城市軌道交通多交路運(yùn)營線路通過能力損失及優(yōu)化

陳翠利

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院交通運(yùn)輸系　西安　710014)

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城市軌道交通多交路運(yùn)營線路通過能力損失及優(yōu)化

陳翠利

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院交通運(yùn)輸系西安710014)

多交路運(yùn)營是城市網(wǎng)絡(luò)化軌道交通系統(tǒng)常采用的運(yùn)營組織方式之一。針對(duì)多交路運(yùn)營的特點(diǎn)，利用運(yùn)行圖鋪畫的方法詳細(xì)分析線路通過能力在單交路區(qū)段及雙交路區(qū)段的損失值大小，并歸納出計(jì)算公式；進(jìn)一步結(jié)合計(jì)算公式分析通過延長列車運(yùn)行周期來提高通過能力的優(yōu)化方法及其實(shí)施過程。最后指出該方法在實(shí)際應(yīng)用中與車底運(yùn)用數(shù)之間存在的矛盾，應(yīng)根據(jù)線路特點(diǎn)在二者之間權(quán)衡利弊。

城市軌道交通；多交路運(yùn)營；線路通過能力；單交路區(qū)段；雙交路區(qū)段

1　多交路運(yùn)營

單一交路運(yùn)營是城市軌道交通最傳統(tǒng)的運(yùn)營組織方式，即每條運(yùn)營線路均采用單一長交路的方式運(yùn)營。該方式運(yùn)營組織簡單，便于實(shí)施，但在客流量不均衡程度較大的線路上必然會(huì)造成某些區(qū)段的運(yùn)能浪費(fèi)，例如銜接中心城區(qū)段和市郊區(qū)段的線路，中心城區(qū)段與市郊區(qū)段的客流量差別越大，浪費(fèi)越明顯。

從運(yùn)能的充分利用和經(jīng)濟(jì)性考慮，分段運(yùn)營(銜接交路)或多交路運(yùn)營是解決客流不均衡的常見方法。在非網(wǎng)絡(luò)化條件下，分段運(yùn)營是最常用的方式，即在中心城區(qū)和郊區(qū)段分別采用不用的編組和時(shí)刻表運(yùn)行，二者結(jié)合的部分選擇合適的換乘點(diǎn)；在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營下，通常采用多交路的方式，即在確定客流分段的基礎(chǔ)上，根據(jù)各個(gè)區(qū)段客流的特征，開行多種交路形式的列車，

多交路運(yùn)營最經(jīng)典的方式為長短交路套跑，如圖1所示。還可采用多層交路嵌套的方式，如東京地鐵丸之內(nèi)線，在早高峰時(shí)段采用嵌套3層的交路形式，如圖2所示。

圖1　長短交路示意

圖2　東京地鐵丸之內(nèi)線早高峰交路示意

2　線路通過能力

線路通過能力是指在采用一定的車輛類型、信號(hào)設(shè)備和行車組織方法的條件下，城市軌道交通系統(tǒng)的各項(xiàng)固定設(shè)備在單位時(shí)間(通常是高峰小時(shí))內(nèi)允許通過的最大列車數(shù)。通常情況下，城市軌道交通線路通過能力由區(qū)間追蹤能力、中間站通過能力和折返站折返能力構(gòu)成。

由于城市軌道交通車站一般不設(shè)配線，在平行運(yùn)行圖條件下，列車停站時(shí)間與發(fā)到時(shí)間共同形成追蹤列車間隔時(shí)間。因此在計(jì)算通過能力時(shí)，可以把區(qū)間和車站看作一個(gè)整體，以包含列車停站時(shí)間在內(nèi)的追蹤列車間隔時(shí)間作為計(jì)算依據(jù)[2]。所以，通過能力表現(xiàn)為線路通過能力和折返能力兩個(gè)方面，根據(jù)“木桶效應(yīng)”，最終通過能力由二者之間的最小值決定。

2.1線路通過能力計(jì)算

城市軌道交通線路通過能力的一般計(jì)算有

n線路=3 600/I1

(1)

I1=max{ti，發(fā)到+ti，站}

(2)

式中：I1為追蹤列車間隔時(shí)間，s；ti，發(fā)到、ti，站分別為第i個(gè)車站的列車最小發(fā)到時(shí)間和停站時(shí)間，s。

2.2折返站折返能力計(jì)算

城市軌道交通折返站的折返能力由車站最小折返發(fā)車間隔決定，有

n折返=3 600/t折

(3)

式中，t折為折返站的最小折返發(fā)車間隔時(shí)間，s。

2.3最終通過能力計(jì)算

城市軌道交通線路最終的通過能力nmax計(jì)算有

nmax=3 600/I

(4)

I=max{t折，I1}

(5)

通常，線路的通過能力取決于折返出發(fā)間隔時(shí)間[3]。

3　多交路運(yùn)營線路通過能力的損失分析

多交路運(yùn)營時(shí)，在多種交路重疊的區(qū)間(雙交路區(qū)間或多交路區(qū)間，本文以雙交路重疊為例)，由于各種交路列車發(fā)車間隔的相互制約，對(duì)線路的通過能力有一定的影響?？傮w上，多交路運(yùn)營線路分單交路區(qū)段和雙交路區(qū)段，影響運(yùn)營線路通過能力的根本原因是由于受到雙交路區(qū)段的不同列車發(fā)車時(shí)間間隔的制約，因此，重點(diǎn)要研究雙交路區(qū)段通過能力的損失，以長短交路套跑這一經(jīng)典形式為例來分析，其他形式雷同。

以圖1為例，在單交路區(qū)間和雙交路區(qū)間的列車發(fā)車間隔不同，故線路在A—B和B—C段的通過能力損失是不同的。

以鋪畫運(yùn)行圖的方式來分析通過能力的損失。將中間折返站的最小折返發(fā)車間隔時(shí)間統(tǒng)一為t折，用t1、t2分別表示長短交路列車的最短折返時(shí)間，s，T1、T2分別表示長短交路的運(yùn)行圖周期，s，d1、d2分別表示長短交路列車的發(fā)車間隔，s。假設(shè)長短交路列車的均衡開行比例為1：k(k∈N)。

3.1A—B區(qū)段的通過能力損失

A—B區(qū)段的鋪圖方式主要有兩種，一種是以長交路的運(yùn)行周期為基礎(chǔ)鋪圖，不改變長交路的列車發(fā)車間隔，在長交路間隔內(nèi)以最緊湊的方式鋪畫短交路列車；一種是改變部分長交路的發(fā)車間隔以適應(yīng)短交路列車的鋪畫需要[4]。

3.1.1以長交路運(yùn)行周期為基礎(chǔ)

在A、C站采用最短折返時(shí)間進(jìn)行折返，在長交路的發(fā)車間隔內(nèi)滿足短交路的發(fā)車間隔為k，且以最緊湊的方式(發(fā)車間隔為I)鋪畫短交路列車，則運(yùn)行圖如圖3(a)所示。

圖3　長短交路運(yùn)行圖鋪畫方法

圖3(a)中，由于長短交路列車發(fā)車時(shí)間間隔受到制約,在相鄰長交路列車發(fā)車間隔內(nèi)鋪畫短交路列車時(shí)，最后一列短交路列車與長交路列車之間無法保持最小發(fā)車間隔I，而是要大于最小發(fā)車間隔I，大于I的這部分時(shí)間是通過能力損失的原因所在，在此稱之為“損耗時(shí)間”，用ts表示，則ts=mod{d1,d2}。

由運(yùn)行圖可知，ts所對(duì)應(yīng)的通過能力即為A—B區(qū)段通過能力的損失值。用該方法鋪圖時(shí)，每發(fā)1列長交路列車均會(huì)出現(xiàn)1個(gè)ts，造成能力損失為ts/d1，則A—B區(qū)段的通過能力損失可表示為

nA—B，損=(d1modd2)/I(3 600/d1)

(6)

3.1.2改變部分長交路列車發(fā)車間隔

對(duì)一個(gè)長交路周期內(nèi)的長交路列車發(fā)車間隔進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，若一個(gè)長交路周期內(nèi)能開行長交路列車m列，則在圖3(a)的基礎(chǔ)上，平移每個(gè)長交路周期內(nèi)前m-1個(gè)長交路之間的發(fā)車間隔，使d1/d2=k+1，則運(yùn)行圖可鋪畫為圖3(b)所示(k=1)。

nA—B，損=[T1mod(k+1)d2]/I(3 600/T1)

(7)

以上兩種方法最大的區(qū)別在于，前者是每個(gè)長交路發(fā)車間隔內(nèi)均存在1個(gè)損耗時(shí)間，后者在每個(gè)長交路運(yùn)行周期內(nèi)僅存在1個(gè)損耗時(shí)間，前者便于在運(yùn)行圖執(zhí)行運(yùn)行延誤時(shí)進(jìn)行調(diào)整，后者便于計(jì)算。下面以第2種為例進(jìn)行計(jì)算。

3.2B—C區(qū)段的通過能力損失

B—C區(qū)段的發(fā)車間隔等于A—B區(qū)段的長交路列車發(fā)車間隔，所以B—C區(qū)段的通過能力損失包含A—B區(qū)段的能力損失與短交路列車占用的通過能力兩部分。按照前面的計(jì)算方法，B—C區(qū)段的通過能力損失為

nB—C，損=(mk+(T1mod(k+1)d2)/I)(3 600/T1)

(8)

4　多交路運(yùn)營線路通過能力優(yōu)化分析

4.1通過能力優(yōu)化分析

通過能力的損失在A—B區(qū)段和B—C區(qū)段是不同的，但有一定的關(guān)聯(lián)性。由式(7)和式(8)可知，若想使通過能力損失減到最小，則可使T1mod(k+1)I=0，即使長交路周期成為(k+1)d2的整數(shù)倍，此時(shí)，列車均衡出發(fā)，I=d2，m=T1/(k+1)d2，則nA—B，損=0，nB—C，損=3 600k/(k+1)I。

此時(shí)，A—B區(qū)段所有列車均采用一致的發(fā)車間隔I，實(shí)現(xiàn)最大的通過能力； B—C區(qū)段的通過能力也相應(yīng)地達(dá)到長短交路開行比例為1：k情況下的最大值。

4.2優(yōu)化方法及實(shí)現(xiàn)

要想實(shí)現(xiàn)T1mod(k+1)I=0，在實(shí)際中只能通過延長T1使之成為(k+1)I的整數(shù)倍來實(shí)現(xiàn)。而T1主要由列車旅行時(shí)間和列車在折返站折返停留時(shí)間兩部分構(gòu)成。故延長T1有兩種方法：一是延長長交路列車的旅行時(shí)間；二是延長長交路列車的折返停留時(shí)間[5]。前者會(huì)降低線路的服務(wù)水平，對(duì)運(yùn)營影響較大。在實(shí)際中主要通過延長列車折返時(shí)間的方法來實(shí)現(xiàn)。

圖4　長交路周期改變

圖5　周期延長后列車運(yùn)行圖(k=1)

4.3車底運(yùn)用數(shù)量分析

采用延長長交路折返時(shí)間使運(yùn)行周期增大的方法可以使多交路運(yùn)營線路的通過能力得到充分運(yùn)用，提高運(yùn)營效益；但由于列車運(yùn)行周期與車底運(yùn)用數(shù)量存在正比關(guān)系，故列車運(yùn)行周期的延長會(huì)使車底運(yùn)用數(shù)量的增加[6-9]，導(dǎo)致增加車輛運(yùn)用成本，進(jìn)而會(huì)增加運(yùn)營成本，因此應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況具體分析。

5　結(jié)語

多交路運(yùn)營是城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營條件下常見的運(yùn)輸組織方式，由于各種交路列車發(fā)車間隔之間的相互制約，必然會(huì)對(duì)線路的通過能力造成一定的損失，就常見的長短交路套跑這一形式來說，延長長交路列車折返時(shí)間，使其運(yùn)行周期適當(dāng)增長可使線路的通過能力達(dá)到最大值，但是由于運(yùn)行周期的增長會(huì)加大車底運(yùn)用數(shù)量，增加車輛運(yùn)用成本。因此，提高線路通過能力利用率和增加車底運(yùn)用數(shù)量之間的平衡關(guān)系，需要探討二者之間存在的函數(shù)關(guān)系，從而根據(jù)運(yùn)營實(shí)踐劃定合理的范圍。當(dāng)然，還需結(jié)合線路相關(guān)區(qū)段不同時(shí)間段的客流需求，具體問題具體分析。

從運(yùn)輸實(shí)踐來看，設(shè)置長短交路的原因往往是因?yàn)殡p交路區(qū)段的客流量大、運(yùn)能緊張，所以在早晚高峰時(shí)段，可以提高運(yùn)輸能力為首要目標(biāo)，合理增大車底供給來提高服務(wù)水平。

[1] 黃榮.城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的組織辦法及實(shí)施技術(shù)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

[2] 申紅.城市交通行車組織[M].北京：中國電力出版社，2014.

[3] 徐瑞華，徐浩.城市交通列車共線運(yùn)營的通過能力和延誤[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，33(3)：301-305.

[4] 毛保華，劉明君.軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營組織理論與關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[5] 張一梅.基于路網(wǎng)的城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)輸能力研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

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(編輯：郝京紅)

Capacity Losses and Optimization for Multi-routing Operation Line in Urban Rail Transit

Chen Cuili

(Department of Traffic and Transport, Xi′an Railway Vocational & Technical Institute, Xi′an 710014)

Multi-routing operation mode is commonly used in the urban rail transit system with network operation organization. In line with the characteristics of multi-routing operation, the author firstly analyzed the capacity loss value in detail for single and double routing section using the method of drawing the train running diagram, and summarized the calculation formula. Then, on the basis of the calculation formula, the author discussed the method of optimizing traffic capacity by extending the train operation cycles and the corresponding implementation process of this method. Finally, the author pointed out that there were contradictions between this method and the number of vehicles used in actual application, and that the advantages and disadvantages should be weighted in accordance to the features of particular lines.

urban rail transit; multi-routing operation; line capacity; single routing section; double routing section

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.01.004

2015-01-23

2015-03-02

陳翠利，女，碩士，講師，主要研究方向?yàn)檐壍澜煌ㄟ\(yùn)營管理，154254047@qq.com在不同的區(qū)間不同時(shí)段采用不同的運(yùn)營交路[1]。

U231

A

1672-6073(2016)01-0014-04