徐吉慶，陳福貴，湯 玨

(中鐵二院工程集團(tuán)有限公司地鐵院，四川成都610031)

在我國(guó)，許多大城市的發(fā)展重心已經(jīng)從城市主中心向副中心及郊區(qū)轉(zhuǎn)移，為城市擴(kuò)容和繁榮開(kāi)辟了新的空間。而城市發(fā)展與交通發(fā)展密不可分，隨著大城市第一圈層軌道交通網(wǎng)的完善，軌道交通的建設(shè)也逐漸轉(zhuǎn)向郊區(qū)，利用軌道交通的物業(yè)開(kāi)發(fā)及土地價(jià)值提升理念，引導(dǎo)著城市的發(fā)展，同時(shí)也解決了居民出行需要。

對(duì)于此類(lèi)連接市區(qū)和郊區(qū)的較長(zhǎng)軌道交通線，其客流性質(zhì)較為復(fù)雜，且長(zhǎng)距離出行的乘客比例較大，當(dāng)各區(qū)段斷面客流分布為階梯型、斷面客流不均衡程度較大時(shí)，從“以人為本”的服務(wù)理念出發(fā)，在滿足客流需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)提高部分列車(chē)旅行速度、減少長(zhǎng)途直達(dá)乘客的出行時(shí)間。因此，可根據(jù)線路的長(zhǎng)、短途客流特點(diǎn)和通過(guò)能力狀況，由常規(guī)的等速、平行運(yùn)行圖的行車(chē)組織方式，轉(zhuǎn)變?yōu)榭炻?chē)組合、非平行運(yùn)行圖的行車(chē)組織方式。

本文重點(diǎn)探討越行方案的行車(chē)組織設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)城市軌道交通快慢車(chē)組合的服務(wù)功能。

1 系統(tǒng)能力損失原則

由于每?jī)商丝炻?chē)在運(yùn)行中只發(fā)生一次越行和被越行，因此，越行產(chǎn)生的系統(tǒng)能力損失由最長(zhǎng)的一次越行損失時(shí)間決定。設(shè)置合適的越行點(diǎn)，可以減少慢車(chē)的停站時(shí)間，能使因越行產(chǎn)生的系統(tǒng)能力損失降低。

發(fā)生越行時(shí)由前慢后快的發(fā)車(chē)間隔變成了前快后慢，擠占了第二列慢車(chē)的發(fā)車(chē)間隔。根據(jù)快慢車(chē)開(kāi)行的比例，其最小的能力損失分為兩種情況，見(jiàn)圖1。

由此可以分別得出兩種情況下越行方案的最大列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)計(jì)算公式:

(1)慢車(chē)多快車(chē)少

(2)慢車(chē)少快車(chē)多

其中，N為最大列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)，對(duì)/h;

圖1 系統(tǒng)能力損失計(jì)算示意(快慢車(chē)比例不等)

n為快車(chē)的開(kāi)行對(duì)數(shù)，對(duì)/h;

h為系統(tǒng)最小行車(chē)間隔，min;

ta為列車(chē)停站時(shí)間，min;

tb為列車(chē)停站時(shí)間，min;

tc為列車(chē)啟動(dòng)時(shí)間，min。當(dāng)快車(chē)慢車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)相等時(shí)，相鄰兩列慢車(chē)的不同時(shí)到達(dá)間隔等于h－ta，其最小的能力損失見(jiàn)圖2所示。

這種情況下越行方案的最大列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)計(jì)算公式等同式(1)。

系統(tǒng)最小行車(chē)間隔取2min(系統(tǒng)能力為30對(duì)/h)，當(dāng)快慢車(chē)比例為1∶1，若列車(chē)停站時(shí)間按0.5min估算，越行方案的最大列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)為21對(duì)/h，此時(shí)快車(chē)和慢車(chē)個(gè)開(kāi)行10.5對(duì)。

圖2 系統(tǒng)能力損失計(jì)算示意(快慢車(chē)比例相等)

2 快車(chē)?？空镜拇_定原則

由于城市軌道交通的客流量大，慢車(chē)主要為滿足沿線各站點(diǎn)乘客的上下要求，快車(chē)則是為滿足組團(tuán)中心之與組團(tuán)中心間長(zhǎng)途旅客的上下要求，減少快車(chē)?？空荆梢杂行У乜s短直達(dá)旅客的旅行時(shí)間，但同時(shí)也要體現(xiàn)軌道交通“以人為本”的服務(wù)理念，滿足多數(shù)乘客的出行需求，減輕大站客流疏散的壓力，設(shè)置必要的快車(chē)?？空?。

快車(chē)?？空镜拇_定需綜合分析軌道各車(chē)站各時(shí)段總的客流乘降量特點(diǎn)，盡量將組團(tuán)中心站、重要換乘站，以及重要客流集散點(diǎn)確定為快車(chē)?？空?。

3 越行點(diǎn)的確定

3.1 越行點(diǎn)設(shè)置原則

(1)A，B兩站間，在m－1站的發(fā)車(chē)間隔大于等于系統(tǒng)最小行車(chē)間隔，但在m站的到達(dá)間隔時(shí)間小于系統(tǒng)最小行車(chē)間隔，為保證區(qū)間追蹤，則應(yīng)在m－1站必須設(shè)置越行線(圖3)。

(2)A，B兩站間，在m站的到達(dá)間隔大于等于系統(tǒng)最小行車(chē)間隔，但在m站的發(fā)車(chē)間隔小于系統(tǒng)最小行車(chē)間隔，為保證發(fā)車(chē)間隔，則應(yīng)在m站必須設(shè)置越行線。

圖3 應(yīng)在m－1站設(shè)越行線示意

3.2 越行點(diǎn)的確定

以快慢車(chē)采用同一種速度的車(chē)型為例，越行點(diǎn)的確定主要由以下因素決定。

(1)列車(chē)開(kāi)行密度(快慢車(chē)發(fā)車(chē)對(duì)數(shù)及比例);

(2)列車(chē)在始發(fā)站的發(fā)車(chē)均衡程度(列車(chē)始發(fā)間隔);

(3)列車(chē)停站次數(shù)與停站時(shí)間(快車(chē)節(jié)約停站時(shí)間);

(4)線路條件(快車(chē)節(jié)約起制動(dòng)附加時(shí)間)等因素。

城市軌道交通線路車(chē)站一般較少設(shè)置站線，上述因素中，列車(chē)開(kāi)行數(shù)量與列車(chē)在始發(fā)站的發(fā)車(chē)均衡程度、列車(chē)開(kāi)行密度對(duì)越行站的數(shù)量以及越行點(diǎn)的確定影響最大。

3.2.1 列車(chē)越行點(diǎn)與始發(fā)間隔的關(guān)系分析

如圖3所示，在A—B兩站間，當(dāng)前慢后快列車(chē)間在始發(fā)站的發(fā)車(chē)間隔為t1時(shí)，越行地點(diǎn)發(fā)生在D站，見(jiàn)圖4(a)，而當(dāng)開(kāi)行密度變大，即前慢后快列車(chē)間在始發(fā)站的發(fā)車(chē)間隔縮短至t2時(shí)，越行地點(diǎn)發(fā)生在C站，見(jiàn)圖4(b)。

如果將圖3(b)中的前快后慢列車(chē)間在始發(fā)站的發(fā)車(chē)間隔調(diào)整為t3(前提是t3≥h)，而將前慢后快列車(chē)間在始發(fā)站的發(fā)車(chē)間隔調(diào)整為t1時(shí)，且t1+t3=2t2=t，則既可以保證列車(chē)的開(kāi)行對(duì)數(shù)不發(fā)生變化，又能保證列車(chē)在D站越行，見(jiàn)圖4(c)，達(dá)到與圖3(a)方案在不同列車(chē)開(kāi)行密度下具有相同越行點(diǎn)的效果。

此時(shí)，快慢車(chē)之間的發(fā)車(chē)間隔不能保證均衡，但快車(chē)與快車(chē)之間以及慢車(chē)與慢車(chē)之間的間隔則是均衡的。

圖4 列車(chē)越行點(diǎn)與列車(chē)始發(fā)間隔均衡程度的關(guān)系

城市軌道交通項(xiàng)目中，由于受工程難度和造價(jià)的影響，很難做到在每一個(gè)可能發(fā)生越行的車(chē)站設(shè)置越行線，因此，可以通過(guò)調(diào)整列車(chē)在始發(fā)站的間隔來(lái)改變列車(chē)的越行點(diǎn)。這種方法可以在既保證能力的同時(shí)，又能保證列車(chē)在合適的車(chē)站越行。另外，列車(chē)在上下行區(qū)間需要設(shè)置的越行站不一定是同一車(chē)站，因此在特殊情況下可以根據(jù)需要考慮在某些車(chē)站設(shè)置單方向的越行線。

3.2.2 列車(chē)越行點(diǎn)與列車(chē)開(kāi)行密度的關(guān)系分析

如前所述，列車(chē)開(kāi)行密度也是影響越行點(diǎn)位置的重要因素之一。在圖3中，當(dāng)前后快慢車(chē)之間的間隔可以足夠大(大于兩車(chē)的全程旅行時(shí)間差)，則前行慢車(chē)不會(huì)被后行快車(chē)追上，不需設(shè)置越行點(diǎn);反之，隨著開(kāi)行密度的增加，前后快慢車(chē)之間的間隔也不斷縮小，后行快車(chē)趕上前行慢車(chē)的位置也將提前，并存在超越2列車(chē)以上慢車(chē)的可能，越行點(diǎn)的數(shù)量也將增加。

3.2.3 越行點(diǎn)的確定方法

通過(guò)以上研究分析，關(guān)于越行點(diǎn)的確定可得到以下結(jié)論。

(1)快慢車(chē)開(kāi)行數(shù)量的影響——隨著列車(chē)開(kāi)行數(shù)量的增加，快車(chē)越行慢車(chē)的可能性也在增加，越行點(diǎn)、越行時(shí)間和越行次數(shù)也均不同。

(2)列車(chē)始發(fā)間隔的影響——始發(fā)站快慢車(chē)發(fā)車(chē)間隔的大小及其均衡程度將影響快車(chē)在區(qū)段內(nèi)越行慢車(chē)的地點(diǎn)和時(shí)間。

由于快車(chē)在部分車(chē)站不停車(chē)，相比慢車(chē)可以節(jié)約停站時(shí)間和起制動(dòng)的損失時(shí)間，這部分時(shí)間就是快車(chē)較慢車(chē)的節(jié)約旅行時(shí)間。故越行點(diǎn)的確定可以采用以下方法。

通過(guò)牽引計(jì)算，對(duì)兩種列車(chē)在上下行通過(guò)各車(chē)站時(shí)的旅行時(shí)間差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以計(jì)算出快車(chē)較慢車(chē)各站及全程節(jié)省時(shí)間。利用快車(chē)通過(guò)各站時(shí)所節(jié)約的旅行時(shí)間，結(jié)合始發(fā)站快慢發(fā)車(chē)間隔，判斷快慢車(chē)的追蹤間隔，以確定越行點(diǎn)的位置。

在不同的發(fā)車(chē)密度下，一方面通過(guò)單方向調(diào)整在始發(fā)站的快慢車(chē)始發(fā)間隔的合理組合，改變?cè)摲较蚩燔?chē)越行點(diǎn);另一方面，還可通過(guò)綜合調(diào)整雙方向的快慢車(chē)始發(fā)間隔的合理組合，改變整個(gè)區(qū)段中的雙方向越行點(diǎn)(如調(diào)整雙方向在同一越行站設(shè)越行線)。

考慮到工程代價(jià)，應(yīng)在滿足不同越行方案需求的情況下，盡量減少越行點(diǎn)的設(shè)置。從發(fā)車(chē)間隔的均衡性、越行點(diǎn)的兼容性、配線分布的合理性、工程實(shí)施條件等方面綜合進(jìn)行比選，最終確定越行點(diǎn)的位置。

4 越行站配線設(shè)計(jì)

確定越行點(diǎn)的位置后，需考慮在越行站設(shè)置越行線，以同時(shí)滿足慢車(chē)?？亢涂燔?chē)通過(guò)的功能。由于越行站的越行線同樣可以起到夜間或臨時(shí)存車(chē)線、折返線的作用，從將來(lái)的運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮和應(yīng)急處置等方面的要求出發(fā)，設(shè)置這樣的越行線具有多重作用，也能為未來(lái)運(yùn)營(yíng)組織提供靈活的條件。因此，在選擇越行點(diǎn)時(shí)候應(yīng)綜合考慮全線的配線分布情況。

越行站的配線形式如圖5所示。

圖5 越行站配線形式

5 越行方案的評(píng)價(jià)

開(kāi)行越行列車(chē)可以縮短直達(dá)旅客的旅行時(shí)間，提高長(zhǎng)途乘客的服務(wù)質(zhì)量;但同時(shí)也降低了部分列車(chē)的服務(wù)水平，一方面被越行車(chē)站的乘客候車(chē)時(shí)間增加了，另一方面慢車(chē)的旅行速度也由于停站時(shí)間的增加也相應(yīng)降低了，慢車(chē)上的乘客需在車(chē)上等待快車(chē)通過(guò)，對(duì)這部分乘客心理影響較大。因此，應(yīng)對(duì)越行方案對(duì)旅行時(shí)間、能耗的影響等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以確定越行方案實(shí)施的效果和實(shí)施的必要性。

5.1 縮短乘客旅行時(shí)間

通過(guò)對(duì)快車(chē)全天累計(jì)節(jié)省旅行時(shí)間和被越行的慢車(chē)?yán)塾?jì)增加旅行時(shí)間的對(duì)比，確定該越行方案對(duì)于總體上縮短乘客旅行時(shí)間的影響情況。

5.2 減少列車(chē)能耗

由于快車(chē)在部分車(chē)站不停站，減少了列車(chē)起制動(dòng)時(shí)間，同時(shí)也減少了由于頻繁啟、制動(dòng)帶來(lái)的能耗，可以在一定程度上減少牽引能耗?？赏ㄟ^(guò)對(duì)快車(chē)和慢車(chē)的牽引能耗對(duì)比，得出開(kāi)行越行列車(chē)在節(jié)省能耗方面的效果。

以上兩方面可以作為，對(duì)越行方案進(jìn)行初步評(píng)價(jià)指標(biāo)。

6 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)許多大型城市在第一圈層軌道網(wǎng)形成后，為了城市規(guī)模擴(kuò)展和城市功能延伸，軌道線路已經(jīng)逐漸開(kāi)始向城市副中心、衛(wèi)星城及郊區(qū)建設(shè)。對(duì)較長(zhǎng)的連接市區(qū)和市郊的軌道交通線路而言，線路特征與中心城區(qū)內(nèi)常規(guī)軌道交通不同，其線路長(zhǎng)度長(zhǎng)、客流性質(zhì)復(fù)雜，且長(zhǎng)距離出行乘客所占比例較多，因此運(yùn)行模式可介于鐵路和城市地鐵之間。為提高軌道交通服務(wù)水平，研究實(shí)現(xiàn)城市軌道交通越行服務(wù)功能的相關(guān)理論是十分必要的。

軌道交通開(kāi)行快慢車(chē)組合的運(yùn)營(yíng)模式在國(guó)外已有成功的案例，例如東京JR中央快速線。在借鑒國(guó)外成功的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合我國(guó)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，提出了關(guān)于越行方案的能力損失計(jì)算原則、快車(chē)?？空敬_定原則、越行點(diǎn)確定原則、越行站配線設(shè)計(jì)及越行方案評(píng)價(jià)等理論方法，希望能對(duì)今后城市軌道交通越行方案研究和實(shí)施提供有益的參考。

［1］ 劉麗波，葉霞飛，顧保南．東京私鐵快慢車(chē)組合運(yùn)營(yíng)模式對(duì)上海市域軌道交通線的啟示［J］．城市軌道交通研究，2006(11):38－41

［2］ 宋健，徐瑞華，繆和平．市域軌道交通線開(kāi)行快慢車(chē)問(wèn)題的研究［J］．城市軌道交通研究，2006(12):23－27

［3］ 王印富，雷志厚．城市軌道交通行車(chē)組織方法的探討［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2001(4):59－63

［4］ 袁博暉，王英濤．針對(duì)斷面客流量差異的行車(chē)組織適應(yīng)性探討［J］．城市軌道交通研究，2004(4):32－33

［5］ 胡志暉，饒雪平．關(guān)于市域軌道交通快速功能設(shè)計(jì)的探討以上海市軌道交通11號(hào)線南段為例［J］．交通與運(yùn)輸(學(xué)術(shù)版)，2009(7):22－25

［6］ 張國(guó)寶，傅嘉，劉明姝．城軌列車(chē)非站站停車(chē)及派生的越行問(wèn)題研究［J］．都市快軌交通，2005(5):18－22

［7］ 邵偉中，劉瑤，陳光華，等．巴黎市域軌道交通線路及車(chē)站布置特點(diǎn)分析［J］．城市軌道交通研究，2006(1):62－64