既有城市軌道交通線路開行大站快車影響因素及方案研究

于德涌

（深圳地鐵建設(shè)集團有限公司，廣東深圳 518027）

近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，一、二線城市規(guī)模不斷擴大，從單一中心城區(qū)逐步向“一核多中心”的模式發(fā)展。為支持市域周邊組團的可持續(xù)發(fā)展，滿足主城區(qū)和市域組團間客流通勤、通學的出行需求，城市軌道交通線路也逐步向市域范圍延伸，許多既有線路承擔了較多的市域客流運輸功能。其中絕大多數(shù)線路采用站站停的列車運營模式，這些線路在運營中通常存在運營速度偏低、列車運行時間長、部分車站乘降量小等問題。為解決上述問題，本文探討在既有城市軌道交通線路開行大站快車，采用快慢車結(jié)合的行車組織方式，以滿足不同人群對交通出行的不同需求，提高服務(wù)質(zhì)量。

1 大站快車運營模式及優(yōu)缺點分析

1.1 大站快車定義及特點

大站快車（以下簡稱“快車”）是指僅?？烤€路中客流量較大車站的列車，是相對于?？克醒赝拒囌镜恼菊就Ａ熊嚕ㄒ韵潞喎Q“慢車”）而言的[1]，這2種列車的停站示意圖如圖1所示。由于快車停站次數(shù)比慢車少，因此其旅行速度更高。相關(guān)研究表明，對于常規(guī)城市軌道交通線路（最高運行速度為80 km/h的線路），快車減少1次停站可節(jié)約1 min左右，具體包含起停附加時間約30 s，停站時間約30 s[2]。

圖1 快慢車停站示意圖

1.2 運營模式

采用快慢車結(jié)合的行車組織方式時，快車的具體運營模式有2種：①快車越行模式；②快車不越行模式?？燔囋叫心Ｊ绞侵嘎囋谠叫芯€避讓，快車越行慢車的運營模式，如圖2a所示；而快車不越行模式是指快車不越行慢車，快慢車追蹤運行的運營模式，如圖2b所示。

圖2 快慢車結(jié)合時的快車運營模式示意圖

1.3 優(yōu)缺點分析

當采用快車越行模式時，需要在線路中間的部分車站設(shè)置越行線，以方便慢車在此避讓從正線快速通過的快車，因此會帶來慢車“更慢”的問題。此外，還需要在線路上設(shè)置部分越行站，越行站的布置方式一般有雙島正線外側(cè)（方式1）、雙島正線內(nèi)側(cè)（方式2）、單島正線外側(cè)（方式3）及雙側(cè)正線內(nèi)側(cè)（方式4）4種，如圖3所示。其中，方式1和方式3適用于地下車站，方式2和方式4適用于高架或地面車站。在方式1和方式2中，快車利用正線快速通過車站，越行線是慢車避讓線。這2種方案的優(yōu)點是配線功能全面，快車在不越行時可在正線停車上下乘客，而且快車和慢車使用的到發(fā)線固定，便于乘客識別；缺點是車站規(guī)模較大，而且由于正線臨靠站臺，快車通過站臺時需限速。方式3和方式4的優(yōu)點是車站規(guī)模較小，正線不臨靠站臺，快車通過車站時無需限速；缺點是快車無停站條件，運營的靈活性不強。由此可見，若既有城市軌道交通線路采用快車越行模式，需要對車站進行工程改造，導致土建工程投資大幅增加，因此在客觀上限制了此運營模式在既有城市軌道交通線路上的推廣。

圖3 越行站布置方式示意圖

而采用快車不越行模式時，由于慢車不需要避讓快車，因此不會出現(xiàn)慢車“更慢”的問題；而且不需要設(shè)置越行線或越行站，省去了車站工程改造方面的投資。因此，該模式將成為我國既有城市軌道交通線路開行大站快車的首選模式。

2 既有線路開行快車的影響因素分析

2.1 客流特點

從運輸需求的角度看，停站方案是否符合客流空間分布特征是判定其適應(yīng)性的基本依據(jù)，其中最關(guān)鍵的因素是各站點的上、下車客流量。每條線路上各站點的上、下車客流量分布并不是絕對均衡的，其空間分布特征可用不均衡系數(shù)和標準偏差2個指標進行描述。實踐證明，各站點上、下車客流量不均衡程度較高的線路（尤其是長距離乘客出行比例較大且某些車站直達客流較多的線路）適合開行快車，可較好地發(fā)揮其客流集散的作用。

根據(jù)上、下車客流量的不均衡程度，可以確定快慢車的開行比例。通常情況下，不均衡程度越高，快車的開行比例應(yīng)越大。但從保障服務(wù)水平的角度考慮，快慢車開行比例的確定還應(yīng)兼顧乘客平均運距，對于乘客平均運距較短的線路，增加慢車數(shù)量能夠最大限度地滿足短距離乘客的出行需求。因此，在實際操作中，應(yīng)對兩者進行綜合考慮。

2.2 線路通過能力

城市軌道交通線路通過能力是指在采用一定車輛類型、信號設(shè)備及行車組織方式的條件下，城市軌道交通線路各項固定設(shè)備在單位時間內(nèi)所能通過的最大列車數(shù)[3]，可通過下式計算：

式（1）中，Nmax為單位時間（1 h）內(nèi)線路某方向通過的最大列車數(shù)，列/h；I為列車最小行車間隔（取列車追蹤間隔時間和列車最短折返發(fā)車間隔時間中的最大值），s。

2.3 開行快車產(chǎn)生的線路通過能力損失

理論研究[4-8]發(fā)現(xiàn)，開行快車將會對線路通過能力造成損失。開行快車后，線路單位時間（1 h）內(nèi)可開行的列車總對數(shù)N通過下式計算：

式（2）中，I為列車最小行車間隔，min；t節(jié)約為快車不停站所節(jié)約的時間，min/站；n快為單位時間（1 h）內(nèi)快車開行對數(shù)，對/h。

由式（2）可知，開行快車數(shù)量越多，線路通過能力損失越大；同時，快車不停站所節(jié)約的時間越長，線路通過能力損失也越大。因此，高峰小時最大斷面客流量越大，需要開行的列車對數(shù)越多，則可供開行快車的線路通過能力就越小。

2.4 車輛配屬數(shù)

車輛配屬數(shù)也是影響線路開行快車的重要因素。通常城市軌道交通建成投入運營時的車輛配屬數(shù)是根據(jù)線路開通后第3年（初期）全日開行計劃要求確定的。目前，國內(nèi)城市軌道交通線路初期購置的車輛數(shù)量一般可滿足列車按3～5 min的追蹤間隔時間運行，而后續(xù)再購置車輛則需要經(jīng)過立項、研究、審批、招標、采購、生產(chǎn)、交車等一系列流程，通常需要3～5年甚至更長的時間。因此，可以考慮在線路初期還存在較大運輸能力富余的情況下，充分利用配屬車輛組織開行快車。

3 快車開行方案及其優(yōu)化

本節(jié)以在建深圳地鐵14號線為例，根據(jù)其客流預(yù)測數(shù)據(jù)及設(shè)計線站位，研究其初、近、遠期的快車開行方案[9-10]。

3.1 線路概述

深圳地鐵14號線工程起自福田中心區(qū)崗廈北站，終于坪山區(qū)沙田站，串聯(lián)福田中心區(qū)、清水河、布吉、橫崗、龍崗大運新城、坪山中心區(qū)、坑梓、沙田等區(qū)域，覆蓋深圳市東部地區(qū)南北向交通需求走廊，是聯(lián)系深圳市中心區(qū)與東部組團的城市軌道交通快線。線路全長50.3 km，并預(yù)留進一步延伸至惠州的條件；設(shè)站18座，均為地下站；最高設(shè)計速度為120 km/h；車輛采用A型車8輛編組；設(shè)計最小行車間隔為2 min；初、近、遠期的列車高峰小時開行對數(shù)分別為14、24和27對；考慮到深圳市軌道交通網(wǎng)已較為成熟，初期車輛按滿足18對/h的開行計劃進行采購；線路沒有設(shè)置越行站和越行線的條件。

14號線現(xiàn)已全面開工建設(shè)，計劃于2022年底投入運營。

3.2 客流特征

根據(jù)客流預(yù)測分析，14號線早高峰小時斷面客流量大于晚高峰，客流量較大的方向為沙田站至崗廈北站方向，初、近、遠期早高峰小時斷面客流量及車站乘降量數(shù)據(jù)如圖4所示。由圖可知，初、近、遠期高峰小時最大斷面客流量分別為2.22、3.89和5.37萬人次/h，均位于布吉站—清水河站區(qū)間；乘降量較小的車站為六約北站、腫瘤醫(yī)院站、寶龍站及坪山廣場站4座車站。

圖4 14號線初、近、遠期客流特征

3.3 快車開行方案

由于14號線沒有設(shè)置越行站或越行線的條件，因此只能按照不越行模式開行快車。由3.2節(jié)的客流預(yù)測分析可知，該線有4座車站的乘降量較低，可作為快車不停靠車站。根據(jù)模擬牽引計算結(jié)果，快車不停站共可節(jié)約運行時間約5.3 min。若當前可實現(xiàn)的列車追蹤間隔時間為2 min，則快車扣除系數(shù)為4（相當于開行1對快車，占用了4對慢車的通過能力），據(jù)此可以計算出初、近、遠期快慢車高峰小時允許開行對數(shù)，計算結(jié)果如表1所示。

由表1可知，在實現(xiàn)2 min列車追蹤間隔的情況下，初期高峰小時可組織開行5對快車、9對慢車；充分利用初期配屬的18對列車則可開行3對快車、15對慢車；近、遠期由于高峰小時列車開行對數(shù)的逐步增加，線路的富余通過能力減小，分別僅可開行2對和1對快車。

表1 初、近、遠期快慢車高峰小時允許開行對數(shù)計算結(jié)果（追蹤間隔2 min）

若考慮運營初期各系統(tǒng)需要磨合及運營管理水平有待提高等因素，將列車追蹤間隔時間設(shè)置為2.5 min，則初、近期（當遠期最小追蹤間隔時間為2.5 min時，線路通過能力不足，故不討論）快慢車高峰小時允許開行對數(shù)計算結(jié)果如表2所示。

由表2可知，當列車追蹤間隔時間為2.5 min時，初期高峰小時可開行5對快車、9對慢車；充分利用初期配屬的18對列車則可開行3對快車、15對慢車；近期無富余通過能力開行快車。

表2 初、近期快慢車高峰小時允許開行對數(shù)計算結(jié)果（追蹤間隔2.5 min）

若希望進一步提高快車的旅行速度，則需要跳停更多的車站。假設(shè)跳停車站增加到6個，則快車的旅行時間與慢車相比可縮短8 min，按2 min的列車追蹤間隔時間計算，快車扣除系數(shù)將達到5。計算可得，初期高峰小時列車開行總對數(shù)為14對時，可組織開行4對快車、10對慢車；充分利用初期配屬的18對列車則可開行3 對快車、15對慢車。

3.4 優(yōu)化方案

3.3 節(jié)中的方案均以慢車為主，快車為輔，這些方案有利于滿足不同距離乘客的不同出行需求，但卻難以提升線路的通過能力。若線路條件允許開行多種快車并采用以快車為主的行車組織模式，則會有不同的方案，并產(chǎn)生優(yōu)化的效果。

下面將以開行慢車和2種快車（快車A和快車B）的行車組織模式為例進行分析。假設(shè)快車A?？寇囌?、3、5、7、9、10，快車B停靠車站1、2、4、6、8、10，而且快車B追蹤快車A運行，其停站方案如圖5所示。

圖5 停站方案示意圖

經(jīng)測算，當慢車與快車的開行比例為1 : 2（具體行車組織模式為快車A追蹤慢車，快車B追蹤快車A，慢車追蹤快車B，如圖6a所示）時，快車相對于慢車的扣除系數(shù)為3。然而，當慢車與快車的開行比例為1 : 4（具體行車組織模式為快車A追蹤慢車，快車B追蹤快車A，快車A追蹤快車B，快車B追蹤快車A，慢車追蹤快車B，如圖6b所示）時，快車相對于慢車的扣除系數(shù)為2。

圖6 不同快慢車開行比例下的行車組織方案

在此種行車組織模式下，快車B追蹤快車A時，這2種快車之間不會產(chǎn)生通過能力的占用關(guān)系，不會發(fā)生扣除；快車A追蹤快車B時，扣除系數(shù)很小；扣除主要在快車A與慢車間產(chǎn)生。隨著快車開行對數(shù)的增加，快車相對于慢車的扣除系數(shù)將逐步減小。由此可知，此種行車組織模式有利于開行更多的快車，在線路條件允許時，可大幅提升行車組織效率和乘客服務(wù)水平。

以深圳地鐵14號線為例，僅從運輸組織角度考慮，若慢車與快車開行比例為1 : 2，快車A和快車B交替?？肯噜徴军c，按快車不停靠6座車站、列車追蹤間隔時間2 min計算，14號線目前的線路條件最多可允許開行8對慢車、16對快車，線路通過能力將顯著提高。

4 結(jié)語

本文對既有城市軌道交通線路開行快車方案進行了研究。研究結(jié)果表明，城市軌道交通線路在開通運營初期列車開行對數(shù)不多、部分車站乘降量持續(xù)較低的情況下，具備開行快車的條件和可行性。采用快車不越行的運營模式，無需對線路的土建工程進行改造，而且可滿足不同人群對交通出行的不同需求，提高城市軌道交通的服務(wù)質(zhì)量，可為實現(xiàn)城市軌道交通的高質(zhì)量運營提供參考和借鑒。