廣州地鐵21號(hào)線快慢車越行運(yùn)行圖規(guī)劃實(shí)例分析

徐 意

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所,100081,北京∥副研究員)

廣州地鐵21號(hào)線快慢車越行運(yùn)行圖規(guī)劃實(shí)例分析

徐 意

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所,100081,北京∥副研究員)

以廣州地鐵21號(hào)線快慢車越行運(yùn)行圖規(guī)劃為實(shí)例,提出了越行運(yùn)行圖規(guī)劃的策略和基本方法。通過(guò)具體的編圖實(shí)踐展示了快慢車不同開(kāi)行比例及密度條件下的越行方案,并對(duì)運(yùn)行圖規(guī)劃的結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)和分析。編圖結(jié)果證明了快慢車越行方案的可實(shí)施性,也從實(shí)踐上證實(shí)了越行運(yùn)行圖的規(guī)劃策略,解決了具體的工程規(guī)劃及設(shè)計(jì)問(wèn)題,可為行車組織設(shè)計(jì)及方案決策提供依據(jù)。

廣州地鐵; 運(yùn)行圖規(guī)劃; 快慢車; 越行

Author′s address Signal & Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences, 100081,Beijing,China

廣州地鐵21號(hào)線(以下簡(jiǎn)為“21號(hào)線”)是連接廣州中心城區(qū)和增城區(qū)的跨區(qū)快線,線路長(zhǎng)61.6 km。該線路是典型的市域快線,定位為解決市域內(nèi)不同行政區(qū)之間的中長(zhǎng)距離客運(yùn)交通干線,線路最高運(yùn)行速度120 km/h,運(yùn)營(yíng)組織擬采用快慢車混合運(yùn)行模式。目前國(guó)內(nèi)以快慢車混合運(yùn)營(yíng)模式開(kāi)通的城市軌道交通線路較少,國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的快慢車運(yùn)行模式研究主要基于理論的分析,較少有針對(duì)具體線路的快慢車越行方案的介紹。本論文以21號(hào)線的運(yùn)行圖規(guī)劃為實(shí)例介紹了快慢車混行模式下的越行運(yùn)行圖的規(guī)劃方法,通過(guò)具體的編圖實(shí)踐展示了快慢車不同開(kāi)行比例及密度條件下的越行方案,從實(shí)踐上證實(shí)了越行運(yùn)行圖規(guī)劃策略,并對(duì)運(yùn)行圖規(guī)劃的結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)和分析。本文從理論結(jié)合實(shí)踐的角度提出了越行運(yùn)行圖的編制方法,解決了具體的工程規(guī)劃及設(shè)計(jì)問(wèn)題,為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行類似越行運(yùn)行圖編制提供參考方法,同時(shí)分析了不同快慢車開(kāi)行比例及密度的條件下對(duì)越行站的設(shè)置的要求,為行車組織設(shè)計(jì)及方案決策提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 基本情況

21號(hào)線所用列車長(zhǎng)度為120 m，常用制動(dòng)減速度為0.6 m/ s2;0～50 km/h速度區(qū)間的平均加速度為0.9 m/ s2,0～120 km/h速度區(qū)間的平均加速度0.5 m/ s2。

21號(hào)線正線土建限制列車最高運(yùn)行速度為120 km/h,瞬間速度可超過(guò)120 km/h,但不得超過(guò)125 km/h;站臺(tái)區(qū)的土建限制列車最高速度為80 km/h,越行站快車過(guò)站不限速。正線及輔助線9號(hào)曲線尖軌道岔直向限速為120 km/h,側(cè)向限速為35 km/h;12號(hào)曲線尖軌道岔直向限速為120 km/h,側(cè)向限速為50 km/h。

1.2 停站要求及越行站設(shè)置

慢車在每個(gè)車站?？?。在越行車站(神州路站、水西站、金坑站、中新站及象嶺站)慢車?？吭趥?cè)向站臺(tái)?？燔囋诳燔囃？空?員村站、天河公園站、棠德站、棠站東、黃村站、世界大觀站、暹崗站、鎮(zhèn)龍站、朱村站及增城廣場(chǎng)站)?？?。車站及基本運(yùn)營(yíng)信息如表1所示。

1.3 行車組織要求

21號(hào)線采用雙線右側(cè)行車。項(xiàng)目初期,線路運(yùn)

表1 廣州地鐵21號(hào)線車站及基本運(yùn)營(yíng)信息表

行區(qū)間為員村站—增城廣場(chǎng)站,線路長(zhǎng)度為60 km。在近期及遠(yuǎn)期規(guī)劃中,21號(hào)線的運(yùn)行區(qū)間為天河公園站—增城廣場(chǎng)站,且線路長(zhǎng)度為59 km。其中,初期高峰時(shí)段配置慢車8對(duì)/h,快車4對(duì)/h;近期高峰時(shí)段開(kāi)行慢車12對(duì)/h,快車6對(duì)/h;遠(yuǎn)期高峰時(shí)段開(kāi)行慢車18對(duì)/h,快車6對(duì)/h。雖然遠(yuǎn)期高峰小時(shí)快慢車開(kāi)行比例推薦采用1∶3,但為運(yùn)營(yíng)預(yù)留靈活性,也同時(shí)預(yù)留了1∶2快慢車開(kāi)行比例的開(kāi)行條件。

2 運(yùn)行圖規(guī)劃方法

2.1 基礎(chǔ)信息計(jì)算

根據(jù)線路、車輛及運(yùn)營(yíng)參數(shù),采用列車運(yùn)行仿真軟件計(jì)算快慢車區(qū)間運(yùn)行時(shí)間、最小追蹤間隔時(shí)間、車站最小到通間隔、車站最小通發(fā)間隔、車站最小到達(dá)間隔、車站最小發(fā)車間隔、車站最小通到間隔。這些計(jì)算結(jié)果結(jié)合最小停站時(shí)間要求構(gòu)成了運(yùn)行圖規(guī)劃的基礎(chǔ)信息及限制條件。根據(jù)運(yùn)行仿真得到的快慢車區(qū)間運(yùn)行時(shí)分如下表2所示。

表2 快慢車區(qū)間運(yùn)行時(shí)分

根據(jù)運(yùn)行仿真可得到最小追蹤間隔時(shí)間為120 s(適用于非越行站的發(fā)車間隔及到達(dá)間隔);越行站最小到通間隔為45 s，最小通發(fā)間隔為18 s，最小到達(dá)間隔為72 s，最小發(fā)車間隔為34 s;非越行站最小通到間隔為63 s。

2.2 運(yùn)行圖規(guī)劃策略

21號(hào)線在不同時(shí)期,其快慢車的開(kāi)行密度要求也不同。一般快慢車的比例為1∶1、1∶2或者1∶3,需要在既有越行站設(shè)置的條件下,對(duì)快慢車的運(yùn)行進(jìn)行合理的規(guī)劃。規(guī)劃的結(jié)果必須保證列車運(yùn)行之間不發(fā)生沖突,且均衡運(yùn)行及旅行時(shí)間盡量?jī)?yōu)化。

目標(biāo)問(wèn)題是存在快慢車越行的雙線運(yùn)行圖的鋪畫(huà)問(wèn)題。快車是優(yōu)先級(jí)較高的列車,在越行車站越行慢車,其停站點(diǎn)及停站時(shí)間都是固定的,且不能因?yàn)槁嚨拇嬖诙鴮?duì)其運(yùn)行造成影響。因此,在鋪畫(huà)運(yùn)行圖時(shí)應(yīng)先鋪畫(huà)快車的運(yùn)行線,之后再考慮如何鋪畫(huà)慢車運(yùn)行線。

鑒于城市軌道交通等間隔及通勤化的運(yùn)營(yíng)特征,始發(fā)站發(fā)車間隔的均衡性應(yīng)該作為首要目標(biāo),其次應(yīng)考慮慢車的旅行速度要求。故運(yùn)行圖規(guī)劃的策略為:首先,基于要求的每小時(shí)開(kāi)行對(duì)數(shù)均勻鋪畫(huà)快車的運(yùn)行線;然后,根據(jù)每小時(shí)慢車開(kāi)行對(duì)數(shù),考慮均衡性及縮短額外停站待避時(shí)間要求,鋪畫(huà)慢車運(yùn)行線。在具體鋪畫(huà)每一條慢車運(yùn)行線時(shí),應(yīng)在從上一同向列車出發(fā)時(shí)刻之后的均勻時(shí)間段內(nèi)搜索旅行時(shí)間最短的運(yùn)行線,直至鋪畫(huà)完要求數(shù)量的運(yùn)行線。

在此,鋪畫(huà)每條慢車運(yùn)行線時(shí)是在均勻鋪畫(huà)的原則下搜索旅行時(shí)間最短的方案。這是一種局部尋優(yōu)的做法。在考慮到均衡發(fā)車的首要目標(biāo)前提下,該做法不失為一種解決問(wèn)題的有效途徑。

3 鋪圖結(jié)果

3.1運(yùn)行圖規(guī)劃基本條件及說(shuō)明

(1) 在具備待避條件的越行站慢車待避快車;

(2) 運(yùn)行圖上快車運(yùn)行線為淺色,慢車運(yùn)行線為深色;

(3) 快車以固定間隔發(fā)車;

(4) 慢車在可行發(fā)車間隔范圍內(nèi)搜索旅行速度最高的優(yōu)化方案。

3.2 列車運(yùn)行圖

在21號(hào)線開(kāi)通初期,開(kāi)行快車4對(duì)/h、慢車8對(duì)/h。

在21號(hào)線開(kāi)通近期,開(kāi)行快車6對(duì)/h、慢車12對(duì)/h。

在21號(hào)線運(yùn)營(yíng)遠(yuǎn)期,開(kāi)行方案一包括快車6對(duì)/h、慢車18對(duì)/h。在這種情況下,既有越行站的設(shè)置不能滿足要求,需要進(jìn)行以下兩種方案的規(guī)劃。

(1) 方案A：增設(shè)越行方案。此方案中,上行方向需要增設(shè)的越行站為世界大觀站、智慧城站、科學(xué)廣場(chǎng)站、鎮(zhèn)龍南站、中新東站及鐘站,下行方向需要增設(shè)的越行站為暹崗站。運(yùn)行圖見(jiàn)圖1。

(2) 方案B：在部分既有越行站增加待避線方案。其中,象嶺站、金坑站及神州站在上下行方向需各增加1條待避線。運(yùn)行圖見(jiàn)圖2。

在21號(hào)線遠(yuǎn)期預(yù)留的平行方案二包括快車8對(duì)/h、慢車16對(duì)/h。在這種情況下,既有越行站的設(shè)置不能滿足要求,也需進(jìn)行兩種方案的規(guī)劃。

(1) 方案C：增設(shè)越行站方案。上行方向需要增加的越行站為暹崗站、中新東站及鐘崗站;下行方向需要增加的越行站為智慧城站、中新東站及鐘崗站。運(yùn)行圖見(jiàn)圖3。

(2) 方案D：在部分既有越行站增加待避線方案。象嶺站及神州站均需在上下行方向各增加1條待避線。運(yùn)行圖見(jiàn)圖4。

注:標(biāo)下劃線的車站為增設(shè)的越行站

圖1 快車6對(duì)/h、慢車18對(duì)/h運(yùn)行圖方案A

注:標(biāo)下劃線的車站為增設(shè)的越行站

圖2 快車6對(duì)/h、慢車18對(duì)/h運(yùn)行圖方案B

注:標(biāo)下劃線的車站為增設(shè)的越行站

圖3 快車8對(duì)/h、慢車16對(duì)/h運(yùn)行圖方案C

注:標(biāo)下劃線的車站為增設(shè)的越行站

圖4 快車8對(duì)/h、慢車16對(duì)/h運(yùn)行圖方案D

3.3 旅行速度統(tǒng)計(jì)

快車的旅行速度是固定的,慢車旅行速度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 慢車平均旅行速度統(tǒng)計(jì)

3.4 結(jié)果總結(jié)及分析

根據(jù)以上實(shí)際運(yùn)行圖編制的結(jié)果,進(jìn)行以下分析及總結(jié):

(1) 當(dāng)快慢車總對(duì)數(shù)在18對(duì)/h及以下時(shí),既有越行站設(shè)置能滿足需求。

(2) 在快慢車總對(duì)數(shù)達(dá)到24對(duì)/h時(shí),既有越行站設(shè)置不能滿足需求,需要增設(shè)越行站或者在某些既有越行站增加待避線。

(3) 不同快慢車開(kāi)行比例及密度條件下需要增設(shè)的越行站呈現(xiàn)不規(guī)律的特征。

(4) 加大行車密度對(duì)慢車旅行速度影響不大。

(5) 在既有越行站增加待避線的方案中,由于存在2趟慢車在同一車站待避1趟快車的情況,故額外停站待避時(shí)間的增加對(duì)慢車旅行速度影響較大。

(6) 增加越行站或在既有越行站增加待避線是2種可行的提升越行能力方式,需根據(jù)具體站場(chǎng)條件綜合評(píng)估決策。

(7) 在高密度行車條件下的快慢車越行方案對(duì)于行車組織的要求非常高。一旦個(gè)別列車出現(xiàn)晚點(diǎn),將影響整個(gè)運(yùn)行計(jì)劃,系統(tǒng)可能需要轉(zhuǎn)為所有列車站站停的運(yùn)行模式。

4 結(jié)語(yǔ)

規(guī)劃實(shí)際越行運(yùn)行圖時(shí),在基礎(chǔ)信息及限制條件中，區(qū)間運(yùn)行時(shí)間參數(shù)與站間距、區(qū)間限速、線路坡度、列車牽引制動(dòng)性能及信號(hào)系統(tǒng)控車策略及水平相關(guān);停站時(shí)間、快車停站點(diǎn)與運(yùn)營(yíng)要求相關(guān);最小追蹤間隔時(shí)間、車站最小到通間隔、車站最小通發(fā)間隔、車站最小到達(dá)間隔、車站最小發(fā)車間隔、車站最小通到間隔等與線路條件、車站配線、列車牽引制動(dòng)性能及信號(hào)系統(tǒng)限制因素相關(guān)。

在高密度行車條件下,這些因素的細(xì)微變化都會(huì)對(duì)運(yùn)行圖規(guī)劃的結(jié)果產(chǎn)生影響,很難事先對(duì)眾多影響因素進(jìn)行綜合評(píng)判來(lái)進(jìn)行方案的編制。同時(shí),由于在不同快慢車開(kāi)行比例及密度條件下需增設(shè)的越行站呈現(xiàn)不規(guī)律的特征,因此,只能基于相對(duì)具體的工程條件進(jìn)行運(yùn)行仿真,再根據(jù)運(yùn)行仿真的結(jié)果通過(guò)實(shí)際運(yùn)行圖規(guī)劃來(lái)制定及評(píng)判各種越行方案。

本文采用21號(hào)線的實(shí)際工程數(shù)據(jù)進(jìn)行了越行運(yùn)行圖的規(guī)劃,判斷了線路的通過(guò)能力,并對(duì)越行站的設(shè)置提出了建議。根據(jù)運(yùn)行圖規(guī)劃的結(jié)果,形成了以越行站設(shè)置及越行運(yùn)行圖為基礎(chǔ)的快慢車越行方案,為行車組織設(shè)計(jì)及方案決策提供依據(jù)。實(shí)踐證明,該快慢車越行運(yùn)行圖規(guī)劃方法有效地解決了如何編制快慢車越行運(yùn)行圖及如何進(jìn)行越行站設(shè)置的問(wèn)題。

[1] 吳亮,李克劍,徐意.城市軌道交通越行運(yùn)行圖規(guī)劃方法及程序?qū)崿F(xiàn)[J].鐵道通信信號(hào),2014,50(1):26.

(Continued from Special Commentary)

are looking for the countermeasures of solving these problems.For those design and manufacturing sectors of rail traffic vehicle air conditioning systems,they still should lend a helping hand for this.

Compared with the air conditioning in the building,the rail vehicle air conditioning has the following characteristics,such as rail transit vehicle interior space is relatively small,passengers dense during peak times is extremely big and air conditioning equipment installation space is severely limited,etc.Therefore,they would lead to those problems,such as the difficulty of the indoor environment control,and the high energy consumption of air conditioning systems,etc.In recent years,with the progress of science and technology and the people′sgrowingrequirementsfortheperformanceimprovementformeansoftransportation,therailtransitvehicleshavemadetheremarkableprogressintherespectsoftheirenvironmentcomfortablenessandtheenergy-savingandconsumption-reducinginairconditioningsystems.Thepassengers′satisfactiondegreehasbeencontinuouslyupgraded.Nevertheless,intheprogressoftheair-conditioningtechnologyofrailtransitvehicles,theresponsibilityisheavyandthereisstillalongwaytogo.

Thehotanddifficultpointsofresearchingtheinteriorenvironmentcontrolofrailtransitvehiclesincludethefollowingproblems:entiretrainenvironmentcontrol,motion-environmentcontrol,interiorandexteriorenvironmentcoupling,distributionofPM2.5particulatematterinsidevehicles,VOC(VolatileOrganicCompounds)gaspollutantsinnervehicles,vehicle-interiorpressurewavescausedbytrains′high-speedrunning,vehicle-interiornoisecontrol,andhowtoensurethepassengers′healthincaseofpowerfailure,etc.

OnNovember10,2016,intheFirstRailTransitVehicleAir-conditioningTechnologySeminarjointlyorganizedbytheCollegeofMechanicalandEnergyEngineeringandtheUrbanMassTransitResearchMagazineofTongjiUniversity,theparticipantsdiscussedtheissueofhowthephysicalandmentalhealthofpassengerscouldbeensuredafterpowerfailureoccursonahigh-speedrailtrain.Thereareseveraloptionsforustoconsideraftersummarizingtheexperts′views.

(1)Thebatterycapacityoftheemergencysourceofelectricpowershouldcontinuetobeimproved.Atpresent,theusingtimeofrailtransitvehicles′emergencybatterieshasbeenincreasedfrom45min.to2h.Ifthebatterycapacityisfurtherupgradedthroughtechnicalinnovation,theoxygen-supplytimewillbeabletobeextendedafterpowerfailure,andtheenoughairvolumewouldbemadetomaintainintheairducting.

(2)Breakthroughthelimitationsofvehiclesandseeksupportontheground.ElectricitycouldbesuppliedviaacablefromtheemergencyACpowersourceintherailwaystationforapowerfailuretrainlyinginnerthesection.Thisscenariorequiresanintegratedapproachtotheproblemofwhoisresponsibleforpreparingtheemergencycable.Ifacableiscarriedbytrain,itwillincreasetheweightofthetrainitself.

(3)Acertainnumberofskylightscouldbesetupontopofhigh-speedrailtrains.Attheusualtime,theyaresealed.Whentrain′spowerfailureoccurs,theyareuniformlyopenedbytraincontrol.Inthecaseofusingtheemergencypowersupply,thisscenariowillbeabletoallowtrainstomaintainventilationandoxygensupplyforalongertime.

Althoughexpertshaven′tbeenabletofindthemostsatisfactorysolutionatthemeeting,thismeetinghasformedaconsensus:thetechnologicalinnovationmustbeorientedbysocialdemands,soastoadvancethesupply-sidestructuralreformofthetransportationindustry.

(TranslatedbySUNZheng)

Analysis of Train Overtaking Diagram Planning for Guangzhou Metro Line 21

XU Yi

The express train and normal train overtaking planning diagram of Guangzhou metro Line 21 is taken as the case study,the strategy and basic means of train overtaking diagram planning are put forward.The real train overtaking diagram presents different solutions to different traffic loads and train operation ratios,in this paper,the planning result is summarized,it shows that the overtaking diagram is feasible,and the planning strategy is also verified by practice.The planning could solve practical engineering problems and provide basis for train organization design and program decision.

Guangzhou metro; train diagram; express train and normal train; overtaking

U292.4+1

10.16037/j.1007-869x.2016.12.033

2016-04-01)