現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔及相關(guān)指標(biāo)研究

張海軍 胡軍紅 楊 敏

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

現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔及相關(guān)指標(biāo)研究

張海軍1胡軍紅2楊 敏1

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

最小發(fā)車間隔是確定現(xiàn)代有軌電車開(kāi)行密度和運(yùn)輸能力的參數(shù)?，F(xiàn)代有軌電車作為一種新型的中低運(yùn)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(guò)對(duì)道路交叉口、列車停站、列車折返及區(qū)間長(zhǎng)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(duì)其運(yùn)輸能力與車輛配屬進(jìn)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(yùn)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(kāi)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(cè)結(jié)果和客流的時(shí)空分布特征，又取決于車輛制動(dòng)性能、車輛模塊編組、停站時(shí)間、交叉口通行延誤、折返時(shí)間等因素的影響［1］。目前，國(guó)內(nèi)外城市現(xiàn)代有軌電車發(fā)車間隔長(zhǎng)短不一。國(guó)外城市如德國(guó)柏林、法國(guó)巴黎等地有軌電車發(fā)車間隔相對(duì)較短，高峰期為3～5 min，平峰期為 8 ～ 10 min［2］。我國(guó)城市如上海、天津、大連等地有軌電車發(fā)車間隔相對(duì)較長(zhǎng)，高峰期為5～10 min，平峰期為10～15 min，甚至有的達(dá)到20 min以上，發(fā)車頻率低，旅客等待時(shí)間長(zhǎng)，遠(yuǎn)未達(dá)到社會(huì)公眾對(duì)現(xiàn)代有軌電車服務(wù)效率的期望?，F(xiàn)代有軌電車運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)》中，其合理的運(yùn)輸能力界定為0.6萬(wàn)～1.0萬(wàn)人次/h［3］，而國(guó)內(nèi)開(kāi)通并運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)代有軌電車線路，實(shí)際的高峰小時(shí)客流都不大于0.5萬(wàn)人次/h，遠(yuǎn)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)界定的范圍。

因此，針對(duì)我國(guó)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(diǎn)，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(yùn)輸能力，并根據(jù)線路實(shí)際情況選擇合適的發(fā)車密度和車輛配置數(shù)量，是進(jìn)一步提高我國(guó)現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行服務(wù)效率的關(guān)鍵。本文在對(duì)現(xiàn)代有軌電車與地鐵、BRT（快速公交）運(yùn)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(duì)不同模塊編組及相交道路條件，按線路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的初期及遠(yuǎn)期兩個(gè)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(jì)算其合理運(yùn)輸能力范圍及車輛配屬標(biāo)準(zhǔn)。

1 現(xiàn)代有軌電車與地鐵、BRT運(yùn)行差異

地鐵系統(tǒng)是采用完全獨(dú)立路權(quán)、固定閉塞或移動(dòng)閉塞信號(hào)控制的軌道交通系統(tǒng)。設(shè)計(jì)最高運(yùn)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(shí)間為19 s，司機(jī)換端走行時(shí)間為48 s，車輛折返時(shí)間為60 s，A型車車輛長(zhǎng)度為21～24 m，B型車車輛長(zhǎng)度為19～21 m，C型車車輛長(zhǎng)度為15～19 m。區(qū)間長(zhǎng)度、停站及折返時(shí)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(dá)到2 min［3］。

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

BRT系統(tǒng)是采用路面行駛、道路交通信號(hào)控制的道路交通系統(tǒng)。設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為60 km/h，交叉口通過(guò)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(zhǎng)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(dòng)距離較短，同時(shí)可以利用其他車道進(jìn)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(dá)到1 min。

現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)采用半獨(dú)立路權(quán)形式，設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為70 km/h，交叉口通過(guò)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(shí)間為30 s，司機(jī)換端走向時(shí)間為45 s，列車折返時(shí)間為22 s，5模塊列車長(zhǎng)度為33 m，7模塊列車長(zhǎng)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(yùn)行卻主要依靠司機(jī)瞭望駕駛，且大多線路的道路交叉口采用信號(hào)控制的混行方式；同時(shí)，由于其具有加減速控制以及行駛軌跡固定等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)良好的現(xiàn)代有軌電車，其最小發(fā)車間隔理論計(jì)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(dú)立路權(quán)，在交叉口通常按照信號(hào)控制與社會(huì)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(yùn)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(huì)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(jìn)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(guò)交叉口時(shí)，列車以35 km/h的速度勻速或由靜止起動(dòng)運(yùn)行通過(guò)交叉口，通過(guò)交叉口所需時(shí)間如表1所示。

道路交叉口信號(hào)控制方式有交叉口定時(shí)信號(hào)控制策略、信號(hào)相對(duì)優(yōu)先策略與信號(hào)絕對(duì)優(yōu)先策略3種形式。綠信比是一個(gè)信號(hào)相位的有效綠燈時(shí)長(zhǎng)與信號(hào)周期之比。本次研究取值為0.2～0.3。

2.1.1 交叉口定時(shí)信號(hào)控制策略

表1 現(xiàn)代有軌電車直接通過(guò)交叉口所需時(shí)間表

定時(shí)信號(hào)控制策略即不實(shí)施信號(hào)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(shí)，為了保證地面交通的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，減少對(duì)被交道路交通影響，現(xiàn)代有軌電車與社會(huì)車輛信號(hào)燈時(shí)長(zhǎng)均采用固定配時(shí)方案來(lái)確保交叉口車輛安全通過(guò)。

在定時(shí)信號(hào)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(gè)信號(hào)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(shí)信號(hào)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(hào)相對(duì)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(duì)較小的情況下，為提高其運(yùn)營(yíng)效率，一般可以采用信號(hào)相對(duì)優(yōu)先策略。

通過(guò)延長(zhǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)相對(duì)優(yōu)先。延長(zhǎng)綠燈相位：當(dāng)現(xiàn)代有軌電車在綠燈相位快結(jié)束到達(dá)交叉口時(shí)，延長(zhǎng)該綠燈相位，實(shí)現(xiàn)不停車直接通過(guò)交叉口?？s短紅燈相位：當(dāng)現(xiàn)代有軌電車在紅燈相位到達(dá)交叉口時(shí)，提前開(kāi)啟綠燈相位，最大限度減少車輛停車等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先通過(guò)。在最不利的情況下，現(xiàn)代有軌電車需要等待半個(gè)紅燈信號(hào)才能通行，當(dāng)列車由靜止起動(dòng)通過(guò)路口時(shí)，假定路口清空時(shí)間為10 s，司機(jī)反應(yīng)時(shí)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(hào)相對(duì)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(hào)絕對(duì)優(yōu)先策略

通過(guò)插入現(xiàn)代有軌電車專用相位來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)絕對(duì)優(yōu)先。當(dāng)現(xiàn)代有軌電車在紅燈相位到達(dá)交叉口時(shí)，在紅燈相位中插入一個(gè)現(xiàn)代有軌電車專用相位，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車不停車直接通過(guò)交叉口，待現(xiàn)代有軌電車完全通過(guò)后，按照原有相位順序繼續(xù)運(yùn)行。

在交叉口信號(hào)絕對(duì)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(guò)交叉口，列車運(yùn)行不受交叉口信號(hào)的影響。

2.2 列車停站的影響

停站時(shí)間也是影響現(xiàn)代有軌電車發(fā)車間隔的因素。停站時(shí)間由列車減速進(jìn)站時(shí)間、列車上下客時(shí)間（包括開(kāi)關(guān)車門時(shí)間）及列車加速出站時(shí)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(jìn)入車站，在車站停車上下客，最后以勻加速駛出站臺(tái)至正常行駛速度。不同模塊列車停站時(shí)間計(jì)算結(jié)果如表4所示，列車停站延誤時(shí)間在45～52 s之間，由停站時(shí)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(shí)間

2.3 站間距的影響

現(xiàn)代有軌電車站間距為站點(diǎn)與站點(diǎn)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(diǎn)分布相對(duì)較少，站間距一般相對(duì)較長(zhǎng)，一般在1 000 m以上。為保證現(xiàn)代有軌電車運(yùn)營(yíng)安全，每個(gè)方向的每個(gè)區(qū)間上僅允許一列列車運(yùn)行。列車在不同長(zhǎng)度的區(qū)間所需花費(fèi)的時(shí)間如表5所示，由列車在區(qū)段運(yùn)營(yíng)時(shí)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(yùn)行時(shí)間表

2.4 列車折返的影響

折返是列車到達(dá)終點(diǎn)站后，通過(guò)折返線與渡線轉(zhuǎn)換至對(duì)向軌道的過(guò)程，是現(xiàn)代有軌電車運(yùn)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(shí)間包括司機(jī)換端走行時(shí)間45 s與列車折返時(shí)間22 s。因此，現(xiàn)代有軌電車受折返時(shí)間制約的最小發(fā)車間隔不應(yīng)小于其折返總時(shí)間67 s。

3 現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔的計(jì)算

綜合考慮交叉口延誤、車站停站、區(qū)間運(yùn)行和列車折返時(shí)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(shí)間的最大值，如式（2）所示。

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

通過(guò)上述分析可知，對(duì)于交叉口信號(hào)絕對(duì)優(yōu)先策略，折返和區(qū)間運(yùn)行時(shí)間是影響現(xiàn)代有軌電車最小發(fā)車間隔的主要因素，當(dāng)區(qū)間長(zhǎng)度大于1 000 m時(shí)，區(qū)間運(yùn)行時(shí)間是主要影響因素；當(dāng)區(qū)間長(zhǎng)度小于1 000 m時(shí)，折返時(shí)間是主要影響因素。因此，在交叉口信號(hào)絕對(duì)優(yōu)先策略的情況，考慮到現(xiàn)代有軌電車運(yùn)營(yíng)安全，建議最小發(fā)車間隔不低于2 min。

對(duì)于交叉口信號(hào)相對(duì)優(yōu)先策略與交叉口定時(shí)信號(hào)控制策略的情況，道路交叉口通行延誤時(shí)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(shí)信號(hào)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(jiàn)表2）；在信號(hào)相對(duì)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(jiàn)表3）。

根據(jù)以上計(jì)算分析，綜合考慮城市道路交通組織、運(yùn)營(yíng)效益和行車安全等因素，在信號(hào)相對(duì)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(shí)段最小發(fā)車間隔不宜大于8 min，平峰時(shí)段的最大發(fā)車間隔不宜大于12 min；遠(yuǎn)期高峰時(shí)段最小發(fā)車間隔不宜大于5min，平峰時(shí)段最大發(fā)車間隔不宜大于10 min。

4 運(yùn)輸能力

現(xiàn)代有軌電車運(yùn)輸能力為單位小時(shí)能夠運(yùn)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(yùn)輸能力（萬(wàn)人次/h）=列車最大載客量（萬(wàn)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(dāng)采用6人/m2的站立標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(yùn)行條件下的運(yùn)輸能力如表6所示。

在采用信號(hào)絕對(duì)優(yōu)先策略下，5模塊有軌電車運(yùn)輸能力為0.9萬(wàn)人次/h；7模塊為1.2萬(wàn)人次/h。絕對(duì)信號(hào)優(yōu)先策略相當(dāng)于全線獨(dú)立路權(quán)，實(shí)際應(yīng)用較少。

在采用信號(hào)相對(duì)優(yōu)先策略下，5模塊有軌電車運(yùn)輸能力為0.5萬(wàn) ～0.8萬(wàn)人次/h；7模塊為0.7萬(wàn)～1.0萬(wàn)人次/h。信號(hào)相對(duì)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(yùn)輸能力。

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

此外，5+5模塊對(duì)社會(huì)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(hào)相對(duì)優(yōu)先策略下的運(yùn)輸能力為0.5萬(wàn)～1.0萬(wàn)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(jià)，還影響到車輛基地規(guī)模及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本。因此，合理配置車輛不但能夠節(jié)省車輛采購(gòu)費(fèi)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(yùn)用車輛數(shù)及備用車輛數(shù)和定期維修輛數(shù)。運(yùn)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(yùn)用車輛數(shù)的20%～25%.

表6 現(xiàn)代有軌電車最大運(yùn)輸能力計(jì)算表

由式（4）可以看出，單公里（單向）運(yùn)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(yùn)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(yùn)用車輛數(shù)

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

6 結(jié)語(yǔ)

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(shí)間等考慮，在信號(hào)相對(duì)優(yōu)先策略下，現(xiàn)代有軌電車建成初期高峰時(shí)段最小發(fā)車間隔不宜大于8 min，平峰時(shí)段的最大發(fā)車間隔不宜大于12 min。遠(yuǎn)期高峰時(shí)段最小發(fā)車間隔不宜大于5 min，平峰時(shí)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(dāng)全線采用信號(hào)相對(duì)優(yōu)先策略時(shí)，5模塊列車合理的運(yùn)輸能力為0.5萬(wàn) ～0.8萬(wàn)人次/h；7模塊列車的最大運(yùn)輸能力不高于1.0萬(wàn)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(shí)段最小發(fā)車間隔為8 min時(shí)，單向單公里配車數(shù)為0.38輛，當(dāng)遠(yuǎn)期最小發(fā)車間隔調(diào)整為5 min時(shí)，單向單公里運(yùn)用車輛數(shù)為0.6輛。該指標(biāo)將更加切合行車組織的實(shí)際需求，同時(shí)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(biāo)研究［R］.南京：蘇交科集團(tuán)股份有限公司軌道交通設(shè)計(jì)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(tuán)股份有限公司.城市有軌電車工程設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）［R］.南京：蘇交科集團(tuán)股份有限公司，2014.

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

［5］ 宋嘉雯.有軌電車運(yùn)營(yíng)模式與運(yùn)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(guó)內(nèi)外發(fā)展研究［J］.城市交通，2008，6（6）：88.

［7］ 李勝，楊曉光.現(xiàn)代有軌電車與道路交通的協(xié)調(diào)控制方法［J］.城市軌道交通研究，2005（4）：43.

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）