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從上海地鐵1號線看客流預(yù)測的不確定性論文
摘 要：上海地鐵1號線2005年的實(shí)際統(tǒng)計(jì)客運(yùn)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了同期預(yù)測的客流量。本文分析了城市軌道交通客流預(yù)測的不確定性，以及產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。提出對城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)輸能力應(yīng)留有適當(dāng)?shù)母辉Ａ浚詰?yīng)對不可預(yù)見的客運(yùn)量增長，或改善乘車舒適度。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。加長列車編組、提高乘車舒適度也將提上議事日程。
關(guān)鍵詞：客流預(yù)測，公交客運(yùn)量，列車編組，預(yù)測不確定性，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
近年來在城市軌道交通設(shè)計(jì)項(xiàng)目評審中，經(jīng)常會聽到有些評審專家總認(rèn)為被評審項(xiàng)目的預(yù)測客流量偏大，要求對預(yù)測客流進(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隨之減少。因而減小預(yù)測客流量，可以縮小車站土建規(guī)模，降低工程投資。
也有專家對此持不同意見。認(rèn)為地鐵是百年大計(jì)，車站一旦建成將來就無法進(jìn)行改建�？紤]到我國的城市正處在發(fā)育擴(kuò)張時(shí)期，以及客流預(yù)測的階段性和不確定性，地鐵設(shè)計(jì)應(yīng)該為以后應(yīng)對超出預(yù)測客流的客運(yùn)量增長，改善乘車舒適度留有余地。主張對地鐵設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力留大不留小。這樣做雖然會增加少量的一次性投資，但對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號線北延伸線設(shè)計(jì)，申通公司委托某研究所預(yù)測地鐵一號線北延伸線的客流。預(yù)測范圍自莘莊站至泰和路站。此次客流預(yù)測的結(jié)果見下表。
上海地鐵一號線各年限預(yù)測客運(yùn)量
預(yù)測年 限客運(yùn) 量 2005年2012年2027年全日客運(yùn)量（萬人次）68237238高峰高斷面流量（萬人次）2.187.066.33
由該表可以看出， 2005年全日預(yù)測客流量為68萬人次，高峰小時(shí)最大斷面客流量為2.18萬人次。
上海地鐵1號線一期工程新龍華——火車站段于1990年通車運(yùn)營，1995車4月向南延伸到莘莊車站，2004年12月向北延伸到共富新村車站。線路全長28..795km，設(shè)25座車站。目前地鐵1號線列車為6輛編組，現(xiàn)有列車37列，高峰小時(shí)開行20對列車，上�；疖囌疽阅闲熊囬g隔為3min，北段到共富新村的行車間隔為9min。
根據(jù)上海地鐵運(yùn)營公司2005年的統(tǒng)計(jì)資料，地鐵1號線2005年全年完成客運(yùn)量29479.3萬人次，平均日客運(yùn)量80.77萬人次。1—6月份高峰時(shí)段最大斷面客流保持在3.5—3.9萬人。7月、8月份最大斷面客流達(dá)到了4.—4.13萬人。
將1號線的實(shí)際客運(yùn)量與預(yù)測客流量相比，預(yù)測全日客流量比實(shí)際客運(yùn)量小20%，預(yù)測高峰小時(shí)斷面客流量比實(shí)際客流量小89%。爆出了客流預(yù)測的軟肋，首次證明地鐵預(yù)測客流量比實(shí)際客運(yùn)量偏小。這一問題的出現(xiàn)，意義重大，值得我們深思研究。
二 地鐵客流預(yù)測方法簡介
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)，必須知道未來年度的客運(yùn)量。由此確定車站站臺長度，各個(gè)時(shí)期的列車編組輛數(shù)、配屬列車數(shù)量、供電設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備的容量等。因此預(yù)測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)測都是采用“四階段”預(yù)測法。即出行發(fā)生與吸引預(yù)測，交通分布預(yù)測，交通方式劃分預(yù)測和交通分配預(yù)測。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客流量和區(qū)間斷面客流量。
為了分析客流預(yù)測的不確定性，需要把各階段的預(yù)測方法做一個(gè)簡要說明。
1 出行發(fā)生與吸引預(yù)測
出行發(fā)生與吸引預(yù)測，一般是按交通小區(qū)進(jìn)行預(yù)測。通常采用增長率法或原單位法進(jìn)行預(yù)測。原單位法的計(jì)算原則通常可分為，以小區(qū)未來居住人口、流動人口和人均出行次數(shù)，計(jì)算出各小區(qū)未來全方式的出行量。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)生的交通量來進(jìn)行預(yù)測。其中以居住人口、流動人口和人均出行次數(shù)預(yù)測法用的比較普遍。
2 出行分布預(yù)測
出行分布預(yù)測是采用增長率法、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)測年度居民全方式出行分布矩陣。
3 出行方式劃分預(yù)測
出行方式劃分預(yù)測，是在出行分布預(yù)測得到的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、公共汽車、軌道交通、出租車和私家車等各種交通方式承擔(dān)OD的比例。根據(jù)預(yù)測年度的城市道路罔、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，通過交通方式競爭，進(jìn)而可得未來年公交類出行OD。
4 交通分配預(yù)測
交通分配預(yù)測，是將公交類出行OD量，通過行程時(shí)間、換乘時(shí)間、出行費(fèi)用之間的競爭，從而確定軌道線路的客流量。進(jìn)而可得出軌道交通各車站的乘降量、站間OD和斷面客流量。
交通分配預(yù)測常用重力模型，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)測的不確定性分析
前面已經(jīng)說明，2005年上海地鐵1號線平均日客流量，超過了同年預(yù)測客流量的20%，高峰小時(shí)斷面客流超過預(yù)測的89%。由此證明了客流預(yù)測存在著不確定性。也不像某些專家所說的那樣，預(yù)測客流量總是比實(shí)際客流量偏大。上海地鐵1號線的這一現(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)測的準(zhǔn)確度不高
預(yù)測學(xué)是一門新的學(xué)科，是人們對未來事物進(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)已有的社會統(tǒng)計(jì)樣本資料，經(jīng)過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)測年度的客流量。也就是把目前樣本的形態(tài)擴(kuò)大到未來年度。
一般而言，現(xiàn)有的各種預(yù)測方法，用在短期預(yù)測(0.5—3年)可信度較高。預(yù)測的時(shí)間跨度越長，其準(zhǔn)確度越低。地鐵客流量預(yù)測的時(shí)間跨度長達(dá)25—30年，其可信度自然不高。
2 客流預(yù)測參數(shù)的可變性
在客流預(yù)測中使用的一些技術(shù)參數(shù)是可變的。如在交通發(fā)生與吸引預(yù)測中用的居民出行次數(shù)，小區(qū)人口、流動人口數(shù)量，小區(qū)土地利用規(guī)劃。在出行方式劃分預(yù)測中，各種交通方式承擔(dān)交通量的比例。在交通分配預(yù)測中使用的路徑阻抗(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)測人員在標(biāo)定預(yù)測模型時(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)測人員的預(yù)測結(jié)果也會有差別。因此可以說，客流預(yù)測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)測的基礎(chǔ)。隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市人口在增加。據(jù)了解到2020年我國將有3億農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)入城市，北京市2006年已有113萬農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)入工業(yè)。城市的土地利用規(guī)劃也經(jīng)常變動。為適應(yīng)這種變化，我國的城市總體規(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)測定終身，經(jīng)過若干年之后，在交通需求與供給之間必然會出現(xiàn)較大的矛盾。
4 客流預(yù)測的階段性
目前城市軌道交通客流量預(yù)測，都是用近十幾年的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來標(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)測結(jié)果。幾十年之后，隨著國家建設(shè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大，如果再對同一條軌道交通線路重新進(jìn)行客流預(yù)測，使用的技術(shù)參數(shù)也隨之發(fā)生變化，這時(shí)的預(yù)測結(jié)果肯定會比原來的客流量大。
國外地鐵的發(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)國家城市，其車內(nèi)乘客仍然很擁擠，甚至要用人推才能關(guān)上車門。這從側(cè)面說明了城市的現(xiàn)狀客流量已經(jīng)大大超過了當(dāng)初預(yù)測的客流量。
我國地鐵設(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)測未來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 地鐵開發(fā)效應(yīng)的影響
實(shí)踐證明，地鐵對引導(dǎo)和帶動沿線開發(fā)具有特殊作用。隨著地鐵的修建，線路兩側(cè)就會出現(xiàn)超出原有城市規(guī)劃的高強(qiáng)度開發(fā)，帶動沿線房地產(chǎn)升值。也為地鐵帶來巨大的客流量。事情的經(jīng)過是客流量預(yù)測在前，高強(qiáng)度開發(fā)在后。這是造成2005年上海地鐵1號線的實(shí)際客運(yùn)量，超過當(dāng)年預(yù)測客流量的原因之一。
上海地鐵1號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�，F(xiàn)在由錦江樂園至莘莊線路兩側(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)段地鐵列車在南段的載客量已達(dá)到60—70%。進(jìn)入市區(qū)后車內(nèi)更加擁擠。
四 幾點(diǎn)體會
1上海地鐵1號線2005年的實(shí)際客流量，已大大超過了2005年的預(yù)測客流量。說明地鐵預(yù)測客流量并不是總是偏大.的。上海地鐵1號線的經(jīng)驗(yàn)說明其預(yù)測的客流量偏小。那些已有百年地鐵歷史的發(fā)達(dá)國家地鐵仍然很擁擠，也從反面證明了其原來的預(yù)測客流量偏小。這是由于客流預(yù)測方法本身的缺欠，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，我們又無法預(yù)測今后100年的客流量。地鐵車站一旦建成要改造很困難。東京地鐵4號線原來按4輛編組站臺改建為6輛站臺，總共用了15年時(shí)間。因此，筆者認(rèn)為在地鐵車站設(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A型車、B型車5輛編組和6輛編組的車站方案進(jìn)行過分析比較。結(jié)果表明，對于A型車、B型車來說，6輛編組的車站比5 輛編組的車站只增加3—4%的土建工程投資，而系統(tǒng)運(yùn)輸能力可增加20%。
5 我國是世界人口大國，隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市公共交通客運(yùn)量將會大幅度增加。加大地鐵列車編組、提高系統(tǒng)運(yùn)輸能力已經(jīng)提上議事日程。我國地鐵不會永遠(yuǎn)停留在6輛編組的水平。上海地鐵1號線已經(jīng)采購了16列8輛編組的列車，將于2007年初運(yùn)營。我相信在可預(yù)見的將來，其他城市也會考慮加長列車編組的問題。
6 實(shí)踐證明，在地鐵車站周圍進(jìn)行高強(qiáng)度開發(fā)，已成為當(dāng)今城市建設(shè)的定式。地鐵車站周圍成為居民購房的熱點(diǎn)。在進(jìn)行地鐵客流量預(yù)測時(shí)應(yīng)把地鐵沿線與城市的一般地區(qū)區(qū)別開來。適當(dāng)提高預(yù)測參數(shù)的取值，以縮小預(yù)測誤差。
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