上海軌道交通網(wǎng)絡運營現(xiàn)狀分析及對線路總體設(shè)計的建議*

沈 堅

(上海申通地鐵集團有限公司技術(shù)中心，201103,上海∥第一作者，高級工程師)

從1995年上海軌道交通1號線建成以來，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運營里程、365座車站的軌道交通網(wǎng)絡，全網(wǎng)最高日客流量已達到1 186.67萬人次，大客流成為網(wǎng)絡運營的新常態(tài)。目前，上海軌道交通各條線路高峰時段普遍擁擠，運能與客流矛盾突出，客流不均衡性明顯，部分車站客流集散能力不足。鑒于如此大的運營規(guī)模和不可忽視的運營管理壓力，有必要重新審視城市軌道交通設(shè)計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，避免新的短板產(chǎn)生。

1 上海軌道交通運營現(xiàn)狀及存在的問題

1. 1 高峰運能配置不足

截至2017年4月，14條運營線路中，除4、10、12、13號線外，其他10條線路滿載率均接近或超過100%，高峰時段運能配置不足。14條線路中有8條線路行車間隔已達到3 min以內(nèi)，有6條線路現(xiàn)狀客流已接近或超出遠期的客流預測，詳見表1。根據(jù)歷史客流增長情況和系統(tǒng)設(shè)計能力富余率對比分析，運能與客流需求矛盾突出的有6條線路：① 受3、4號線共線段能力24對/h限制，3號線無富余運能。② 6號線是4節(jié)編組(小型車)，目前高峰高段面滿載率高達134%，行車間隔為2 min 15 s，運能提升空間有限，而且近5年年均客流增長率仍維持在10.2%。③ 8號線土建預留能夠滿足7節(jié)編組(小型車)需求。但目前8號線的最小行車間隔為2 min 22 s，系統(tǒng)設(shè)計能力富余率僅為6.7%，而且近5年年均客流增長率仍維持在9.4%。 6、8號線系統(tǒng)規(guī)模偏小，與客流需求不匹配。④ 9號線是長大市域線路，目前高峰高段面滿載率高達134%，系統(tǒng)設(shè)計能力富余率僅為10.7%，而且5年年均客流增長率仍維持在10.3%。9號線三期開通后，客流量還將進一步增加。⑤ 花橋段和迪士尼段開通后，11號線客流增長很快，增長高達35.6%，而系統(tǒng)設(shè)計能力富余率僅為14.1%。蘇州S1線接入后，預計客流量還將增加。

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

1. 2 運能提升存在瓶頸

在既有網(wǎng)絡運能提升的實施過程中，存在部分車輛基地規(guī)模、折返能力、出入場能力、供電能力等設(shè)施設(shè)備能力不足的情況，需進行升級改造。如：1號線(莘莊站—富錦路站)原設(shè)計按大小交路設(shè)計，隨著城市外圍地區(qū)的快速發(fā)展，1號線目前需開行單一交路30對/h，而莘莊站折返能力為164 s(22對/h)，北延伸上?；疖囌尽诲\路段供電系統(tǒng)為按遠期交路20對/h設(shè)計，因此需對折返能力、供電能力進行提升改造；6、8號線小交路位置也需要在原設(shè)計位置外延，加上實際旅行速度低于設(shè)計的原因，運營用車數(shù)大于設(shè)計用車數(shù)，需對部分車輛基地進行擴建。老線列車出入場一般為調(diào)車進路模式，單線出庫能力僅為250～300 s；而隨著上海軌道交通開行密度逐步增加以及延時運營，為確保夜間一定的維護天窗時間，需提高出入場效率。因此，現(xiàn)在正逐步根據(jù)需求將老線列車出入場模式改為與列調(diào)結(jié)合的出庫模式，或?qū)④噲龈脑霢TC(列車自動控制)車場。

1. 3 高峰車站集散能力不足

既有網(wǎng)絡中一些車站的設(shè)施設(shè)備能力在高峰時段無法與客流量相匹配，站廳/站臺蓄客能力、站臺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站、莘莊站、上?；疖囌菊?、沈杜公路站等9座車站，并計劃對蓮花路站、佘山站、世紀大道站等6座車站進行改造，通過增加站臺至站廳的樓扶梯、拓寬站臺寬度、增加出入口、增加進出站閘機、優(yōu)化站廳布局等提高進出站客流疏散能力。一些大型樞紐車站疏散空間不足，如：世紀大道站是2、4、6、8號線的4線換乘站，是全網(wǎng)換乘量最大的樞紐站，該站的高峰小時客流已經(jīng)達到96 898人次，其中換乘客流74 915人次；該站客流流線復雜，換乘大廳分為AB兩個廳，疏散空間不足；由于6號線的換乘客流很大，因此世紀大道站的疏散能力將影響6號線的運能提升。

1. 4 運營調(diào)整靈活性不足

上海軌道交通網(wǎng)絡客流不均衡性現(xiàn)象突出。時間上的不均衡體現(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號線早高峰下行最大斷面客流量僅為上行的57%，16號線早高峰上行最大斷面客流量僅為下行的20%。應對客流不均衡需要開行單邊交路，但因配線設(shè)置不夠靈活，運營調(diào)整難度較大，如6號線，在大客流斷面云山路站—世紀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，因此需對運行交路進行調(diào)整。如1號線，目前的小交路折返點在上?；疖囌菊荆虾；疖囌菊疽员眳^(qū)段客流量大，但由于北段停車線無折返條件，因此無法調(diào)整小交路折返點。

2 上海軌道交通運營問題原因分析

2. 1 系統(tǒng)能力對客流變化的適應性不足

既有運營線路的系統(tǒng)能力設(shè)計以客流預測為依據(jù)，對實際客流與預測客流的偏差考慮不足，這一情況在3、4、6、8號線上尤其突出。3、4號線受共線段能力的限制，其運能無法提升；6、8號線是城市化密集區(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)模預留不足，如：莘莊站的實際折返能力不能達到設(shè)計的30對/h；7號線，如配合小交路外延，則需要進行供電改造和車輛基地擴建。1、2號線在系統(tǒng)能力做了充分預留，系統(tǒng)規(guī)模為8A，其設(shè)計可供借鑒；1號線在車輛基地規(guī)模預留上更是典范，按照單一交路8A預留，因此不存在后期車輛基地規(guī)模不足的問題；2號線為長大線路，布置了3座車場，運營更為靈活。

2. 2 車站規(guī)模標準低和布局不合理

造成既有網(wǎng)絡車站規(guī)模普遍偏小的原因有：①車站的站臺寬度、樓扶梯數(shù)量、出入口數(shù)量等設(shè)計以客流預測值為依據(jù)，沒有考慮到實際客流與預測客流的偏差，因而沒有做好規(guī)模預留；② 1～5號線建設(shè)時，上海市的軌道交通網(wǎng)絡規(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法適應規(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確保運營的安全。

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)計與各專業(yè)的匹配性不足。信號折返能力已成為限制運能提升的大瓶頸。安全距離長度、道岔限速、車輛設(shè)備響應、停站時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)計較弱，這造成了線路的實際折返能力達不到設(shè)計時的30對/h。

2) 旅行速度設(shè)計各影響因素匹配性考慮不足。目前運營中的實際旅行速度不能達到設(shè)計的35 km/h，部分線路需通過擴建車輛基地提升運能。影響旅行速度的主要因素有站間距、停站時間、最高運行速度。設(shè)計和實際停站時間不匹配，停站時間與設(shè)備響應時間、客流量、司機作業(yè)時間有關(guān)，一些車站設(shè)計停站時間取25 s、30 s，與實際情況不符。最高運行速度是在車輛、線路、軌道、限界、信號、結(jié)構(gòu)各專業(yè)的匹配設(shè)計后，最終才能實現(xiàn)設(shè)計目標值80 km/h。目前與最高運行速度相關(guān)的各專業(yè)的匹配性設(shè)計不足，因而影響線路的最高運行速度，如6、7、8號線最高運行速度直線段僅為75 km/h，曲線段最高運行速度僅為70 km/h。

2. 4 配線設(shè)置標準低

以往的配線設(shè)計對運營靈活的作用考慮不足，弱化了配線設(shè)計的重要性。如：受工程建設(shè)條件限制時，配線按規(guī)范的最低標準設(shè)置；當實施難度大時，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號線威寧路站和8號線曲陽路站(見圖1)。從上海城市發(fā)展的情況來看，隨著人口向外圍遷移，原設(shè)計小交路點也需要外移，早期開通的線路因配線設(shè)計沒有適當考慮客流的這種特性，因此在小交路折返點和終點站之間沒有設(shè)置可供將來運營調(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 對線路總體設(shè)計的建議

根據(jù)以上對上海軌道交通運營現(xiàn)狀存在的問題及其原因分析，就城市軌道交通總體設(shè)計中關(guān)于系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模、車站建筑設(shè)計標準、系統(tǒng)能力的匹配性設(shè)計、配線設(shè)計等方面提出如下一些對策及建議。

3. 1 系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模

1) 車輛選型與編組。在規(guī)劃設(shè)計階段，系統(tǒng)規(guī)模不應以客流預測為單一基準，而應同時考慮城市的規(guī)模及線路在城市中的功能定位。我國特大型城市以及大型城市其主要客流走廊上的線路，列車應采用8A編組，在國產(chǎn)化率高、技術(shù)成熟、網(wǎng)絡化效益強的情況下，甚至可以采用更寬的車體。服務于城市化程度高的中心城區(qū)的線路，列車至少應采用6A編組。服務于城市化程度相對較高的中心城區(qū)及周邊地區(qū)城市化程度較低的客運走廊的線路，車輛可采用C型車，但列車至少應采用6節(jié)編組。長大市域線路應采用A型車，并適當提高編組數(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)模一次預留、分期建設(shè)可以規(guī)避后續(xù)規(guī)劃征地流程上和實際操作性方面的風險。城市化帶來了城市人口逐步往外擴張，小交路有往外拓展的需求，因此：對于非長大線路的車輛基地，應按照單一交路30對/h預留用地規(guī)模；對于長大市域線路，可合理選擇小交路點(宜在城市中心區(qū)外圍附近)，其車輛基地應按大小交路30對/h預留用地規(guī)模，為未來運能的提升提供車輛基地改擴建的條件。

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)計時應預留一定余量，為未來的增能提供一定條件。對于非長大線路，其正線牽引負荷應按遠期高峰小時列車最大行車對數(shù)且全線單一交路進行設(shè)計，并應預留一定的裕量；對于長大線路，應考慮其遠景年的行車交路，做好預留。

3. 2 車站建筑設(shè)計標準

車站土建規(guī)模是百年大計，一旦實施，改造的可能性較小?？紤]到車站周邊土地功能和開發(fā)強度有調(diào)整的可能性，車站土建規(guī)模設(shè)計標準應在現(xiàn)有的國家標準和地方標準上有所提高。

1) 站臺寬度。應根據(jù)所屬線路在網(wǎng)絡中的功能、車站在城市中的區(qū)位、車站在網(wǎng)絡中的重要程度、客流增加的不確定等因素來綜合考慮，并結(jié)合計算結(jié)果，確定合理的站臺寬度。上海在新線建設(shè)中提高了建設(shè)標準：中心城區(qū)地下島式車站站臺寬度不宜小于12 m，換乘站站臺寬度不宜小于14 m；島式站臺側(cè)站臺凈寬不應小于2.5 m，側(cè)式車站側(cè)站臺凈寬不宜小于3.5 m。對于大型換乘樞紐，更應充分預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)計規(guī)范》，1 m寬、運行速度0.65 m/s的自動扶梯，其通過能力不大于8 190人/h。在車站現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)，上海軌道交通車站自動扶梯的通過能力僅為5 850人/h。在新線建設(shè)中，相應地提高了車站自動扶梯的建設(shè)標準，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、運行速度0.65 m/s的自動扶梯通過能力為5 850～8 190人/h[2]，設(shè)計取低值。

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

3. 3 系統(tǒng)能力的匹配性設(shè)計

從目前的運營存在的問題來看，運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，以達到設(shè)計目標。

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

2) 最高運行速度匹配設(shè)計。最高運行速度達不到80 km/h是旅行速度偏低的重要原因。如果要使最高運行速度達到80 km/h的目標值，就需要挖掘車輛、限界、線路、結(jié)構(gòu)和信號各專業(yè)間的重復防護潛力，并進行匹配性設(shè)計，以提高ATP(列車自動保護)頂篷速度。根據(jù)上海軌道交通企業(yè)標準《城市軌道交通列車運行速度限制與匹配技術(shù)標準》[5]，對于線路等級速度為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，車輛緊急制動觸發(fā)速度為88 km/h，最大動態(tài)包絡線計算速度為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時的曲線通過速度，結(jié)構(gòu)設(shè)計速度≥90 km/h，ATP頂篷速度為87 km/h，ATO(列車自動運行)目標速度≥78 km/h。

3. 4 加強配線設(shè)計

應對客流的不均衡性，停車線應與上下行正線分別雙向連通，以便于雙向列車進出，高峰時還可以用于停放備車，有利于上下行不對稱交路的運營組織。

隨著城市范圍的擴張，中心城區(qū)范圍不斷外移，存在小交路外移的可能性，此時終點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站與終點站區(qū)段設(shè)計停車線，并應具有自動折返功能，且站臺布置應具有完善的乘降功能。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展，城市化進程不斷加快，對城市人口增長預測比較難把控，建議在城市軌道交通線路總體設(shè)計時適當提高設(shè)計標準，加大設(shè)計余量，加強專業(yè)的匹配性設(shè)計，提高總體設(shè)計能力。