城市軌道交通客流預測的評估和抗風險設計


[摘要]客流預測是軌道交通建設的重要基礎工作，本文闡述了客流預測的目的和內(nèi)容，分析了客流預測的難度和風險，提出了可信性評價的要點，對客流預測提出丁波動范圍的要求；同時采取了面對現(xiàn)實的觀點，創(chuàng)建了抗風險設計的現(xiàn)念，對客流預測的風險做了有限性和突破性的分析，提出了抗風險的適應性和轉(zhuǎn)移性的措施。使客流預測的數(shù)據(jù)與運營能力設計之間，具有較大適應彈性，為今后軌道交通的客流預測分析和系統(tǒng)運能設計提供新的思路。
[關鍵詞]軌道交通 客流預測 可信性評價設計運能 抗風險設計

1 客流預測的目的和作用
城市軌道交通客流預測是為軌道交通建設規(guī)模決策的主要依據(jù)，并在項目設計中起著重要作用。根據(jù)客流預測各項數(shù)據(jù)，將對軌道交通建設的重要問題作出判斷和決策，例如：
①軌道交通工程建設的必要性和迫切性；
②選定軌道交通制式和車輛選型；
③確定系統(tǒng)設計運能，列車編組，行車密度和行車交路；
④確定車站基本規(guī)模，站臺長度、寬度，車站樓梯和出人口總寬
⑤選擇機電設備系統(tǒng)，計算其容量和用電負荷；
⑥選定售檢票系統(tǒng)制式和規(guī)模，擬定票價政策；
⑦核算運營成本和經(jīng)濟效益評價。
由此可見，客流預測工作在軌道交通工程建設的前期工作中處于十分重要地位，可以說做好對客流預測數(shù)據(jù)分析和應用，是進行軌道交通建設和設計工作的起步點，是工程項目建設規(guī)模和運營經(jīng)濟評價的基礎，是項目風險的評價要素和關鍵。因此在軌道交通領域內(nèi)，客流預測已成為一項專題研究，專題評審的專項課題。
2 客流預測的內(nèi)容和難度
城市軌道交通客流預測是近年發(fā)展起來的一門預測學。在我國22世紀60年代建設地鐵開始，雖對地鐵客流預測有所研究，但方法簡單，尚屬于啟蒙階段，當時以“戰(zhàn)備為主，兼顧交通”為建設原則，對地鐵客流預測尚未放置重要地位，缺乏系統(tǒng)認識。20世紀80年代開始，因國家改革開放政策，使地鐵建設原則轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖煌橹鳎骖檻?zhàn)備”。在思想上是一個大解放，在技術上與國外有了充分交流，并從國外引進了客流預測方法及其數(shù)學模型，隨電子計算機技術發(fā)展，使軌道交通客流預測成為一項專門的技術學科。
多年來，客流預測的數(shù)學漠型經(jīng)過我國交通專家的研究開發(fā)，結合各城市的實際情況，經(jīng)多年積累資料，摸索城市客流的特征和規(guī)律，對各項參數(shù)和程序進行不斷修正，已經(jīng)逐步建立起—套完整的預測方法和計算模型體系，并還在不斷的積累經(jīng)驗，不斷的完善，使客流預測的可信度也在不斷提高。
但在實際運用中要達到較高的可信度，仍存在較大的難度，這是值得重視的問題。客流預測的難度主要是難在客流預測的內(nèi)容和預測條件的復雜性。
2．1 客流預測的內(nèi)容
根據(jù)實際運用經(jīng)驗，在軌道交通系統(tǒng)中，從系統(tǒng)功能要求出發(fā)，在城市總體規(guī)劃和軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃的前提下，按各設計年限、對客流預測的成果可歸納為如下五類基本內(nèi)容：
(1)全線客流：全日客流量和各小時段的客流量及比例
①全日客流量，是表現(xiàn)和評價運營效益的直觀指標，并進一步評價線路負荷強度的重要指標。
②各小時段的客流量及L咖，是為全日行車組織計劃提供依據(jù)，在保證運營能力和服務水平的前提下，合理安排行車間隔，提高列車滿載率及運營效益。
(2)車站客流：包括全日、早、晚高峰小時的上下車客流、站間斷面流量以及相應的超高峰系數(shù)。其中：
①高峰小時時段的站間最大單向斷面流量。這是決定建設軌道交通的必要性和確定系統(tǒng)運量規(guī)模的基本依據(jù)，由此選定交通制式，車型，車輛編組長度，行車密度及車站站臺長度；
②全線早、晚高峰小時的站間斷面流量。這是全線運行交路設計的基本依據(jù)，由此確定區(qū)域折返交路、折返列車數(shù)量、折返車站位置及配線形式。并計算運用車輛配置數(shù)量。
③各車站早、晚高峰小時的上下車客流量及相應的超高峰系數(shù)。這是各車站規(guī)模設計的基本依據(jù)，由此計算站臺寬度；樓、扶梯寬度；售、檢票機數(shù)量；車站出入口的總寬度等。其中晚高峰小時客流量對地下車站的空調(diào)、通風量計算具有控制性作用。
④此外，必要時應對車站客流進一步分析，預測到達本站的客流所采用的各種交通方式的分類和比例。這為本車站附近女n何考慮停車場用地的規(guī)模提供依據(jù)。
(3)分段客流：站間OD表、平均運距及各級運距的乘客量
此項數(shù)據(jù)是為進行分段客流統(tǒng)計，制訂票制和票價的分析，最終對建設投資、運營成本作財務分析，對社會經(jīng)濟效益分析，提出項目效益評價意見。
(4)換乘客流：各換乘站分向換乘客流量
這項數(shù)據(jù)對線路主客流方向的評價很重要。并為換乘形式設計和換乘車站間的換乘通道或樓梯的寬度的計算提供依據(jù)。
(5)出入口分向客流
根據(jù)每一座車站確定的出人口分布位置，對每個出入口作分向客流預測，并作波動性分析，為每個出入口寬度計算提供依據(jù)。
以上各種預測數(shù)據(jù)的內(nèi)容繁多，要求較高，必然存在較大難度。
2．2 客流預測的難度
以上數(shù)據(jù)的預測，在各階段的要求是不同的。從預可、可研、總體設計，初步設計等各個階段進行分步預測，內(nèi)容和深度總是由宏觀到微觀、逐步深人細化。
回顧近年來，核對以往各城市軌道交通線路的客流預測結果，與實際運營客流統(tǒng)計值相差較大，并非令人滿意。是哪些原因造成的呢，這需要我們進行實事求是的客觀分析。主要原因是：
(1)預測年限較長，積累資料不足，預測技術尚須改進完善
從工程立項開始至建成通車，一般需要五年。然后再預測通車后25年的遠期客流規(guī)模，總共要預測30年的客流，時間跨度大，難以掌握城市發(fā)展中曬隙、經(jīng)濟和人們活動的規(guī)律，不定因素太多。同時這項技術尚在不斷發(fā)展研究之中，積累資料不足，數(shù)學模型和預測技術尚未定型，還須不斷改進完善，對預測數(shù)據(jù)的把握，評價標準，都有很大的難度。
(2)城市發(fā)展過程中的規(guī)劃背景難以穩(wěn)定
客流預測是必須以城市發(fā)展規(guī)劃為依據(jù)。對城市范圍和結構形態(tài)，用地分布性質(zhì)，人口分布數(shù)量，居民和流動人口的出行量等，均為預測的基礎數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都是來自城市總體規(guī)劃，而城市規(guī)劃一般只做10-20年的近期和遠期的城市建設規(guī)劃，雖然也做遠景規(guī)劃，卻是長遠性和宏觀性的規(guī)劃。經(jīng)驗告訴我們，城市發(fā)展過程是難于控制的，規(guī)劃不等于實施，往往是規(guī)劃超前于實施；也有規(guī)劃落后于實施，這是少數(shù)。這些現(xiàn)象主要決定于國民經(jīng)濟發(fā)展水平和財政支持能力。因此城市規(guī)劃總是要不斷的進行調(diào)整修改，所以城市規(guī)劃是屬于動態(tài)規(guī)劃。由此可見，客流預測依靠城市發(fā)展過程中難以穩(wěn)定的規(guī)劃為工作背景，必將造成預測結果與將來的實際有一定差異，這種差異是難以估計的。
(3)票價的競爭性和敏感性，對客流量的波動性
乘客的消費觀念和對票價的承受能力是難以控制的活動因素，尤其在市場經(jīng)濟條件下，城市交通中各種交通的存在，必定會與軌道交通形成競爭局面，對于乘客來說，需要面對時間與票價之間進行權衡和選擇，關鍵在票價。那么就看票價定位在哪個薪水階層，乘距為多長的客流對象。這與運營的經(jīng)營政策密切相關。但是在客流預測時，可以從需求進行預測，但很難對票價進行正確定位，也很難對客流量的競爭性和敏感陛進行數(shù)量級的準確分析，這需要長年在運營中不斷積累和探索。從國內(nèi)外運營經(jīng)驗證明，票價對客流是具有較大的敏感性，同時也說明了票價對客流具有可調(diào)節(jié)性和可控性的，這一點是值得我們重視。
(4)線網(wǎng)規(guī)劃不完整，線路總體規(guī)模不明
城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃工作僅僅是在最近幾年有—個比較全面的認識，雖然線網(wǎng)規(guī)劃總是隨城市總體規(guī)劃而動態(tài)變化，有時候也會發(fā)生局部調(diào)整。一般來說，由于城市中心區(qū)建設的形態(tài)和規(guī)模應該是比較穩(wěn)定的，對于城市遠景發(fā)展規(guī)模也是相對穩(wěn)定的。這對于做好城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃是提供了基本條件。事實上有些城市對于線網(wǎng)規(guī)劃還缺乏深層的研究，線網(wǎng)規(guī)劃內(nèi)容還不完整，對城市結構形態(tài)發(fā)展認識不足，造成各條線路建設的起終點和走向有很大的隨意性，缺少嚴肅性。單條線路和線網(wǎng)關系模糊，往往會造成線網(wǎng)規(guī)劃不穩(wěn)定，線網(wǎng)總體規(guī)模不明，造成各條線路之間關系變化不定，尤其對已建線路的客流影響很大。使原預測的客流量值在量級上發(fā)生“質(zhì)”的變化。這種情況已在國內(nèi)發(fā)生多例，應引起重視。
綜上所述，客流預測是一門新生的預測學。由于對城市規(guī)劃有極大的依賴性，對人(乘客)的思維和行為只能規(guī)劃導向，不可強制；對客流量只能從合理需求預測，淡化未來的票價政策及其影響；因此，客流預測成果不可能做到準確性，而是存在較大的風險性，只能做到在預定的城市規(guī)劃條件下，具有相對的可信性。
3 對客流預測值的評價
城市軌道交通客流預測是為軌道交通建設規(guī)模決策的主要依據(jù)，這在本文開始已經(jīng)闡述，但按目前的方法和技術，只能做到相對的可信性，這是事實。我們應面對現(xiàn)實，既然客流預測只具有相對的可信性，那么如何評價和應用這些數(shù)據(jù)，為軌道交通工程規(guī)模決策服務呢，是當前值得研究的實際問題。
經(jīng)多年來的實踐，我國城市交通研究單位和學者，對客流預測工作已經(jīng)取得較大的進步和發(fā)展，對城市軌道交通客流的特征和規(guī)律又有深層認識，在預測結果的數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出十分謹慎的態(tài)度，加強了定性定量的分析論證，使客流預測成果的可信度日趨提高，這是可喜的一面；同時我們還必須用積極和科學的態(tài)度去探討和評價，要從預測的過程中找控制點，從控制點找關鍵，從結果看風險，從運營評適用性，這樣才能得到有效的應用。為此本文對客流預測的方法和過程，對客流預測成果的評價，歸納為如下評價要點。
3．1 客流預測的評價要點
①客流預測的依據(jù)和背景資料來源清楚，有據(jù)可查。
②客流預測的年限和范圍正確，對已建或規(guī)劃的線路關系明確。
③客流預測的技術路線清晰，選用的參數(shù)，經(jīng)過推算論證，縱橫比較
④客流預測的模型和技術成熟，經(jīng)過實例驗證，力祛可用。
相對合理。
⑤客流預測的內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)齊全。對預測成果經(jīng)分析論證，從量級上宏觀判斷，基本可信。
⑥對預測客流進行敏感性分析，波動幅度基本可信。
以上客流預測評價要點，也是客流預測報告中需要講清楚的內(nèi)容。因為預測的背景資料、技術路線與有關參數(shù)，內(nèi)容是否完整，都是擺在明處，容易判斷。但預測的過程是看不到的。因此作為評審者如何評價其預測的各項數(shù)據(jù)從量級上宏觀判斷成果的可信度；如何對客流預測成果進行風險分析，這是評價的關鍵。
3．2 客流預測的可信度評價
在客流預測的評審中，要各位專家將每項數(shù)值進行推測、分析，再判斷其正確性，這是不可能的。由于軌道交通系統(tǒng)規(guī)模的控制性關鍵，是全線各區(qū)間的高峰小時客流和車站乘降客流，上述數(shù)值起主要控制性的環(huán)節(jié)是全日客流總量。為此，把全日客流總量作為客流預測可信度評價的主控點是可行的。
在實際工程中，最容易出問題的就是全日客流總量失控。有些城市對軌道交通某—條線路客流預測時，沒有注意從線網(wǎng)規(guī)劃的客流總量平衡，往往造成總量突破，必然使預測成果可信度嚴重下降，即無可信度。所以，每條線路的客流預測必須從全市軌道交通的規(guī)劃線網(wǎng)去考慮，把握線網(wǎng)客流總量控制和分配。所以，對全日客流總量做好宏觀總量控制是一個總體控制環(huán)節(jié)，是客流預測成果評價的質(zhì)量控制點。
對全日客流總量評價，應注意幾項參數(shù)選定。如：人口數(shù)量(包括流動人口)和出行強度；各種出行方式分配中，公共交通系統(tǒng)承擔的比例和軌道交通系統(tǒng)分擔的比例；以及軌道交通系統(tǒng)內(nèi)的換乘系數(shù)。
上述基本參數(shù)，均在城市總體規(guī)劃和交通戰(zhàn)略規(guī)劃所定。在客流預測時，必須與其保持一致。只要對軌道交通系統(tǒng)內(nèi)的換乘系數(shù)估計恰當，軌道交通(全網(wǎng))系統(tǒng)的全日客運總量估算是可信的。這樣對每條線的總量分配得到相對控制，保證每條線的車站乘降客流和區(qū)間斷面流量在運量級上不會產(chǎn)生太離奇的偏離。
以上分析說明，客流預測必須看重線網(wǎng)規(guī)劃的客流總量控制和分配；對客流預測結果應重視宏觀的量級的控制。這是對客流預測結果可信度評價的基本點。
4 客流預測值的應用和抗風險設計
客流預測是依據(jù)城市遠景規(guī)劃條件下進行預測的，客流預測的結果經(jīng)過專家評審，只要認為基本可信的，我們應該可用。但是風險依然存在，可信度有多高，不會有人下定論的。還是要設計人員自己去學會分析判斷，所以我們對客流預測結果的應用，既要現(xiàn)實一些，又要謹慎—些；既要重視定性分析，更要加強宏觀性的量級判斷，才能做好抗風險設計。
4．1 系統(tǒng)運能的概念
為了研究抗風險設計，先沒定系統(tǒng)運能的幾種概念，即設汁運能；儲備運能；潛在運能。
設計運能：按客流需求設計的運能。即：按設計的列車編組、定員、運行密度而定的運輸能力（萬人次/h），設計運能必須滿足遠期設計年限的高峰小時單向最大斷面流量的預測值。

儲備運能：按運營系統(tǒng)配置的線路和設備，可承擔的最大運能。這是按選定的列車長度為前提，根據(jù)全線車站的折返線，車場出入線的配線形式和信號配置的功能，計算出最大通過能力，取其中較小的值為控制性運能。上述控制性運能必須大于設計運能，并有一定的貯備系數(shù)。
潛在運能：考慮未來技術的發(fā)展，可能提高的運能。一般來說，必須進行信號及相關設備的技術改造。開發(fā)原線路遠期潛在的可發(fā)展的運能。
4．2抗風險設計理念
抗風險設計是在充分理解客流預測存在一定風險的前提下，針對客流預測的不捆角性和波動性，充分估計到客流預測數(shù)值有限的波動范圍，進行定性分析和定量估計；在上述前提下，對城市軌道交通運營系統(tǒng)的設計運能，應采取的抗風險對策，以保證系統(tǒng)設計的運能，既能滿足長期的客運需求，又能保證規(guī)定的服務水平，使該運營系統(tǒng)在未來的較長的刊期內(nèi)，具有較強的適應性，這就是抗風險設計的基本理念。
為此，在運行能力設計時，一方面必須充分考慮到實際客流可能比預測值大的風險，一定要留有運能余量儲備；另方面也要考慮到實際客流可能比預測值小的風險，為保證運營的經(jīng)濟性，既要減少列車運行密度，又要保障正常運營的服務水平；為此，根據(jù)抗風險設計理念提出兩個層次風險：基本風險和突破性風險，及其帽應的抗風險設計和適應性分析。
4．2．1對基本風險的適應性設計
基本風險是對客流預測數(shù)值的波動范圍限定為-30％～+10％的條件下進行系統(tǒng)運能的抗風險設計。為此在運營能力設計時，提出必須滿足的兩個條件：
系統(tǒng)的設計運能必須以滿足遠期高峰小時單向最大斷面流量為基本，而系統(tǒng)設備配置的儲備運能
應具有+10％-+15％的儲備余量；此可滿足客流預測數(shù)值的波動范圍限定值的上限。
在服務水平上應保證經(jīng)濟合理的行車間隔，在遠期高峰小時段的列車運行間隔時間不得大于3min的服務水平。此可滿足客流預測數(shù)值的波動范圍限定值的下限。
如果系統(tǒng)設計運能為30對／h，全線運能控制點是車站折返線，則車站折返線和信號的配置能力應比設計運能大10％~15％，符合運能風險儲備的要求。若運營設備配置的運能為34對/h，貝悄備系數(shù)為13％。
如果實際客流小于預測值，按遠期高峰小時段的列車運行間隔時間不得大于3min的要求，即：運行密度為不小于20對/h，列車編組及長度不變，設計運能調(diào)整為24或20對/h，即適應預測客流下降20％-30％的下限。
根據(jù)當前的預測方法，參照國內(nèi)外經(jīng)驗，因為城市規(guī)劃往往是超前性較大，故預測數(shù)據(jù)向高突破較少；而城市中各種交通的競爭性和票價定位的適當與否，卻對客流造成的波動影響很大。所以，客流風險正值取10％，負值取-30％，是比較符合實際。作為基本風險的波動范圍是比較恰當?shù)摹?BR> 實際經(jīng)驗告訴我們，初、近期和遠期的列車編組應采用不同長度的列車編組方案是值得推廣的設計思路。使初近期運行的短列車，盡可能采用提高運行密度的方法提高運能，跟隨實際客流的增長，直至達到最大運行密度。如果實際客流小于預測值，可以延緩長列車投入運行，既不降低運行服務水平，也充分發(fā)揮運營效益，這是最好的抗風險設計。
4．2．2 對突破性風險的轉(zhuǎn)移性設計
上述抗基本風險設計是做了限定條件的，如果突破了限定條件，就叫突破性風險。那么是否會產(chǎn)生更大的風險，這是人們所關心的重要問題。因此對突破性風險必須進行風險轉(zhuǎn)移設計——即“削峰”設計，是一種在特定條件下的合理設計和避風險措施。
系統(tǒng)的設計運能是按全線高峰小時單向最大斷面流量值來決定的。但是在全線各區(qū)間的高峰小時斷面流量不是相同的。因此我們可以按上、下行分別列出第一、第二、第三的高峰值，并再將其余的斷面流量按不同的運量級進行分段劃分，可以得到各段運能的儲備系數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)能適應的最大運能為界線，對突破的客流進行“削峰”設計。
“削峰’設計是僅限于對個別或少數(shù)的尖峰客流的處理。例如：某條線路的上行方向高峰小時單向斷面最大流量為3．50萬人次，第二高斷面為3．4萬人次m，第三高斷面為2．98 萬人次/h；下行方向高峰小時單向斷面最大流量為3．00萬人次，第二高斷面為2．81萬人/h，第三高斷面為2．67 萬人次/h；如果以大于3萬人次/h為突破界線，可見突破3萬人腳h的折面僅需對上行方向2處鋒客流進行“削峰”設計。經(jīng)過站間OD客流的分析，利用票價上浮的敏感效應，對于經(jīng)過尖峰的部分短途客流實現(xiàn)“自動”轉(zhuǎn)移，達到“削峰”設計目的。使新的高斷面客流與運行通過能力相適應。但是這種風險轉(zhuǎn)移的做法，對于轉(zhuǎn)移量是要得到嚴格控制的。
如果客流高峰全線大部分區(qū)間有較大的突破，則無法進行“削峰”設計，這說明線路運能已經(jīng)飽和，也許應該新建其他規(guī)劃線路來實現(xiàn)分流；也許應該對系統(tǒng)‘潛在運能’再次開發(fā)。這種情況實際上是對未來的遠景年可能發(fā)生的估計，可能對現(xiàn)有運營設備，主要是信號系統(tǒng)需要進行全面升級改造和開發(fā)。
由于近年來，尤其是信號系統(tǒng)發(fā)展較快，技術上不斷的改進和創(chuàng)新，列車運行間隔時間還可能減小，使列車運行通過能力得到繼續(xù)提高，這就要開發(fā)系統(tǒng)的‘潛在運能以適應新的運量需要，這是可能的，也是有限的。

5 小結
綜上所述，本文對客流預測的風險性做了有限性和突破性分析，提出了可信性評價的要點，采取了面對現(xiàn)實的觀點，創(chuàng)建了抗風險設計的理念，對運能設計提出了的適應性和轉(zhuǎn)移性(削峰)的抗風險措施，使客流預測的數(shù)據(jù)與運營能力設計之間，具有較大適應彈性。對于軌道交通運營組織采取分期設計很重要，如何分別確定初、近期和遠期的車輛編組和行車密度至關重要。總之，在遠期運營系統(tǒng)設計時，必須充分考慮客流預測的風險，做好抗風險的適應性分析是十分必要的；但是如何使客流預測提高可信度，仍然是需要努力攀登的永無止境的高峰。