運輸部署案例集/新加坡地鐵
大眾捷運系統（MRT）是新加坡共和國的公共交通系統。該系統構想於 20 世紀 60 年代，建成於 20 世紀 80 年代，現已延伸至新加坡的各個角落。地鐵系統擁有許多創新的技術，預計在未來幾十年內將繼續發展。
新加坡地鐵是一個重軌快速運輸系統。它在六條線路執行無人駕駛列車，擁有 140 個車站[1]。此外還有 3 個輕軌系統作為主要地鐵系統的補充。列車在標準軌距 1435 毫米的軌道上執行，並使用直流第三軌或架空線電氣化（取決於線路）。較新的列車配備了電子地圖，以及外部資訊顯示屏（見圖 2）。
該系統的主要優勢是完全高架。這意味著沒有平交道來減慢列車的速度。這使得列車能夠提供高頻服務，高峰時段為 2-3 分鐘，非高峰時段為 5-7 分鐘[1]。它還擁有比類似交通方式（如公共汽車）更高的運載能力。
地鐵採用了許多創新技術，這些技術已被世界各地的許多交通管理機構借鑑。所有 140 個車站都安裝了站臺門，較新的車站也兼作防空洞。較新的地下車站還設有高架入口，以防止暴雨時水進入車站（見圖 1）。此外，該系統還擁有許多跨平臺換乘，包括市政廳和萊佛士坊之間東西線和南北線的雙跨平臺換乘[2]。這使乘客能夠透過在這些車站之一的站臺另一側跨越，在他們打算換乘的線路上的任一方向旅行。所有車站都設有編號的出口，方便乘客使用，許多車站直接連線到相鄰建築物的出口。
新加坡使用車站編號系統，該系統由兩個字母的線路字首和一個單獨的車站編號組成。例如，南北線的 Toa Payoh 編號為 NS19。換乘站有多個編號，車站編號規則還有一些例外情況（例如，建國紀念館 TE22A、淡濱尼 EW4/CG、榜鵝 NE17/PTC 等）。新加坡還對線路的終點進行編號，以便乘客更容易找到正確的站臺。例如，開往榜鵝的列車在系統地圖和車站標識上編號為 7[1]。
該系統使用電子卡進行支付。有多種型別的車票卡在流通，其中最著名的是 EZ-Link 和 NETS flashpay 卡。然而，如今乘客可以使用信用卡和簽帳金融卡，包括數字錢包，在新的 CEPAS 標準下刷卡上下車。
地鐵使用來自世界各地的技術。地鐵使用來自川崎重工、西門子、中車和阿爾斯通等製造商的多種型別的列車[3]。訊號系統來自阿爾斯通、西屋、西門子和泰雷茲。西屋還生產了部分站臺門。
在 20 世紀 60 年代，新加坡是一個人口不斷增長的彈丸小島。這導致了嚴重的交通擁堵和低效的出行方式。公共汽車網路日益嚴重的擁堵也令人擔憂，需要找到一個解決方案。聯合國開發計劃署和新加坡國家和城市規劃局共同進行了一項研究，以預測新加坡未來幾年的增長[4]。1967 年的研究發現，到 1992 年，新加坡的人口預計將激增至 340 萬，為了應對人口增長，新加坡需要限制汽車，改善道路，並建造一個公共交通系統[5]。對地鐵的支援並非來自所有人。當時，新加坡並沒有像今天這樣富裕，低廉的公共汽車價格非常有吸引力。1972 年，新加坡大眾捷運研究完成，建議建設一個重軌網路。1980 年，來自哈佛大學的顧問被邀請提供第二意見[6]。這項研究發現，只要建立一個限制汽車使用的系統，全公共汽車系統就可以執行。然而，政府在 1981 年進行了一項研究，發現僅靠公共汽車系統是不夠的。在此基礎上，新加坡政府決定於 1982 年開始建設。
1983 年，現今的南北線和東西線開始建設，第一段於 1987 年開通，並於 1988 年由總理李光耀正式開通[7]。
在新加坡地鐵系統取得初步成功後，在接下來的幾十年裡，地鐵系統迅速發展。1996 年，兀蘭延伸段完工，將地鐵延伸至新加坡北部。在此之前，有一條支線從裕廊東延伸到蔡厝港。隨著兀蘭延伸段的完工，這條支線現在與南北線的其餘部分連線起來。因此，列車不再在裕廊東分支於東西線，而是沿著南北線穿過兀蘭，然後沿著舊的支線部分行駛，並在裕廊東終點站，形成繞過新加坡中央集水區自然保護區的環線。
2003 年，東北線開通，將新加坡東北部與地鐵網路的其餘部分連線起來。這是新加坡第一條完全位於地下的地鐵線路。
到目前為止，地鐵系統幾乎完全是放射狀的，所有三條線路都通往市中心。為了解決這個問題，環線開始建設，並於 2006 年開通。這使乘客能夠在郊區之間旅行，而無需經過市區，從而有助於減輕繁忙市中心區域的擁堵。環線的建設見證了新加坡地鐵發生的第一次嚴重事故，即尼誥大道隧道坍塌事故。破壞如此嚴重，以至於整個坍塌區域都被填埋，隧道重新校準，車站又在新的地點重建[8]。
在 MRT 擴充套件的同時，還建造了三個新的輕軌系統。這些系統由執行在橡膠輪胎上的自動人行道組成，它們連線到現有的 MRT 車站，目的是讓住在高密度住宅區的乘客透過鐵路更方便地回家。雖然這些系統在當時看起來很超前，但它們被廣泛認為是失敗的，因為它們造價昂貴、不可靠、乘坐不舒服、殘疾人難以使用，而且（考慮到從人行道到站臺的時間）比公共汽車還慢[9]。尤其是武吉班讓輕軌的可靠性是市中心線的七分之一[9]。這條線路以前還包括十英里路口輕軌站，該站於 2019 年關閉，成為新加坡第一個也是唯一一個因客流量低而關閉的火車站。政府官員後來承認，武吉班讓輕軌系統是為了改善他們的選舉前景而匆忙建成的[9]。
目前，有三條新的 MRT 線路正在建設中。湯申-東海岸線旨在將兀蘭地區與位於實龍崗下水的市區線連線起來，途徑新加坡東海岸的一條新走廊。同樣，跨島線將沿一條新的北部軸線連線新加坡東部地區到宏茂橋和明珠坊 MRT 車站。這條線路還將為繁忙的環線提供一條替代路線。最後，裕廊區域線旨在透過將通勤者與現有的文禮、裕廊東和蔡厝港車站連線起來，為裕廊地區提供服務。還計劃增加填充車站和現有線路的延伸部分。MRT 還擁有一些尚未開通的車站和空殼車站，這些車站將在未來需求出現時投入運營。
新加坡長期以來一直推行將公共交通置於私人車輛之上的政策。新加坡是第一個實施道路定價（ERP）的國家，而 MRT 系統的建設使得新加坡能夠減少對私人車輛的依賴。因此，MRT 現在是新加坡的主要交通工具。
儘管 MRT 取得了巨大成功，但也有多個 MRT 專案被放棄或從未建成，包括東西線大士南延伸段[10]和榜鵝北輕軌[11]。
成熟度
[edit | edit source]由於 MRT 仍在擴充套件，該系統尚未達到成熟期。但是，該系統最終將達到峰值。新加坡是一個島嶼，這意味著（除少數例外）不會有更多的城市蔓延。除了目前規劃中的線路之外，任何未來的新 MRT 線路都可能提供透過現有區域的新路線，而不是服務於新區域。隨著新加坡人口的增長，人口密度也必須隨之增加，這可能意味著未來會有更多的 MRT 線路。
政府政策
[edit | edit source]最初，新加坡政府最大的政策決定是資助眾多的交通研究，以及完全資助 MRT 系統的初始建設。這表明當時政府提供了強有力的、堅定不移的支援。像地鐵線和高速公路這樣的大型專案通常透過公私合作伙伴關係（PPP）來完成。這是一種政府與私營部門之間的合作形式，在這種合作形式中，私營部門代表政府完全或部分地資助基礎設施建設，作為回報，他們在合同期間獲得延長收入。在火車線路的情況下，一傢俬營公司將支付火車線路的建設費用，然後該公司可以向客戶收取車費，以償還其投資。這通常會持續很多年，然後基礎設施才會歸還給政府。新加坡政府沒有這樣做，因為他們希望刺激投資者對這個國家的信心，並且他們希望保持車費低廉。平均 MRT 車費僅為 0.85 新元[12]，這是經過精心設計的。透過保持低廉的車費，MRT 仍然是所有新加坡人的可行選擇，並且為駕駛提供了現實的替代方案。
新加坡政府關於 MRT 的另一項長期政策是使用交通導向型發展（TOD）。新加坡是一個人口眾多的小島國，有可能成為全球最昂貴的房地產市場之一。然而，由於政府制定了旨在讓新加坡人擁有住房的政策，住房對大多數新加坡人來說仍然是可以負擔的。2023 年，77.8% 的新加坡人住在公共住房[13]，在當地被稱為組屋，以監管它們的政府部門（建屋發展局）命名。所有組屋單位都以 99 年的租約出租給公民。建屋發展局的主要工作是將空置土地開發成“新鎮”，讓居民在那裡居住、購物和娛樂[14]。如今，大多陣列屋開發專案都位於 MRT 車站附近。這使得住在組屋社群的公民能夠輕鬆地通勤到市區，同時也減少了新加坡人擁有汽車的必要性。建設 MRT 車站會提高周圍土地的價值[15]，進而導致更多企業湧現和更多經濟活動。新加坡政府目前的目標是到 2030 年，80% 的家庭距離 MRT 車站不超過 10 分鐘[16]。
儘管新加坡將公共交通設計為駕駛的可行替代方案，但仍有少數新加坡人選擇駕駛。為此，新加坡政府制定了道路定價系統，以說服人們減少駕駛，更多地使用 MRT。新加坡是世界上第一個實施道路定價的國家。車輛進入新加坡市區（稱為限制區域）需要繳費。1998 年，新加坡轉向電子道路定價（ERP）。該系統包括安裝在繁忙道路上方的門架，透過車輛內的類似於收費通行證的裝置向透過門架的司機收取費用（見圖 3）。ERP 收費根據一天中的時間和當時的擁堵程度而變化。此外，道路上的車輛數量有配額限制，公民必須競標才能獲得駕駛汽車的許可證。這種讓駕駛變得昂貴而讓交通變得便宜的“胡蘿蔔加大棒”策略幫助提高了新加坡 MRT 的客流量，降低了汽車擁有率。降低汽車使用、增加公共交通使用和 TOD 這三項政策有助於使新加坡成為一個更可持續的城市[12]。但是，政府也在投資新的道路，例如南北走廊[17]和樟宜北走廊[18]，這可能會削弱該策略的有效性。
目前，所有未來的 MRT 車站都計劃建在地下。這可能有很多原因。大多數新的車站可能位於已經建成的區域，因此地上沒有空間建車站。此外，世界各地有一種趨勢，即高架橋被認為是難看且吵鬧的。為此，陸路交通管理局（LTA）一直在對現有的高架橋進行隔音牆改造，據估計，該專案的社會效益已超過 7 億新元[19]。最後，較新的 MRT 車站還兼作防空洞，這需要地下車站。
MRT 的車輛和相關基礎設施由新加坡交通管理局 LTA 擁有。MRT 系統本身由兩家不同的公司運營。東西線、南北線、環線和湯申-東海岸線由 SMRT 公司運營，而東北線和市區線由 SBS Transit 運營。
定量
[edit | edit source]MRT 目前處於生命週期的增長階段。它是一個完善的系統，但仍有一些擴充套件計劃正在進行和建設中。為了估計 MRT 在未來會有多長，可以使用三因素邏輯函式。在這種情況下，該函式將採用以下形式
S(t) = Smax/[1+exp(-b(t-ti)] 其中
- s(t) 是 MRT 系統的軌道長度，以公里為單位
- t 是年份
- ti 是 MRT 系統達到最終規模 50% 的年份
- Smax 是 MRT 的最終長度
- b 是一個需要估計的係數
資料
[edit | edit source]2005 年至 2021 年的系統長度資料來自 LTA。[20]此外，預計該系統將在 2030 年達到 360 公里[16]，並在 2040 年達到 400 公里[21]。使用這些資料組裝資料集。
為了使模型起作用，需要 Smax、b 和 ti 的值。為了估計 b 和 ti，可以使用線性迴歸。線性迴歸要求因變數本質上是線性的，因此，而不是迴歸因變數本身，可以將其轉換為線性形式，然後轉換回來以得出預測值。迴歸將採用以下形式
Y=bX+c 其中 Y=ln(Length/(Smax-Length))
ln(Length/(Smax-Length)) 是邏輯函式的線性變換。此迴歸中的 b 項等於邏輯函式中的 b 項。此迴歸還提供 ti 的值，形式為 ti=c/-b，其中 c 是迴歸中的常數項。在本例中，ti 表示迴歸線的中間點。由於 Smax 尚未估計，因此將使用 500 公里的測試值。
| 年份 | 系統長度 | ln(Year/(500-Year)) (Y 值) |
|---|---|---|
| 2005 | 138.2 | -0.962389662 |
| 2006 | 138.2 | -0.962389662 |
| 2007 | 138.2 | -0.962389662 |
| 2008 | 138.2 | -0.962389662 |
| 2009 | 147.7 | -0.869299896 |
| 2010 | 158.7 | -0.765746228 |
| 2011 | 175.3 | -0.616402887 |
| 2012 | 177.7 | -0.595386054 |
| 2013 | 182 | -0.558044696 |
| 2014 | 183 | -0.549415621 |
| 2015 | 199.6 | -0.408799556 |
| 2016 | 199.6 | -0.408799556 |
| 2017 | 228.1 | -0.175650222 |
| 2018 | 228.1 | -0.175650222 |
| 2019 | 228.1 | -0.175650222 |
| 2020 | 232.3 | -0.141837311 |
| 2021 | 245.3 | -0.037604431 |
| 2030 | 360 | 0.944461609 |
| 2040 | 400 | 1.386294361 |
將 Y 迴歸到年份值返回以下結果
- b = 0.072345064
- c = -146.1664168
- ti = c/-b = 2020.406225
- r2 = 0.978846792
從此處，可以使用以下公式將 Y 值轉換為預測值
預測長度 = Smax/(1+EXP(-b*(Year-t_i)))
| 年份 | 系統長度 | 預測長度 |
|---|---|---|
| 2005 | 138.2 | 123.5104691 |
| 2006 | 138.2 | 130.3610072 |
| 2007 | 138.2 | 137.4527897 |
| 2008 | 138.2 | 144.7792635 |
| 2009 | 147.7 | 152.3321682 |
| 2010 | 158.7 | 160.1015059 |
| 2011 | 175.3 | 168.075535 |
| 2012 | 177.7 | 176.2407903 |
| 2013 | 182 | 184.582131 |
| 2014 | 183 | 193.0828173 |
| 2015 | 199.6 | 201.7246166 |
| 2016 | 199.6 | 210.4879371 |
| 2017 | 228.1 | 219.3519895 |
| 2018 | 228.1 | 228.2949721 |
| 2019 | 228.1 | 237.294278 |
| 2020 | 232.3 | 246.3267188 |
| 2021 | 245.3 | 255.3687619 |
| 2030 | 360 | 333.4349946 |
| 2040 | 400 | 402.4741113 |
最後一步是估計 Smax。為此，可以使用 Excel 求解器。可以從每年的預測長度中減去實際長度。然後，可以將這些值平方以計算平方誤差和 (SSE)。然後，可以將 Excel 求解器設定為透過更改 Smax 值來最小化 SSE。更改 Smax 值將更改 Y 值，因此也會更改回歸結果。但是，整個模型是使用 =SLOPE、=INTERCEPT 和 =LINEST 等公式連結的，因此迴歸結果將重新整理並仍然準確。最終模型如下所示，並在圖 4 中顯示
| 年份 | 系統長度 | 預測長度 |
|---|---|---|
| 2005 | 138.2 | 125.9795829 |
| 2006 | 138.2 | 132.4898278 |
| 2007 | 138.2 | 139.2227959 |
| 2008 | 138.2 | 146.1745573 |
| 2009 | 147.7 | 153.3399304 |
| 2010 | 158.7 | 160.712444 |
| 2011 | 175.3 | 168.2843112 |
| 2012 | 177.7 | 176.0464201 |
| 2013 | 182 | 183.988339 |
| 2014 | 183 | 192.09834 |
| 2015 | 199.6 | 200.3634404 |
| 2016 | 199.6 | 208.7694628 |
| 2017 | 228.1 | 217.3011134 |
| 2018 | 228.1 | 225.9420785 |
| 2019 | 228.1 | 234.6751383 |
| 2020 | 232.3 | 243.4822954 |
| 2021 | 245.3 | 252.3449184 |
| 2022 | 261.2438953 | |
| 2023 | 270.1597974 | |
| 2024 | 279.0730472 | |
| 2025 | 287.9640907 | |
| 2026 | 296.8135684 | |
| 2027 | 305.6024827 | |
| 2028 | 314.312359 | |
| 2029 | 322.9253968 | |
| 2030 | 360 | 331.4246095 |
| 2031 | 339.7939489 | |
| 2032 | 348.0184147 | |
| 2033 | 356.0841459 | |
| 2034 | 363.9784942 | |
| 2035 | 371.6900796 | |
| 2036 | 379.2088258 | |
| 2037 | 386.5259798 | |
| 2038 | 393.6341125 | |
| 2039 | 400.5271049 | |
| 2040 | 400 | 407.2001186 |
最終係數為
- Smax = 537.9055032
- b = 0.066316646
- c = -134.1495991
- ti = 2022.86465
- r2 = 0.981442958
- SSE = 1713.366747
此係統長度列確實包含缺失值，但線性迴歸仍然可以起作用。需要注意的是，此資料表示新加坡鐵路網路（包括 MRT 和 LRT 系統）的總長度。但是，由於在此期間沒有新建 LRT 線路，也沒有計劃新建任何 LRT 線路，因此它們不會影響模型的準確性。LRT 系統的總長度佔系統長度的 28.8 公里。資料似乎沒有考慮十英里路口站的關閉，這意味著此資料還包括用於進入車場的軌道，因為十英里路口站也是武吉班讓 LRT 車場的所在地，該車場仍在使用。
該模型預測 MRT 將在 538 公里處達到頂峰，拐點年份為 2022 年。該模型的 R2 超過 98%。但是，這並不意味著模型的準確率為 98%。相反，它僅僅意味著系統長度變化的 98% 可以歸因於時間的推移。
MRT 的誕生階段是在 1987 年至 1990 年期間，因為這是 MRT 第一階段開通的時間。這個誕生階段證明了系統的可行性，並導致了增長階段，該階段一直持續到今天。根據模型，增長階段似乎在 2050 年左右結束。如果模型是正確的，到那時，大多數系統將被建造，只剩下很少的剩餘部分需要建造。該模型預測，到 2100 年，該系統將完全建成。
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