摘 要

随着城市机动车保有量的持续快速增长，城市道路交通形势严峻。而轨道交通以其众多的比较特征优势，符合城市可持续发展的要求，作为运量最大的城市公共交通客运工具，其运营规律将随着市民的出行要求而变化。随着城市的加速发展，城市对轨道交通的运营时间的需求也将增加。通过适当地延长轨道交通的运营时间，不仅能覆盖部分市民的夜间出行需求，减少个体机动化出行的同时也能为城市交通系统带来可观的综合效益。

论文首先分析了城市轨道交通的效益构成以及各效益之间的相互联系。基于这些基础理念，选用广义函数效用法对轨道交通延长运营时间的综合效益进行评价。即建立轨道交通延时运营的评价指标体系，从经济、交通、环境三个方面对评价指标进行设计。建立了基于单个轨道交通站点的乘客到达率函数的轨道交通延时运营的综合效益评价模型。最后在案例分析方面，论文根据建立的评价指标体系、评价模型以及调研和数据收集，设计了不同的城市轨道交通延时运营方案，选择武汉市轨道交通二号线站点作为案例，对轨道交通延时运营的综合效益进行了取值计算以及综合效益值的结果分析。

关键词：轨道交通；延时运营；综合效益；

Abstract

With the continuous rapid growth of urban motor vehicle ownership, urban transportation has become one of the main factors that hinder the development of cities. Rail transit, with its numerous comparative advantages, meet the requirements of sustainable urban development. As the passenger transport vehicle with the largest volume of urban public transport, its operating rules will change with the travel requirements of citizens. With the acceleration of urban development, urban rail transit operation time demand will also increase. By properly extending the operation time of rail transit, it can not only cover the travel demand of some citizens at night, but also reduce individual motorized travel and bring considerable comprehensive benefits to the urban transportation system.

Firstly, the article has been analyzed the benefit composition of urban rail transit and the interrelation among the benefits. Based on these basic concepts, the generalized function utility method is selected to evaluate the comprehensive benefits of rail transit in prolonging operation time. This article has been established the evaluation index system of rail transit delay operation and designed the evaluation index from three aspects of economy, traffic and environment. A comprehensive benefit evaluation model of rail transit delay operation based on passenger arrival rate function of single rail transit station has been established. Secondly in the aspect of case analysis, the article has been designed the different urban rail transit delay operation scheme, then chosen Wuhan Metro line 2 site as an example according to the established evaluation index system, evaluation model and research and data collection. Finally, the comprehensive benefits of rail transit delay operation have been calculated and the result of comprehensive benefit value has been analyzed.

Key Words：rail transit; delayed operation; comprehensive benefits;

目 录

第1章 绪论 6

1.1 研究背景 6

1.2 研究意义 6

1.3 国内外研究现状 7

1.3.1 运营时间制约因素 7

1.3.2 轨道交通系统综合效益分析 7

1.3.3 运营效益评估指标体系 8

1.3.4 运营效益评估模型 8

1.3.5 轨道交通客流预测 8

1.3.6 国内外研究现状综述 8

1.4 研究方法及技术路线 9

1.4.1 研究方法 9

1.4.2 技术路线 9

1.5 研究内容 10

第2章 轨道交通延时运营的效益评价 11

2.1 轨道交通系统的效益构成 11

2.1.1 交通效益 11

2.1.2 经济效益 13

2.1.3 环境效益 13

2.1.4 各效益之间的联系 14

2.2 延时运营综合效益评价方法 14

2.3 延时运营效益评价指标体系的设计原则 15

2.4 本章小结 15

第3章评价模型设计 16

3.1延时运营的站点客流量计算 16

3.1.1 站点乘客到达率散点图 16

3.1.2 站点乘客到达率曲线图 17

3.1.3 轨道交通延时运营时间段的站点客流量计算 17

3.2评价指标的选定及取值设计 17

3.2.1 站点运营管理效益C₁₁ 18

3.2.2 列车运行成本C₁₂ 19

3.2.3 票价收入效益C₁₃ 19

3.2.4 运力替代效益C₂₁ 19

3.2.5 节能效益C₃₁ 20

3.2.6 减排效益C₃₂ 20

3.2.7 轨道交通线路的综合效益 21

3.3 延时运营评价指标无量纲化 21

3.4 确定评价指标的权重系数 21

3.5 评价结果分析 22

3.6 本章小结 22

第4章 案例分析 23

4.1 武汉市轨道交通2号线建设与运营概述 23

4.1.1 建设历史 23

4.1.2 运营概述 23

4.2 轨道交通延时运营方案设计 25

4.2.1 方案设计思路 25

4.2.2 方案设计 25

4.3 延时运营效益评价指标取值计算 26

4.3.1 站点运营管理效益C₁₁ 27

4.3.2 列车运行成本C₁₂ 29

4.3.3 票价收入效益C₁₃ 30

4.3.4 运力替代效益C₂₁ 31

4.3.5 节能效益C₃₁ 32

4.3.6 减排效益C₃₂ 33

4.4 延时运营指标无量纲化计算 34

4.5 延时运营指标权重计算 35

4.6不同设计方案的站点综合效益评价 35

4.6.1 评价结果计算 35

4.6.2 评价结果分析 36

4.7 本章小结 37

第5章 结论和展望 38

5.1 结论 38

5.2 不足与展望 38

参考文献 39

致谢 40

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着轨道交通系统的发展和城市居民夜间出行需求的不断增加，适当地延长轨道交通运营时间，不仅是城市对轨道交通的要求，同时也是轨道交通系统提高服务水平的体现。纽约地铁自1904年第一天运行起，一直保持24小时运行，据2015年数据显示，纽约地铁日均承载量约为565万人次。对于纽约的轨道交通系统来说，得益于三条或四条的轨道设计，纽约地铁便可实现分时检修，从而实现至少有一条线路可以达到24小时运营。通宵运行的轨道交通系统不仅带动了纽约多个地区的夜间经济，同时满足了众多市民的夜间出行需求。

由于轨道设计和运营方式等多方面的原因，纽约等城市的轨道交通系统实现24小时运营，但大多数城市的轨道交通系统受运营成本的制约和相关行车设备日常维护检修的需要，对于轨道交通的运营时间还需进行控制^[1]。以不同城市的轨道交通线路首末班车的发车与到站时刻的平均差值为指标，统计得不同城市的轨道交通每日运营时间情况如图1.1所示：

图1.1 不同城市轨道交通日运营时间图

根据数据资料显示，2019年5月1日前，武汉市轨道交通全线网末班车发车时刻为22:30。以线路首末班车发车与到站时刻的平均差值为指标计算，武汉市轨道交通日运营时长约为17.48小时，与同为新一线城市的南京、成都、杭州等城市相比，武汉市轨道交通的运营时间在同等规模城市中偏短。其中轨道交通二号线情况较为突出，该线路穿过了武汉市江汉区、东西湖区、武昌区、洪山区以及东湖新区五个城区，联系了大型交通枢纽站点、中心型站点并承担了武汉市大部分的过江客流，在线路停止运营后，无法覆盖部分城市居民的晚归需求。在夜班公交比例低、覆盖范围小、发车间隔时间长的情况下，由于轨道交通停止运营，在轨道交通线路上的大量交通枢纽、中心型站点周围，有夜间出行需求的人们将目光转向了成本高、能耗大、污染物排放高的出租车或网约专车，使得这些交通方式在轨道交通停止运营后出现需求量的小高峰。因此如果将轨道交通的运营时间在现基础上进行适当地延长，则将实现城市居民的个体机动化出行大程度上转移回公共交通出行的同时增加市民的出行效率，在覆盖市中心及交通枢纽较大的交通需求的同时也符合城市节能减排的绿色低碳背景。

1.2 研究意义

作为解决大中城市公共交通运输的重要途径，城市轨道交通以其高效快速、准点、节能绿色等特点，对于实现城市可持续发展有着十分重要的意义。作为吞吐量最大的公共客运交通方式，在适当地延长轨道交通系统的运营时间后，能为城市在多个方面带来可观的效益。其中一方面使城市居民的活动范围增大，刺激带动轨道交通沿线区域夜间经济的发展，扩大城市内需和消费。另一方面，轨道交通由于其运量大、高效准点、污染小等特点，在适当地延长运营时间后，可覆盖市民部分晚归需求，从而减少对市民对能耗大、污染排放多的个体机动化交通方式的需求，在增加个体出行效率的同时也体现了一个城市的人文关怀理念。基于上述理念，本文通过调研和数据收集，建立评价轨道交通延时运营综合效益的评价体系以及评价模型，意在根据武汉市的轨道交通运营现状，对武汉地铁运营时间进行适当延长调整，以探究分析延长轨道交通运营时间给城市所带来的综合效益，从而为轨道交通延长运营时间提供一定参考。

1.3 国内外研究现状

由于轨道交通系统运营时间受制于运营成本及绝对检修时间，而分析轨道交通延时运营综合效益需建立科学的评价体系与模型，因此本文从以下五个方面查阅了国内外相关书籍以及相关文献并对其作出了详细分析，即轨道交通运营时间制约因素、轨道交通系统综合效益分析、运营效益评估指标体系、运营效益评估模型以及轨道交通客流预测。

1.3.1 运营时间制约因素

轨道交通运营时间受制于运营成本以及相关行车设备的日常维护检修时长。陈昱瑜^[2]在不同行车间隔下对地铁客运量及运营成本的特性进行分析, 并以深圳地铁为例，得知地铁总成本的80 %以上为固定成本。李鹏凯^[3]则采用定量与定性相结合的方法，并以香港地铁为例具体研究了地铁运营成本的构成。秦振华^[1]分析了各项作业的时间分配以及在运营时间延长的情况下的行车组织。

1.3.2 轨道交通系统综合效益分析

（1）综合效益构成

对于城市轨道交通系统综合效益的系统结构，陆明^[4]从空间、功能等多个维度进行了分析，并采用系统动力学的方法分析了交通效益、经济效益与社会效益三个子效益的内涵、具体构成以及产生机理。王宁^[5]将城市轨道交通的综合效益分为经济效益、社会效益、交通效益和环境效益，多方面进行分析和评价。龚文平^[6]则阐述了城市轨道交通系统所带来的社会效益及经济效益，并以深圳为例进行归纳分析

1. 效益关联性

陆明从因果、反馈两个关系角度，对交通、经济、社会三个子效益间的两两驱动关系进行了全面地分析与描述，揭示了各类效益之间的系统关联性。Hongjiao Xue^[7]从因果关系的角度描述了城市轨道交通系统的交通、经济及社会效益，并揭示了各项效益的系统相关性和发展规律。王海丹^[8]对城市轨道交通的准公共产品属性及其特性从经济学的角度进行了分析。马超群^[9]从交通、环境、经济、社会及土地开发等方面对轨道交通效益的产生和作用机理进行了分析，并指出各项效益之间存在的递阶关系。

1.3.3 运营效益评估指标体系

王宁阐述了评价指标应具备的功能，并构建了城市轨道交通项目综合效益的评价指标体系，对定性指标用模糊数学方法进行了分析量化以确定评价值。张炳君^[10]以青岛地铁3号线为例对轨道交通通车以来产生的交通、经济以及社会效益进行了定量测算。郭其伟^[11]采用系统分析的方法提出了一个较为完整的效益评价指标体系，并初步探讨了该体系的实际应用。房天歌^[12]基于数据包络分析，运用评价指标体系对社会效益进行了评价和分析。Wang Ying^[13]从运行效果、网络结构、社会效益等多个方面提出了综合效益的评价体系。Q Li^[14]对社会效益、经济效益和服务水平采用改进后的平衡计分卡方法进行构建,并运用层次分析法构建了城市轨道交通综合绩效评价体系。

1.3.4 运营效益评估模型

王宁根据模糊数学中的正负海明距离建立了多方案的综合比选模型并基于粗糙集理论和层次分析法，构建了组合权重计算模型。薛宏娇^[15]在综合考虑了影响社会效益的因素后，构建了轨道交通社会效益的测算模型，为社会效益的计算提供了模型依据。雷钧^[16]以昆明市为例，采用条件价值评估法和logistic数学模型进行回归分析并估算了城市轨道交通的社会效益。范征^[17]通过对城市轨道交通客流时空分布特征和客流成长规律特征进行分析，建立了基于出行者需求的合理经济规模模型。

1.3.5 轨道交通客流预测

王丽娜^[18]根据实际客流的分布特性，以北京城市轨道交通为例，建立了符合其特征的客流分配模型以进行预测。赵珍祥^[19]采用SPSS分析软件对北京地铁2号线全年客流量数据进行了层次聚类分析并构建了PWNN组合预测模型。袁坚^[20]根据采集的大量客流数据，提出基于贝叶斯网络的客流量预测方法，实现对特定站点进行客流量预测。

1.3.6 国内外研究现状综述

对于轨道交通的效益，国内外研究主要可分为两大类，一是效益的构成分析。由于轨道交通具有鲜明的特点，国内外学者根据其基本属性对综合效益进行分类，并对各子效益的构成与关联性进行了大量的研究分析。二是效益的量化研究及评价。对于综合效益评价体系中的评价指标，根据学者自身经验及参数的选取的有着不同的取值设计，而对于一些难以量化的指标，尚未加入效益评价模型，而是多采用专家建议进行定性分析。对于指标所占权重上多使用层次分析法，权重的确定过程则较为模糊。而对于轨道交通延时运营，目前尚未有以轨道交通运营时间为优化目标的评价体系或计算模型，也尚未有关于延时运营综合效益的评价分析方面的研究。

1.4 研究内容

本文主要研究内容为分析轨道交通延长运营时间后的综合效益。通过分析轨道交通项目效益的构成与作用机理，采用定量与定性相结合的方法分析轨道交通延长运营时间后的经济效益、交通效益以及环境效益。最后通过对效益计算结果的分析，以表明合理的延时运营带来的正面效益大于负面效益。各章节的主要内容如下：

第一章提出了题目的研究背景、研究意义、国内外研究现状、研究方法及技术路线、研究内容；

第二章主要从交通、经济、环境三个方面对轨道交通带来的效益进行分析，并从系统性、客观性、典型性、动态性、层次性以及可量化性阐述了延时运营指标体系的设计原则；

第三章建立了延时运营的评价指标体系和轨道交通延时运营综合效益的评价模型；

第四章基于建立的评价模型，设计了五个不同的轨道交通延时运营方案，选择站点汉口火车站作为案例进行分析，取值计算以得到不同方案的综合效益值并进行结果分析；

第五章为结论和展望。

1.5 研究方法及技术路线

1.5.1 研究方法

1. 对轨道交通项目的效益构成进行研究，综合考虑轨道交通子效益的构成及系统关联性；
2. 分层次建立轨道交通延时运营综合效益的评价指标体系，使用广义函数效用法，设计轨道交通延时运营综合效益的评价流程；
3. 以城市轨道交通自动售检票系统采集的实际客流数据为样本数据，使用MATLAB软件对数据进行处理，得到平滑后的站点乘客到达率散点图，使用多项式函数拟合站点乘客到达率函数。基于站点乘客到达率函数计算得到延时运营时间段的客流量，建立轨道交通延时运营综合效益的评价模型；
4. 根据理论和实际情况，设计不同的延时运营方案，基于广义函数法设计的评价流程，对案例站点进行分析。

1.5.2 技术路线

图1.2 技术路线

第2章 轨道交通延时运营的效益评价

2.1 轨道交通系统的效益构成

轨道交通的效益按效益内容分类，可分为交通效益、经济效益、社会效益、环境效益以及土地开发效益等五种类型，本节主要从交通、经济、环境三个方面的效益来进行分析。

2.1.1 交通效益

随着城市化进程的加快，城市规模正不断扩张，国民生活水平在不断提高的同时，居民出行距离也随之增加，尽管在一定程度上城市的大规模交通设施建设缓解了交通紧张局面，但我国的交通形势依然较为严峻。武汉市2011年-2018年机动车保有量如图2.1所示：

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