深圳地鐵13號(hào)線快慢車(chē)組合運(yùn)營(yíng)方案研究

徐吉慶

(中鐵二院工程集團(tuán)有限公司地鐵院，610031，成都//高級(jí)工程師)

1 深圳地鐵13號(hào)線概況

深圳地鐵13號(hào)線(以下簡(jiǎn)稱為“13號(hào)線”)為跨境線路，起點(diǎn)為深圳灣口岸站，規(guī)劃終點(diǎn)為東莞境內(nèi)的松山湖北站，線路全長(zhǎng)63.3 km。該線全部為地下線，共設(shè)置車(chē)站31座(深圳段設(shè)置車(chē)站 26 座，東莞段設(shè)置車(chē)站 5 座)，全線平均站間距為2.10 km[1]。13號(hào)線采用8節(jié)編組A型車(chē)，列車(chē)定員為2 136人。

結(jié)合區(qū)域城鎮(zhèn)體系空間布局、自然地理及交通區(qū)位，深莞惠通勤圈共劃分為 5個(gè)圈層，形成相應(yīng)的交通圈(見(jiàn)表1)。根據(jù)13號(hào)線站位情況，東莞松山湖片區(qū)距離后海中心約60 km，正處于4區(qū)通勤交通圈范圍[2]，因此，13號(hào)線東莞松大組團(tuán)中心區(qū)域(松山湖北)至深圳中心城核心區(qū)域(后海)出行時(shí)間應(yīng)控制在1 h左右。

同時(shí)，深圳四期建設(shè)規(guī)劃指出:“至中期(2025年)，城市軌道交通在出行時(shí)間方面的發(fā)展目標(biāo)為城市主城中心門(mén)到門(mén)出行時(shí)間不超過(guò)1 h”。考慮出行換乘時(shí)間，13號(hào)線從光明新區(qū)北部(公明廣場(chǎng))至中心城核心區(qū)域(后海)的出行時(shí)間應(yīng)控制在45 min左右。

表1 深莞惠通勤圈圈層空間結(jié)構(gòu)

2 深圳地鐵13號(hào)線快慢車(chē)組合運(yùn)營(yíng)的必要性

根據(jù)快線的功能定位，分析深圳灣口岸站—松山湖北站的線路條件，13號(hào)線車(chē)站分布呈中心城密集、外圍稀疏的特征。南山組團(tuán)平均站間距為0.9 km，外圍光明組團(tuán)平均站間距為2.06 km，跨境段松大組團(tuán)平均站間距為4.56 km。通過(guò)對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度分別為80 km/h、100 km/h與120 km/h情況下的運(yùn)營(yíng)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比分析(見(jiàn)表2)得知，當(dāng)速度目標(biāo)值為100 km/h時(shí)，全線運(yùn)營(yíng)時(shí)間較80 km/h可縮短5.8 min，節(jié)時(shí)效果明顯；且較120 km/h的速度目標(biāo)值，列車(chē)全線運(yùn)營(yíng)時(shí)間僅增加2.2 min，相差不大。故推薦13號(hào)線采用100 km/h的速度目標(biāo)值。

表2 13號(hào)線在不同速度目標(biāo)值時(shí)的運(yùn)營(yíng)時(shí)間匯總表

表3為兩種運(yùn)營(yíng)模式下的運(yùn)營(yíng)時(shí)間對(duì)比。由表3可知，采用站站停運(yùn)營(yíng)模式時(shí)，13號(hào)線全線運(yùn)營(yíng)時(shí)間為82 min，因本線客流平均運(yùn)距超過(guò)常規(guī)地鐵，且直達(dá)客流較多，客流特征適應(yīng)性較差。因此，有必要對(duì)快慢車(chē)組合運(yùn)營(yíng)進(jìn)行研究。

表3 兩種運(yùn)營(yíng)模式下的運(yùn)營(yíng)時(shí)間對(duì)比表 min

13號(hào)線旅行速度提高后,可強(qiáng)化南山組團(tuán)對(duì)北部外圍光明新區(qū)組團(tuán)的輻射。而對(duì)于東莞段跨境客流采用站站停的運(yùn)營(yíng)模式，是無(wú)法滿足深莞1 h交通需求的，因此采用快慢車(chē)的組合方案，來(lái)保證東莞至深圳核心區(qū)(后海站—松山湖北站)的出行時(shí)間控制在1 h左右(見(jiàn)表3)，這樣便可滿足深圳市綜合交通規(guī)劃1 h的服務(wù)需求。通過(guò)該方案提升了南山核心區(qū)與石巖組團(tuán)、光明組團(tuán)、公明組團(tuán)的交通出行效率，實(shí)現(xiàn)了公明廣場(chǎng)站—后海站45 min出行時(shí)間的規(guī)劃目標(biāo)，并進(jìn)一步增強(qiáng)了軌道交通競(jìng)爭(zhēng)力和差異化服務(wù)。

3 深圳地鐵13號(hào)線快慢車(chē)組合運(yùn)營(yíng)方案研究

3.1 快車(chē)停站方案

確定快車(chē)?？空镜脑瓌t是以車(chē)站周邊片區(qū)規(guī)劃和客流預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，綜合分析沿線各車(chē)站的功能及級(jí)別、各時(shí)段總的客流乘降量、換乘客流量等因素，盡量將組團(tuán)中心站、重要客流集散點(diǎn)以及重要換乘站確定為快車(chē)停靠站。13號(hào)線各車(chē)站遠(yuǎn)期早高峰預(yù)測(cè)乘降量如圖1所示[3]。

圖1 深圳地鐵13號(hào)線各車(chē)站遠(yuǎn)期早高峰預(yù)測(cè)乘降量

由圖1可知，以留仙洞站為界，留仙洞站以南的車(chē)站沿線崗位眾多，高峰小時(shí)客流乘降量較大，車(chē)站客流乘降量較均勻，且這些車(chē)站基本上是換乘站或綜合樞紐站；留仙洞站以北的車(chē)站集散量差異很明顯，石巖組團(tuán)中心上屋北站、光明組團(tuán)中心光明城站、公明組團(tuán)中心公明廣場(chǎng)站的乘降量均明顯高于周邊其他車(chē)站，此3站的客流乘降總量占留仙洞站以北的15座車(chē)站的38%。

因此，在深圳境內(nèi)，選擇留仙洞以南的所有車(chē)站及上屋北站、光明城站和公明廣場(chǎng)站作為快車(chē)?？奎c(diǎn)；在東莞境內(nèi)，選擇華為站、大朗西站(與東莞1號(hào)線和贛深鐵路換乘)及松山湖北站(終點(diǎn)站)作為快車(chē)停靠點(diǎn)。13號(hào)線快慢車(chē)的停站方案如圖2所示。

3.2 快慢車(chē)模式的利弊分析

3.2.1 開(kāi)行快車(chē)的節(jié)約時(shí)間估算

13號(hào)線推薦采用最高運(yùn)行速度為100 km/h的列車(chē)。當(dāng)列車(chē)過(guò)站速度為100 km/h時(shí)，在不同的站間距條件下，快車(chē)少停1站所節(jié)約的時(shí)間約為25～30 s。另外，考慮在城市軌道交通中，平均停站時(shí)間為30～35 s。綜上所述，13號(hào)線快車(chē)若少停1站，可節(jié)省時(shí)間55～65 s。

圖2 深圳地鐵13號(hào)線快慢車(chē)停站方案示意圖

因此，在快慢車(chē)組合運(yùn)營(yíng)模式下，快車(chē)不停站所節(jié)約的總時(shí)間按1 min取值，并以此作為快慢車(chē)系統(tǒng)能力損失的研究前提。

3.2.2 開(kāi)行快車(chē)產(chǎn)生的系統(tǒng)能力損失估算

通過(guò)理論研究[4]，開(kāi)行快車(chē)將會(huì)對(duì)系統(tǒng)能力造成損失，即每小時(shí)每開(kāi)行1對(duì)快車(chē)，在60 min內(nèi)，系統(tǒng)能力損失將增加t節(jié)約，由此得到系統(tǒng)能力N的估算公式為：

(1)

式中：

h——最小行車(chē)間隔，min；

t節(jié)約——快車(chē)不停站所節(jié)約的時(shí)間，min/站；

n快——單位時(shí)間內(nèi)快車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)，對(duì)/h。

根據(jù)上述系統(tǒng)能力的計(jì)算公式，當(dāng)h為2 min，n快為12對(duì)/h，計(jì)算得到N為24對(duì)/h，此時(shí)快慢車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)比例為1∶1。本線開(kāi)行快慢車(chē)時(shí)，列車(chē)最大開(kāi)行對(duì)數(shù)按照24對(duì)/h控制。對(duì)于13號(hào)線，若遠(yuǎn)期客流超過(guò)預(yù)測(cè)值，可考慮高峰時(shí)間采用站站停模式增加運(yùn)能、平峰時(shí)段采用快慢車(chē)模式。

3.3 越行線的設(shè)置

3.3.1 越行線站點(diǎn)的選擇

根據(jù)遠(yuǎn)期快車(chē)及慢車(chē)客流預(yù)計(jì)，遠(yuǎn)期早高峰快車(chē)客流最高斷面約1.25萬(wàn)人次/h，慢車(chē)客流最高斷面約3.83萬(wàn)人次/h。13號(hào)線列車(chē)采用8節(jié)編組的A型車(chē)，其列車(chē)定員為2 136人/列，因此遠(yuǎn)期高峰小時(shí)行車(chē)量需按照快車(chē)6對(duì)/h、慢車(chē)18對(duì)/h開(kāi)行(其中，12對(duì)/h的慢車(chē)在深莞邊界的公明北站折返)，交路圖如圖3所示。

按照13號(hào)線停站方案，運(yùn)行圖鋪畫(huà)結(jié)果顯示(快車(chē)-慢車(chē)-慢車(chē)-慢車(chē)-快車(chē)的發(fā)車(chē)間隔為3 min-3 min-2 min-2 min)，遠(yuǎn)期早高峰慢車(chē)需在白芒站、羅租站、同觀路站、東周路站和長(zhǎng)春北站待避。

圖3 深圳地鐵13號(hào)線遠(yuǎn)期早高峰列車(chē)運(yùn)行交路推薦方案

同時(shí)，通過(guò)鋪畫(huà)運(yùn)行圖對(duì)避讓站的站點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證，該方案可以適應(yīng)快慢車(chē)比例為4∶20、6∶18、8∶16等不同對(duì)數(shù)、不同快慢車(chē)比例及不同間隔分配的運(yùn)營(yíng)組織方案。13號(hào)線在兩種不同的發(fā)車(chē)間隔以及快慢車(chē)開(kāi)行比例均為6∶18對(duì)/h時(shí)的列車(chē)運(yùn)行圖方案，如圖4～5所示。因此避讓站的選擇具備較好的靈活性和包容性。

注：發(fā)車(chē)間隔為3 min-3 min-2 min-2 min

圖4 深圳地鐵13號(hào)線部分時(shí)段列車(chē)運(yùn)行圖方案一

注：發(fā)車(chē)間隔為2 min-2 min-2 min-4 min

圖5 深圳地鐵13號(hào)線部分時(shí)段列車(chē)運(yùn)行圖方案二

3.3.2 越行線的設(shè)置形式

由于避讓站需設(shè)置越行線以供慢車(chē)停站待避快車(chē)，13號(hào)線5個(gè)避讓站均為地下車(chē)站，因此避讓站的配線設(shè)置應(yīng)考慮采用工程量較省的單島車(chē)站方案，依據(jù)越行線布置形式(正線靠近/不靠近站臺(tái))以及是否增加聯(lián)通上下行的渡線，本文共提出4種方案(見(jiàn)圖6)。為保證快車(chē)的通過(guò)速度，推薦采用正線不靠近站臺(tái)的方案一，同時(shí)考慮渡線的設(shè)置。

a) 方案一b) 方案二

c) 方案三d) 方案四

圖6 單島車(chē)站越行線配線比選方案

3.4 快慢車(chē)模式的投資效益分析

3.4.1 時(shí)間節(jié)省效益分析

在快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式下，采用站站停模式的慢車(chē)需要在部分避讓站待避，以便讓快車(chē)不停站通過(guò)?？燔?chē)雖然節(jié)省了直達(dá)客流的出行時(shí)間，但同時(shí)增加了慢車(chē)乘客的等待時(shí)間。對(duì)于1條擬開(kāi)行快慢車(chē)的線路而言，應(yīng)根據(jù)全日快慢車(chē)的開(kāi)行計(jì)劃，分別計(jì)算這兩項(xiàng)時(shí)間。

需指出，并非所有乘坐慢車(chē)的乘客均會(huì)延誤時(shí)間，僅為越過(guò)慢車(chē)待避車(chē)站的乘客才會(huì)延誤時(shí)間(約3 min)。被耽擱的客流量可由到達(dá)避讓站前的區(qū)間斷面流量減去避讓站的下客量得出。以遠(yuǎn)期早高峰為例，根據(jù)運(yùn)行圖鋪畫(huà)結(jié)果顯示，遠(yuǎn)期早高峰慢車(chē)需在白芒站、羅租站、同觀路站、東周路站、長(zhǎng)春北站待避，每趟慢車(chē)在上述避讓站待避的概率為1/3，遠(yuǎn)期早高峰慢車(chē)效益預(yù)測(cè)如表4所示[3]。由表4可知，遠(yuǎn)期早高峰慢車(chē)延誤時(shí)間約3 276.5 h。按照上述方法計(jì)算，遠(yuǎn)期晚高峰、平峰延誤時(shí)間分別增加2 967.35 h、12 337 h，可得到慢車(chē)全日延誤時(shí)間為1.86萬(wàn)h。

同時(shí)，快車(chē)節(jié)約時(shí)間可利用快車(chē)斷面客流及越行段的節(jié)省時(shí)間得出。以遠(yuǎn)期早高峰(見(jiàn)表5)為例，上行方向留仙洞站—上屋北站的斷面客流為5 876 人次/h，快車(chē)共運(yùn)行4個(gè)站，節(jié)省4.0 min(按照快車(chē)越行1個(gè)站節(jié)約1 min的原則)，則快車(chē)在上行方向留仙洞站—上屋北站的節(jié)省時(shí)間為392 h。以此類(lèi)推，其余時(shí)段及各區(qū)段節(jié)省時(shí)間計(jì)算方法同上，則早高峰、晚高峰及平峰快車(chē)節(jié)省的時(shí)間分別為3 710 h、3 358 h、19 894 h。因此，全日快車(chē)節(jié)省時(shí)間約為2.70萬(wàn)h。

表4 遠(yuǎn)期早高峰小時(shí)慢車(chē)效益預(yù)測(cè)表

表6為不同運(yùn)營(yíng)模式下遠(yuǎn)期全日列車(chē)效益對(duì)比。由表6可知，遠(yuǎn)期慢車(chē)全日的延誤時(shí)間總計(jì)1.86萬(wàn)h，快車(chē)節(jié)省時(shí)間為2.70萬(wàn)h。整體而言，每天開(kāi)行快慢車(chē)能節(jié)省約0.84萬(wàn)h，因此該運(yùn)營(yíng)模式為乘客節(jié)約了出行時(shí)間，同時(shí)增加了社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

3.4.2 工程投資分析

開(kāi)行快慢車(chē)需在白芒站、羅租站、同觀路站、東周路站、長(zhǎng)春北站共5處避讓站設(shè)置越行線(見(jiàn)圖7)。但其中白芒站、羅租站、同觀路站的越行線兼顧停車(chē)線功能，對(duì)于常規(guī)站站停模式也需要設(shè)置停車(chē)線，東周路站為出入段線，因此僅長(zhǎng)春北站一處為專(zhuān)門(mén)增設(shè)的越行配線，在計(jì)算越行線所增加的工程投資比較中應(yīng)考慮這些因素。

表5 遠(yuǎn)期全日快車(chē)效益預(yù)測(cè)表

表6 不同運(yùn)營(yíng)模式下遠(yuǎn)期全日列車(chē)效益對(duì)比

經(jīng)初步估算，全線快慢車(chē)方案較站站停方案工程投資總費(fèi)用增加約6.858 9億元，約占總投資的1.3%。各站的投資差異如表7所示。

a) 白芒站/羅租站/同觀路站b) 東周路站c) 長(zhǎng)春北站

圖7 站站停模式時(shí)各車(chē)站配線示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合13號(hào)線的功能定位、客流特征及規(guī)劃出行時(shí)間目標(biāo)，對(duì)快慢車(chē)方案進(jìn)行研究。13號(hào)線作為一條63 km的超長(zhǎng)線路，采用站站停模式，全線運(yùn)營(yíng)時(shí)間超過(guò)80 min，其所暴露的運(yùn)營(yíng)時(shí)間問(wèn)題較為明顯，對(duì)長(zhǎng)距離直達(dá)客流的適應(yīng)性較差。同時(shí)，留仙洞站以北車(chē)站乘降量差異明顯，快慢車(chē)組合的運(yùn)營(yíng)模式符合13號(hào)線的客流特征，有助于節(jié)省乘客出行時(shí)間，增加全線社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)可帶動(dòng)深圳沿線發(fā)展，并利用快車(chē)實(shí)現(xiàn)深莞1 h同城化通勤交通圈，促進(jìn)深莞一體化發(fā)展，以及優(yōu)化深圳城市資源配置。