构成了虚环，也不需要新的环线（事实上官方将3号线与8号线就作为一个组合环看待，为何不形成独立环原因可看下文）
（图源：本人自制苏州地铁规划图，首发于地铁族，转载请标注作者）
这种组合环通常适合用于环线不同区段客流差异较大的线路，这种线路如果独立成环会造成运能不协调、组织难度较大的情况，组合环线的换乘可以通过同台换乘来解决。当然（我）建议组合环线由2-3条线路组成，太多的话感觉环线太虚。
杭州在外围就有换乘站，因此杭州再独立建设环线没什么意义。
（图源：http://tieba.baidu.com/p/4642673881，作者飞舞的小毬）
接下来是环线建设的第二个关键原因（或许称为动机更恰当），连接副中心/客流集散点，形成截流效果。
实践表明，是否串联足够的客流集散点是环线是否设置成功的因素，环线对“促使客流绕行”这样的效果不大。在副中心开发后，会形成足够的横向/切向客流，此时环线承担的主要为副中心/客流集散点之间或者到发的客流，即截流，某种程度上减轻了市中心的换乘负担。如上海地铁4号线，串联了上海火车站、中山公园、徐家汇副中心、世纪大道等客流集散点，客流以到发为主。
伦敦地铁环线35个车站除了6个车站外均为火车站，客流极高；东京的山手线也说明了连接客流集散点数量对环线是否设置成功起到了关键因素，这也是为何苏州不把3号线与8号线组合起来的一个原因——连接后缺少客流集散点。
但也要考虑到线网的承受能力，如武汉由于环线经过计算后发现若经过武昌火车站会导致车站和区间客流较大，因此放弃，进行绕行（可看《基于复杂网络的城市轨道交通线网评价与优化》）。武汉的例子会成为正例还是反例还不好说。
设置环线的作用还包括提高近期网络的覆盖面，如天津地铁组合环和成都地铁环线考虑到了这一点。
第二部分，环线的局限性
首先，上文提到过，地铁环线对“减少出行距离”效果不大。为什么呢？了解了公路环线与地铁环线的差别后更容易理解。
简单地说，公路环线是以速度抵消了距离的差距，但地铁速度是不变的，关键在于换乘时间，很多情况下可以反过来以到市中心换乘一次的时间去抵消使用地铁环线换乘两次的时间。
相信各位如果在三角+环线或者像上海这样线路不断交叉的线网一定有过这样的感受，有时用环线换乘两次不如绕进市中心换乘一次，上海的3/4号线共线段换乘站多为高架到地下的换乘，更加大了这种时间差，我平时也不会选择坐4号线换乘两次。
从抽象的角度来分析，若环线一点A到环线另外一点B中经放射线出行的两条放射线夹角为钝角，环线将不再有吸引力，若为锐角则有吸引力。
以下为该论文说明过程[10]，论文先论述了环线上的点利用环线的方便性，再论述放射线上的点经过环线时的不方便性，我将其整理了下。
一、环线上的点的出行
设定OA1与OB1均≥2km，轨道交通系统平均时速为35km/h，平均一次换乘时间为5分钟
当OD点是环线上的两点时（C1-C2），使用放射线需要至少两次换乘，环线可直达，以环线为优
当OD点为环线与放射线上的点和环线上单纯的一点（如A2-C2）时，选择放射线至少要一次换乘，选择环线可直达。此外还与C2位置有关，当C2是A4的相邻站点时，旅客也可选择A2->A4->C2的路径，可能更省时间，但仍需要一次换乘，一般旅客仍然更愿意使用环线。
当OD点均是环线与放射线的换乘站时要分别分析，如A2->A4时采用放射线更佳，若A2->B2旅客更愿意选择可以直达的环线。当θ为锐角时使用环线更方便，当θ为钝角时使用放射线较为方便。
因此，环线沿线旅客从出行时间和方便性都有优势，应将环线多串联客流集散点
二、放射线上的点的出行
设定三种OD：A1->B1、A1->B3 A3->B3
当θ=90°时，分别计算R取3、4、5、6km时，上述三种情况所用时间的值，发现放射线需要的时间均小于使用环线的时间，而当环线半径越来越大时，时间差值逐渐减少，但对于中小规模线网来说，使用环线需要两次换乘，乘客仍愿意使用放射线。当R=6km时时差最为接近。
再取R=6km时，当θ为30°、45°、60°、120°、135°、150°时两条路径的时间，当θ为锐角时，多数情况下使用放射线更省时间，但当θ为钝角时，无论OD怎么分布，采用环线都更省时间，并且θ越大，节省时间越多。基于此，对于超大型路网，建设环线可以减少θ为锐角相交的两条线间的出行时间。从另外一个角度来讲，对于θ为锐角相交的两条线间应建设联络线，当放射线间连续具备这种条件时，即可成为环线。 不过事实上由于上海目前城市仍维持中心城是就业中心的状态，较少出现“锐角”式的客流。
也因此，4号线起到的减少换乘压力效果并不大。根据2014年评估[7]：
4号线日均客流与8号线持平位居全网第三，在4号线客流组成中，以始发、终到客流为主，约占全线客运量的85%，过境客流约占15%，说明4号线以服务沿线客流为主。从客流特征来看，4号线的换乘客流和途径客流都与8号线相当，而换乘客流和途经客流比例与10号线、11号线基本处于同一水平，说明4号线作为环线的转乘功能并不突出。
4号线的换乘站个数远多于其他线路，但4号线的换乘客流无论是从量级还是比例来看，都无明显优势。说明换乘站越多并不一定换乘客流越多，而是与该条线路在网络中的功能有关。轨道交通环线客流以服务地区为主，对于外围地区设置切向线或环线，在网络功能上差别不大。 与此同时，4号线平均乘距在2014年仅高于13号线（当时13号线只开通一小部分），为7.05公里。说明4号线起到客流集散点向外“截流”的效果，少数人乘坐超过一半的圈（4号线全长为33公里），客流多在这一四分之一到二分之一的圈上换乘其它线路。
上海地铁4号线起到的为服务沿线效果，对促使客流绕行的效果甚小。
对于棋盘式线网而言，有研究通过抽象图形，计算棋盘形+环线线网的各种情况下不同点位置出行的路径和时间，得出利用环线换乘一般不优于利用棋盘形线网换乘，棋盘形线网理论上讲在外围布设大环线换乘效果并不理想（除了在环线上的两点间和个别情况下出行较有优势）的结论，原因即是棋盘式线网存在许多垂直的换乘点，环线的交通转换功能的优势被弱化[11]，以下为论文节选：
为表达方便，我们用SQ表示利用棋盘形线路换乘的出行总距离， 为相应出行的换乘次数。 表 示利用外围环线换乘的出行总距离， 为相应出行的 换乘次数，
在情况(a)下
在情况(b)下
在情况(c)下
在情况(d)下
在情况(e)下
在情况(f)下
因此，在城市结构维持单中心的情况下，即使不计算换乘时间，环线的交通转换功能的优势没有特别突出。而计算了换乘时间后，环线的交通转换功能更为弱化。
那么什么情况下可以起到促使人绕行环线的效果呢？即环线换乘两次的时间可以抵消到市中心换乘的时间，可能下面这种线网比较合适：
通过简单的数学计算也可以很容易算出环线为了能够达到节省时间目的与换乘中心的最小距离
不过需要注意的是：
- 现实中这个换乘中心可是一张网而不是一个点，使得环线长度变大
- 环线需要有时间明显优势才能缓解“压力”（这可能就要求与环内距离大了）
- 环太大这种外围组团间的客流必须大到足以支撑一条线，也正因为环太大、客流没有特别足，苏州3号线与8号线没有独立成环
- 北京地铁10号线的数据表明[9]，若环线与放射线的换乘站位于主要客流聚集区外围，环线将不能发挥疏散客流的作用，放射线客流压力无法得到缓解。
- 环太大........还是用市域铁路去吧
环线规划时，也需要注意与城市发展协调
根据国家发改委2015年1月《城市轨道交通规划编制和评审要点》：
环线与市域快线。对于中心城区面积较大、各方向发展较均衡的城市，在规划放射型线路的同时，研究设置环线的必要性。对城市外围组团，研究规划市域快线。比如香港，单向发展，根本没有必要用环线 比如香港，单方向发展，不适合建环线
武汉由于中间隔了个长江，建设环线会多出来两条越江通道，且与两岸的线路走向都不能很好协调，实际上不适合建设环线，当时认为不适合建设环线。但现在仍然选择建设了环线。
事实上Systra已经在规划编制过程中留了组合环，就是系统代号为E的几条市域快线形成的，这些市域快线也充分连接了客流集散点，若设计同台换乘亦可很好地达到类环效果。
此外，广州方面，前市长林树森认为，广州地铁环线是为环而环，主要原因是广州地铁是棋盘式路网（本文已经提到过棋盘式路网增加环线并不会带来很大方便），在外部已经可以由4条线路构成环，而且大可将不同线路连接起来形成组合环，现在的环线多靠保护区，只有广州东到琶洲才是有效路段。林市长更倾向于采用放射线加密中心城区。
结论：
- 网络规模不大时，从换乘压力角度和通行时间的角度来说不太需要环线。
- 环线无论在棋盘式还是三角形式线网，对促使客流绕行作用并不明显，但某种程度上是可以减轻换乘压力的
- 是否串联足够的客流集散点是环线是否设置成功的因素，此时环线起到的是截流效果，环线规划时更应该注重考虑是否串联客流集散点
- 环线各段客流特征差异较大一般采用组合环
- 环线与放射线的换乘站需要位于主要客流聚集区内
- 需要与城市发展空间、城市地形协调和轨交线网协调，千万不能为环而环
国内仍然有许多新城市建设环线时提到环线能减少外围客流到市中心的换乘压力，实际上不然，许多论文也说明了这一个道理，我也是开始在想上面提到的“不会选择坐4号线换乘两次”发现了这个观点在实际中并不那么明显，再去翻了翻论文发现有些时候专家的观点真不一致，许多人一带而过，只强调可以减轻换乘压力，有些则是去专门研究写出了论文，再结合实际的客流数据，才发现事情根本不是那么回事，小编组高密度也是这样，所以这些经历告诉我们，专家的话也要分一带而过的话和研究后说的话，以后要多多区别......
而那些原本规划中没环的，就不要加环了吧
参考文献：
[1]毛保华,姜帆等.城市轨道交通[M].北京:科学出版社,2001
[2]马嘉琪, 白雁, 韩宝明. 城市轨道交通线网基本单元与复杂网络性能分析[J]. 交通运输工程学报, 2010(4):65-70.
[3]李明高, 毛保华, 蒋玉琨,等. 城市轨道交通网络换乘便捷性研究[J]. 中国铁道科学, 2015, 36(3):113-118.
[4]李朴, 武子晗. 基于复杂网络理论的城市轨道交通网络结构特性[J]. 都市快轨交通, 2014, 27(5):35-38.
[5]孙元广. 苏州市轨道交通3、8号线独立成环的探讨[J]. 隧道建设, 2015, 35(10):1042-1047.
[6]杨京帅. 城市轨道交通线网合理规模与布局方法研究[D]. 西南交通大学, 2006.
[7]上海市城市规划和设计研究院 .上海市轨道交通网络规划实施评估[R].2014.
[8]江永. 武汉城市轨道交通环线设置分析[J]. 城市轨道交通研究, 2009, 12(5):13-17.
[9]马毅林, 温慧敏, 刘剑锋,等. 城市轨道交通环线客流特征分析及启示[J]. 城市交通, 2013(6):49-56.
[10]雷磊, 罗霞, 陈芋宏. 城市轨道交通环线的功能定位研究[J]. 铁道运输与经济, 2009, 31(8):62-64.
[11]毕海峰, 程铭基, 吴其刚. 对轨道交通环线布设位置和换乘效果的探讨[J]. 铁道工程学报, 2015, 32(4):114-117.
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发表于 2016-7-3 15:48
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