北京地鐵13號(hào)線運(yùn)能提升改造綜合實(shí)施方案剖析

徐成永，賀 鵬，邱麗麗

快軌論壇

北京地鐵13號(hào)線運(yùn)能提升改造綜合實(shí)施方案剖析

徐成永，賀 鵬，邱麗麗

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037）

從北京西北部軌道交通網(wǎng)和13號(hào)線運(yùn)營現(xiàn)狀存在問題出發(fā)，分析制約13號(hào)線能力提升的瓶頸。通過對(duì)“提升西直門站折返能力方案、基于撥線改造的列車擴(kuò)編方案、基于車站擴(kuò)編改造的線路拆分方案”的研究，提出13號(hào)線運(yùn)能提升綜合實(shí)施方案。采用線路拆分重組、新建+改造相結(jié)合、擴(kuò)大編組(6B改為8B)等一系列改造，優(yōu)化線網(wǎng)布局、破除13號(hào)線運(yùn)營困局、提高線網(wǎng)服務(wù)水平和可達(dá)性。

軌道交通；運(yùn)能提升；撥線改造；車站擴(kuò)編；線路拆分；線網(wǎng)優(yōu)化

隨著人口疏解政策的提出，北京市軌道交通的建設(shè)不再盲目追求大規(guī)模的新建，而是遵循“改造一批、優(yōu)化一批、新建一批”的指導(dǎo)方針。同時(shí)，市委市政府為解決回龍觀和天通苑地區(qū)(簡稱回—天)居民出行難的問題，提出要利用既有軌道交通線網(wǎng)，在回—天地區(qū)建設(shè)軌道聯(lián)絡(luò)線來解決交通問題。

13號(hào)線擴(kuò)能提升工程作為既有線改造項(xiàng)目，采用線路拆分重組、新建+改造相結(jié)合、車輛擴(kuò)大編組(6B改為8B)等綜合實(shí)施方案，不但可以提升13號(hào)線系統(tǒng)運(yùn)輸能力和服務(wù)水平，而且在回—天地區(qū)增加站點(diǎn)，可以增加服務(wù)人群；另外，通過拆分延伸新建，與多條線路換乘，可以提升軌道交通可達(dá)性。

13號(hào)線運(yùn)能提升改造，從2014年設(shè)備系統(tǒng)改造研究開始，到2017年10月提出拆分方案，再到2019年底獲得國家發(fā)改委的最終批復(fù)，經(jīng)歷了漫長的研究和論證過程，涉及的影響因素復(fù)雜，最終確定的綜合實(shí)施方案符合城市軌道交通線網(wǎng)優(yōu)化的要求和沿線城市居民的出行需求，得到了沿線居民的認(rèn)可和支持。

1 運(yùn)能提升改造背景

北京地鐵13號(hào)線是北京西北方向放射的半環(huán)輔助線，屬于中運(yùn)量的快速軌道交通。1999年修建，2002年9月28日其西段(西直門—霍營)建成試運(yùn)營，次年1月28日其東段(霍營—東直門)通車運(yùn)營。線路全長40.9 km，共設(shè)車站16座，預(yù)留6處站位，全線設(shè)車輛段1座，詳見圖1。線路采用B型車6輛編組，最高運(yùn)行速度80 km/h，信號(hào)系統(tǒng)采用固定閉塞+ATP。

圖1 13號(hào)線線路示意圖

Figure 1 Diagram of Line 13

1.1 13號(hào)線建設(shè)背景

20世紀(jì)90年代，回龍觀及北苑邊緣集團(tuán)、西二旗及上地地區(qū)已經(jīng)進(jìn)行了大量的開發(fā)建設(shè)，有較高的交通聯(lián)系需求。但由于當(dāng)時(shí)政府投資能力有限，為降低投資，前期規(guī)劃時(shí)進(jìn)行了“在既有鐵路上運(yùn)行市郊鐵路和干線鐵路列車混跑”以及“利用鐵路走廊修建獨(dú)立運(yùn)營軌道”兩種方案的研究，后經(jīng)北京市政府與原鐵道部多次協(xié)商，最終確定利用既有鐵路走廊建設(shè)13號(hào)線的方案，即西段沿京包鐵路西側(cè)、北段沿東北鐵路環(huán)線北側(cè)、東段購買望和支線鐵路資產(chǎn)(拆掉鐵路原地重建)[1]。

13號(hào)線在1999年納入建設(shè)規(guī)劃。在北京城市總體規(guī)劃(2004年～2020年)軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中，考慮其線網(wǎng)形態(tài)及13號(hào)線區(qū)位的特殊性，提出近期建設(shè)13號(hào)線，遠(yuǎn)期拆分形成“外圍輕軌+昌平放射線+順義線”3條地鐵線路的方案，詳見圖2[2]。

圖2 2004年總規(guī)中的軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃

Figure 2 Rail transit network planning in 2004 master plan

1.2 運(yùn)能提升改造需求分析

隨著北京邊緣集團(tuán)的快速發(fā)展，越來越多的居住人口在北部聚集，而就業(yè)崗位基本在中心城區(qū)，這給軌道交通帶來了巨大壓力。北京線網(wǎng)問題最突出的是西北部，線網(wǎng)滿載率均超過120%，詳見圖3，其中昌平線受13號(hào)線運(yùn)能限制，線網(wǎng)滿載率高達(dá)150%；北部23座車站中18座限流，在全網(wǎng)進(jìn)站量排名前10的車站中，7座位于回—天地區(qū)；在西北部的換乘站中，西直門站為3線換乘，換乘量高達(dá)4.2萬人次/h，為全網(wǎng)第一；西二旗站出站量2.37萬人次/h，為全網(wǎng)第一，換乘量2萬人次/h，為全網(wǎng)第9[3]。

13號(hào)線東、西段的客流量級(jí)差異大，13號(hào)線建設(shè)時(shí)，西直門站進(jìn)行了地下、地面及高架方案的比選，最終受工期、造價(jià)等因素制約，采用高架站前折返形式，折返能力受限。西段滿載率高達(dá)125%，線路能力不足，而東段可滿足客流需要，詳見圖4。同時(shí)，13號(hào)線建設(shè)時(shí)，受制于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件，為減小車站規(guī)模、降低工程投資，全線車站基本采用側(cè)式站臺(tái)，站臺(tái)窄、站廳小、出入口少、樓扶梯通過能力有限，車站能力嚴(yán)重不足，存在安全隱患。

圖3 線網(wǎng)滿載率示意

Figure 3 Diagram of full load rate of line network

圖4 13號(hào)線現(xiàn)狀高峰小時(shí)客流斷面

Figure 4 Diagram of current passenger flow section of Line 13

另外，13號(hào)線開通達(dá)17年，供電、信號(hào)等系統(tǒng)均處于更新改造周期，2014年就開始提出運(yùn)能提升改造。存在既有設(shè)備及元器件不斷老化，故障率不斷提高，開閉所多次發(fā)生過載，F(xiàn)AS/BAS等產(chǎn)品停產(chǎn)或設(shè)備型號(hào)更新產(chǎn)品無法接入既有系統(tǒng)等問題，整體技術(shù)水平落后，已不適應(yīng)運(yùn)營、維護(hù)及管理的需求。此外信號(hào)系統(tǒng)采用固定閉塞，由調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)+計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)(CI)+ 列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)(ATP)組成，無列車自動(dòng)駕駛功能(ATO)。設(shè)計(jì)時(shí)最大運(yùn)能20對(duì)/h，后經(jīng)多次運(yùn)能挖潛，達(dá)到極限23對(duì)/h，無再壓縮的可能。

2 運(yùn)能提升改造綜合方案

2.1 提升西直門站折返能力方案

13號(hào)線西直門站現(xiàn)采用站前9號(hào)道岔折返方案，詳見圖5，即使信號(hào)系統(tǒng)改造為移動(dòng)閉塞，列車折返能力也僅能由23對(duì)/h提高至26對(duì)/h[4]，依然是全線折返能力的瓶頸點(diǎn)。但對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，投資高達(dá)17億元，而運(yùn)能僅提升13%，不能從根本上解決13號(hào)線西段運(yùn)能不足的矛盾，性價(jià)比不高，投資效益差。

圖5 西直門站配線圖

Figure 5 Sidings of Xizhimen station

為提高西直門站的折返能力，提出如下兩個(gè)改造方案[5]。方案1：將折返道岔(整體道床)由9號(hào)調(diào)整為12號(hào)，需要橋梁加寬、鋪設(shè)道岔，長時(shí)間中斷運(yùn)營；方案2：將站前折返改為站后折返，需要加長線路，與西直門外大街高架橋梁結(jié)構(gòu)沖突。在上述兩個(gè)改造方案均不可行的情況下，提出撥線改造方案，詳見圖6。

圖6 大鐘寺站以南段撥線改造方案示意

Figure 6 Diagram of railway line-moving for the south of Dazhongsi Station

線路利用既有區(qū)間碎石道床，從大鐘寺站后向西南方向撥線，穿過四道口水產(chǎn)批發(fā)市場(chǎng)(規(guī)劃拆遷騰退)后，沿交大東路、北禮士路向南，至6號(hào)線車公莊站，實(shí)現(xiàn)站后折返。新建段長度4.3 km，設(shè)置學(xué)院南路、西直門及車公莊3座車站，實(shí)現(xiàn)與2號(hào)線、4號(hào)線及6號(hào)線的多線多點(diǎn)換乘，緩解西直門站單點(diǎn)換乘的壓力。撥線后，13號(hào)線能夠滿足30對(duì)/h的折返能力，系統(tǒng)運(yùn)能提升25%，可達(dá)4.38萬人次/h。既有大鐘寺至西直門段線路2.8 km，建議改造為實(shí)訓(xùn)基地或結(jié)合東京東橫線拆分案例改造為城市綠廊[6]，詳見圖7。

2.2 基于撥線改造的列車擴(kuò)編方案

13號(hào)線建設(shè)年代較早，建設(shè)時(shí)運(yùn)能按照20對(duì)/h設(shè)計(jì)。撥線至車公莊后，線路能力提升至30對(duì)/h，但站臺(tái)寬度、車站規(guī)模、樓扶梯等通行設(shè)施的能力依然無法滿足正常運(yùn)營和緊急疏散的通行要求，在線路能力提升的同時(shí)，必須進(jìn)行車站的擴(kuò)編改造。

在13號(hào)線既有車站中，除東直門站為地下車站外，其余15座車站均為地面或高架車站，從敷設(shè)條件看具備列車擴(kuò)編改造的條件。車站擴(kuò)編方案結(jié)合車站兩端的配線、線路條件、用地條件，逐站分別進(jìn)行了分析，詳見圖8。

圖7 東京東橫線軌道廢棄前后對(duì)比

Figure 7 Diagram of Tokyo East horizontal line track before and after being abandoned

圖8 13號(hào)線擴(kuò)編改造站臺(tái)的加長方案示意

Figure 8 Diagram of station expansion of Line 13

研究后發(fā)現(xiàn)，北段車站多為3線或4線車站、配線形式復(fù)雜；東段車站周邊用地條件局促，車站加長及拓寬相對(duì)困難；而西段線路撥線后需新建3座地下車站，另外配合京張城際鐵路的建設(shè)增設(shè)清河站，配合15號(hào)線的建設(shè)增設(shè)清華東路西口站，新建車站較多，其余5座既有車站東側(cè)京張鐵路入地，車站周邊用地條件較好，較易實(shí)施。

對(duì)于車站擴(kuò)編，若考慮擴(kuò)編為7B，站臺(tái)僅加長20 m，站廳相應(yīng)加長后難以增加廳—臺(tái)之間的樓扶梯，無法滿足車站通行能力和乘客緊急疏散的要求。對(duì)各站的擴(kuò)編改造方案研究后發(fā)現(xiàn)，車站擴(kuò)編為7B或8B涉及的因素基本相同，只是改造的工程量稍有差異，實(shí)施難度基本相當(dāng)。故車站擴(kuò)編改造首選為8B。

2.3 基于車站擴(kuò)編改造的線路拆分方案

通過以上研究發(fā)現(xiàn)，車站改造難度東、西段差異大，且東、西段客流分段特征明顯，13號(hào)線擴(kuò)能改造的重點(diǎn)應(yīng)該是緩解西段運(yùn)能不足。結(jié)合區(qū)域城市功能布局，對(duì)區(qū)域線網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，提出了對(duì)13號(hào)線進(jìn)行拆分，西段和東段采用不同的改造方案，詳見圖9。

圖9 13號(hào)線拆分運(yùn)能提升改造綜合實(shí)施方案

Figure 9 Diagram of capacity expanding of Line 13

13號(hào)線擴(kuò)能改造實(shí)施方案主要包括：

1) 將13號(hào)線西段與東、北段進(jìn)行拆分，拆分點(diǎn)位于西二旗站和回龍觀站之間。拆分后形成A/B兩條線。兩線在新建的車站(新龍澤站)可實(shí)現(xiàn)同臺(tái)換乘，并具備跨線運(yùn)營條件。A線由西二旗站向北深入回龍觀和天通苑中心，增強(qiáng)對(duì)兩大居住社區(qū)的服務(wù)，B線由新龍澤站向西深入軟件園中心，實(shí)現(xiàn)兩大居住社區(qū)與軟件園的聯(lián)系。

2) A線采用8B編組，最大運(yùn)能達(dá)5.1萬人次/h(按5人/m2計(jì)算)，與遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)4.8萬人次/h的客流需求相適應(yīng)。B線維持6B編組不變，既有車站中僅西段5座車站由6B擴(kuò)編8B，且均為地面或高架車站，改造難度大大降低。

3) 為調(diào)整和優(yōu)化北部線網(wǎng)，A線向東延伸至17號(hào)線天通苑東站，B線向西延伸至16號(hào)線馬連洼站。13號(hào)線拆分后，A/B線同時(shí)形成城市北部的橫向聯(lián)絡(luò)線，兩線終點(diǎn)銜接16及17號(hào)線兩條大運(yùn)量8A線路，有利于8A線路運(yùn)能的發(fā)揮，緩解5號(hào)線進(jìn)城客流壓力及10號(hào)線北段橫線聯(lián)絡(luò)的客流壓力，有效地優(yōu)化了線網(wǎng)客流分布關(guān)系，期望能徹底解決城市北部的軌網(wǎng)問題。

4) 西二旗以北A/B線拆分方案復(fù)雜，是整個(gè)拆分工程的關(guān)鍵。拆分工程需要新建新龍澤站及A/B線兩端區(qū)間隧道，需躲避13號(hào)線既有區(qū)間隧道、京張城際鐵路橋梁基礎(chǔ)，下穿京張城際動(dòng)車所，兩端撥線段要確保拆分時(shí)盡量少影響既有線的運(yùn)營[5]。為此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)針對(duì)逐個(gè)節(jié)點(diǎn)落實(shí)邊界條件、進(jìn)行精準(zhǔn)定線，做了大量細(xì)致的協(xié)調(diào)和配合工作，確保拆分方案合理可行。詳見圖10。

圖10 13號(hào)線西二旗站至龍澤站拆分段線路實(shí)施方案

Figure 10 Scheme of Line 13 for the section between Xi’erqi Station and Longze Station

3 結(jié)論和思考

通過對(duì)北京地鐵13號(hào)線運(yùn)能提升改造綜合實(shí)施方案剖析，可以看出：

1) 13號(hào)線運(yùn)能提升改造是國內(nèi)第一條大規(guī)?！靶陆?改造”的軌道交通工程，改造方案論證綜合復(fù)雜但邏輯清晰。通過一系列改造后，優(yōu)化了北京北部軌道交通線網(wǎng)布局及客流分布，提升了軌道交通的可達(dá)性，破除了13號(hào)線現(xiàn)狀運(yùn)營的困局，增加了軌道交通服務(wù)人群，提高了回—天地區(qū)服務(wù)水平。13號(hào)線擴(kuò)能改造建設(shè)效果明顯，意義重大。

2) 北京市軌道交通既有骨干線路建設(shè)年代早，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，但占據(jù)主要的客流走廊，分擔(dān)的客流量大，新建線路不可能根本解決既有線運(yùn)能不足的矛盾[7]，既有線的運(yùn)能提升改造成為必然。因此，建議既有線的運(yùn)能提升改造應(yīng)納入軌道交通建設(shè)規(guī)劃的研究范疇，總體統(tǒng)籌，有效降低軌道交通建設(shè)成本，提高軌道交通的服務(wù)水平。

[1] 王漢軍, 馮愛軍. 中國地鐵60年: 人和事[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2017.

[2] 北京城市總體規(guī)劃(2004年～2020年)[R]. 北京: 北京市人民政府, 2005.

[3] 北京軌道交通路網(wǎng)現(xiàn)狀客流特征分析[R]. 北京: 北京軌道交通路網(wǎng)管理有限公司, 2018.

[4] 李瓊. 地鐵站前交叉渡線折返能力探討[J]. 都市快軌交通, 2019, 32(2): 75-78. LI Qiong. Analysis of the turn-back capacity of the double crossover in front of the subway station[J]. Urban rapid rail transit, 2019, 32(2): 75-78.

[5] 北京軌道交通13號(hào)線擴(kuò)能提升工程可行性研究報(bào)告[R]. 北京: 北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司, 2020.

[6] 軌道交通擁擠對(duì)策、車站改造技術(shù)交流報(bào)告[R]. 北京: 日本中央復(fù)建工程咨詢株式會(huì)社, 2018.

[7] 徐成永, 葉軒, 宣晶.軌道交通運(yùn)行效果評(píng)估、客流特征分析和發(fā)展對(duì)策研究[J]. 都市快軌交通, 2019, 32(6): 44-50. Xu Chengyong, YE Xuan, XUAN Jing. Operational evalua-tion, characteristic analysis and development strategy of urban rail transit in Beijing[J]. Urban rapid rail transit, 2019, 32(6): 44-50.

Comprehensive Scheme for Capacity Expanding of Beijing Metro Line 13

XU Chengyong, HE Peng, QIU Lili

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

An opportunity has been provided for a capacity expansion of Beijing Line 13 owing to a lack of capacity of the western section and a renewal of equipment. Beginning with conveying existing operating problems of the northwest rail network and Line 13 in Beijing, this study then analyzes the capacity bottleneck of this line. Based on the “improvement scheme for the turn-back of Xizhimen Station, a marshalling expansion scheme based on railway line-moving, and a line splitting scheme based on a station expansion, ” an integrated implementation program for improving the transportation capacity of Line 13 is proposed herein. Through adoption of a series of transformations such as “l(fā)ine splitting and reorganization, a combination of construction and renovation, and marshalling expansion (from 6B to 8B), ” it is possible to optimize the subway network layout, break the operating predicament of Line 13, and improve the service level and accessibility of the network.

rail transit; capacity expanding; railway line-moving; station expansion; line splitting; network optimization

U231.1

A

1672-6073(2021)02-0054-05

10.3969/j.issn.1672-6073.2021.02.009

2020-05-31

2020-07-07

徐成永，男，本科，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事城市軌道交通規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究，xuchengyong@bjucd.com

徐成永，賀鵬，邱麗麗. 北京地鐵13號(hào)線運(yùn)能提升改造綜合實(shí)施方案剖析[J]. 都市快軌交通，2021，34(2)：54-58.

XU Chengyong, HE Peng, QIU Lili. Comprehensive scheme for capacity expanding of Beijing metro line 13[J]. Urban rapid rail transit, 2021, 34(2): 54-58.

（編輯：郝京紅）