重慶市軌道交通快慢車運(yùn)營方案設(shè)計(jì)研究

陳 陽，繆道平，陳福貴

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031）

1 引言

近年來，我國主要城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)已呈現(xiàn)出普線網(wǎng)絡(luò)基本成型、快線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅猛態(tài)勢。其中，普線網(wǎng)絡(luò)以傳統(tǒng)站站停為主的運(yùn)行模式，將難以適應(yīng)服務(wù)范圍進(jìn)一步擴(kuò)展至市域后的多樣化功能需求。作為拓展城市空間骨架、引導(dǎo)全域規(guī)劃發(fā)展的必然產(chǎn)物，快線系統(tǒng)大多采用快慢車、互聯(lián)互通相結(jié)合的差異化運(yùn)營方案，其服務(wù)范圍涵蓋市域及市區(qū)，更能滿足客流快速、直達(dá)、便利出行的需求，勢必成為城市軌道交通行車組織設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。目前，國內(nèi)外已有多條快線采用快慢車模式設(shè)計(jì)并運(yùn)營，如上海地鐵16號線、成都地鐵18 號線及廣州地鐵21號線等。本文以重慶市軌道交通 27號線與璧銅線貫通運(yùn)營為研究背景，綜合考慮線路功能定位、客流特征等因素，系統(tǒng)分析、研究其運(yùn)營方案。

2 線路概況及功能需求分析

2.1 線路概況

27號線為串聯(lián)重慶市三大槽谷、貫穿東西向的一條骨干快線。線路全長約51.89 km，起于璧山站，終于重慶東站，全線共設(shè)車站14座，其中換乘站13座，平均站間距4 km，線路走向如圖1所示。27號線擬采用速度目標(biāo)值140 km/h的城市軌道交通快線車（在市域D型車基礎(chǔ)上增加最大爬坡能力至50‰），AC25kV供電制式。系統(tǒng)規(guī)模按單一交路24對/h控制。同時(shí)根據(jù)規(guī)劃要求，27號線建成后將與先期建成的市郊鐵路璧銅線（接駁點(diǎn)璧山站）貫通運(yùn)營。璧銅線線路長度37.35 km，設(shè)站9座（含地下站1座，其余均為地面、高架站），平均站間距4.67 km，服務(wù)于銅梁區(qū)與璧山區(qū)間交通聯(lián)系，具有明顯市郊線路特征。璧銅線線路走向如圖2所示。

圖1 27號線線路走向示意圖

圖2 璧銅線線路走向示意圖

為滿足貫通運(yùn)營要求，兩線主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（包括：車輛、供電、通信、信號等系統(tǒng)）均已保持相同或兼容。貫通運(yùn)營后，將組合形成1條長達(dá)88.7 km，服務(wù)范圍覆蓋市郊，橫貫主城，平均站間距達(dá)4.23 km的東西向快線，其行車組織設(shè)計(jì)勢必要兩線統(tǒng)籌考慮且適應(yīng)多樣化的客流需求。

2.2 功能需求分析

為緩解重慶市核心城區(qū)地面交通壓力，進(jìn)一步強(qiáng)化中心城區(qū)東部、中部、西部槽谷橫向快速交通聯(lián)系，適應(yīng)并促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，27號線需服務(wù)于重慶主城一體化區(qū)域，承擔(dān)東部、中部、西部槽谷間跨組團(tuán)長距離出行客流需求，屬于重慶市軌道交通快線層次。其建成后即與璧銅線貫通運(yùn)營，線路功能定位則為：

（1）串聯(lián)重慶市三大槽谷、貫穿東西向的一條軌道交通骨干快線；

（2）連接沙坪壩站、重慶站、重慶東站等重要對外樞紐，實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)外組團(tuán)間的快速聯(lián)系；

（3）與璧銅線貫通運(yùn)營，構(gòu)建銅梁、璧山至主城的快線聯(lián)系，帶動沿線城鎮(zhèn)用地開發(fā)，促進(jìn)銅梁、璧山融入主城一體化的進(jìn)程。

27號線與璧銅線貫通運(yùn)營后，主要服務(wù)于沿線通勤客流及跨組團(tuán)、跨市域的長距離客流，同時(shí)需滿足三大槽谷間客流的快速交換及三大鐵路樞紐間客流的快速集散。

3 快慢車開行方案設(shè)計(jì)

3.1 客流特征分析

根據(jù)客流預(yù)測成果，27號線和璧銅線貫通運(yùn)營后，全線車站乘降量分布示意圖和遠(yuǎn)期高峰時(shí)段組團(tuán)客流交換示意圖分別如圖3和圖4所示?；趫D3和圖4的分析研究，27號線和璧銅線客流具有如下特征及需求。

圖3 車站乘降量分布示意圖

圖4 遠(yuǎn)期高峰時(shí)段組團(tuán)客流交換示意圖

（1）車站乘降量分布組團(tuán)化。在黛山大道站以西（璧銅線范圍）各站乘降量明顯較低，均低于全線平均水平；黛山大道站以東各站乘降量均處于較高水平，但西永站、磁器口站、后堡站低于全線平均水平。

（2）跨組團(tuán)、長距離出行乘客占比高。從平均運(yùn)距分布分析，平均運(yùn)距在20 km以上的長距離出行客流占比約36.9%。從組團(tuán)起訖點(diǎn)（OD）交通出行量分析，組團(tuán)間出行為27號線客流出行的主體，約占總出行量的64%。其中長距離跨組團(tuán)OD交換量占比達(dá)12.78%，主要發(fā)生在西部槽谷至中部槽谷間。

（3）鐵路樞紐站集、散客流量占比高。遠(yuǎn)期到達(dá)三大鐵路樞紐站的全日客流為19.6萬人次，占全日客流量約18.8%；早高峰客流為3.2萬人次，占早高峰客流量約20%，占比相對較大。

綜合上述客流特征分析，27號線和璧銅線貫通運(yùn)營后適宜采用快慢車運(yùn)營模式，以滿足長運(yùn)距跨組團(tuán)客流、鐵路樞紐客流等多樣化出行需求，并且充分體現(xiàn)快線技術(shù)優(yōu)勢，提升運(yùn)營服務(wù)品質(zhì)。

3.2 快車停站方案設(shè)計(jì)

基于27號線和璧銅線全線車站性質(zhì)及分級、乘降量占比及換乘關(guān)系進(jìn)行綜合評價(jià)，大站快車停站方案具體如圖5所示。其中，各組團(tuán)中心站、特殊功能站、重要客流集散點(diǎn)以及重要換乘站基本均為快車?？奎c(diǎn)。大站快車全線共停站15座，即璧銅線范圍停站5座，27號線范圍停站10座；全線共不停站7座，即璧銅線范圍4站不停，27號線范圍3站不停。

圖5 大站快車停站方案示意圖

3.3 快慢車開行對數(shù)確定

大站快車主要服務(wù)于“主城以西—三大槽谷”間跨組團(tuán)、長距離出行客流。其列車開行對數(shù)的設(shè)計(jì)，以滿足客流需求為下限，以符合系統(tǒng)能力要求為上限。

3.3.1 客流需求因素

跨組團(tuán)、長距離出行客流是大站快車的主要服務(wù)對象，一般將最大跨組團(tuán)OD斷面客流量作為大站快車行車量的確定依據(jù)。而高峰時(shí)段最大斷面客流則是快、慢車的共同服務(wù)對象，是確定總行車量的依據(jù)。根據(jù)遠(yuǎn)期高峰時(shí)段組團(tuán)客流交換示意圖（圖4），可分別計(jì)算大站快車及快慢車總行車量。

（1）大站快車行車量。遠(yuǎn)期高峰最大跨組團(tuán)OD斷面客流占比12.78%，列車定員為1 554人/列，可推算出大站快車行車量則不宜低于3對/h。

（2）快、慢車總行車量。遠(yuǎn)期高峰最大斷面客流約3.05萬人次/h，則快、慢車總行車量不宜低于21對/h（總運(yùn)能富余量約6.5%）。

3.3.2 系統(tǒng)能力限制因素

線路系統(tǒng)能力設(shè)計(jì)為24對/h，快慢車模式下系統(tǒng)能力與快車開行對數(shù)、不停站節(jié)約時(shí)間及系統(tǒng)最小行車間隔相關(guān)，即單位小時(shí)內(nèi)每增開1對快車，可開行的總行車量減少t節(jié)約，造成系統(tǒng)能力損失。

（1）快車不停站節(jié)約時(shí)間。快車不停站通過站臺所節(jié)省時(shí)間，包含起、停附加時(shí)間和停站時(shí)間，如式（1）所示：

式（1）中，t節(jié)約為快車不停站通過所節(jié)省時(shí)間，min；t停附加為慢車從高速制動進(jìn)站與快車限速過站的時(shí)間差，min；t起附加為慢車啟動出站與快車限速過站的時(shí)間差，min；t停站為車站停站時(shí)間，min。該工程大站快車過站速度按100 km/h考慮，依據(jù)列車過站壓力波計(jì)算結(jié)論，線路中心至側(cè)墻的凈距按不小于2.9 m設(shè)計(jì)。同時(shí)根據(jù)牽引模擬結(jié)果，該線快車以100 km/h過站時(shí)，列車起、停附加時(shí)間約35～40 s，停站時(shí)間約30～35 s，故快車不停站節(jié)約時(shí)間平均按70 s考慮（即t節(jié)約=1.17 min）。

（2）系統(tǒng)能力損失?？炻嚹Ｊ较孪到y(tǒng)能力損失，如式（2）所示：

式（2）中，N為快慢車模式下系統(tǒng)最大開行總對數(shù)，對/ h；n快為大站快車開行對數(shù)，對/ h；t節(jié)約為大站快車不停站所節(jié)約時(shí)間，取1.17 min；h為系統(tǒng)最小行車間隔，取2.5 min。

根據(jù)公式（1）和公式（2），可計(jì)算出遠(yuǎn)期不同快車開行對數(shù)下，系統(tǒng)最大開行對數(shù)、慢車可開行對數(shù)，如表1所示。

表1 不同快車開行對數(shù)比選

在適應(yīng)客流需求方面，需滿足快車開行對數(shù)大于3 對/h且總開行對數(shù)大于21對/h要求，上述方案1、方案2、方案3、方案4均滿足；在符合系統(tǒng)能力要求方面，上述方案1、方案2、方案3、方案4也均滿足。但從有利于行車計(jì)劃制定、行車間隔均衡及車站客流組織等方面考慮，建議快、慢車開行對數(shù)成比例設(shè)置。此外，越行站設(shè)置數(shù)量（或越行站工程總投資）隨快車開行對數(shù)的增加而增加，建議快車開行對數(shù)不宜過高。

綜上，選擇方案1作為快慢車運(yùn)營方案，考慮快慢車開行對數(shù)成比例，故設(shè)計(jì)快、慢車開行對數(shù)推薦為3 : 18對/h，該方案可滿足通道總客流需求、跨組團(tuán)客流需求及系統(tǒng)能力要求。同時(shí)該方案越行站設(shè)置數(shù)量最少，可有效節(jié)省越行站工程總投資。

3.4 越行站設(shè)置方案設(shè)計(jì)

按快慢車開行對數(shù)1 : 1的模式分析，快車均勻發(fā)車時(shí)，越行點(diǎn)的確定方法如式（3）所示：

式（3）中，M為越行點(diǎn)設(shè)置間隔，站；t快為快車發(fā)車間隔，min；h為系統(tǒng)最小行車間隔，min；t節(jié)約為快車不停站節(jié)約時(shí)間，min。

27號線遠(yuǎn)期快車開行3對/h，按快慢車開行比例1 : 1情況下，快車等間隔發(fā)車時(shí)，越行點(diǎn)的設(shè)置間隔宜為12站（均為不?？寇囌荆?。同時(shí)根據(jù)交路運(yùn)營范圍及快慢車開行比例的不同，分段考慮越行點(diǎn)設(shè)置間隔，具體如圖6所示。

圖6 遠(yuǎn)期快、慢車運(yùn)營方案示意

（1）璧銅線范圍?？炻囬_行對數(shù)為3 : 9對/h，需在這間隔的12站中增設(shè)2個(gè)越行點(diǎn)，則越行點(diǎn)的設(shè)置間隔為4站或3站。該方案開行比例由1 : 1增至1 : 3，故越行點(diǎn)需增設(shè)2站。

（2）27號線范圍。快慢車開行對數(shù)為3 : 18對/h，需在這間隔的12站中增設(shè)5個(gè)越行點(diǎn)，越行點(diǎn)的設(shè)置間隔為2站或1站。

結(jié)合車站工程實(shí)施條件及本線停車線布局分析，建議全線共設(shè)置2處越行站，分別位于璧銅線河邊站和27 號線磁器口站。兩站配線均需滿足以下功能需求：① 快車越行、站站停列車待避功能；② 故障列車停放功能；③故障狀態(tài)下臨時(shí)折返功能，故均采用雙島四線方案。

4 快慢車開行效果分析

4.1 越行站方案適應(yīng)性分析

越行站設(shè)置方案是以遠(yuǎn)期客流特征為設(shè)計(jì)依據(jù)，基于遠(yuǎn)期停站方案、快慢車開行比例及土建實(shí)施條件后綜合確定：全線共設(shè)置2處越行站（河邊站、磁器口站）。因全線初、近、遠(yuǎn)期客流特征基本一致，僅存在客流量大小差異，故初、近、遠(yuǎn)期停站方案保持一致，同時(shí)初、近期客流量的降低導(dǎo)致快、慢車開行對數(shù)的同步減少，因此遠(yuǎn)期越行站設(shè)置方案能滿足行車密度更低的初、近期運(yùn)營方案。

考慮到目前不少快線運(yùn)營階段與設(shè)計(jì)階段快慢車方案存在明顯差異及調(diào)整，因此提出在設(shè)計(jì)階段進(jìn)一步分析既定越行站設(shè)置方案下快慢車開行方案，為建成運(yùn)營后提供參考。

（1）初、近期快車可不?？寇囌緮?shù)。根據(jù)公式（3），初、近期快慢車開行對數(shù)及比例降低后，越行站設(shè)置間隔車站數(shù)可進(jìn)一步增加。因此按遠(yuǎn)期行車要求所設(shè)置的越行站方案，支持初、近期快車停站方案進(jìn)一步增加不?？寇囌緮?shù)量。快慢車開行對數(shù)既定下，初期快車可選擇13座站不停（增加6站），近期可選擇10 座站不停（增加3站），能夠進(jìn)一步發(fā)揮快車的時(shí)間節(jié)省效果。

（2）遠(yuǎn)期快慢車開行方案。在既定停站方案基礎(chǔ)上，經(jīng)過高峰時(shí)段運(yùn)行圖鋪畫驗(yàn)證，快慢車開行方案還可組織2 : 20對/h、3 : 18對/h及4 : 16對/h，如表2所示。

表2 越行站設(shè)置方案下快慢車可開行對數(shù)

4.2 運(yùn)行時(shí)間總節(jié)省分析

根據(jù)停站方案，每開行1列快車單程可不停靠7站，故單程旅行時(shí)間可節(jié)省約8.2 min；而站站停列車每被越行1次，需停站等待快車通過，前后各需等待1個(gè)最小行車間隔（2.5 min），故旅行時(shí)間增加約4.5 min。

結(jié)合列車運(yùn)行圖鋪畫分析，相較于站站停運(yùn)營模式，快慢車運(yùn)營模式下初、近、遠(yuǎn)期均存在明顯出行時(shí)間節(jié)省效果，如表3所示。通過初、近、遠(yuǎn)期越行特征可以看出，隨著快、慢車開行對數(shù)的逐步增加，近期快慢車模式出行時(shí)間節(jié)省效果最佳（因平峰時(shí)段無慢車待避）；但在遠(yuǎn)期平峰時(shí)段則存在慢車待避，導(dǎo)致出行時(shí)間節(jié)省效果較差。因此，建議快線實(shí)際運(yùn)營后應(yīng)盡可能平衡平峰時(shí)段快慢車開行對數(shù)，避免平峰時(shí)段存在慢車待避現(xiàn)象。

表3 快慢車運(yùn)營模式下總節(jié)省運(yùn)行時(shí)間

5 結(jié)語

文章以27號線與璧銅線貫通運(yùn)營為研究背景，更注重從線路功能需求及客流特征角度分析快慢車運(yùn)營方案的適應(yīng)性，并強(qiáng)調(diào)方案的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。通過優(yōu)化快慢車行車量、分段設(shè)置越行站間隔來降低土建工程投資。同時(shí)考慮到實(shí)際運(yùn)營與設(shè)計(jì)階段的快慢車方案存在差異及調(diào)整可能，在既定越行站設(shè)置方案下提出了多套可行的快慢車方案，可為實(shí)際運(yùn)營提供靈活參考。目前在城市軌道交通運(yùn)營中采用快慢車、互聯(lián)互通等模式已是發(fā)展趨勢，文章結(jié)合工程實(shí)踐所進(jìn)行的快慢車運(yùn)營方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用，也將為后續(xù)類似線路設(shè)計(jì)提供有效參考。