青島地鐵M1線快慢車運(yùn)行模式分析

張嘉敏 張嘉銳

摘? 要：青島地鐵M1線是跨海連接膠州灣西海岸新區(qū)與東岸青島主城區(qū)的南北向長(zhǎng)距離干線，預(yù)測(cè)遠(yuǎn)景年客流強(qiáng)度為1.8萬(wàn)人次/公里·天。分析了快慢車運(yùn)行模式的特點(diǎn)及其對(duì)于青島地鐵M1線適用性，確定了M1線快慢車運(yùn)行交路及快車停站;依據(jù)國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)及其計(jì)算原理，估算了M1線初期、近期、遠(yuǎn)期的快慢車開(kāi)行密度比例，提出了M1線快慢車越行組織方法。對(duì)于青島市、山東省乃至全國(guó)的城市軌道交通長(zhǎng)大線路的行車組織具有極大的理論與實(shí)踐借鑒意義。

關(guān)鍵詞：青島地鐵M1線;快慢車;運(yùn)行交路與停站;列車密度;越行組織

中圖分類號(hào)：U293.5? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0053-05

Abstract： The Qingdao Metro Line M1 is a south-north bound backbone line connecting the west coast new district and the main district in the east coast of Qingdao across the sea. The density of the passenger volume is predicted as 18000 people per day kilometer in the long run. The characteristics of the express/local train mode and its adaptability to M1 are analyzed at first， and then the train routes and the stops of the express train are determined. According to the national and abroad operation practices as well as the computing principles， the number and proportion of the express/local train pairs are estimated in the short， mid and long term. Also the method for overtaking organization is proposed. This study is very instrumental to the operation of the long-distance urban rail transit in Qingdao， Shandong even the whole nation in the sense of theory and practice.

Keywords： Qingdao Metro Line M1; express/local train; train routes and stops; density of trains; overtaking

截至2019年底，全國(guó)共有40個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通，線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)里程達(dá)6730.27公里，50多個(gè)城市在建線路達(dá)6000多公里，城市軌道交通成為城市公共交通的骨干，呈現(xiàn)出信息化、多樣化、密集化、高速化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的特征，其中部分線路適宜采取快慢車的運(yùn)行模式，以有效減小軌道交通線網(wǎng)不同區(qū)間客流特征及列車頻繁停站對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

1 快慢車運(yùn)行模式的特點(diǎn)與適用性分析

1.1 快慢車開(kāi)行模式的特點(diǎn)

快慢車運(yùn)行模式是從運(yùn)輸組織適應(yīng)客流特征的角度出發(fā)，通?？炻囎罡咚俣认嗤?，根據(jù)線路的長(zhǎng)、短途客流特點(diǎn)和通過(guò)能力利用情況，主要利用列車停站方案的不同實(shí)現(xiàn)列車以不同速度運(yùn)行，即在開(kāi)行站站停慢車的基礎(chǔ)上，同時(shí)開(kāi)行越站快車的列車開(kāi)行方案[1];慢車在沿線各站均停車，滿足短途客流需求并增大運(yùn)營(yíng)服務(wù)的可達(dá)性，快車則在客流集散較大的車站停車，提高長(zhǎng)距離出行乘客的旅行速度[2];是在長(zhǎng)距離線路為提高長(zhǎng)距離出行乘客旅行速度并兼顧短距離乘客直達(dá)性的一種運(yùn)輸組織方法[3]，適用于不均衡客流分布比較分散的線路，是滿足乘客出行時(shí)間需求差異的重要途徑[4]。根據(jù)快車是否需要越行前行慢車或線路是否具有越行條件，快慢車運(yùn)行方案可分為：（1）無(wú)越行模式（即快車部分車站不停站，但不越行前行慢車），我國(guó)多數(shù)長(zhǎng)距離城市軌道交通采用復(fù)線形式，且不具備越行條件，在客流平峰期發(fā)車間隔較大時(shí)，可能具備追蹤運(yùn)行快慢車的條件;在高峰期發(fā)車間隔較小時(shí)，可能不再具備追蹤運(yùn)行快慢車的條件，或者快車的跨站數(shù)量減少;（2）有越行模式（即快車部分車站不停站，導(dǎo)致與前行慢車追蹤間隔小于最小追蹤間隔，快車越行前行慢車），在發(fā)車頻率較高、通過(guò)能力較為緊張時(shí)，有越行條件提高了開(kāi)行快慢車的可能性。在有越行模式下，快慢車運(yùn)行模式具體細(xì)分如表1所示。常見(jiàn)的快慢車組合形式[5，6]有（1）快車+慢車;（2）特快車（直達(dá)車）+快車+慢車，其中特快車僅?？科鸾K點(diǎn)和乘降量很大的車站或者僅在起終點(diǎn)站停站，其余車站越站不停，快車則在日均乘降量不足5萬(wàn)人次的車站越站不停，慢車則站站均停;也可在第二種形式的基礎(chǔ)上，增開(kāi)多種類型快車方案，進(jìn)而衍生出多種快慢車組合方案?？燔囃？寇囌具x擇、快車越行慢車方式、快慢車開(kāi)行比例是確定城市軌道交通快慢車開(kāi)行方案時(shí)需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

城市軌道交通線路長(zhǎng)度大于30km、乘客平均乘距不小于線路長(zhǎng)度1/4、客流集中分布在幾個(gè)主要站點(diǎn)的長(zhǎng)大線路具有開(kāi)行快慢車的必要性[7]。城市軌道交通快慢車運(yùn)行模式在國(guó)外已經(jīng)有很多成功的案例，例如日本的筑波快線、JR中央快速線等;在國(guó)內(nèi)，北京（6 號(hào)線、1號(hào)線早高峰開(kāi)行從蘋果園至玉泉路的快車）、上海（16號(hào)線快慢車單程運(yùn)行時(shí)間較站站停慢車縮短約12min[8];6號(hào)線早高峰開(kāi)行了在草房、常營(yíng)站跨站通過(guò)的快車，其快慢車比例為1：3）、香港（香港地鐵機(jī)場(chǎng)線/東涌線）、廣州（廣州地鐵14號(hào)線[5]、成都、重慶等地也開(kāi)始了快慢車運(yùn)營(yíng)模式的嘗試[9]。與平行成對(duì)的站站停運(yùn)營(yíng)模式相比，快慢車運(yùn)營(yíng)模式更加適應(yīng)客流特征、遵循更加人性化的運(yùn)營(yíng)理念以滿足不同乘客出行需求，其優(yōu)點(diǎn)在于快車乘客出行時(shí)間減少、列車速度快配屬少、運(yùn)營(yíng)能耗小，其缺點(diǎn)在于建設(shè)成本高、慢車乘客出行時(shí)間增加等。

1.2 青島地鐵M1線開(kāi)行快慢車適用性分析

快慢車組合運(yùn)營(yíng)的影響因素主要涉及列車停站時(shí)間、起停時(shí)分、最小追蹤間隔時(shí)間、快慢車開(kāi)行比例、越行站設(shè)置位置、越行站配線方案、折返站的折返能力等，快慢車運(yùn)行模式的適用性的基本依據(jù)是符合客流的空間分布特征;越站、快速列車通常只有在線路較長(zhǎng)（里程超過(guò)35km的城市軌道交通線路為長(zhǎng)大線路）、存在長(zhǎng)距離出行需求（如遠(yuǎn)郊通勤、跨區(qū)/跨城出行）時(shí)，才有必要研究設(shè)置。不同的客流條件下，快慢車運(yùn)營(yíng)組織模式亦不同，根據(jù)文獻(xiàn)[3]的研究結(jié)論，當(dāng)客流較小、發(fā)車頻率小于16列/h時(shí)，無(wú)越行的快慢車模式效果更優(yōu);當(dāng)客流適中、發(fā)車頻率在16～22列/h時(shí)，有越行的快慢車模式更優(yōu);當(dāng)客流較大、發(fā)車頻率大于22列/h時(shí)，站站停模式效果更優(yōu)。

2015年12月，隨著地鐵M3線的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)[10]，青島進(jìn)入“地鐵時(shí)代”;截至2019年底，青島城市軌道交通運(yùn)營(yíng)里程達(dá)174km，位居全國(guó)第11位，車站86座，線路4條;到2021年年底，青島軌道交通將開(kāi)通運(yùn)營(yíng)9條線路，運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度將超過(guò)420km，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)[11]。青島地鐵M1線預(yù)計(jì)于2020年12月底開(kāi)通，屬于市域線，為南北走向直線型骨干線路，原規(guī)劃線路起自黃島峨眉山路站終至城陽(yáng)東郭莊站，形成了貫通青島市南北的快速軌道交通走廊，可與軌道線網(wǎng)中11條線路換乘，形成線網(wǎng)的互聯(lián)互通和資源共享，是重要客流通道，是近期線網(wǎng)中唯一跨海連接膠州灣西海岸新區(qū)與東岸青島主城區(qū)的城市軌道交通干線;原規(guī)劃線路全長(zhǎng)60.11km，共設(shè)站41座，全部為地下車站，平均站間距1.50km，據(jù)《青島市城市軌道交通第二期建設(shè)規(guī)劃調(diào)整方案（2013～2021年）》，將興國(guó)路站至東郭莊站一段拆分納入M7線一期運(yùn)營(yíng)，調(diào)整后的M1線路起自黃島區(qū)峨眉山路站，止于李滄區(qū)興國(guó)路站，線路長(zhǎng)42.7公里，設(shè)站29座，途經(jīng)黃島現(xiàn)狀區(qū)（含12座車站）、青島現(xiàn)狀區(qū)（含市南區(qū)、市北區(qū)、李滄區(qū)共計(jì)17座車站）的南北向骨干線路，連接了青島站、青島北站、流亭國(guó)際機(jī)場(chǎng)、黃島汽車站等重要交通樞紐，以及黃島中心區(qū)、薛家島、團(tuán)島、中山路商圈、臺(tái)東、海泊橋、滄口公園等重要客流聚集區(qū)，預(yù)測(cè)遠(yuǎn)景年客流強(qiáng)度為1.8萬(wàn)/公里·天[12]，同時(shí)服務(wù)于市中心短途客流和跨海長(zhǎng)途客流。

青島市人口在不斷擴(kuò)大，區(qū)域城市化在擴(kuò)張;青島城區(qū)道路網(wǎng)絡(luò)骨架由“四橫三縱”的快速網(wǎng)構(gòu)成，黃島城區(qū)道路網(wǎng)絡(luò)骨架由“四橫兩縱”的快速網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，從道路組成結(jié)構(gòu)看，作為連接組團(tuán)和對(duì)外聯(lián)絡(luò)的快速通道，主要集中在外圍地區(qū)，中心城區(qū)內(nèi)部與東部新區(qū)、黃島西海岸中心組團(tuán)間缺乏快速的連接通道;從公交線網(wǎng)密度看，最高的市南區(qū)僅有2.81km/km2，距離規(guī)范要求尚有一定距離，而黃島區(qū)僅為1.581km/km2。目前青島市轄區(qū)連接青島——黃島間現(xiàn)有交通體系中主要交通方式有海底隧道、跨海大橋、環(huán)膠州灣高速公路、輪渡，這幾條交通路線所提供的運(yùn)輸服務(wù)供給仍不能有效滿足兩地間的交通出行需求，在平日上下班通勤（早上7：00至下午19：00之間12小時(shí)占全天出行量比例為82.7%，早高峰和晚高峰現(xiàn)象明顯）、節(jié)假日探親旅游出行（客流量呈爆發(fā)式增長(zhǎng)）中兩地間人流、車流擁堵排長(zhǎng)隊(duì)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，尤其是隧道1路公交車擁堵現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，而地鐵M1線的建設(shè)運(yùn)營(yíng)對(duì)于緩解青島——黃島兩地間的運(yùn)力緊張局面將起到至關(guān)重要的作用。國(guó)內(nèi)外相關(guān)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)表明，較長(zhǎng)的線路通常對(duì)旅行時(shí)間有較高要求[7]，青島地鐵M1線預(yù)計(jì)采用6節(jié)編組B型列車，M1線距離長(zhǎng)、站點(diǎn)多、客流時(shí)空分布不均衡，如果采用傳統(tǒng)的站站停模式，其運(yùn)行效率和服務(wù)水平都得不到保證。因此，參照國(guó)內(nèi)外大都市圈（如北京、上海、紐約、倫敦、巴黎、東京）城市軌道交通運(yùn)行組織方式，從客流條件（客流量大、長(zhǎng)短途客流混雜）、行車條件、線路條件[13]幾方面來(lái)看，快慢車、多交路的運(yùn)營(yíng)組織模式更適合青島地鐵M1線沿線城區(qū)發(fā)展和客流特征，以滿足乘客多樣性的出行需求，減少乘客出行時(shí)間和城市軌道交通運(yùn)營(yíng)成本，較好的實(shí)現(xiàn)綜合社會(huì)效益[4，14，15]。

2 青島地鐵M1線列車運(yùn)行交路與快車停站的確定

2.1 快慢車運(yùn)行交路的確定

長(zhǎng)距離市域線的客流具有兩類需求特性[16]，一方面，從郊區(qū)到市中心的長(zhǎng)距離通勤乘客希望提高旅行速度、減少出行時(shí)間;另一方面，沿線各站間乘客希望無(wú)換乘地直達(dá)目的地。列車運(yùn)行交路的設(shè)置取決于斷面客流量空間變化情況，斷面客流不均衡程度越大，則越傾向于開(kāi)行多交路列車。按照線路地理位置、多組團(tuán)的城市空間結(jié)構(gòu)和客流特性，可將青島地鐵M1沿線組團(tuán)劃分為黃島現(xiàn)狀城區(qū)、薛家島、團(tuán)島、青島站、中山路商圈、臺(tái)東、海泊橋、中心醫(yī)院、青島北站、滄口公園等重要客流聚集區(qū)，沿線各城區(qū)組團(tuán)交流往來(lái)日益頻繁，但總體客流需求并非均勻分布，對(duì)比日本筑波線及上海地鐵16號(hào)線，M1線應(yīng)開(kāi)行多交路快慢列車;快車大交路設(shè)定為峨眉山路站——興國(guó)路站（貫通全線），慢車大交路設(shè)定為峨眉山路站——臺(tái)東站（連接青島——黃島兩區(qū)，重點(diǎn)解決青黃交通），慢車小交路設(shè)定為臺(tái)東站——興國(guó)路站，慢車大小交路在臺(tái)東站銜接，M1線列車運(yùn)行交路如圖1所示。

2.2 快車停站的確定

快車停站的確定需要綜合分析快慢車的越行行為，以及判定列車越行的條件[17，18]。不能在每一個(gè)可能發(fā)生越行的車站均設(shè)置越行線，需要通過(guò)考慮土地利用、客流特征、列車開(kāi)行密度（在采用一種越站方案的情況下，一般不宜設(shè)置連續(xù)越行2站以上的快車）、列車在首末站始發(fā)/終到的均衡程度（影響起/終點(diǎn)站的配線設(shè)置）、乘客時(shí)間效益、運(yùn)營(yíng)成本收益等條件在土建設(shè)計(jì)施工中綜合確定越行站點(diǎn)，或在運(yùn)營(yíng)中根據(jù)非平行運(yùn)行圖的技術(shù)特征，通過(guò)調(diào)整列車在始發(fā)站的發(fā)車間隔改變列車的越行地點(diǎn)（如在列車運(yùn)行過(guò)程中，慢車提前等待快車越行）。基于全線出行時(shí)間效益最大化的快車越站選擇，首要目標(biāo)是最大化乘坐快車的乘客的出行時(shí)間節(jié)約（這是開(kāi)行快車的初衷）;其次是最小化慢車乘客的出行時(shí)間增值（在線路通過(guò)能力一定的條件下，由于越站快車的開(kāi)行，導(dǎo)致在越行站乘降的慢車乘客候車時(shí)間延長(zhǎng)）。

按照列車跨站停車方式劃分，快慢車組合運(yùn)行可分為區(qū)段跨站停車和AB跨站停車兩類，前者是快慢車組合運(yùn)行中使用最為靈活的方法[4]?？燔囃？奎c(diǎn)主要取決于站點(diǎn)集散量，集散量較大的車站（如日均乘降量5萬(wàn)人次以上的車站）應(yīng)設(shè)為快車?？空荆瑵M足組團(tuán)中心與組團(tuán)中心之間長(zhǎng)途旅客的上下車要求，盡量將組團(tuán)中心站、重要換乘站、重要客流集散點(diǎn)等節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高的站點(diǎn)確定為快車停靠站[19]，同時(shí)，為了方便乘客換乘，小交路的折返點(diǎn)也應(yīng)設(shè)為快車?？空?據(jù)此，結(jié)合青島地鐵M1線站間距及各站的節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度與節(jié)點(diǎn)介數(shù)[20]，青島地鐵M1線大交路快車停站應(yīng)主要設(shè)置在峨眉山路站、井岡山路站、天目山路站、薛家島站、青島站、江蘇路站、臺(tái)東站、海泊橋站、中心醫(yī)院站、青島北站、興國(guó)路站，其中峨眉山路站與興國(guó)路站為首末站。通常將越行站設(shè)置在客流較小的車站，具體需從發(fā)車間隔的均衡性、越行位置的兼容性、配線分布的合理性和工程實(shí)施條件等方面進(jìn)行綜合比選，最終確定越行站設(shè)置數(shù)量和越行位置。

3 快慢車開(kāi)行密度比例估算

列車開(kāi)行對(duì)數(shù)主要取決于線路的最大斷面客流量，在設(shè)計(jì)快慢車開(kāi)行比例時(shí)，需要考慮組團(tuán)客流交互比例及快慢車能力等因素?？燔嚥煌Ｕ竟?jié)約的時(shí)間按1min計(jì)[9]，系統(tǒng)最小行車間隔按2min或可取90s考慮，考慮因開(kāi)行快慢車模式對(duì)系統(tǒng)能力造成的損失，國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明（如上海地鐵16號(hào)線、香港地鐵機(jī)場(chǎng)線/東涌線、巴黎RER A線、日本筑波線）[7]，開(kāi)行快慢車的線路系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力不大于24對(duì)/h。在已知單位時(shí)間T內(nèi)通過(guò)的所有類型的列車對(duì)數(shù)C、最小發(fā)車間隔hmin（通常取120s）、最小追蹤間隔I（通常取90s）的條件下，根據(jù)文獻(xiàn)[7]可推導(dǎo)出快慢車開(kāi)行比例P的計(jì)算公式（1）。另一方面，快車主要服務(wù)于中長(zhǎng)距離出行的乘客，也可根據(jù)出行距離大于5個(gè)區(qū)間的乘客數(shù)量Qij與出行距離小于等于5個(gè)區(qū)間的乘客數(shù)量Qij的比值，按公式（2）來(lái)估算快慢車開(kāi)行比例P[21]。

在快慢車實(shí)際運(yùn)營(yíng)組織過(guò)程中，為了方便運(yùn)行圖的鋪畫，一般將快慢車的開(kāi)行比例設(shè)為整數(shù)比[2]，文獻(xiàn)[18]對(duì)快慢車的各個(gè)開(kāi)行比例分別進(jìn)行了相關(guān)討論，給出了特定快、慢車比例組合下的列車開(kāi)行方案。依據(jù)公式（1）（2）計(jì)算原理推測(cè)，參照重慶軌道交通5號(hào)線[4，21]，上海地鐵16號(hào)線[8，18]，結(jié)合組團(tuán)間的客流交互比例，為滿足客流輸送需求，并保證一定的運(yùn)能儲(chǔ)備，估算青島地鐵M1線初期、近期、遠(yuǎn)期快慢車開(kāi)行密度比例如表2所示。根據(jù)建設(shè)運(yùn)營(yíng)工期，將M1線設(shè)計(jì)年限的初期定為2023年，近期定為2030年，遠(yuǎn)期定為2045年。

4 快慢車越行組織方法

以乘客出行感知時(shí)間、企業(yè)車底購(gòu)置費(fèi)用和車公里費(fèi)用三者最小為目標(biāo)，根據(jù)客流初期培育期、近期成長(zhǎng)期、遠(yuǎn)期成熟期的發(fā)展規(guī)律，青島地鐵M1線近期非高峰時(shí)段組織區(qū)間快慢車無(wú)越行均衡發(fā)車追蹤運(yùn)行，根據(jù)線路土建工程預(yù)留條件，遠(yuǎn)期考慮擴(kuò)建越行站，組織均衡發(fā)車車站越行，配置越行線的車站應(yīng)位于兩座大站之間的慢車?？空?，并依據(jù)快慢車模式下越行站流程圖[22]，在鋪畫運(yùn)行圖階段選擇判斷具體的越行站使慢車被快車越行。通常城市軌道交通的快慢車模式只允許發(fā)生簡(jiǎn)單越行[21]，即快車每次只能越行一列慢車，慢車每次只能被一列快車越行。青島地鐵M1線簡(jiǎn)單越行方案包括快車不在越行站停車上下客（圖2）和快車在越行站停車上下客（圖3）兩種情況，在快車區(qū)段跨站停車運(yùn)行的區(qū)間采取圖2方式的越行方案，在大交路慢車、小交路慢車的折返站（臺(tái)東站），采取圖3方式的越行方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

快慢車的開(kāi)行在一定程度上能節(jié)約長(zhǎng)距離出行乘客的旅行時(shí)間，但在共線共軌運(yùn)行條件下會(huì)造成通過(guò)能力的損失，增加運(yùn)營(yíng)組織的復(fù)雜程度，并且在快車越行時(shí)增加了慢車乘客的等待時(shí)間，需要合理優(yōu)化設(shè)置。文獻(xiàn)[13]提出在M1 線市中心段設(shè)置并行線路的方案，并行線路命名為M1輔線，與M1 線共用車站;并行線路的形式可以更好的實(shí)行快慢車與多交路運(yùn)行方案，便于分離長(zhǎng)短途客流，提高網(wǎng)絡(luò)換乘便捷性。多交路快慢車行車組織復(fù)雜，需通過(guò)標(biāo)志標(biāo)識(shí)、乘客信息系統(tǒng)PIS等加強(qiáng)乘車組織引導(dǎo)，避免乘客搭錯(cuò)車。根據(jù)山東省“十三五”規(guī)劃，山東省將加快以軌道交通為主體的城市快速通道建設(shè)[23]，青島地鐵處于初期建設(shè)、運(yùn)營(yíng)階段，發(fā)展歷史短，成網(wǎng)速度快，研究M1線的多交路快慢車開(kāi)行模式對(duì)于青島市、山東省乃至全國(guó)的城市軌道交通長(zhǎng)大線路的行車組織具有極大的理論與實(shí)踐借鑒意義。

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