上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀分析及對(duì)線路總體設(shè)計(jì)的建議*

沈 堅(jiān)

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，201103,上?！蔚谝蛔髡?，高級(jí)工程師)

從1995年上海軌道交通1號(hào)線建成以來(lái)，經(jīng)過20多年的建設(shè)歷程，到2016年底，上海建成了擁有14條線路、588.4 km運(yùn)營(yíng)里程、365座車站的軌道交通網(wǎng)絡(luò)，全網(wǎng)最高日客流量已達(dá)到1 186.67萬(wàn)人次，大客流成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的新常態(tài)。目前，上海軌道交通各條線路高峰時(shí)段普遍擁擠，運(yùn)能與客流矛盾突出，客流不均衡性明顯，部分車站客流集散能力不足。鑒于如此大的運(yùn)營(yíng)規(guī)模和不可忽視的運(yùn)營(yíng)管理壓力，有必要重新審視城市軌道交通設(shè)計(jì)中需要注意的一些問題，在后續(xù)規(guī)劃和建設(shè)中吸取教訓(xùn)，避免新的短板產(chǎn)生。

1 上海軌道交通運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀及存在的問題

1. 1 高峰運(yùn)能配置不足

截至2017年4月，14條運(yùn)營(yíng)線路中，除4、10、12、13號(hào)線外，其他10條線路滿載率均接近或超過100%，高峰時(shí)段運(yùn)能配置不足。14條線路中有8條線路行車間隔已達(dá)到3 min以內(nèi)，有6條線路現(xiàn)狀客流已接近或超出遠(yuǎn)期的客流預(yù)測(cè)，詳見表1。根據(jù)歷史客流增長(zhǎng)情況和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力富余率對(duì)比分析，運(yùn)能與客流需求矛盾突出的有6條線路：① 受3、4號(hào)線共線段能力24對(duì)/h限制，3號(hào)線無(wú)富余運(yùn)能。② 6號(hào)線是4節(jié)編組(小型車)，目前高峰高段面滿載率高達(dá)134%，行車間隔為2 min 15 s，運(yùn)能提升空間有限，而且近5年年均客流增長(zhǎng)率仍維持在10.2%。③ 8號(hào)線土建預(yù)留能夠滿足7節(jié)編組(小型車)需求。但目前8號(hào)線的最小行車間隔為2 min 22 s，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力富余率僅為6.7%，而且近5年年均客流增長(zhǎng)率仍維持在9.4%。 6、8號(hào)線系統(tǒng)規(guī)模偏小，與客流需求不匹配。④ 9號(hào)線是長(zhǎng)大市域線路，目前高峰高段面滿載率高達(dá)134%，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力富余率僅為10.7%，而且5年年均客流增長(zhǎng)率仍維持在10.3%。9號(hào)線三期開通后，客流量還將進(jìn)一步增加。⑤ 花橋段和迪士尼段開通后，11號(hào)線客流增長(zhǎng)很快，增長(zhǎng)高達(dá)35.6%，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力富余率僅為14.1%。蘇州S1線接入后，預(yù)計(jì)客流量還將增加。

表1 上海軌道交通既有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)能配置及客流發(fā)展情況表(截至2017年4月)

1. 2 運(yùn)能提升存在瓶頸

在既有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)能提升的實(shí)施過程中，存在部分車輛基地規(guī)模、折返能力、出入場(chǎng)能力、供電能力等設(shè)施設(shè)備能力不足的情況，需進(jìn)行升級(jí)改造。如：1號(hào)線(莘莊站—富錦路站)原設(shè)計(jì)按大小交路設(shè)計(jì)，隨著城市外圍地區(qū)的快速發(fā)展，1號(hào)線目前需開行單一交路30對(duì)/h，而莘莊站折返能力為164 s(22對(duì)/h)，北延伸上?；疖囌尽诲\路段供電系統(tǒng)為按遠(yuǎn)期交路20對(duì)/h設(shè)計(jì)，因此需對(duì)折返能力、供電能力進(jìn)行提升改造；6、8號(hào)線小交路位置也需要在原設(shè)計(jì)位置外延，加上實(shí)際旅行速度低于設(shè)計(jì)的原因，運(yùn)營(yíng)用車數(shù)大于設(shè)計(jì)用車數(shù)，需對(duì)部分車輛基地進(jìn)行擴(kuò)建。老線列車出入場(chǎng)一般為調(diào)車進(jìn)路模式，單線出庫(kù)能力僅為250～300 s；而隨著上海軌道交通開行密度逐步增加以及延時(shí)運(yùn)營(yíng)，為確保夜間一定的維護(hù)天窗時(shí)間，需提高出入場(chǎng)效率。因此，現(xiàn)在正逐步根據(jù)需求將老線列車出入場(chǎng)模式改為與列調(diào)結(jié)合的出庫(kù)模式，或?qū)④噲?chǎng)改造ATC(列車自動(dòng)控制)車場(chǎng)。

1. 3 高峰車站集散能力不足

既有網(wǎng)絡(luò)中一些車站的設(shè)施設(shè)備能力在高峰時(shí)段無(wú)法與客流量相匹配，站廳/站臺(tái)蓄客能力、站臺(tái)到站廳的垂直提升能力、換乘通行能力等存在不足。目前上海軌道交通已改造人民廣場(chǎng)站、莘莊站、上?；疖囌菊尽⑸蚨殴氛镜?座車站，并計(jì)劃對(duì)蓮花路站、佘山站、世紀(jì)大道站等6座車站進(jìn)行改造，通過增加站臺(tái)至站廳的樓扶梯、拓寬站臺(tái)寬度、增加出入口、增加進(jìn)出站閘機(jī)、優(yōu)化站廳布局等提高進(jìn)出站客流疏散能力。一些大型樞紐車站疏散空間不足，如：世紀(jì)大道站是2、4、6、8號(hào)線的4線換乘站，是全網(wǎng)換乘量最大的樞紐站，該站的高峰小時(shí)客流已經(jīng)達(dá)到96 898人次，其中換乘客流74 915人次；該站客流流線復(fù)雜，換乘大廳分為AB兩個(gè)廳，疏散空間不足；由于6號(hào)線的換乘客流很大，因此世紀(jì)大道站的疏散能力將影響6號(hào)線的運(yùn)能提升。

1. 4 運(yùn)營(yíng)調(diào)整靈活性不足

上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流不均衡性現(xiàn)象突出。時(shí)間上的不均衡體現(xiàn)在早晚高峰與平峰的客流量差異大；空間上的不均衡體現(xiàn)在線路上下行的客流量差異大，如7號(hào)線早高峰下行最大斷面客流量?jī)H為上行的57%，16號(hào)線早高峰上行最大斷面客流量?jī)H為下行的20%。應(yīng)對(duì)客流不均衡需要開行單邊交路，但因配線設(shè)置不夠靈活，運(yùn)營(yíng)調(diào)整難度較大，如6號(hào)線，在大客流斷面云山路站—世紀(jì)大道站前可供備車停放以便高峰插車的停車線僅有巨峰路站一處。

上海軌道交通客流發(fā)展特征是小交路區(qū)段外延，因此需對(duì)運(yùn)行交路進(jìn)行調(diào)整。如1號(hào)線，目前的小交路折返點(diǎn)在上海火車站站，上海火車站站以北區(qū)段客流量大，但由于北段停車線無(wú)折返條件，因此無(wú)法調(diào)整小交路折返點(diǎn)。

2 上海軌道交通運(yùn)營(yíng)問題原因分析

2. 1 系統(tǒng)能力對(duì)客流變化的適應(yīng)性不足

既有運(yùn)營(yíng)線路的系統(tǒng)能力設(shè)計(jì)以客流預(yù)測(cè)為依據(jù)，對(duì)實(shí)際客流與預(yù)測(cè)客流的偏差考慮不足，這一情況在3、4、6、8號(hào)線上尤其突出。3、4號(hào)線受共線段能力的限制，其運(yùn)能無(wú)法提升；6、8號(hào)線是城市化密集區(qū)的市區(qū)線路，采用的是小型車小編組，系統(tǒng)規(guī)模先天不足。另外，與系統(tǒng)能力相關(guān)的折返能力、供電能力、車輛基地規(guī)模預(yù)留不足，如：莘莊站的實(shí)際折返能力不能達(dá)到設(shè)計(jì)的30對(duì)/h；7號(hào)線，如配合小交路外延，則需要進(jìn)行供電改造和車輛基地?cái)U(kuò)建。1、2號(hào)線在系統(tǒng)能力做了充分預(yù)留，系統(tǒng)規(guī)模為8A，其設(shè)計(jì)可供借鑒；1號(hào)線在車輛基地規(guī)模預(yù)留上更是典范，按照單一交路8A預(yù)留，因此不存在后期車輛基地規(guī)模不足的問題；2號(hào)線為長(zhǎng)大線路，布置了3座車場(chǎng)，運(yùn)營(yíng)更為靈活。

2. 2 車站規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)低和布局不合理

造成既有網(wǎng)絡(luò)車站規(guī)模普遍偏小的原因有：①車站的站臺(tái)寬度、樓扶梯數(shù)量、出入口數(shù)量等設(shè)計(jì)以客流預(yù)測(cè)值為依據(jù)，沒有考慮到實(shí)際客流與預(yù)測(cè)客流的偏差，因而沒有做好規(guī)模預(yù)留；② 1～5號(hào)線建設(shè)時(shí)，上海市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案還沒形成，因而未考慮到規(guī)劃線路的接入，因此先期開通的線路無(wú)法適應(yīng)規(guī)劃線路開通的換乘客流需求；③換乘理念追求錨固和方便的原則，沒有考慮到大客流情況下需要緩沖疏散空間來(lái)確保運(yùn)營(yíng)的安全。

2. 3 系統(tǒng)能力與相關(guān)專業(yè)匹配性不足

1) 折返能力設(shè)計(jì)與各專業(yè)的匹配性不足。信號(hào)折返能力已成為限制運(yùn)能提升的大瓶頸。安全距離長(zhǎng)度、道岔限速、車輛設(shè)備響應(yīng)、停站時(shí)間等都和折返能力密切相關(guān)。目前各專業(yè)的匹配性設(shè)計(jì)較弱，這造成了線路的實(shí)際折返能力達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)的30對(duì)/h。

2) 旅行速度設(shè)計(jì)各影響因素匹配性考慮不足。目前運(yùn)營(yíng)中的實(shí)際旅行速度不能達(dá)到設(shè)計(jì)的35 km/h，部分線路需通過擴(kuò)建車輛基地提升運(yùn)能。影響旅行速度的主要因素有站間距、停站時(shí)間、最高運(yùn)行速度。設(shè)計(jì)和實(shí)際停站時(shí)間不匹配，停站時(shí)間與設(shè)備響應(yīng)時(shí)間、客流量、司機(jī)作業(yè)時(shí)間有關(guān)，一些車站設(shè)計(jì)停站時(shí)間取25 s、30 s，與實(shí)際情況不符。最高運(yùn)行速度是在車輛、線路、軌道、限界、信號(hào)、結(jié)構(gòu)各專業(yè)的匹配設(shè)計(jì)后，最終才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)值80 km/h。目前與最高運(yùn)行速度相關(guān)的各專業(yè)的匹配性設(shè)計(jì)不足，因而影響線路的最高運(yùn)行速度，如6、7、8號(hào)線最高運(yùn)行速度直線段僅為75 km/h，曲線段最高運(yùn)行速度僅為70 km/h。

2. 4 配線設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)低

以往的配線設(shè)計(jì)對(duì)運(yùn)營(yíng)靈活的作用考慮不足，弱化了配線設(shè)計(jì)的重要性。如：受工程建設(shè)條件限制時(shí)，配線按規(guī)范的最低標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置；當(dāng)實(shí)施難度大時(shí)，不惜降低停車線的功能，甚至取消配線的設(shè)置。一些車站停車線上下行沒有完全與正線貫通，如2號(hào)線威寧路站和8號(hào)線曲陽(yáng)路站(見圖1)。從上海城市發(fā)展的情況來(lái)看，隨著人口向外圍遷移，原設(shè)計(jì)小交路點(diǎn)也需要外移，早期開通的線路因配線設(shè)計(jì)沒有適當(dāng)考慮客流的這種特性，因此在小交路折返點(diǎn)和終點(diǎn)站之間沒有設(shè)置可供將來(lái)運(yùn)營(yíng)調(diào)整的折返線或停車線。

圖1 功能不完備的停車線設(shè)置

3 對(duì)線路總體設(shè)計(jì)的建議

根據(jù)以上對(duì)上海軌道交通運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀存在的問題及其原因分析，就城市軌道交通總體設(shè)計(jì)中關(guān)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模、車站建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)能力的匹配性設(shè)計(jì)、配線設(shè)計(jì)等方面提出如下一些對(duì)策及建議。

3. 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模

1) 車輛選型與編組。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，系統(tǒng)規(guī)模不應(yīng)以客流預(yù)測(cè)為單一基準(zhǔn)，而應(yīng)同時(shí)考慮城市的規(guī)模及線路在城市中的功能定位。我國(guó)特大型城市以及大型城市其主要客流走廊上的線路，列車應(yīng)采用8A編組，在國(guó)產(chǎn)化率高、技術(shù)成熟、網(wǎng)絡(luò)化效益強(qiáng)的情況下，甚至可以采用更寬的車體。服務(wù)于城市化程度高的中心城區(qū)的線路，列車至少應(yīng)采用6A編組。服務(wù)于城市化程度相對(duì)較高的中心城區(qū)及周邊地區(qū)城市化程度較低的客運(yùn)走廊的線路，車輛可采用C型車，但列車至少應(yīng)采用6節(jié)編組。長(zhǎng)大市域線路應(yīng)采用A型車，并適當(dāng)提高編組數(shù)量。市域線中連接新城和中心城區(qū)的線路，列車至少應(yīng)采用6A編組。

2) 車輛基地規(guī)模。車輛基地按照用地規(guī)模一次預(yù)留、分期建設(shè)可以規(guī)避后續(xù)規(guī)劃征地流程上和實(shí)際操作性方面的風(fēng)險(xiǎn)。城市化帶來(lái)了城市人口逐步往外擴(kuò)張，小交路有往外拓展的需求，因此：對(duì)于非長(zhǎng)大線路的車輛基地，應(yīng)按照單一交路30對(duì)/h預(yù)留用地規(guī)模；對(duì)于長(zhǎng)大市域線路，可合理選擇小交路點(diǎn)(宜在城市中心區(qū)外圍附近)，其車輛基地應(yīng)按大小交路30對(duì)/h預(yù)留用地規(guī)模，為未來(lái)運(yùn)能的提升提供車輛基地改擴(kuò)建的條件。

3) 變電所容量。主變電所及牽引變電所的改造難度較大，供電設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留一定余量，為未來(lái)的增能提供一定條件。對(duì)于非長(zhǎng)大線路，其正線牽引負(fù)荷應(yīng)按遠(yuǎn)期高峰小時(shí)列車最大行車對(duì)數(shù)且全線單一交路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)預(yù)留一定的裕量；對(duì)于長(zhǎng)大線路，應(yīng)考慮其遠(yuǎn)景年的行車交路，做好預(yù)留。

3. 2 車站建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

車站土建規(guī)模是百年大計(jì)，一旦實(shí)施，改造的可能性較小?？紤]到車站周邊土地功能和開發(fā)強(qiáng)度有調(diào)整的可能性，車站土建規(guī)模設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)上有所提高。

1) 站臺(tái)寬度。應(yīng)根據(jù)所屬線路在網(wǎng)絡(luò)中的功能、車站在城市中的區(qū)位、車站在網(wǎng)絡(luò)中的重要程度、客流增加的不確定等因素來(lái)綜合考慮，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果，確定合理的站臺(tái)寬度。上海在新線建設(shè)中提高了建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：中心城區(qū)地下島式車站站臺(tái)寬度不宜小于12 m，換乘站站臺(tái)寬度不宜小于14 m；島式站臺(tái)側(cè)站臺(tái)凈寬不應(yīng)小于2.5 m，側(cè)式車站側(cè)站臺(tái)凈寬不宜小于3.5 m。對(duì)于大型換乘樞紐，更應(yīng)充分預(yù)留足夠的大客流疏散空間。

2) 樓扶梯通行能力。根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，1 m寬、運(yùn)行速度0.65 m/s的自動(dòng)扶梯，其通過能力不大于8 190人/h。在車站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，上海軌道交通車站自動(dòng)扶梯的通過能力僅為5 850人/h。在新線建設(shè)中，相應(yīng)地提高了車站自動(dòng)扶梯的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，DG/TJ 08-2232—2017《城市軌道交通工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，1 m寬、運(yùn)行速度0.65 m/s的自動(dòng)扶梯通過能力為5 850～8 190人/h[2]，設(shè)計(jì)取低值。

3) 換乘通道寬度。上海軌道交通2條線路換乘中，同時(shí)有2列列車到達(dá)情況高達(dá)90%以上，高峰時(shí)極端情況下會(huì)有4列列車同時(shí)到達(dá)的情況。因此，對(duì)于2 min行車間隔的線路，可按一個(gè)行車間隔內(nèi)最大計(jì)算換乘客流斷面通過時(shí)間不大于1 min，有條件的車站可按不大于0.5 min設(shè)計(jì)，這樣即可分別滿足2列或4列列車同時(shí)到達(dá)情況下的乘客換乘通行。

3. 3 系統(tǒng)能力的匹配性設(shè)計(jì)

從目前的運(yùn)營(yíng)存在的問題來(lái)看，運(yùn)能提升受旅行速度和折返能力的限制，因此需做好各專業(yè)匹配性設(shè)計(jì)，以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1) 折返能力匹配性設(shè)計(jì)。提高折返能力需要對(duì)信號(hào)、線路、軌道、供電、行車各專業(yè)進(jìn)行充分的匹配性設(shè)計(jì)[6]，具體要求如下：① 選取信號(hào)系統(tǒng)等級(jí)較高的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，有效控制折返作業(yè)過程中的車載設(shè)備換端作業(yè)時(shí)間。② 站后折返，線路專業(yè)應(yīng)保證折返站和道岔區(qū)域的距離滿足安全防護(hù)距離需求；站前折返，應(yīng)盡量縮短道岔區(qū)域與折返站的距離間隔。③ 增加軌旁信號(hào)設(shè)備，以縮短正線閉塞設(shè)計(jì)間隔，提高接車作業(yè)能力。④ 線路專業(yè)，應(yīng)盡量縮短線間距；軌道專業(yè)，應(yīng)盡量采取側(cè)向通過設(shè)計(jì)速度較高的道岔。

2) 最高運(yùn)行速度匹配設(shè)計(jì)。最高運(yùn)行速度達(dá)不到80 km/h是旅行速度偏低的重要原因。如果要使最高運(yùn)行速度達(dá)到80 km/h的目標(biāo)值，就需要挖掘車輛、限界、線路、結(jié)構(gòu)和信號(hào)各專業(yè)間的重復(fù)防護(hù)潛力，并進(jìn)行匹配性設(shè)計(jì)，以提高ATP(列車自動(dòng)保護(hù))頂篷速度。根據(jù)上海軌道交通企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通列車運(yùn)行速度限制與匹配技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[5]，對(duì)于線路等級(jí)速度為80 km/h得線路，各專業(yè)有如下取值：車輛構(gòu)造速度≥90 km/h，車輛緊急制動(dòng)觸發(fā)速度為88 km/h，最大動(dòng)態(tài)包絡(luò)線計(jì)算速度為90 km/h，線路曲線臨界速度取未被平衡的離心加速度為0.5 m/s2時(shí)的曲線通過速度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)速度≥90 km/h，ATP頂篷速度為87 km/h，ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)目標(biāo)速度≥78 km/h。

3. 4 加強(qiáng)配線設(shè)計(jì)

應(yīng)對(duì)客流的不均衡性，停車線應(yīng)與上下行正線分別雙向連通，以便于雙向列車進(jìn)出，高峰時(shí)還可以用于停放備車，有利于上下行不對(duì)稱交路的運(yùn)營(yíng)組織。

隨著城市范圍的擴(kuò)張，中心城區(qū)范圍不斷外移，存在小交路外移的可能性，此時(shí)終點(diǎn)站與小交路折返站之間需新設(shè)小交路折返站。建議在小交路折返點(diǎn)站與終點(diǎn)站區(qū)段設(shè)計(jì)停車線，并應(yīng)具有自動(dòng)折返功能，且站臺(tái)布置應(yīng)具有完善的乘降功能。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，對(duì)城市人口增長(zhǎng)預(yù)測(cè)比較難把控，建議在城市軌道交通線路總體設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，加大設(shè)計(jì)余量，加強(qiáng)專業(yè)的匹配性設(shè)計(jì)，提高總體設(shè)計(jì)能力。