潘曉軍

(北京市地鐵運營有限公司,北京100044)

北京地鐵1號線運輸能力挖掘研究

潘曉軍*

(北京市地鐵運營有限公司,北京100044)

日益增長的城市軌道交通客流給既有線路的運營組織帶來了巨大壓力.本文分析了城市軌道交通提高運輸能力的主要措施,發(fā)現(xiàn)北京地鐵1號線通過擴大列車編組數(shù)量和縮短列車運行間隔的措施來挖掘運輸能力的潛力較小,提出通過非正常的行車組織方式,采用插車方案來提高1號線的運輸能力,該方案能夠在早高峰時段提高10%左右的運力,使最大滿載率由120%降至110%.經(jīng)過試驗,加開列車能夠明顯減少站臺的滯留人數(shù),實施效果良好,可以為其他線路挖掘運輸能力提供思路和經(jīng)驗.

城市交通;北京地鐵1號線;運輸能力;追蹤能力;插車方案

1 引 言

隨著北京市軌道交通路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和低票價政策的實施,2007年以來,北京地鐵客流以年增長率超過10%的速度大幅增長,部分骨干線路高峰時段供需矛盾突出,高峰小時列車滿載率超過120%.日益增長的客流給既有線路的運營組織帶來了巨大壓力,既有線路的土建結(jié)構(gòu)改造困難,因此,需要通過運營組織技術(shù)來充分挖掘線路的運輸能力.

目前對于運輸能力挖掘的研究主要集中在折返能力及車輛配型等方面,錢麗芳等[1]提出了通過優(yōu)化限速條件和增加點式環(huán)線裝置計算速度碼來提高地鐵運能的方法.王志海[2]分析了不同模式下的折返能力并結(jié)合實例,提出了在實際運營組織中利用既有站線提高折返能力的措施.趙曉麗和蔡林沁[3]以天津地鐵4號線為例,從運能、乘車舒適度、投資、資源共享等方面對A型車6輛和B型車8輛兩種編組方案進行了對比分析.付印平等[4]基于元胞自動機,對地鐵列車的追蹤運行進行了仿真,仿真結(jié)果為從發(fā)車間隔方面提高地鐵的運輸能力提供了參考.

本文首先分析了城市軌道交通提高運輸能力的主要措施,結(jié)合北京地鐵1號線的特點,研究了1號線的運輸能力在擴大列車編組數(shù)量和縮短列車運行間隔方面存在的潛力,最后,提出了高峰時段非正常的行車組織方式,即利用插車來提高1號線運輸能力的方案,并通過相關(guān)站臺的滯留人數(shù)分析了方案的實施效果.

2 提高運力的主要措施

對城市軌道交通而言,運輸能力一般指在既有車輛、設(shè)備條件下,線路單向高峰小時運送的最大乘客數(shù)量.運輸能力取決于列車編組數(shù)量和最小行車間隔.其中,車站、車輛段土建規(guī)模及車輛數(shù)量決定了列車編組數(shù)量;信號、供電、線路等系統(tǒng)設(shè)備綜合能力及列車停站時間決定了最小行車間隔.因此,地鐵運輸能力的提高應(yīng)根據(jù)客流需求,通過采取擴大列車編組數(shù)量和縮短列車運行間隔等措施來實現(xiàn),而這兩種措施又受到諸多因素的制約,如圖1所示.

圖1 提高運力的主要措施Fig.1 The principal measures for improving transport capacity

2.1 擴大列車編組數(shù)量

擴大列車編組數(shù)量是提高運輸能力最直接、最有效、最安全的手段.北京地鐵1號線一期工程的車站站臺長度、折返線及庫線、車輛段存車線的長度均是按照6輛編組設(shè)計.

擴大列車編組數(shù)量的方案主要有6輛編組改7輛編組和6輛編組改8輛編組兩個方案,經(jīng)過對北京地鐵1號線土建結(jié)構(gòu)、線路條件及其他設(shè)備情況的研究,并通過現(xiàn)場踏勘,發(fā)現(xiàn)擴大列車編組數(shù)量的措施主要存在以下問題:

(1)6輛編組改8輛編組:八角、玉泉路、萬壽路車站主體結(jié)構(gòu)不滿足需求,八角、玉泉路、公主墳縱斷面豎曲線不滿足《地鐵設(shè)計規(guī)范》要求,部分站點主體結(jié)構(gòu)擴建涉及地面建筑改移,風(fēng)險極大,代價極高,方案基本不可行.

(2)6輛編組改7輛編組:方案基本可行,但須對車輛段、庫線及部分車站進行改造和擴建,對相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)進行改造升級.經(jīng)初步測算,項目投資約30.3億元,工期3.5年.由于上述改造和擴建將涉及車站設(shè)備機房、管理用房拆除和還建,地面建筑的拆除和還建,管線改移,地面交通導(dǎo)改等,施工風(fēng)險極大,對1號線正常運營影響嚴(yán)重,甚至將以部分區(qū)段停運手段作為代價以完成改造工程.因此,該方案在短期內(nèi)不具備可實施性.

2.2 縮短列車運行間隔

列車運行間隔主要取決于信號安全系統(tǒng)能力、供電系統(tǒng)的能力、車輛配置數(shù)量.北京地鐵1號線目前使用的信號系統(tǒng)是上世紀(jì)90年代初進行改造后的信號系統(tǒng),通過對列車運行速度的階梯控制——即超速防護自動閉塞來實現(xiàn)對列車間隔的控制.1號線各系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)過多輪規(guī)模不等的改造,供電系統(tǒng)能力、車輛配置數(shù)量可支持110 s運行間隔,能否縮短列車運行間隔進一步提高運輸能力主要取決于信號系統(tǒng)綜合能力.

信號系統(tǒng)能力是列車在信號系統(tǒng)區(qū)間追蹤能力、站停時分和折返能力三者綜合能力的體現(xiàn).通過對區(qū)間追蹤能力的分析,除站停時分外,其他時間標(biāo)準(zhǔn)均與信號系統(tǒng)設(shè)計、線路條件、車輛性能直接相關(guān),在不進行系統(tǒng)設(shè)備改造的情況下幾乎沒有調(diào)整的余地.而站停時分與客流大小和站臺組織相關(guān),現(xiàn)階段已經(jīng)通過優(yōu)化司機操作流程、提高司機業(yè)務(wù)技能和加強站臺組織的方式將折返時間(包括折返站站停時分)壓縮到最小,折返能力基本沒有再提高的空間.

可見,現(xiàn)階段1號線信號系統(tǒng)能力已基本飽和,通過縮短列車間隔的方法來挖掘運輸能力的可行性很小.

3 運力挖掘方案

北京地鐵1號線既有的線路、信號、車輛條件很難在短時間內(nèi)提高,無法通過正常的行車組織方式提高運力,因此,需要創(chuàng)新行車組織方式,采用非正常的行車組織方式,深入挖掘內(nèi)部潛力,充分利用信號系統(tǒng)區(qū)間追蹤潛力,進一步提高運輸能力.

3.1 方案描述

高峰時段,1號線采取非常規(guī)行車組織方式,縮減相應(yīng)限制車站站停時分,縮短列車追蹤間隔,下行方向(四惠東至蘋果園)從四惠車輛段直接安排列車至四惠站,由四惠站開始載客運行至古城站后清人回段,不進行折返作業(yè),如圖2所示.

圖2 加車路徑示意Fig.2 The routing sketch of inserting trains

3.2 方案實施

1號線目前正線追蹤間隔為110 s,折返間隔為125 s,折返能力小于正線追蹤能力.在正常行車組織模式下,線路行車最小間隔限制為125 s.考慮采用非正常行車組織模式,避開折返能力不足的限制條件,盡量消除折返能力對最小行車間隔的影響,使行車最小間隔最大程度趨近于正線追蹤間隔110 s.

1號線下行方向采用插車方式,在正常交路下,由四惠車輛段加開s次列車,并直回古城車輛段,中途不參與折返作業(yè),因此s次列車與前后列車的最小間隔僅取決于正線的追蹤間隔.s次列車與s-1次、s+1次的行車間隔為110 s.

當(dāng)圖定列車與加開列車比例為x：1時,每x次折返列車后加開1列s次列車.則x+1次列車的總間隔為

平均行車間隔為

式中 a為正線追蹤間隔;b為折返追蹤間隔(折返車站到達追蹤間隔、出入庫追蹤間隔、出發(fā)追蹤間隔中最大值);ttot為一個插車循環(huán)列車總間隔; tave為一個插車循環(huán)列車平均間隔.

1號線正線追蹤間隔a為110 s,折返追蹤間隔b為125 s,因此,有

式中 x≥1.

通過函數(shù)可知,當(dāng)x=1時,每折返1次列車后,插入一列加開列車,此時1號線下行平均最小行車間隔可以達到110 s.而當(dāng)x逐漸增加時,既插車頻率減少時,1號線下行平均最小行車間隔趨近于125 s.

由于四惠車輛段的連續(xù)出段能力為240 s,當(dāng)s +2次列車過后才能繼續(xù)進行插車作業(yè),因此圖定列車與加開列車最小比例為2∶1,即x最小取值為2.

雖然四惠東站折返能力限制為125 s,但發(fā)車追蹤間隔為112 s,因此提出此方案:s-1至s+3為一個循環(huán),即x=4,如圖3所示.此時,四惠車輛段連續(xù)出段能力滿足要求,且可以完全利用四惠東發(fā)車追蹤間隔小于折返能力這一特性.

圖3 列車間隔示意Fig.3 The sketch of train headways

從圖3可以看出,插車循環(huán)總間隔時間為569 s,平均間隔113.8 s.通過此種方案,可以將1號線列車最小間隔縮短至110 s,尖峰時段平均列車最小間隔縮至113.8 s,運力提高10%,持續(xù)時間為9 min29 s.現(xiàn)階段1號線早高峰下行客流尖峰時段為7:45～8:15,持續(xù)時間約為30 min,需要進行3次循環(huán)插車作業(yè),持續(xù)時間可以達到28 min27 s,基本覆蓋尖峰時段.另外,考慮到減少對圖定列車正常行駛的影響,保證正線運營的穩(wěn)定性,可以在第1次循環(huán)過渡適當(dāng)時間后,再進行第二次循環(huán),以便留出調(diào)整余量.

3.3 配套措施

為保證插車方案的實施,需從運營組織上采取以下配套措施.

(1)縮減相應(yīng)限制車站下行站停時分.

大望路站下行、東單站上下行、復(fù)興門站上下行、禮士路站上下行的通過能力是影響整條線路追蹤能力的限制點.因此,要實現(xiàn)1號線下行追蹤能力到達110 s,需對上述車站的站停時分進行調(diào)整.

列車間隔縮小后,列車滿載率略有下降,可以在一定程度上降低乘客乘降難度,同時通過進一步加強站臺乘降組織,部分車站的站停時分具備調(diào)整空間.

(2)早高峰時段嚴(yán)格限流.

繼續(xù)執(zhí)行1號線東端和西端共8座車站常態(tài)限流措施,嚴(yán)格控制進站人數(shù)和進站速度,并張貼溫馨提示,引導(dǎo)乘客錯峰出行.

(3)加強車站客運組織疏導(dǎo)與宣傳.

全面完善車站客運組織方案,在車站步梯、扶梯、通道等重點部位增加值守人員,加強宣傳、疏導(dǎo).在站臺加強組織力量,引導(dǎo)乘客分散上車,快下快上,有序乘降,提高終點站清車速度,確保列車站停時分.

4 實施效果

采用插車方案后,預(yù)計1號線尖峰時間段下行方向運力將提高到45 173人次/小時,運力提高10%左右,這一時段最大滿載率將由120%降至110%.自2011年12月21日起,1號線早高峰下行方向開始進行試驗,在1085次到四惠站后,四惠段至古城段下行加開1501次,在古城站清人后回古城車輛段.8:10～8:15尖峰時間段,列車最小運行間隔已達到110 s.有關(guān)車站在加開列車后,站臺滯留人數(shù)的變化如表1所示.

表1 插車方案后站臺滯留人數(shù)變化Table 1 The change of detained passengers after the implement of train-inserting scheme

四惠東站:加開列車(1501次)之前正常列車駛離后,站臺滯留人數(shù)約為450人左右,由于1085次列車后需由四惠車輛段加開列車,因此1086次列車在四惠東站加長站停時分,1086次列車駛離后,站臺滯留人數(shù)減少至300人左右,后續(xù)列車陸續(xù)駛離后,站臺滯留人數(shù)逐漸恢復(fù)到450人左右.

四惠站:加開列車(1501次)之前正常列車駛離后,站臺滯留人數(shù)約為600人左右.當(dāng)加開的1501次列車駛離后,站臺基本沒有乘客滯留情況.在后續(xù)列車陸續(xù)駛離后,站臺滯留人數(shù)逐漸增加,至后續(xù)第4列車駛離后,站臺滯留人數(shù)又恢復(fù)到600人左右.大望路站與四惠站情況類似.

國貿(mào)站:由于加開列車(1501次)在大望路站上人后,車廂內(nèi)已接近滿載,且國貿(mào)站是換乘車站,上車的人數(shù)在一定程度上取決于下車人數(shù),因此加開列車對減少站臺滯留人數(shù)效果有限.

由試驗結(jié)果可知,通過加開由四惠車輛段至古城車輛段的列車,使這一時段1號線下行方向多運送乘客1 600人左右,運力提高約10%左右,有效緩解了下行方向四惠站至國貿(mào)站區(qū)間的客流壓力.因此,下一階段將逐步考慮增加循環(huán)次數(shù),以便完全覆蓋下行方向的尖峰時段,進一步提高服務(wù)水平.另外,考慮在上行方向,采用同樣方式,由52號站加開列車至四惠東站,清人后入南庫線待命,不進行折返作業(yè),待高峰過后再回段,以緩解上行方向尖峰時刻的客流壓力.

5 研究結(jié)論

本文通過改進行車組織模式,深入挖掘運輸潛力,提出了充分利用信號系統(tǒng)區(qū)間追蹤能力縮小列車間隔的方案,針對北京地鐵1號線,提出的插車方案能夠在早高峰時段提高10%左右的運力,最大滿載率將由120%降至110%.試驗發(fā)現(xiàn)加開列車能夠明顯減少站臺的滯留人數(shù),乘車環(huán)境有了一定程度的改善,插車方案的實施效果良好.北京地鐵1號線對運輸能力挖掘的探索與成功實踐為其他線路提供了可借鑒的思路和經(jīng)驗.

[1] 錢麗芳,譚喜堂,申朝旭.北京地鐵1號線運能現(xiàn)狀及提高措施[J].城市軌道交通研究,2012,15(2): 69-73.[QIAN L F,TAN X T,SHEN Z X.Present situation of the transport capacity on Beijing Metro Line 1 and improving measures[J].Urban Mass Transit, 2012,15(2):69-73.]

[2] 王志海.軌道交通終點站折返能力分析及改進研究[J].城市軌道交通研究,2012,15(4):86-89. [WANG Z H.Analysis and improvement of the turnback capacity at rail transit terminal[J].Urban Mass Transit,2012,15(4):86-89.]

[3] 趙曉麗,蔡林沁.天津地鐵4號線擴能方案比較與分析[J].鐵路工程造價管理,2011,26(5):10-12. [ZHAO X L,CAI L Q.Comparison and analysis of Tianjin Metro Line 4 revamping schemes[J].Railway Engineering Cost Management,2011,26(5):10-12.]

[4] 付印平,高自友,李克平.基于元胞自動機模型的地鐵列車追蹤運行研究[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息,2008,8(4):89-95.[FU Y P,GAO Z Y,LI K P.Modeling study for tracking operation of subway trains based on cellular automata[J].Journal of Transportation SystemsEngineeringandInformation Technology,2008,8(4):89-95.]

Transport Capacity Excavation of Beijing Metro Line 1

PAN Xiao-jun
(Beijing Subway Company,Beijing 100044,China)

The ever-growing passengers of urban rail transit have resulted in a great difficulty for operation. The principal measures for improving transport capacity are analyzed.The potential in improving transport capacity is insignificant for Beijing Metro Line 1 via increasing marshalling coach numbers or declining headways.An unconventional train travel pattern naming train-inserting scheme is presented to improve the transport capacity of Beijing Metro Line 1.The scheme may increase the transport capacity by 10%and decrease the ridership from 120%to 110%during the morning peak period.In view of the practical test,the inserted trains are capable of reducing detained passengers on the platform strikingly.The good implementation might provide ideas and experience for the transport capacity excavation of other metro lines.

urban traffic;Beijing Metro Line 1;transport capacity;tracing capacity;traininserting scheme

U121Document code: A

U121

A

1009-6744(2013)04-0200-05

2013-03-05

2013-05-11錄用日期:2013-05-27

潘曉軍(1959-),男,遼寧旅順人,高級工程師.

*通訊作者:panxiaohun59@hotmail.com