蘭州交通大學(xué)自動控制研究所 甘肅省高原交通信息工程及控制重點實驗室 王詩豪 王才善

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探索與觀察

城市軌道交通中典型交路模式及其通過能力的分析

蘭州交通大學(xué)自動控制研究所 甘肅省高原交通信息工程及控制重點實驗室 王詩豪 王才善

【摘要】在城市軌道交通的運營組織中，城市軌道交通的交路模式研究具有重要的意義，多種交路的行車方式在滿足乘客需求的同時，也對城軌交通系統(tǒng)的通過能力和車底運用數(shù)產(chǎn)生不同的影響。本文對多種典型交路形式進行分析，建立了大小交路嵌套形式下的數(shù)學(xué)模型，并計算其通過能力和車底數(shù)量，對城市軌道交通系統(tǒng)中交路形式的選擇提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；開行交路；通過能力；車底運用

城市軌道交通（以下簡稱城軌交通）開行交路簡單的講就是城軌交通的運行區(qū)間，其是城軌交通系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)之一，在城軌交通系統(tǒng)中， 由于各個區(qū)間線路之間的線路長度，站間距、客流量均不相同，所以應(yīng)根據(jù)不同線路之間的不同特點選擇一種合理、有效的運行交路，從而在保持高水平服務(wù)的前提下提高運輸能力和車輛利用率。

城軌交通交路計劃一般規(guī)定了列車的運行區(qū)間、車輛編組數(shù)量、折返站的選擇以及高峰時間段列車開行對數(shù)。由于在實際運輸中多采用多種交路的組合形式，特別是大小交路的嵌套、銜接形式，所以分析其通過能力及車底運用具有很強的現(xiàn)實意思。因此，本文在介紹各種開行交路模式的同時主要研究分析典型交路模式（大小交路嵌套、銜接模式）的通過能力和車底運用問題。

1.城市軌道交通各種主要交路形式

1.1單一交路

單一交路形式如圖1（a）所示，其為城軌列車在線路起點，終點之間按最大需要開行的貫通式列車線路，適用于全線客流及斷面客流比較均勻的線路，在城軌交通運營初期多采用單一交路形式。

1.2大小交路

大小交路可以分為大小交路嵌套、大小交路銜接兩種形式，分別如圖1（b）、圖1（c）所示。其中大小交路嵌套形式適用于高峰小時客流量不均勻，某處斷面客流量具有明顯落差的線路區(qū)間［1］。其可根據(jù)客流量需求，組織不同編組及不同開行對數(shù)的車輛在各區(qū)段運行，通常小交路區(qū)間的客流量要大于兩端大區(qū)間，開行對數(shù)也更多。

大小交路銜接形式多用與高峰小時斷面客流量不均勻，但在每一個區(qū)間均有典型的向心聚集客流［1］。其可以單獨設(shè)置兩個區(qū)間的行車計劃，兩個區(qū)間的列車開行對數(shù)及運行周期相互獨立無干擾，保證每個區(qū)間段都具有較高的服務(wù)水平。

圖1　各種主要交路形式

1.3交錯運行交路

交錯運行線路是指兩個小交路交叉重疊開行的一種交路形式，如圖1（d）所示，其多適用于市區(qū)-郊區(qū)間的相信客流，其中交路兩端為郊區(qū)線路區(qū)段，其客流一般像中心城區(qū)集中，呈現(xiàn)明顯的向心單峰客流特征，兩個小交路交錯部分線路為中心城區(qū)線路，其開行密度加大，可以滿足客流集中的城區(qū)出行需求。

1.4“Y”（雙“Y”）形交路

“Y”形交路和雙“Y”形的形式分別如圖1（e）、（f）所示。其出現(xiàn)的原因是在線路設(shè)計或是后期延伸時出現(xiàn)分岔，而分叉線路又不宜采用獨立交路。其對列車對數(shù)及運行周期的匹配要求很高，線路運營組織和調(diào)整比較復(fù)雜。

2.大小嵌套交路的通過能力和車底運用計算

2.1大小嵌套交路的車輛運行分析

假設(shè)某條線路采用大小嵌套形式的開行交路，如圖1（b）所示。其中B中間站，AC段為大交路運行區(qū)間，運行間隔為d大，運行周期為T周。BC段為小交路區(qū)間，運行間隔為d小，運行周期為t周。在開行大小嵌套交路時，為了不在運行圖的鋪畫中產(chǎn)生空費時間從而使得車底折返時間、折返數(shù)量的增加，大交路列車發(fā)車間隔一般應(yīng)為小交路列車運行間隔的整數(shù)倍。

在大小嵌套交路形式下，可選擇以大交路運行周期為基礎(chǔ)或是以小交路周期為基礎(chǔ)的組合周期形式，若以大交路運行周期為基礎(chǔ)，則表示當(dāng)大小交路列車運行產(chǎn)生沖突時，保證大交路列車按照計劃正常運行，小交路列車需要滯后運行從而產(chǎn)生空隙時間，造成通過能力損失。同理，若以小交路運行周期為基礎(chǔ)，則會對大交路區(qū)間列車產(chǎn)生滯后時間，造成通過能力損失。下面就具體分析這兩種情況的通過能力和車底運用。

2.2以大交路周期為基礎(chǔ)的通過能力和車底運用計算

以大交路周期為基礎(chǔ)的交路示意圖如圖2所示，從圖2可以看出，此時的線路能力損失：

其中t損失為小交路列車一個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)造成的能力損失，min；n損失為列車一個周期內(nèi)少開行的列車對數(shù)，對。同時，小交路列車在折返站B的折返時間t實折會比規(guī)定的最小折返時間t折有所增加。

假設(shè)小交路列車以最緊湊的方式運行，列車在折返站的折返能力滿足要求，且取標(biāo)準(zhǔn)折返時間t折，可以推導(dǎo)出小交路列車的運行周期t周應(yīng)為大交路行車間隔d大的整數(shù)倍，即：

式中p是大小交路列車運行時間比r有關(guān)的量［2］。

圖2　以大交路列車運行為基礎(chǔ)的交路運行圖

下面就具體推倒p的計算公式，假設(shè)大交路單程運行時間為t1，小交路單程運行時間為t2，由城軌交通運行周期計算方法可得：

則：

其中n大為一個周期內(nèi)大交路列車開行數(shù)輛，k為小交路與大交路的車輛開行比例，I為列車的最小行車間隔，r為小交路與大交路列車行駛時間比，為折返時間與大交路列車行駛時間的比值。

前文分析道，以大交路運行為基礎(chǔ)會導(dǎo)致會使小列車在折返站B的折返時間增加，記作t實折，min。由此造成車底運用數(shù)的增加，記作N，輛。大小嵌套交路模式下，理想的小交路周期為：

而實際的小交路周期為：

又根據(jù)大交路列車周期可知：

有以上幾式可得增加的車底數(shù)輛為：

2.3以小交路運行為基礎(chǔ)的通過能力和車底運用計算

以大交路周期為基礎(chǔ)的交路示意圖如圖2所示，由于此時是已小交路周期為基礎(chǔ)，所以大交路區(qū)間列車的實際發(fā)車間隔會比原計劃增加，由圖2可知，此時一個大交路周期T周內(nèi)，造成的能力損失為：

其中t損為一個大交路周期內(nèi)大交路列車的能力損失，min；n損為一個大交路周期內(nèi)大交路列車少開行的列車對數(shù)，輛；表示取整運算，mod表示取余運算。

與以大交路運行為基礎(chǔ)的運行方式類似，以小交路運行為基礎(chǔ)時，會使大交路區(qū)間列車在折返站A的折返時間增加，從而使大交路區(qū)間列車車底運用對數(shù)的減少，記作N減，輛。N減的分析計算方法與前文中以采用大交路列車運行為基礎(chǔ)的運行方式帶來的車底數(shù)量增加數(shù)N的相同，此處不在具體分析。

圖3　以大交路列車運行為基礎(chǔ)的交路運行圖

3.采用大小嵌套交路形式的實例分析

設(shè)某條線路采用大小嵌套形式的交路模式，并以大交路區(qū)間列車運行為基礎(chǔ)，大交路列車運行時間t1=60min，車輛最小折返時間t折min=3min，則根據(jù)列車運行周期算法可得T周=126min，I=5min，該線路的用過能力損失和增加車底運用數(shù)的計算結(jié)果如表1所示。

表1　

由表1的計算結(jié)果可以看出，車底運用增加的數(shù)量，隨著大小交路區(qū)間列車周期比的增加呈現(xiàn)周期化的特點。所以當(dāng)采用大小嵌套交路方式時，在滿足運輸需要的情況下，大小交路區(qū)間列車的開行比例不宜過大，同時還應(yīng)確定合理的開行區(qū)間，時大小交路旅行時間比對線路的通過能力損失及車底運用數(shù)量的影響達到最小。

4.結(jié)論

（1）在城市軌道交通交路多種多樣的形式中，在選擇時一般是以客流量情況為基礎(chǔ)，根據(jù)各種客流的特征結(jié)合工程實施的可行性，選擇合理、有效的交路形式，可以在滿足運輸需求的同時提高運營服務(wù)水平，建設(shè)現(xiàn)代化的城市軌道交通。

（2）在采用大小嵌套交路形式時，交路區(qū)間的通過能力和車底運用數(shù)與大交路區(qū)間列車運行周期T周，大小交路列車行車間隔，大小交路區(qū)間列車運行時間比r，大小交路列車最小行車間隔I，以及列車開行比例k有關(guān)。應(yīng)選擇合適的參數(shù)設(shè)置來避免過多的通過能力損失及過大的徹底運用數(shù)的增加。

（3）對于大小銜接交路形式，大小交路往往相互獨立，所以在中間站的折返能力滿足要求的同時，其線路的整體通過能力和車底運用數(shù)不受影響，但應(yīng)考慮雙方向列車因進路交叉干擾而引起的折返時間的增加啊。

（4）對于其他典型交路形式的分析，在分段交路中，若采用獨立車底運用，則大小交路在折返及車底運用上面相互獨立，可將其視為兩段獨立的單一交路進行分析。對于”Y”形或”雙Y”形交路，線路的能力損失與緩沖時間有關(guān)，即緩沖時間越多，損失能力越少，所以對于這種帶支線的交路形式能合理安排列車的發(fā)車間隔，增加緩沖時間等措施來減少線路的能力損失［4］。

（5）城市軌道交通是一項巨大而復(fù)雜的工程，特殊交路、多種交路形式的組合是不可避免的。以上分析的軌道交通交路形式也不是唯一不變的，應(yīng)根據(jù)實際情況靈活運用，提高運輸能力，降低運營成本，以人為本完成城市軌道交通規(guī)劃目標(biāo)。

參考文獻

［1］徐瑞華，李俠，陳菁菁.始于快速軌道交通線路列車運營交路研究［J］.城市軌道交通研究，2006（5）：36-39.

［2］徐瑞華，陳菁菁，杜世敏.城軌交通多種列車交路模式下的通過能力和車底運用研究［J］.鐵道學(xué)報，2005（4）：6-10.

［3］李俊芳，王炳達.城市軌道交通典型交路形式分析［J］.鐵道運輸與經(jīng)濟，2009（10）：54-58.

［4］徐瑞華，徐浩，宋健.城市軌道交通共線運營的通過能力和延誤［J］.同濟大學(xué)學(xué)報，2005，33（3）：301-305.