基于站臺不停車的地鐵列車概念設(shè)計研究

摘要： 列車每站減速、停車、加速所花費的時間幾乎占據(jù)了期間列車行駛總時間的一半，這些時間可以進行優(yōu)化利用。地鐵每站上下列車的乘客數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于車廂內(nèi)等候的乘客數(shù)量，列車整體乘客的無效等待時間比較長。實現(xiàn)地鐵列車過站不停車、同時站站可以換乘，能夠顯著提高地鐵整體運營效率，節(jié)約地鐵乘客的整體時間。經(jīng)過對三種地鐵列車不停車模式的比較分析，同時對側(cè)面可分離列車車廂模式的列車進行概念設(shè)計研究，認(rèn)為此模式可以實現(xiàn)對現(xiàn)有地鐵系統(tǒng)改造較小，同時地鐵列車站站不停、乘客站站可以上下車換乘。

關(guān)鍵詞：地鐵 列車不停車 側(cè)面可分離 概念設(shè)計

中圖分類號：U121 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

人們對北京地鐵的印象，最深的就是一個字：“擠”。早在2012年5月，北京地鐵的瞬時客流就突破了800萬人次大關(guān)[1]，已經(jīng)追上了號稱全球最繁忙的莫斯科和東京地鐵，成為世界最繁忙的地鐵系統(tǒng)；2015年10月，北京地鐵公司所轄的15條運營線路日客運量已經(jīng)達(dá)到901.74萬人次 [2]。由此看來，在客流量越來越大的情況下，如果能夠?qū)崿F(xiàn)列車經(jīng)過車站不停車，減少列車減速、停止、加速所花費的時間，提高車廂內(nèi)大多數(shù)不需要換乘乘客的有效時間，是解決地鐵人流困局的有效途徑之一。

1地鐵列車可優(yōu)化的行駛時間分析

1.1列車的減速、停車、加速所花費的時間

地鐵列車到達(dá)、離開每個車站時，雖然單個站臺列車減速、停車、加速所花費的時間并不顯眼，但是一條線路所有車站的時間累計起來，其可觀的利用價值立刻顯現(xiàn)出來。如果能夠減少列車到達(dá)每站的這個時間，實現(xiàn)列車到站不停車，同時每站乘客可以自由上下車換乘，這樣可以大大增加地鐵客流量，提高地鐵整體運營能力。2014年11月16日（星期日），統(tǒng)計了某一個時間段4號地鐵線上部分段路中列車減速、停車、加速所花費的時間，具體統(tǒng)計見表1。

表1 4號線部分段路列車減速、停車、加速所花費的時間

站臺西四靈境胡同西單宣武門

時間段類型加速段減速段停止段加速段減速段停止段加速段減速段停止段加速段

時間（秒）13163422194717164417

站臺菜市口陶然亭北京南站

時間段類型減速段停止段加速段減速段停止段加速段減速段停止段加速段

時間（秒）174320143716155815

站臺馬家堡角門西 總計

時間段類型減速段停止段加速段減速段

時間（秒）26371518 576

其中，4號線上列車從西四站到角門西站共花費1021秒，從表1中可知每站的減速、停車、加速所花費的總時間，即可以優(yōu)化利用的列車行駛時間大約是576秒，約占列車行駛總時間的56.42﹪。

1.2 地鐵站臺上下列車乘客流動率

地鐵列車在每站換乘（上車與下車）的乘客數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于當(dāng)時列車承載的乘客數(shù)量，而列車的減速、停車、加速所花費的時間，對于這些不需要換乘乘客是無效等待時間，全體乘客的無效等待時間累計起來是相當(dāng)可觀的。文獻[3]研究了北京地鐵4號線的客流特征，借用論文中的部分?jǐn)?shù)據(jù)來進行對比分析。

定義1 日斷面客流量 日斷面客流量是指某天時間內(nèi)通過某一條線路兩個站點區(qū)間的地鐵客流量，反映該條地鐵線路列車的實際運載量。

定義2 日站點客流量 日站點客流量是指某天、某站點地鐵進站和出站的客流量，反映地鐵站點上下列車客流量。

針對某時段地鐵站點上下列車的客流量，因為換乘站是地鐵各條線路換乘的站點，它的日站點客流量不能真實反映一條線路的實際運營情況，所以數(shù)據(jù)抽樣不能選取換乘站。某條線路非換乘站點的日站點客流量，可以近似認(rèn)為是此線路上的列車在該站點上下乘客的日站點客流量。

定義3 站點上下列車乘客流動率地鐵某一條線路的非換乘站的日站點客流量，在日斷面客流量中所占的比重，稱為站點上下列車乘客流動率，反映一條線路某站點在某一段時間內(nèi)，換乘人數(shù)與不需要換乘人數(shù)的關(guān)系。

從文獻[3]中選取地鐵4號線客流量有代表性的三個站點，海淀區(qū)的中關(guān)村站、西城區(qū)的西四站、豐臺區(qū)的馬家堡站，具體分析數(shù)據(jù)見表2。

表2站點上下列車乘客流動率

中關(guān)村站西四站馬家堡站

日斷面客流量（萬人次）上行142714

下行122715

合計265429

日站點客流量（萬人次）進站4.81.13

出站4.91.12.2

合計9.72.25.2

站點上下列車乘客流動率37﹪4﹪18﹪

從表2中可以看出，在中關(guān)村站某一段時間內(nèi)，上下列車的乘客人數(shù)僅僅占列車乘客的大約三分之一，即在列車經(jīng)過某站時三分之二不需要換乘的乘客在列車上無效地等待。

1.3小結(jié)

通過上面分析可知，地鐵列車通過站點的減速、停車、加速所花費的時間，大約占據(jù)了列車整體行駛時間的50﹪左右，即可以優(yōu)化的時間幾乎是期間列車行駛時間的一半。同時，地鐵線路上站點上下列車的乘客遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于列車內(nèi)無需換乘乘客數(shù)量。從提高地鐵整體運營效率和節(jié)約乘客整體出行時間的角度看，如果能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵列車進站不停車，同時乘客可以自由上下?lián)Q乘，將會顯著促進社會效益、經(jīng)濟效益的提升。

2幾種站臺列車不停車模式的比較

2.1 三種列車不停車模式

北京地鐵客流量逐年增加，如果能夠增加列車單位時間的運載能力，使站臺內(nèi)的乘客快速流動起來。地鐵站臺列車不停車，可以有限解決乘客的快速流動問題。目前，北京地鐵實行的是“站站?！蹦Ｊ健５?，有些地鐵車站存在客流過少，或站站間距過短等問題，所以一些城市提出“快慢車”模式[4]，也就是快車不停車過站，以提高過站速度和減少停站時間。綜合起來地鐵列車不停車主要有三種形式：一是越站不停車模式，二是車站輔助配線模式，三是列車頂部可分離車廂模式，其中前兩種模式可以統(tǒng)稱為快慢車模式。

越站不停車模式[5]，主要是在地鐵列車運營高峰時期，或正常運行中都執(zhí)行快車通過特定車站時不停車，慢車是“站站?！?，達(dá)到節(jié)省總體乘客旅行時間的目的。車站輔助配線模式[4]，需要在部分列車越行站設(shè)置越行線，以供慢車停站時避讓快車，快車可以直接通過越行線路，達(dá)到快車不停車通過的目的，例如巴黎市區(qū)A線的越行站。列車頂部可分離車廂模式[6]，設(shè)計者針對高鐵列車，在列車頂部設(shè)置可與列車分離的專用車廂，包括上車車廂和下車車廂。列車進站時不停車，放下下車車廂，帶上上車車廂。目前，研究人員已經(jīng)完成了該模式的概念設(shè)計及縮小的實物模型，但是沒有實用推廣。

2.2 優(yōu)缺點分析

地鐵列車不停車的三種模式，都能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵列車進站時列車不停車，每種方案的優(yōu)缺點見下表3。

表3三種列車不停車模式優(yōu)缺點分析[4]

序號方式優(yōu)點缺點

1越站不停車模式節(jié)省大部分乘客的時間；加快列車周轉(zhuǎn)；減小列車追蹤間隔時間不停車站乘客不方便；線路通過能力存在損失；客流轉(zhuǎn)移加重其它車站負(fù)擔(dān)；管理負(fù)擔(dān)加重

2車站輔助配線模式 客流轉(zhuǎn)移加重其它車站負(fù)擔(dān)；管理負(fù)擔(dān)加重；越行車站、線路的改造較大

3列車頂部可分離車廂模式站站不停車，同時可以站站上下車；節(jié)省列車、乘客時間專門設(shè)置車廂分離時安全性防護；列車、站臺改造較大

越站不停車模式不用改造現(xiàn)有地鐵系統(tǒng)，但是最大問題是給不停車站乘客帶來極大不方便，同時增加了地鐵管理的負(fù)擔(dān)。車站輔助配線模式需要對越行車站、線路進行較大的改造。列車頂部可分離車廂模式可以實現(xiàn)地鐵列車進站不停車，同時乘客可以自由上下?lián)Q乘，但是需要對所有車站、列車進行較大的改造?；诂F(xiàn)有北京地鐵系統(tǒng)的車站、軌道線路、列車等現(xiàn)實條件，希望對其改造變化較小，實現(xiàn)地鐵站站列車進站不停車，同時乘客可以站站自由上下?lián)Q乘，提出了列車側(cè)面可分離車廂模式。

3列車側(cè)面可分離車廂的列車概念設(shè)計

基于站臺不停車的列車模式，希望對現(xiàn)有的配套設(shè)施變動最小，設(shè)計了列車側(cè)面可分離車廂的地鐵專用列車，其概念設(shè)計的俯視圖見下圖1。

圖 1 列車側(cè)面可分離車廂的列車

側(cè)面可分離車廂的地鐵列車，車頭和底盤是固定不可分離的，列車車廂分為左右兩個部分，都與車頭和底盤相聯(lián)接?？拷九_一側(cè)是可以分離的n個車廂組合，它們相鄰的每個車廂可以相互分離、聯(lián)接，同時與底盤可以分離、聯(lián)接，相鄰的車廂之間設(shè)置有緩沖器；遠(yuǎn)離站臺一側(cè)是不能分離的n個車廂組合，它們與車頭、底盤不能分離，可以與側(cè)面的車廂分離、聯(lián)接。列車可以根據(jù)站臺的客流量，主動調(diào)整分離車廂的數(shù)量，例如站臺的客流量小了，列車就分離一節(jié)車廂；站臺的客流量大了，列車就分離兩節(jié)或三節(jié)車廂。

可分離的專用車廂包括上車車廂和下車車廂。列車進站時不停車，列車上需要下車的人員提前進入下車車廂，需要上車的乘客在站臺上提前進入上車車廂；進站時列車先與下車車廂分離，以便車廂停穩(wěn)后乘客下車；同時，車站向前牽動上車車廂，上車車廂緩慢向前行駛；隨后，列車主動聯(lián)接載滿乘客的上車車廂，列車整體駛出車站。下車車廂停穩(wěn)后，乘客下車，空的車廂又成為后面列車的上車車廂，等待乘客上滿后被下一輛列車帶走，從而得以循環(huán)起來。

列車側(cè)面可分離車廂模式的優(yōu)缺點分析見表4。

表4 列車側(cè)面可分離車廂模式的優(yōu)缺點

方式優(yōu)點缺點

側(cè)面可分離車廂模式列車站站不停車，同時站站上下車；節(jié)省列車、乘客時間；提高單位時間的運載流量；可以根據(jù)客流量，隨時調(diào)整分離車廂專門設(shè)置車廂分離時安全性防護；列車改造較大

4結(jié)束語

地鐵每站上下列車的乘客數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于車廂內(nèi)等候的乘客數(shù)量，而且列車每站減速、停車、加速所花費的時間幾乎占據(jù)了期間列車行駛總時間的一半，所以實現(xiàn)地鐵列車過站不停車、同時站站可以換乘，能夠顯著提高地鐵整體運營效率，節(jié)約地鐵乘客的整體時間。地鐵列車不停車的四種模式：越站不停車模式、車站輔助配線模式、頂部可分離列車車廂模式、側(cè)面可分離列車車廂模式，經(jīng)過綜合比較分析，認(rèn)為側(cè)面可分離列車車廂模式可以實現(xiàn)對現(xiàn)有地鐵系統(tǒng)改造較小，同時地鐵列車站站不停、乘客站站可以上下車換乘。

參考文獻：

[1] 李穆堂. 規(guī)劃之殤：北京地鐵族“夢魘”如何消除？[J]. 中華建設(shè)， 2013（03）：36-37。

[2] 北京地鐵網(wǎng)頁http：//www.bjsubway.com/support/cxyd/klxx/ [OL]。

[3] 段衛(wèi)靜，陳艷艷，賴見輝. 北京地鐵4號線客流特征分析[J]. 都市快軌交通，2013（04）：43-46。

[4] 繆道平. 地鐵快慢車模式車站輔助配線方案研究[J]. 地鐵工程學(xué)報，2015（06）：97-101。

[5] 彭宇拓，韓寶明，魯放. 地鐵列車高峰時段越站不停車問題探討[J]. 城市軌道交通研究，2011（03）：68-70。

[6] 優(yōu)酷網(wǎng)頁http：//i.youku.com/u/UNDgyNDU1NDg[OL]。