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從上海地鐵1號(hào)線看客流預(yù)測(cè)的不確定性論文
摘 要：上海地鐵1號(hào)線2005年的實(shí)際統(tǒng)計(jì)客運(yùn)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了同期預(yù)測(cè)的客流量。本文分析了城市軌道交通客流預(yù)測(cè)的不確定性，以及產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。提出對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)輸能力應(yīng)留有適當(dāng)?shù)母辉Ａ�，以�?yīng)對(duì)不可預(yù)見(jiàn)的客運(yùn)量增長(zhǎng)，或改善乘車(chē)舒適度。隨著城市化進(jìn)程的加快、大批農(nóng)民進(jìn)城務(wù)工，預(yù)示著城市公交通客運(yùn)量大幅度增長(zhǎng)。加長(zhǎng)列車(chē)編組、提高乘車(chē)舒適度也將提上議事日程。
關(guān)鍵詞：客流預(yù)測(cè)，公交客運(yùn)量，列車(chē)編組，預(yù)測(cè)不確定性，城市化。
Abstract: The actual passenger volume statistics of Shanghai metro line 1 in 2005 is much higher than the number forecasted over the same period. This paper analyzes the uncertainty in urban railway traffic forecast and the reason for it. The author also states that to handle with the unforeseen growth in passenger volume or improve the ride comfort, appropriate surplus capacity should be considered in assessing the transport capacity of urban rail transit system.
With the acceleration of urbanization process, more and more farmers come to cities to apply labor. The public transport passenger volume in cities will be in significant growth. Lengthening marshalling and improving ride comfort will be written in agenda.
Key words: traffic forecast 、public transport passenger volume、marshalling、uncertainty in traffic forecast、urbanization
一 引言
近年來(lái)在城市軌道交通設(shè)計(jì)項(xiàng)目評(píng)審中，經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到有些評(píng)審專(zhuān)家總認(rèn)為被評(píng)審項(xiàng)目的預(yù)測(cè)客流量偏大，要求對(duì)預(yù)測(cè)客流進(jìn)行調(diào)整。理由是隨著遠(yuǎn)期地鐵線網(wǎng)的加密，各條線路的客流量會(huì)隨之減少。因而減小預(yù)測(cè)客流量，可以縮小車(chē)站土建規(guī)模，降低工程投資。
也有專(zhuān)家對(duì)此持不同意見(jiàn)。認(rèn)為地鐵是百年大計(jì)，車(chē)站一旦建成將來(lái)就無(wú)法進(jìn)行改建�？紤]到我國(guó)的城市正處在發(fā)育擴(kuò)張時(shí)期，以及客流預(yù)測(cè)的階段性和不確定性，地鐵設(shè)計(jì)應(yīng)該為以后應(yīng)對(duì)超出預(yù)測(cè)客流的客運(yùn)量增長(zhǎng)，改善乘車(chē)舒適度留有余地。主張對(duì)地鐵設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力留大不留小。這樣做雖然會(huì)增加少量的一次性投資，但對(duì)城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
1999年為進(jìn)行上海地鐵1號(hào)線北延伸線設(shè)計(jì)，申通公司委托某研究所預(yù)測(cè)地鐵一號(hào)線北延伸線的客流。預(yù)測(cè)范圍自莘莊站至泰和路站。此次客流預(yù)測(cè)的結(jié)果見(jiàn)下表。
上海地鐵一號(hào)線各年限預(yù)測(cè)客運(yùn)量
預(yù)測(cè)年 限客運(yùn) 量 2005年2012年2027年全日客運(yùn)量（萬(wàn)人次）68237238高峰高斷面流量（萬(wàn)人次）2.187.066.33
由該表可以看出， 2005年全日預(yù)測(cè)客流量為68萬(wàn)人次，高峰小時(shí)最大斷面客流量為2.18萬(wàn)人次。
上海地鐵1號(hào)線一期工程新龍華——火車(chē)站段于1990年通車(chē)運(yùn)營(yíng)，1995車(chē)4月向南延伸到莘莊車(chē)站，2004年12月向北延伸到共富新村車(chē)站。線路全長(zhǎng)28..795km，設(shè)25座車(chē)站。目前地鐵1號(hào)線列車(chē)為6輛編組，現(xiàn)有列車(chē)37列，高峰小時(shí)開(kāi)行20對(duì)列車(chē)，上�；疖�(chē)站以南行車(chē)間隔為3min，北段到共富新村的行車(chē)間隔為9min。
根據(jù)上海地鐵運(yùn)營(yíng)公司2005年的統(tǒng)計(jì)資料，地鐵1號(hào)線2005年全年完成客運(yùn)量29479.3萬(wàn)人次，平均日客運(yùn)量80.77萬(wàn)人次。1—6月份高峰時(shí)段最大斷面客流保持在3.5—3.9萬(wàn)人。7月、8月份最大斷面客流達(dá)到了4.—4.13萬(wàn)人。
將1號(hào)線的實(shí)際客運(yùn)量與預(yù)測(cè)客流量相比，預(yù)測(cè)全日客流量比實(shí)際客運(yùn)量小20%，預(yù)測(cè)高峰小時(shí)斷面客流量比實(shí)際客流量小89%。爆出了客流預(yù)測(cè)的軟肋，首次證明地鐵預(yù)測(cè)客流量比實(shí)際客運(yùn)量偏小。這一問(wèn)題的出現(xiàn)，意義重大，值得我們深思研究。
二 地鐵客流預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)介
客流量是城市軌道交通設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料。為進(jìn)行軌道交通設(shè)計(jì)，必須知道未來(lái)年度的客運(yùn)量。由此確定車(chē)站站臺(tái)長(zhǎng)度，各個(gè)時(shí)期的列車(chē)編組輛數(shù)、配屬列車(chē)數(shù)量、供電設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備的容量等。因此預(yù)測(cè)客流量在城市軌道交通設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用。
目前城市軌道交通客流預(yù)測(cè)都是采用“四階段”預(yù)測(cè)法。即出行發(fā)生與吸引預(yù)測(cè)，交通分布預(yù)測(cè)，交通方式劃分預(yù)測(cè)和交通分配預(yù)測(cè)。由此得到初期、近期和遠(yuǎn)期的公交OD表，然后按交通方式劃分的比例，得出軌道交通的站間OD表。在此基礎(chǔ)上計(jì)算出各年度的上下車(chē)客流量和區(qū)間斷面客流量。
為了分析客流預(yù)測(cè)的不確定性，需要把各階段的預(yù)測(cè)方法做一個(gè)簡(jiǎn)要說(shuō)明。
1 出行發(fā)生與吸引預(yù)測(cè)
出行發(fā)生與吸引預(yù)測(cè)，一般是按交通小區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。通常采用增長(zhǎng)率法或原單位法進(jìn)行預(yù)測(cè)。原單位法的計(jì)算原則通�？煞譃�，以小區(qū)未來(lái)居住人口、流動(dòng)人口和人均出行次數(shù)，計(jì)算出各小區(qū)未來(lái)全方式的出行量。和以不同用途的土地面積或工作面積，以及單位面積平均發(fā)生的交通量來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。其中以居住人口、流動(dòng)人口和人均出行次數(shù)預(yù)測(cè)法用的比較普遍。
2 出行分布預(yù)測(cè)
出行分布預(yù)測(cè)是采用增長(zhǎng)率法、重力法或概率模型法，將各交通小區(qū)規(guī)劃年的出行發(fā)生量與吸引量，轉(zhuǎn)化為各小區(qū)間的交換量OD表。它反映了各小區(qū)間交通量的大小和流向。
重力法是出行分布預(yù)測(cè)中常用的方法。他的基本假設(shè)是兩個(gè)交通小區(qū)間的出行分布量與兩個(gè)小區(qū)間的出行發(fā)生量和出行吸引量成正比，與小區(qū)間的出行距離或廣義出行費(fèi)用成反比。廣義出行費(fèi)用也叫分布阻抗，包括小區(qū)之間的出行距離、出行時(shí)間及出行費(fèi)用。將未來(lái)年各交通小區(qū)的發(fā)生量和吸引量代入公式，可得各預(yù)測(cè)年度居民全方式出行分布矩陣。
3 出行方式劃分預(yù)測(cè)
出行方式劃分預(yù)測(cè)，是在出行分布預(yù)測(cè)得到的OD矩陣基礎(chǔ)上，將各小區(qū)間的交換量轉(zhuǎn)化為交通方式。如步行、自行車(chē)、公共汽車(chē)、軌道交通、出租車(chē)和私家車(chē)等各種交通方式承擔(dān)OD的比例。根據(jù)預(yù)測(cè)年度的城市道路罔、公交和軌道交通線罔，計(jì)算出初期、近期、遠(yuǎn)期公交的出行時(shí)間和費(fèi)用矩陣，通過(guò)交通方式競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而可得未來(lái)年公交類(lèi)出行OD。
4 交通分配預(yù)測(cè)
交通分配預(yù)測(cè)，是將公交類(lèi)出行OD量，通過(guò)行程時(shí)間、換乘時(shí)間、出行費(fèi)用之間的競(jìng)爭(zhēng)，從而確定軌道線路的客流量。進(jìn)而可得出軌道交通各車(chē)站的乘降量、站間OD和斷面客流量。
交通分配預(yù)測(cè)常用重力模型，假定小區(qū)之間的交通量與兩個(gè)小區(qū)間的發(fā)生量、吸引量成正比，與兩個(gè)小區(qū)間的距離成反比。交通分配的基本參數(shù)有，路段走行時(shí)間函數(shù)，軌道交通旅行速度和高峰小時(shí)率等。
三 客流預(yù)測(cè)的不確定性分析
前面已經(jīng)說(shuō)明，2005年上海地鐵1號(hào)線平均日客流量，超過(guò)了同年預(yù)測(cè)客流量的20%，高峰小時(shí)斷面客流超過(guò)預(yù)測(cè)的89%。由此證明了客流預(yù)測(cè)存在著不確定性。也不像某些專(zhuān)家所說(shuō)的那樣，預(yù)測(cè)客流量總是比實(shí)際客流量偏大。上海地鐵1號(hào)線的這一現(xiàn)象看似偶然，筆者認(rèn)為卻是必然結(jié)果。理由如下：
1 客流預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度不高
預(yù)測(cè)學(xué)是一門(mén)新的學(xué)科，是人們對(duì)未來(lái)事物進(jìn)行預(yù)言和猜想的一種手段。盡管目前使用的預(yù)測(cè)方法很多，但其理論基礎(chǔ)都源自統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)。就是根據(jù)已有的社會(huì)統(tǒng)計(jì)樣本資料，經(jīng)過(guò)分析處理得到一套擬合數(shù)學(xué)模型，再以此模型外推預(yù)測(cè)年度的客流量。也就是把目前樣本的形態(tài)擴(kuò)大到未來(lái)年度。
一般而言，現(xiàn)有的各種預(yù)測(cè)方法，用在短期預(yù)測(cè)(0.5—3年)可信度較高。預(yù)測(cè)的時(shí)間跨度越長(zhǎng)，其準(zhǔn)確度越低。地鐵客流量預(yù)測(cè)的時(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)25—30年，其可信度自然不高。
2 客流預(yù)測(cè)參數(shù)的可變性
在客流預(yù)測(cè)中使用的一些技術(shù)參數(shù)是可變的。如在交通發(fā)生與吸引預(yù)測(cè)中用的居民出行次數(shù)，小區(qū)人口、流動(dòng)人口數(shù)量，小區(qū)土地利用規(guī)劃。在出行方式劃分預(yù)測(cè)中，各種交通方式承擔(dān)交通量的比例。在交通分配預(yù)測(cè)中使用的路徑阻抗(路段行駛時(shí)間、費(fèi)用和交叉口延誤時(shí)間)等，不同的預(yù)測(cè)人員在標(biāo)定預(yù)測(cè)模型時(shí)，都是按照自己的思路決定相關(guān)參數(shù)的取值。因此不同預(yù)測(cè)人員的預(yù)測(cè)結(jié)果也會(huì)有差別。因此可以說(shuō)，客流預(yù)測(cè)得到的只能是近似值。他不是做數(shù)學(xué)計(jì)算1+1=2。
3 城市規(guī)劃的不穩(wěn)定性
城市總體規(guī)劃是地鐵客流量預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市人口在增加。據(jù)了解到2020年我國(guó)將有3億農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)入城市，北京市2006年已有113萬(wàn)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力轉(zhuǎn)入工業(yè)。城市的土地利用規(guī)劃也經(jīng)常變動(dòng)。為適應(yīng)這種變化，我國(guó)的城市總體規(guī)劃每隔十年修改一次。而城市軌道交通建設(shè)僅憑當(dāng)前一次客流量預(yù)測(cè)定終身，經(jīng)過(guò)若干年之后，在交通需求與供給之間必然會(huì)出現(xiàn)較大的矛盾。
4 客流預(yù)測(cè)的階段性
目前城市軌道交通客流量預(yù)測(cè)，都是用近十幾年的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)標(biāo)定數(shù)學(xué)模型。即用當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)模式外推得到一套客流預(yù)測(cè)結(jié)果。幾十年之后，隨著國(guó)家建設(shè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大，如果再對(duì)同一條軌道交通線路重新進(jìn)行客流預(yù)測(cè)，使用的技術(shù)參數(shù)也隨之發(fā)生變化，這時(shí)的預(yù)測(cè)結(jié)果肯定會(huì)比原來(lái)的客流量大。
國(guó)外地鐵的發(fā)展歷史也證明了這一點(diǎn)。已有近百年地鐵歷史的發(fā)達(dá)國(guó)家城市，其車(chē)內(nèi)乘客仍然很擁擠，甚至要用人推才能關(guān)上車(chē)門(mén)。這從側(cè)面說(shuō)明了城市的現(xiàn)狀客流量已經(jīng)大大超過(guò)了當(dāng)初預(yù)測(cè)的客流量。
我國(guó)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定地鐵的使用期為100年，目前我們只能預(yù)測(cè)未來(lái)30年的客流量，怎樣彌合這一巨大差距，是今后需要研究的課題。
5 地鐵開(kāi)發(fā)效應(yīng)的影響
實(shí)踐證明，地鐵對(duì)引導(dǎo)和帶動(dòng)沿線開(kāi)發(fā)具有特殊作用。隨著地鐵的修建，線路兩側(cè)就會(huì)出現(xiàn)超出原有城市規(guī)劃的高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)，帶動(dòng)沿線房地產(chǎn)升值。也為地鐵帶來(lái)巨大的客流量。事情的經(jīng)過(guò)是客流量預(yù)測(cè)在前，高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)在后。這是造成2005年上海地鐵1號(hào)線的實(shí)際客運(yùn)量，超過(guò)當(dāng)年預(yù)測(cè)客流量的原因之一。
上海地鐵1號(hào)線未延伸到莘莊以前，線路兩側(cè)都是村鎮(zhèn)和農(nóng)田，在此背景下進(jìn)行了北延伸線的客流預(yù)測(cè)�，F(xiàn)在由錦江樂(lè)園至莘莊線路兩側(cè)都是新建的住宅小區(qū)，兩側(cè)的居民都是以地鐵為出行工具。高峰時(shí)段地鐵列車(chē)在南段的載客量已達(dá)到60—70%。進(jìn)入市區(qū)后車(chē)內(nèi)更加擁擠。
四 幾點(diǎn)體會(huì)
1上海地鐵1號(hào)線2005年的實(shí)際客流量，已大大超過(guò)了2005年的預(yù)測(cè)客流量。說(shuō)明地鐵預(yù)測(cè)客流量并不是總是偏大.的。上海地鐵1號(hào)線的經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明其預(yù)測(cè)的客流量偏小。那些已有百年地鐵歷史的發(fā)達(dá)國(guó)家地鐵仍然很擁擠，也從反面證明了其原來(lái)的預(yù)測(cè)客流量偏小。這是由于客流預(yù)測(cè)方法本身的缺欠，以及城市總體規(guī)劃不斷地變化造成的。
2 地鐵的使用期限為100年，我們又無(wú)法預(yù)測(cè)今后100年的客流量。地鐵車(chē)站一旦建成要改造很困難。東京地鐵4號(hào)線原來(lái)按4輛編組站臺(tái)改建為6輛站臺(tái)，總共用了15年時(shí)間。因此，筆者認(rèn)為在地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)上應(yīng)該看的遠(yuǎn)一點(diǎn)，給地鐵以后的發(fā)展多留一點(diǎn)余地是十分必要的。
4 筆者曾對(duì)A型車(chē)、B型車(chē)5輛編組和6輛編組的車(chē)站方案進(jìn)行過(guò)分析比較。結(jié)果表明，對(duì)于A型車(chē)、B型車(chē)來(lái)說(shuō)，6輛編組的車(chē)站比5 輛編組的車(chē)站只增加3—4%的土建工程投資，而系統(tǒng)運(yùn)輸能力可增加20%。
5 我國(guó)是世界人口大國(guó)，隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市公共交通客運(yùn)量將會(huì)大幅度增加。加大地鐵列車(chē)編組、提高系統(tǒng)運(yùn)輸能力已經(jīng)提上議事日程。我國(guó)地鐵不會(huì)永遠(yuǎn)停留在6輛編組的水平。上海地鐵1號(hào)線已經(jīng)采購(gòu)了16列8輛編組的列車(chē)，將于2007年初運(yùn)營(yíng)。我相信在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，其他城市也會(huì)考慮加長(zhǎng)列車(chē)編組的問(wèn)題。
6 實(shí)踐證明，在地鐵車(chē)站周?chē)M(jìn)行高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)，已成為當(dāng)今城市建設(shè)的定式。地鐵車(chē)站周?chē)蔀榫用褓?gòu)房的熱點(diǎn)。在進(jìn)行地鐵客流量預(yù)測(cè)時(shí)應(yīng)把地鐵沿線與城市的一般地區(qū)區(qū)別開(kāi)來(lái)。適當(dāng)提高預(yù)測(cè)參數(shù)的取值，以縮小預(yù)測(cè)誤差。
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