交通部署案例集/2014/廣州地鐵

定性分析

模式描述

廣州地鐵是廣州重要的快速軌道交通系統，廣州是中國最大的城市之一。地鐵系統始建於1993年，第一條線路於1997年6月28日開通。截至2013年底，廣州地鐵運營9條線路，總里程260.5公里，總車站數164個。

作為全球最繁忙的地鐵系統之一，廣州地鐵為廣州市民提供了一個可靠的快速軌道交通系統。隨著地鐵系統的成熟，客流量不斷增長，有效緩解了地面道路網路的交通擁堵。特別是在2010年的廣州亞運會期間，地鐵日均客流量約為780萬人次，打破了全國客流最高紀錄。

對於交通系統而言，正如我們所提到的，廣州地鐵具有很高的效率，可以緩解交通擁堵，因為其在出行時間方面具有絕對優勢。考慮到廣州地鐵與其他交通方式的結合，尤其是對廣州火車站、天河體育中心等主要樞紐的連線，道路網路的可達性得到了改善。廣州仍在新建或計劃新建新的線路或現有線路的延伸。廣州地鐵長期規劃總里程將達到751公里，將繼續完善地鐵系統，提升網路可達性。

對於乘客來說，廣州地鐵能夠提供更高水平的交通服務，從安全、便捷和可靠性等方面改善出行環境。這些高度重視的優勢促使交通方式從私家車轉向地鐵系統。與地面公交系統（包括BRT系統）、計程車和渡輪的合理有效銜接，進一步促進了廣州地鐵的發展，增強了其對廣州市民的吸引力。

之前的場景

對於城市交通來說，在廣州地鐵出現之前，廣州市民可用的交通方式包括公交車、計程車、渡輪和人力三輪車。公交車作為主要的交通方式，在居民日常出行中發揮著至關重要的作用。廣州市的快速發展導致現有交通方式在滿足居民需求方面存在侷限性。

從供給方面來看，傳統公交車的運力是當時的瓶頸。這種侷限性不僅是由於車輛的設計，例如尺寸，還由於公交系統運營效率低下。這種低效率體現在兩個方面。首先，公交線路重疊過多，導致公交系統覆蓋範圍有限，空間分佈不均衡。其次，公交站臺之間的銜接不協調，也削弱了公交系統的運營。此外，公交系統與其他交通系統的銜接也限制了其效率。

從需求方面來看，廣州人口和經濟的增長推動了交通系統需求的提升。公交系統的客流量從1949年的2990人次增加到1998年的97959人次，這是廣州第一條地鐵線路開通前一年。而公交車的運力有限，由於擁擠，降低了公交系統的服務水平，最終無法滿足居民對交通系統的需求。此外，居民生活水平的提高，對交通服務提出了更高的期望，反映出當時對交通系統的 dissatisfaction。

此外，隨著廣州社會經濟發展，私家車保有量從1969年的2853輛增加到1997年的221611輛。私家車增長的交通擁堵問題，需要改善交通系統，從而刺激了廣州地鐵的誕生。

發明

廣東省省長陳瑜首次提出在廣州建設地鐵系統。建設技術的尚不成熟以及經濟上的極度困難，使得該專案無法實現。廣州地鐵從珠江跨江隧道工程中學到了第一課，該工程是在廣州地鐵建設開始之前作為一項建設實驗。此外，北京地鐵和上海地鐵的誕生和發展，為廣州地鐵帶來了隧道、軌道和車輛等方面的先進技術。

隨著廣州地鐵系統的快速發展，廣州地鐵系統應用了更多技術。例如，4號線採用了線性電機技術，這是中國地鐵系統首次應用該技術。該系統具有爬坡能力強、轉彎半徑小、噪音低等優點。其他技術，如整合自動化技術、移動閉塞技術、智慧駕駛技術等，也被整合在一起，實現了廣州地鐵的資訊化建設和運營。

早期市場發展

廣州地鐵的誕生時間為1991年（廣州地鐵集團成立之年）至1999年（1號線開通之年）。廣州地鐵早期市場發展面臨著諸多挑戰。而最主要的挑戰來自其競爭對手。

公交作為廣州傳統的交通系統，在各種交通方式中佔據了大部分客流量。根據廣東省統計年鑑，1999年公交在交通系統中的市場份額約為75%，而廣州地鐵僅為0.03%。此外，為了滿足不斷增長的交通需求，公交系統投入了更多公交車（1998年比1997年增加了531輛公交車），這給廣州地鐵早期市場的發展帶來了更多困難。計程車的數量也出現了相對增長，反映出人們對交通服務的需求不斷提升。但這種增長的程度並未被視為地鐵系統的競爭對手。渡輪系統已經達到成熟期，市場份額開始下降，無法限制廣州地鐵的發展。

儘管私家車沒有直接與地鐵系統競爭，但它們確實影響了廣州地鐵的早期市場。中國經濟發展刺激了私家車保有量的快速增長。從1991年到1998年，私家車數量從96701輛增加到235727輛，這使得那些能夠負擔私家車的乘客減少了使用公共交通系統的意願。

儘管在早期發展階段，廣州地鐵在可靠性方面的優勢沒有得到全面體現，因為20世紀90年代的地面交通狀況並不差，但其在舒適性方面的吸引力，尤其是對於長途旅行，開始吸引更多乘客。而廣州地鐵的增長也隨之開始。

廣州地鐵的增長

廣州地鐵的建設始於1999年，而快速全面發展始於2006年。在此期間，廣州地鐵在廣州的交通系統中進行了系統性的擴充套件。里程的增長並非廣州地鐵發展的唯一考量因素。服務覆蓋範圍、與重要樞紐和其他交通方式的連線、換乘站的設計和位置都得到了高度重視。截至今日，廣州地鐵的換乘站總數為21個，地鐵系統連線了眾多重要樞紐，例如火車站。

在發展時期，廣州地鐵的市場份額百分比一直在上升。2006年，其市場份額百分比為8%，遠高於1998年的0.03%。而到2010年，該百分比已達到26.5%。

廣州地鐵的成熟

對於廣州地鐵成熟期的開始，並沒有明確的定義。從《廣東省統計年鑑》的資料來看，我們可以將2011年視為其成熟期的開始，因為從2011年開始，客運量的增長率開始下降。在那時，廣州地鐵已經擁有了一個相對完善的網路，能夠以更高的服務水平為乘客提供服務。此外，對於廣州地鐵的長期規劃，該系統將進一步完善，成為廣州重要的交通系統。然而，這一時期也出現了新的挑戰，其中一個主要挑戰來自廣州快速公交系統的競爭。

廣州BRT系統於2008年開始建設，並於2010年開始運營。它包含51條BRT線路，總長度為22.9公里。它採用了BRT系統的直連模式，避免了封閉系統中強制性的換乘。高峰時段的客流量可達每小時26.9萬人次，是全球BRT系統中客流量第二大的系統。BRT系統在靈活性和機動性方面的優勢，吸引了更多乘客在其運營後使用。此外，BRT系統還可以保證其旅行時間的可靠性。因此，廣州BRT系統的發展對廣州地鐵構成了競爭。

相關政策

廣州地鐵的誕生伴隨著國家政策，政府鼓勵發展公共交通系統，並限制私人汽車的使用。地方政府也對廣州地鐵的建設持積極態度。因此，在此期間首次提出了交通優先的概念，地方政府先後從法國和德國引進資金用於廣州地鐵的建設。

為了促進廣州地鐵的發展，制定了許多具體的政策，以提高廣州地鐵的運營和管理效率。票價政策是其中的重要組成部分。廣州地鐵的票價採用分段計價，根據不同的里程段進行收費。票價政策中包含許多不同的票種，例如單程票和一日票。對於老人和學生也制定了優惠票價。但票價政策的多次調整，例如取消月票和修改票價折扣，對乘客產生了負面影響。安全是廣州地鐵的另一個重要組成部分。為了保證地鐵系統的秩序，《廣州市地鐵管理條例》和《廣州地鐵乘車規則》相繼出臺。

雖然有些政策也對廣州地鐵產生了負面影響，例如BRT系統的建設，最初是為加強和補充地鐵系統而提出的。但政府仍有政策促進地鐵系統的進一步發展。因此，在廣州地鐵的長期規劃中，到2020年，廣州地鐵將擁有15條線路，總里程將達到550公里。

定量分析

從《廣州市統計年鑑》中收集了廣州地鐵的年度客運量和里程資料，以分析廣州地鐵的生命週期。客運量資料為1998年至2012年，里程資料為1999年至2012年，因為資料缺失。收集到的資料如表1所示。

表1 廣州地鐵客運量和里程統計資料

使用三引數邏輯函式來估計廣州地鐵的生命週期，該函式可以表示為

S(t)=K/1+EXP(-b*(t-t0)) (1)

其中K為飽和狀態水平，b為線性迴歸模型中自變數x的係數，將在後面解釋。t為時間，此處為年份，t0為拐點時間。

對於我們用來估計K、b和t0的線性迴歸模型，我們設定

Y=bX+c (2)

Y=LN(客運量或里程/(K-客運量或里程)) (3)

X=年份 (4)

客運量分析

首先測試了不同的K值，以找到K的最佳估計結果，並使用R平方和調整後的R平方結果來比較K的值。比較結果如表2所示。

表2 基於不同K值的R平方和調整後的R平方

從表2中可以清楚地看到，當K值設定為200000時，迴歸結果最好，因為它的R平方和調整後的R平方最高。因此，為了進一步估計客運量，我們將K的值設定為200000。Y對X的迴歸結果如表3所示。

表3 Y對X的迴歸結果

X的係數（即公式1中的b）和截距可以從迴歸模型中得到。由於t0代表拐點時間，即客運量等於飽和狀態（K值）一半的年份，因此也可以根據迴歸結果估計t0。

t0=截距/-b=2008.71 (5)

由於所有未知引數，例如K、b和to，都已估計出來，根據公式1，我們可以估計和預測廣州地鐵客運量的發展趨勢，並得到一個S曲線，如圖1所示。

圖1 廣州地鐵客運量S曲線

從圖1中可以看出，我們估計的客運量S曲線與原始資料非常吻合。估計的客運量反映了廣州地鐵的生命週期。經過快速增長後，廣州地鐵將在2020年左右達到飽和狀態。

實際客運量和估計客運量之間存在明顯的差距，差距出現在2006年至2009年，在此期間，實際客運量的增長率相對低於估計的增長率。這種狀況的主要原因是地鐵系統的建設速度放緩，里程增長的比率也表明了這一點。由於廣州地鐵的客運量直接取決於其覆蓋範圍，因此里程增長速度放緩伴隨著客運量增長速度的放緩。此外，票價政策在2006年底從分段計價改為里程計價，這也可能是出現差距的輔助原因。

里程分析

與客運量分析類似，為了分析廣州地鐵的里程發展，我們首先需要估計該地鐵系統里程資料的最佳K值。根據廣州地鐵里程的發展趨勢，我們測試了從300公里到8000公里的K值。表4顯示了基於不同K值的里程對年份迴歸的R平方和調整後的R平方結果。

表4 基於不同K值的R平方和調整後的R平方

從表2中可以看出，當K值設定為2000公里時，R平方和調整後的R平方最高。根據公式3，Y對X的具體迴歸結果，其中K設定為2000公里，如表3所示。

表5 Y對X的迴歸結果

該回歸模型的係數為 0.2457，截距為 -496.21。根據公式 5，t0 可以計算為

t0=截距/-b=2019.33 (6)

然後可以估計和預測廣州地鐵里程的發展趨勢，結果的 S 曲線如圖 2 所示。

圖 2 廣州地鐵里程曲線

由於我們估計的 K 值遠大於去年資料中的最大里程，t0 在 2019 年，因此該 S 曲線的絕大部分都是基於預測。廣州地鐵里程的飽和狀態將在 2040 年達到，這符合廣州地鐵的長期規劃。但我們在此採用的 K 值遠大於 2040 年規劃的里程，即 909 公里。

實際里程和預計里程之間也存在差距。一個合理的解釋是，地鐵線路的建設週期較長，因此實際里程的變化不可能像預計的那樣平滑。此外，隨著廣州地鐵的快速發展，出現了許多問題，例如車站的翻新和地鐵系統的土地沉降。廣州地鐵集團必須在建設期間解決這些問題，這限制了發展速度。

總結

從客流量和里程的定量分析來看，客流量和里程的發展趨勢之間存在一些矛盾。首先，客流量的 S 曲線表明廣州地鐵已進入成熟階段，而里程的 S 曲線表明廣州地鐵仍處於增長期的初期，無法滿足當前廣州地鐵的現狀。其次，客流量和里程達到飽和狀態的時間完全不同。對於客流量，飽和狀態將在 2020 年達到，這是實現廣州地鐵中期規劃目標的年份。對於里程，2040 年是實現長期規劃目標的年份。這些矛盾反映了廣州地鐵發展的不平衡。政府和廣州地鐵集團可能需要關注這個問題。