現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔及相關(guān)指標研究

張海軍 胡軍紅 楊 敏

（1.蘇交科集團股份有限公司，210017，南京；2.南京工業(yè)大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，210009，南京//第一作者，高級工程師）

現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔及相關(guān)指標研究

張海軍1胡軍紅2楊 敏1

（1.蘇交科集團股份有限公司，210017，南京；2.南京工業(yè)大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，210009，南京//第一作者，高級工程師）

最小發(fā)車間隔是確定現(xiàn)代有軌電車開行密度和運輸能力的參數(shù)?，F(xiàn)代有軌電車作為一種新型的中低運量的地面快速軌道交通系統(tǒng)，其最小發(fā)車間隔的確定與地鐵、BRT（快速公交）等其他交通方式均有所差異。通過對道路交叉口、列車停站、列車折返及區(qū)間長度等影響因素分析，研究了現(xiàn)代有軌電車最小合理發(fā)車間隔，并對其運輸能力與車輛配屬進行了探討，為現(xiàn)代有軌電車規(guī)劃建設(shè)提供決策參考。

現(xiàn)代有軌電車；發(fā)車間隔；運輸能力；影響因素

0 引言

發(fā)車間隔是決定現(xiàn)代有軌電車開行密度和車輛配置數(shù)的主要參數(shù)，既取決于線路的客流預(yù)測結(jié)果和客流的時空分布特征，又取決于車輛制動性能、車輛模塊編組、停站時間、交叉口通行延誤、折返時間等因素的影響［1］。目前，國內(nèi)外城市現(xiàn)代有軌電車發(fā)車間隔長短不一。國外城市如德國柏林、法國巴黎等地有軌電車發(fā)車間隔相對較短，高峰期為3～5 min，平峰期為 8 ～ 10 min［2］。我國城市如上海、天津、大連等地有軌電車發(fā)車間隔相對較長，高峰期為5～10 min，平峰期為10～15 min，甚至有的達到20 min以上，發(fā)車頻率低，旅客等待時間長，遠未達到社會公眾對現(xiàn)代有軌電車服務(wù)效率的期望?，F(xiàn)代有軌電車運輸能力大小受車輛發(fā)車間隔與車輛定員的影響。在CJJ/T 114—2007《城市公共交通分類標準》中，其合理的運輸能力界定為0.6萬～1.0萬人次/h［3］，而國內(nèi)開通并運營的現(xiàn)代有軌電車線路，實際的高峰小時客流都不大于0.5萬人次/h，遠未達到標準界定的范圍。

因此，針對我國城市客流的分布特征和現(xiàn)代有軌電車技術(shù)和行車組織特點，如何科學(xué)地確定現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔與最大運輸能力，并根據(jù)線路實際情況選擇合適的發(fā)車密度和車輛配置數(shù)量，是進一步提高我國現(xiàn)代有軌電車運行服務(wù)效率的關(guān)鍵。本文在對現(xiàn)代有軌電車與地鐵、BRT（快速公交）運行組織的差異性分析基礎(chǔ)上，深入分析影響現(xiàn)代有軌電車發(fā)車間隔的關(guān)鍵性因素，針對不同模塊編組及相交道路條件，按線路開通運營的初期及遠期兩個階段，探討了現(xiàn)代有軌電車的最小合理發(fā)車間隔，并分析計算其合理運輸能力范圍及車輛配屬標準。

1 現(xiàn)代有軌電車與地鐵、BRT運行差異

地鐵系統(tǒng)是采用完全獨立路權(quán)、固定閉塞或移動閉塞信號控制的軌道交通系統(tǒng)。設(shè)計最高運行速度為80 km/h，最大加速度為0.9 m/s2，最大減速度為0.9 m/s2，車輛停站時間為19 s，司機換端走行時間為48 s，車輛折返時間為60 s，A型車車輛長度為21～24 m，B型車車輛長度為19～21 m，C型車車輛長度為15～19 m。區(qū)間長度、停站及折返時間是影響地鐵最小發(fā)車間隔的主要因素，如式（1）所示，其最小發(fā)車間隔可達到2 min［3］。

地鐵最小發(fā)車間隔=max{區(qū)間行駛時間、車站停站時間、列車折返時間} （1）

BRT系統(tǒng)是采用路面行駛、道路交通信號控制的道路交通系統(tǒng)。設(shè)計最高運行速度為60 km/h，交叉口通過速度為30 km/h，最大加速度為2 m/s2，最大減速度為2.5 m/s2，車輛長度為9～18 m。道路交通環(huán)境及車輛性能是影響B(tài)RT最小發(fā)車間隔的主要因素。由于BRT車輛加速度值大、制動距離較短，同時可以利用其他車道進行超車和并行，其發(fā)車可以可采用高密度發(fā)車方式，最小發(fā)車間隔可達到1 min。

現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)采用半獨立路權(quán)形式，設(shè)計最高運行速度為70 km/h，交叉口通過速度為35 km/h，最大加速度為1.0 m/s2，最大減速度為1.2 m/s2，車輛停站時間為30 s，司機換端走向時間為45 s，列車折返時間為22 s，5模塊列車長度為33 m，7模塊列車長度為44 m。

現(xiàn)代有軌電車雖然采用專用軌道行駛，但正線運行卻主要依靠司機瞭望駕駛，且大多線路的道路交叉口采用信號控制的混行方式；同時，由于其具有加減速控制以及行駛軌跡固定等特點，設(shè)計和運營良好的現(xiàn)代有軌電車，其最小發(fā)車間隔理論計算為4.2 min［1］。

2 最小發(fā)車間隔的影響因素

現(xiàn)代有軌電車一般采用半獨立路權(quán)，在交叉口通常按照信號控制與社會車輛共享路權(quán)，因此，影響其最小發(fā)車間隔的主要因素包括道路交叉口、列車停站、區(qū)間運行和列車折返等。

2.1 道路交叉口的影響

交叉口是現(xiàn)代有軌電車和社會車輛混合行駛的區(qū)域。與城市主干路、次干路相交的交叉口，相交道路的車道數(shù)（4～8車道）是影響現(xiàn)代有軌電車發(fā)車間隔的關(guān)鍵；而流量較小的支路和沿線主要出入口，由于采用“右進右出”的交通出入方式，因此影響較小。假定現(xiàn)代有軌電車通過交叉口時，列車以35 km/h的速度勻速或由靜止起動運行通過交叉口，通過交叉口所需時間如表1所示。

道路交叉口信號控制方式有交叉口定時信號控制策略、信號相對優(yōu)先策略與信號絕對優(yōu)先策略3種形式。綠信比是一個信號相位的有效綠燈時長與信號周期之比。本次研究取值為0.2～0.3。

2.1.1 交叉口定時信號控制策略

表1 現(xiàn)代有軌電車直接通過交叉口所需時間表

定時信號控制策略即不實施信號優(yōu)先。在現(xiàn)代有軌電車與城市主干路等交通流量大的道路相交時，為了保證地面交通的良好運轉(zhuǎn)，減少對被交道路交通影響，現(xiàn)代有軌電車與社會車輛信號燈時長均采用固定配時方案來確保交叉口車輛安全通過。

在定時信號控制策略情況下，受道路交通的影響，現(xiàn)代有軌電車的發(fā)車間隔不能小于2個信號周期。最小發(fā)車間隔如表2所示，最不利條件下的最小發(fā)車間隔為6 min。

表2 定時信號控制下現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔

2.1.2 交叉口信號相對優(yōu)先策略

現(xiàn)代有軌電車與城市主干路、次干路交叉，在被交道路交通流量相對較小的情況下，為提高其運營效率，一般可以采用信號相對優(yōu)先策略。

通過延長現(xiàn)代有軌電車綠燈相位或縮短現(xiàn)代有軌電車紅燈相位來實現(xiàn)信號相對優(yōu)先。延長綠燈相位：當現(xiàn)代有軌電車在綠燈相位快結(jié)束到達交叉口時，延長該綠燈相位，實現(xiàn)不停車直接通過交叉口。縮短紅燈相位：當現(xiàn)代有軌電車在紅燈相位到達交叉口時，提前開啟綠燈相位，最大限度減少車輛停車等待時間，實現(xiàn)優(yōu)先通過。在最不利的情況下，現(xiàn)代有軌電車需要等待半個紅燈信號才能通行，當列車由靜止起動通過路口時，假定路口清空時間為10 s，司機反應(yīng)時間為5 s，最小發(fā)車間隔如表3所示，最不利條件下的最小發(fā)車間隔為4.2 min。

表3 信號相對優(yōu)先下現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔

2.1.3 交叉口信號絕對優(yōu)先策略

通過插入現(xiàn)代有軌電車專用相位來實現(xiàn)信號絕對優(yōu)先。當現(xiàn)代有軌電車在紅燈相位到達交叉口時，在紅燈相位中插入一個現(xiàn)代有軌電車專用相位，實現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車不停車直接通過交叉口，待現(xiàn)代有軌電車完全通過后，按照原有相位順序繼續(xù)運行。

在交叉口信號絕對優(yōu)先策略的情況下，現(xiàn)代有軌電車以35 km/h的速度不停車直接通過交叉口，列車運行不受交叉口信號的影響。

2.2 列車停站的影響

停站時間也是影響現(xiàn)代有軌電車發(fā)車間隔的因素。停站時間由列車減速進站時間、列車上下客時間（包括開關(guān)車門時間）及列車加速出站時間組成。假定現(xiàn)代有軌電車以區(qū)間行駛速度70 km/h勻減速進入車站，在車站停車上下客，最后以勻加速駛出站臺至正常行駛速度。不同模塊列車停站時間計算結(jié)果如表4所示，列車停站延誤時間在45～52 s之間，由停站時間控制的現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔在1 min左右。

表4 現(xiàn)代有軌電車停站時間

2.3 站間距的影響

現(xiàn)代有軌電車站間距為站點與站點之間的距離，城市內(nèi)部站間距一般取500～800 m；城市外圍，由于沿線客流小、城市功能節(jié)點分布相對較少，站間距一般相對較長，一般在1 000 m以上。為保證現(xiàn)代有軌電車運營安全，每個方向的每個區(qū)間上僅允許一列列車運行。列車在不同長度的區(qū)間所需花費的時間如表5所示，由列車在區(qū)段運營時間制約的最小發(fā)車間隔在2 min以內(nèi)。

表5 現(xiàn)代有軌電車區(qū)間運行時間表

2.4 列車折返的影響

折返是列車到達終點站后，通過折返線與渡線轉(zhuǎn)換至對向軌道的過程，是現(xiàn)代有軌電車運行的重要環(huán)節(jié)，也是制約其發(fā)車間隔的因素之一。

折返時間包括司機換端走行時間45 s與列車折返時間22 s。因此，現(xiàn)代有軌電車受折返時間制約的最小發(fā)車間隔不應(yīng)小于其折返總時間67 s。

3 現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔的計算

綜合考慮交叉口延誤、車站停站、區(qū)間運行和列車折返時間等因素的影響，現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔應(yīng)為不同影響因素所需時間的最大值，如式（2）所示。

最小發(fā)車間隔=max{交叉口延誤時間、車站停站時間、區(qū)間行駛時間、列車折返時間} （2）

通過上述分析可知，對于交叉口信號絕對優(yōu)先策略，折返和區(qū)間運行時間是影響現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔的主要因素，當區(qū)間長度大于1 000 m時，區(qū)間運行時間是主要影響因素；當區(qū)間長度小于1 000 m時，折返時間是主要影響因素。因此，在交叉口信號絕對優(yōu)先策略的情況，考慮到現(xiàn)代有軌電車運營安全，建議最小發(fā)車間隔不低于2 min。

對于交叉口信號相對優(yōu)先策略與交叉口定時信號控制策略的情況，道路交叉口通行延誤時間是決定現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔的最主要因素。在定時信號控制策略、被交道路為8車道和綠信比為0.2最不利條件下現(xiàn)代有軌電車的最小發(fā)車間隔為6 min（見表2）；在信號相對優(yōu)先的策略下，最不利情況下的最小發(fā)車間隔為4.2 min（見表3）。

根據(jù)以上計算分析，綜合考慮城市道路交通組織、運營效益和行車安全等因素，在信號相對優(yōu)先條件下，現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔不宜大于4 min，建成初期高峰時段最小發(fā)車間隔不宜大于8 min，平峰時段的最大發(fā)車間隔不宜大于12 min；遠期高峰時段最小發(fā)車間隔不宜大于5min，平峰時段最大發(fā)車間隔不宜大于10 min。

4 運輸能力

現(xiàn)代有軌電車運輸能力為單位小時能夠運送的旅客人數(shù)，不但與最小發(fā)車間隔有關(guān)，還與列車的最大載客量有關(guān)。具體關(guān)系如式（3）所示。

單向運輸能力（萬人次/h）=列車最大載客量（萬人次）×（60/最小發(fā)車間隔） （3）

不同模塊的列車，最大載客量不同。當采用6人/m2的站立標準時，5模塊、7模塊及5+5模塊列車的額定載客量分別為300人、400人及600人。

基于以上分析，現(xiàn)代有軌電車不同運行條件下的運輸能力如表6所示。

在采用信號絕對優(yōu)先策略下，5模塊有軌電車運輸能力為0.9萬人次/h；7模塊為1.2萬人次/h。絕對信號優(yōu)先策略相當于全線獨立路權(quán)，實際應(yīng)用較少。

在采用信號相對優(yōu)先策略下，5模塊有軌電車運輸能力為0.5萬 ～0.8萬人次/h；7模塊為0.7萬～1.0萬人次/h。信號相對優(yōu)先是現(xiàn)代有軌電車交叉口控制常用的策略，既能保障有軌電車的旅行速度，又能提高運輸能力。

在采用定時信號控制策略下，5模塊有軌電車運輸能力為0.35萬 ～0.54萬人次/h；7模塊為0.45萬～0.70萬人次/h。因此，在定時信號控制下，現(xiàn)代有軌電車的運能較小、運輸效率較低，其運輸能力僅相當于道路公交。

此外，5+5模塊對社會交通影響較大，一般應(yīng)用也較少?，F(xiàn)代有軌電車在采用信號相對優(yōu)先策略下的運輸能力為0.5萬～1.0萬人次/h。

5 車輛配置數(shù)

車輛配置數(shù)是現(xiàn)代有軌電車行車組織的重要參數(shù)，不僅關(guān)系到工程造價，還影響到車輛基地規(guī)模及運營維護的成本。因此，合理配置車輛不但能夠節(jié)省車輛采購費用，還能節(jié)約土地資源。

現(xiàn)代有軌電車車輛配置數(shù)通常包括運用車輛數(shù)及備用車輛數(shù)和定期維修輛數(shù)。運用車輛數(shù)與旅行速度和發(fā)車間隔有關(guān)，具體關(guān)系式如式（4）所示。備用車輛數(shù)與定期維修輛數(shù)通常取運用車輛數(shù)的20%～25%.

表6 現(xiàn)代有軌電車最大運輸能力計算表

由式（4）可以看出，單公里（單向）運用車輛數(shù)與旅行速度和發(fā)車間隔成反比。根據(jù)最小發(fā)車間隔，在不同的旅行速度下，最大的運用車輛數(shù)如表8所示。

表8 不同旅行速度與發(fā)車間隔下運用車輛數(shù)

根據(jù)以上計算，初期高峰時段最小發(fā)車間隔按照8 min、旅行速度為20 km/h時，單向單公里車輛配屬為0.38輛；遠期最小發(fā)車間隔為5 min，旅行速度仍保持20 km/h時，單向單公里運用車輛數(shù)為0.6輛。

6 結(jié)語

影響現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔的因素較多，本文從交叉口通行延誤、車站停站、區(qū)間行駛、車輛折返時間等考慮，在信號相對優(yōu)先策略下，現(xiàn)代有軌電車建成初期高峰時段最小發(fā)車間隔不宜大于8 min，平峰時段的最大發(fā)車間隔不宜大于12 min。遠期高峰時段最小發(fā)車間隔不宜大于5 min，平峰時段最大發(fā)車間隔不宜大于10 min。

基于現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔分析，當全線采用信號相對優(yōu)先策略時，5模塊列車合理的運輸能力為0.5萬 ～0.8萬人次/h；7模塊列車的最大運輸能力不高于1.0萬人次/h。

基于不同的旅行速度及發(fā)車間隔，在旅行速度為20 km/h、初期高峰時段最小發(fā)車間隔為8 min時，單向單公里配車數(shù)為0.38輛，當遠期最小發(fā)車間隔調(diào)整為5 min時，單向單公里運用車輛數(shù)為0.6輛。該指標將更加切合行車組織的實際需求，同時有利于減少車輛基地用地資源，節(jié)約工程投資。

［1］ 張海軍.現(xiàn)代有軌電車適應(yīng)性關(guān)鍵指標研究［R］.南京：蘇交科集團股份有限公司軌道交通設(shè)計院，2015.

［2］ 馬永紅.歐洲現(xiàn)代有軌電車發(fā)展啟示［J］.世界軌道交通，2012，104（7）：36.

［3］ 蘇交科集團股份有限公司.城市有軌電車工程設(shè)計規(guī)范（征求意見稿）［R］.南京：蘇交科集團股份有限公司，2014.

［4］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.地鐵設(shè)計規(guī)范：GB 50157—2012［S］.北京：中國計劃出版社，2011.

［5］ 宋嘉雯.有軌電車運營模式與運輸能力研究［J］.都市快軌交通，2014，27（2）：108.

［6］ 薛美根，楊立峰，程杰.現(xiàn)代有軌電車主要特征與國內(nèi)外發(fā)展研究［J］.城市交通，2008，6（6）：88.

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On the Minimum Departure Interval of Modern Tram and the Relevant Indexes

ZHANG Haijun,HU Junhong,YANG Min

The minimum departure interval of modern tram is a parameter to define the density and the maximum transport capacity.As a new ground rail transportation system with medium and low traffic volume，modern tram is different from subway，BRT and other rapid rail traffic in terms of the minimum departure interval.Through analyzing the impact of road intersection，tram stop，re-entry,interval length and other aspects related to tram operation，the minimum departure interval，the maximum transport capacity and vehicle attachment are studied，providing a reference for the traffic planning and organization of modern tram.

modern tram；the minimum departure interval；transport capacity；influencing factor

First-author′s address JSTI Group Co.，Ltd.，210017，Nanjing，China

U292.4+1∶U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.12.007

2015-11-08）