基于停站時間的城市軌道交通發(fā)車間隔優(yōu)化設(shè)計

龐彥知,陳建球

摘 要：列車發(fā)車間隔是運行計劃的主導(dǎo)因素，影響列車發(fā)車間隔主要因素有停站時間、行車安全間距、車輛滿載率等。本文以南寧地鐵2號線為研究對象，通過南寧地鐵2號線大沙田站相關(guān)數(shù)據(jù)信息并加以分析，得出影響列車發(fā)車間隔的主要因素為停站時間，并基于影響停站時間的相關(guān)因素做更深入的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)乘客上下車速度、進出站客流量及各車門前等候上下車人數(shù)的分布不均衡等都對停站時間有一定的影響。最后分析計算得出各車門前分布不均衡系數(shù)和乘客上下車速度具有一定的南寧特性，并構(gòu)建了南寧地鐵2號線停站時間優(yōu)化模型，以大沙田站為實例加以驗證，得出優(yōu)化后具體停站時間并與實際停站時間對比，由實際停站時間35 s變?yōu)閮?yōu)化后的停站時間34 s。

關(guān)鍵詞：發(fā)車間隔;停站時間;乘客上下車速度;乘客上下車分布不均衡系數(shù)

1 城市軌道交通列車發(fā)車間隔概述

列車發(fā)車間隔指同一軌道線路上一列車頭部到另一列車的頭部所需要的安全間隔時間，使軌道線路上運行的列車數(shù)量和間距處于合理水平。列車發(fā)車間隔是運行計劃的主導(dǎo)因素，主要影響因素為停站時間、安全間距、列車載客率、軌道公司效益。目前優(yōu)化列車發(fā)車間隔的措施主要有優(yōu)化列車停站時間、提高列車速度、優(yōu)化列車車站折返能力等，本文主要以南寧地鐵2號線為例，針對當前的列車開行方案進行分析，基于停站時間提出對應(yīng)的優(yōu)化措施。

2 南寧地鐵2號線當前發(fā)車間隔現(xiàn)狀分析

2.1 停站時間及行車間隔

南寧地鐵2號線客流量主要分布在南寧市中心地段朝陽廣場站、以及客運樞紐站火車站、位于南寧市政府機構(gòu)行政區(qū)域的福建園站，且2號線的玉洞站及西津站作為全線的始發(fā)終到站，須有一定的停站時間等待乘客下車并進行清客，所以根據(jù)南寧地鐵2號線各站具體情況設(shè)定的停站時間及列車發(fā)車間隔如表1和表2所示。

根據(jù)表1及表2得出南寧地鐵2號線各站點的客流量，并實地調(diào)研得出各時段客流分布圖，見圖1。

由圖1可得出南寧地鐵2號線晚高峰比早高峰的客流量大，早高峰具體時間段為7：30-9：00，晚高峰具體時間段為17：30-19：30。

2.2 每天發(fā)車對數(shù)

線路上由上行起點站開向終點站的列車及又下行起點站開向終點站的列車稱作一對，每天由上行起點站開向終點站的列車及又下行起點站開向終點站的列車總數(shù)除以2即每天發(fā)車對數(shù)。表3為南寧地鐵2號線發(fā)車對數(shù)表格，記錄南寧地鐵2號線每天發(fā)車對數(shù)。

2.3 車型

南寧地鐵2號線列車采用4動2拖6節(jié)編組B型車，運行允許最高時速為80 km/h，座位232個，定員載客1 460人，最大載客量可達2 062人。每節(jié)車廂8個車門，總共48個車門，一側(cè)24個車門供乘客上下車，實現(xiàn)“快上快下”、“上下車不遠走”。

2.4 首末班車時間

2.5 其他技術(shù)參數(shù)

3 南寧地鐵2號線發(fā)車間隔優(yōu)化設(shè)計

3.1 停站時間影響因素

停站時間是影響發(fā)車間隔的重要因素，而乘客上下車時間是列車停站時間的重要組成部分，對乘客上下車時間的合理安排把控是影響列車停站時間的重要因素，是整個軌道交通運行效率的重要指標。

乘客上下車時間主要為乘客平均上下車速度與車門前乘客候車數(shù)的乘積，在列車停站時間過程中，各車門前最大的乘客上下車時間將為確定停站時間的最終參數(shù)。所以乘客上下車時間的主要影響因素為乘客平均上下車速度、各車門前乘客數(shù)、乘客分布不均衡系數(shù)等。乘客平均上下車速度又受乘客年齡階層段、行為特征如是否攜帶物品、上下車秩序是否混行及車內(nèi)擁擠程度等因素影響;各車門前乘客數(shù)受停站時間、上下行混沖、進出站人數(shù)等因素影響;乘客分布不均衡系數(shù)主要受樓梯、扶梯、電梯數(shù)量及分布，乘務(wù)員運營組織管理等因素影響。

3.2 模型假設(shè)及取值

（1）實際最小停站時間應(yīng)為客流均勻分布在各車門前，然而候車廳內(nèi)乘客流動性大分布不均勻，所以實際停站時間應(yīng)考慮車門前上下車乘客最大值所需時間，故做以下假設(shè)：

①各車門前都有乘客上下車，且人數(shù)分布不均勻;

②乘客按照先下后上秩序，不混行;

③不考慮車廂擁擠程度;

④不考慮乘客年齡階層段的影響;

⑤不考慮乘客所攜帶物品負重的影響。

因此，得到某站點單向運行方向停站時間估計模型如下：

（3-1）

TZ表示車站Z停站時間估計值（單位：s）;

SZ表示車站Z某單位時間內(nèi)進站客流量（單位：人/min）;

XZ表示車站Z某單位時間內(nèi)出站客流量（單位：人/min）;

M表示車站Z某單位時間內(nèi)列車發(fā)車數(shù)（單位：列/min）;

N表示車站Z停站列車單側(cè)總車門數(shù)（單位：個/列）;

t均表示乘客平均上下車速度（單位：s/人）;

k表示車門前乘客上下車分布不均衡系數(shù);

t開表示列車開門所需時間;

t關(guān)表示列車關(guān)門所需時間。

（2）乘客上下車時間（t均）：

①乘客上下車時間是影響停站時間的主要因素，國家標準《地鐵設(shè)計規(guī)范 GB50157》規(guī)定乘客平均上下車時間估計值一般為0.6 s/人。然而在實際生活中，地鐵乘客上下車速度所受影響因素頗多，與規(guī)范估計值有一定的偏差，所以本文以南寧地鐵2號線大沙田站作為研究對象，調(diào)研統(tǒng)計高峰小時內(nèi)上下車時間與上下車人數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)。

（3-2）

t均表示乘客平均上下車速度（單位：s/人）;

t表示某車門的乘客上下車總時間;

q表示某車門的乘客上下車總?cè)藬?shù)。

②通過在南寧地鐵2號線高峰期實地調(diào)研得出乘客平均上下車速度實際值的分布頻率確定較合理的取值范圍，根據(jù)南寧地鐵2號線大沙田站高峰期實地調(diào)研統(tǒng)計記錄得出南寧地鐵2號線乘客上下車速度分布圖，如圖2所示。

由圖2可知，南寧地鐵2號線大沙田站高峰期乘客上下車速度分布在0.6 s～1.3 s范圍內(nèi)占比最多，達到88%，所以本文乘客平均上下車速度t均取其平均值為0.95 s較為合理。

（3）乘客上下車分布不均衡系數(shù)（k）：

在站內(nèi)等候地鐵的乘客是動態(tài)流動的，受其時間段、客流量大小、扶梯位置及站臺站務(wù)員指揮管理等影響，所以其不均衡性是影響列車停站時間的重要因素。實際停站時間應(yīng)考慮車門前上下車乘客最大值，因此本文定義乘客上下車分布不均衡系數(shù)為：

（3-3）

k表示車門前乘客上下車分布不均衡系數(shù);

q列均表示一列車各車門的平均上下車人數(shù);

qmax表示一列車某車門最大的上下車人數(shù)。

通過高峰期實地調(diào)研總結(jié)得出一列車各車門平均上下車人數(shù)以及一列車某車門最大的上下車人數(shù)數(shù)據(jù)，并代入公式（3-3）算出乘客上下車分布不均衡系數(shù)k，如圖3所示。

由圖3所知，通過數(shù)據(jù)比對，乘客上下車不均衡系數(shù)主要分布在1.5～1.8范圍內(nèi)，故乘客上下車不均衡系數(shù)k取其均值1.65較合理。

（4）列車開門、關(guān)門時間（t開、t關(guān)）：

開門準備所需時間和開門動作所需時間的總和就可稱為列車開門時間，而關(guān)門動作所需時間和列車起動所需的時間的總和稱為列車關(guān)門時間。本文經(jīng)過對南寧地鐵2號線大沙田站列車開門、關(guān)門時間做實地調(diào)研，相關(guān)數(shù)據(jù)如表6。

由表6可知，開關(guān)門時間相對較穩(wěn)定，幅度波動較小，故本文取平均值列車開門所需時間t開為8.53 s，列車關(guān)門所需時間t關(guān)為10.27 s。

（5）單位時間內(nèi)列車發(fā)車數(shù)、停站列車單側(cè)總車門數(shù)（M、N）：

設(shè)定模型所需單位時間為1 h，且選取南寧地鐵2號線高峰小時的發(fā)車間隔6 min發(fā)一趟列車時間作基數(shù)，得出1 h時間內(nèi)的列車發(fā)車數(shù)為60 min除以6 min/趟得M為10;而南寧地鐵2號線列車采用4動2拖6節(jié)編組B型車，每節(jié)車廂8個車門，總共48個車門，單側(cè)供乘客上下車為24個車門，故停站列車單側(cè)總車門數(shù)N取24。

3.3 實例驗證

對南寧地鐵2號線大沙田站高峰小時段單向進出站客流進行實地調(diào)研，得出南寧地鐵2號線大沙田站高峰小時段單向進出站客流量約為2 320人（SZ+XZ），且將上述的乘客平均上下車速度t均=0.95 s，乘客上下車不均衡系數(shù)k=1.65，列車開門所需時間t開=8.53 s，列車關(guān)門所需時間t關(guān)=10.27 s。大沙田站晚高峰1 h內(nèi)列車發(fā)車數(shù)M=10;大沙田站停站列車單側(cè)總車門數(shù)N=24。將數(shù)據(jù)一一代入式（3-1）得出如下結(jié)果：

得出優(yōu)化后的大沙田站的停站時間為34 s，與優(yōu)化前的35 s減少1 s，停站時間減少了也就意味著2號線的發(fā)車間隔也可以隨之減少1 s，既然大沙田站選用的是高峰時期做優(yōu)化，意味著平峰期也適用。

對優(yōu)化前后進行對比，得出表7。

4 結(jié)論

本文通過對停站時間影響因素進行分析并做出約束條件建立優(yōu)化模型，并以南寧地鐵2號線大沙田站為例，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計算出具有南寧特性的乘客上下車速度、乘客上下車分布不均衡系數(shù)、列車開門、關(guān)門時間、單位時間內(nèi)列車發(fā)車數(shù)、停站列車單側(cè)總車門數(shù)取值，并將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入模型得出優(yōu)化結(jié)果，停站時間縮短1 s，發(fā)車間隔高峰縮短1 s，平峰縮短1 s。

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