劉曉慶，孫繼營，楊曉飛，金艷萍，周 彤，戚建國

（1.北京市軌道交通運營管理有限公司 運營支持部，北京 100068；2.北京市軌道交通運營管理有限公司 運營控制中心，北京 100068；3.北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044)

隨著我國城市軌道交通的發(fā)展，尤其是北京、上海、廣州、深圳等一線城市軌道交通逐漸從擴張期向平穩(wěn)發(fā)展期過渡。改善運營服務(wù)質(zhì)量、提升運營效率將成為城市軌道交通下一階段發(fā)展的主題，其中運營時長是城市軌道交通運營服務(wù)質(zhì)量中重要的考量標(biāo)準(zhǔn)[1]。大興機場線作為北京大興國際機場的軌道交通專線，面向國內(nèi)外旅客具有對標(biāo)航空的高品質(zhì)配置，線路一期工程為北航站樓至草橋段，正線土建工程全長41.36 km。大興機場線具有列車運行速度高、乘車舒適性高、車站附帶城市航站樓功能的特點[2]。在確保運營安全的前提下不斷提升線路運營服務(wù)品質(zhì)和運營效率，是線路運營追求的目標(biāo)[3]。隨著北京大興國際機場航班換季，機場夜間航班量增加，機場夜間地面交通接駁的客運需求不斷增長。為了兼顧線路夜間檢修任務(wù)和運營需求，結(jié)合大興機場線當(dāng)前運營情況，探討線路末班車延時運營對線路檢修、客運以及成本的影響，通過對比分析得到適用于大興機場線的延時運營方案，能夠為后續(xù)線路延時運營工作的開展提供重要支撐。

1 北京大興國際機場及軌道交通專線現(xiàn)狀分析

1.1 北京大興國際機場陸側(cè)交通情況

北京大興國際機場陸側(cè)交通呈“五縱兩橫”的綜合交通網(wǎng)?！拔蹇v”是指機場地區(qū)通往北京市中心城區(qū)的交通線路，包括京開高速公路、京臺高速公路、大興機場高速公路，軌道交通有地鐵大興機場線、京雄城際鐵路；“兩橫”指大興機場北線高速和城際鐵路聯(lián)絡(luò)線?！拔蹇v兩橫”開通后，形成集航空、高速鐵路、城際鐵路、地鐵、公路等多種交通方式為一體的“環(huán)首都1 小時”綜合交通運輸體系，將很好地滿足北京大興國際機場周邊交通需求，構(gòu)建京津冀交通一體化主骨架。北京大興國際機場陸側(cè)交通情況如圖1 所示。

圖1 北京大興國際機場陸側(cè)交通情況Fig.1 Landside traffic situation of Beijing Daxing International Airport

1.2 北京大興國際機場地面各類交通方式占比情況

北京大興國際機場的客流主要為機場航空旅客客流，還包括旅客接送客流、機場辦公人員客流以及其他客流。機場軌道交通方式在進場交通中的載客量比例多為10% ～ 55%不等，常見的載運比在30%左右[4]。根據(jù)北京大興國際機場公共區(qū)管理部信息，北京大興國際機場地面各類交通方式占比為：私家車57%，地鐵25%，出租車13%，大巴車4%，鐵路1%。地鐵在公共交通出行方式中比例最高，大興機場線對于北京大興國際機場客流的集散發(fā)揮著重要作用。

1.3 大興機場線首末班車現(xiàn)狀

2020 年大興機場線上下行首班車時間均為6 : 00，末班車均為22 : 30[5]。草橋站目前是大興機場線唯一的換乘站，能夠與地鐵10 號線實現(xiàn)換乘。地鐵10 號線草橋站雙向最早的首班車時間為上行(外環(huán)) 5 : 24，最晚的末班車時間為下行(內(nèi)環(huán)—終點站巴溝) 23 : 40。對于草橋站換乘，大興機場線上行到達草橋站的首班車能夠與10 號線進行換乘，由10 號線首班車換乘至機場線下行需要等待30 min 左右(換乘時間約6 min)。對于末班車換乘，由于北京大興國際機場夜間主要為進港航班，客流主要去往市區(qū)方向，大興機場線上行末班車22 : 51到達草橋站能夠與10 號線進行換乘。

根據(jù)國內(nèi)機場軌道交通運營時間，香港機場快線末班車時間最晚，雙向末班車時間均晚于00 : 30；內(nèi)地主要服務(wù)于機場的軌道交通線路末班車時間在22 : 00—23 : 10 之間。綜合通勤等功能的機場線路末班車時間相對較晚，約在22 : 30—23 : 55 之間。與國際大型機場的軌道交通相比，我國機場軌道交通運營結(jié)束時間明顯較早，存在航空客流抵港后無法搭乘機場軌道交通的情況。

2 大興機場線延時運營必要性分析

2020 年底，北京大興國際機場日均航班量約704 架次，航班分布時間為6 : 00 至次日2 : 00，日均旅客量約8.2 萬人次，而大興機場線日均客運量為2.78 萬人次，大興機場線客流與機場航空客流之比約為1 : 3，兩者客流走勢基本一致。2020 年11 月大興機場線客流量與機場進出港旅客量情況如圖2 所示。

圖2 2020 年11 月大興機場線客流量與機場進出港旅客量情況Fig.2 Passenger flow of Daxing Airport Express and the airport in November 2020

2020 年底，大興機場線上行最大斷面客流發(fā)生在11 月8 日16 : 40—17 : 40 大興機場站至大興新城站區(qū)間，最大斷面客流2 052 人次，最大滿載率為28%，線路運力滿足客運需求。北京大興國際機場航班時間分布如圖3 所示。從圖3可以看出，北京大興國際機場進港航班高峰為22 : 00—次日01 : 00。根據(jù)航空旅客出行習(xí)慣，近機位旅客從落地到乘車一般需要用時30 ～ 60 min[6]，大興機場線覆蓋進港航班時段為5 : 00—21 : 30，無法覆蓋的進港航班約占進港總量的29%。大興機場線運營結(jié)束后進京方向依然存在較大的客運需求。大興機場線分時最大斷面客流與滿載率情況如圖4 所示，運營結(jié)束前，線路斷面客流依然較高。如遇航班晚點，將會導(dǎo)致機場夜間出現(xiàn)客流需求短時激增的現(xiàn)象，此時大量的客流在地鐵停運后不得不轉(zhuǎn)向出租車或網(wǎng)約車等其他交通方式[7]。

圖3 北京大興國際機場航班時間分布Fig.3 Flight schedule distribution of Beijing Daxing International Airport

圖4 大興機場線分時最大斷面客流與滿載率情況Fig.4 Maximum time-sharing section passenger flow and loading rate of Daxing Airport Express

隨著機場航班換季，北京大興國際機場夜間進港航空旅客量進一步增長。為滿足夜間客運需求，線路需延長夜間運營時間，為航空旅客進北京城區(qū)提供更多的出行選擇[8]。

3 大興機場線延時運營影響及延時方案分析

3.1 大興機場線延時運營影響分析

3.1.1 地鐵線路夜間維修需求

地鐵線路的運營時長受多方因素影響，包括行業(yè)規(guī)定、交通管理部門的相關(guān)規(guī)范要求，以及線路檢測維修工作量和客運需求等[9]。地鐵線路的安全運營依托于規(guī)范化、計劃性的檢查和維修制度。為保障日常運營安全，大興機場線夜間實施的作業(yè)種類主要包括軌道巡視、道岔維護、區(qū)間配電檢查、通信線纜巡視、車輛設(shè)備維護檢修等作業(yè)，區(qū)間相關(guān)施工全年合計3 164 項，2020 年大興機場線維修作業(yè)統(tǒng)計如表1 所示。

表1 2020 年大興機場線維修作業(yè)統(tǒng)計Tab.1 Maintenance operation statistics of Daxing Airport Express in 2020

3.1.2 延長運營1 h 對維檢修的影響分析

如前所述，航班換季后，北京大興國際機場進港航班高峰集中在22 : 00至次日1 : 00，如果地鐵運營將該時段全部覆蓋，則大興機場線至少需要延時運營至次日2 : 00，此時維修天窗時間僅1.5 h。天窗時間縮短，相關(guān)專業(yè)維修時間減少，夜間工作密度的增加需要通過增加維修人員數(shù)量或工時，以及增購工具器具等方式進行彌補，并且需要對多個專業(yè)工作時間和工作人員數(shù)量、檢修作業(yè)及檢修程序進行調(diào)整。此外，部分維修項目不能通過增加檢修人數(shù)來減少檢修時間，如道岔維修作業(yè)，以及更換鋼軌、更換尖軌、更換轍叉等部分修復(fù)性維修作業(yè)。因此，線路運營時間延長至次日2 : 00 將極大地增加線路設(shè)備故障風(fēng)險和安全運營風(fēng)險。

以線路延時運營1 h 為例，即大興機場線末班車時間由22 : 30 延至23 : 30，回庫時間由23 : 20 延至次日00 : 20，分析由此對設(shè)備檢修帶來的影響。大興機場線延長運營1 h 對設(shè)備設(shè)施專業(yè)檢修的影響如表2 所示，實際檢修作業(yè)時間由3.4 h 縮短至2.4 h，維修時間壓縮約30%，相應(yīng)地夜間日檢修量減少約30%。

表2 大興機場線延長運營1 h 對設(shè)備設(shè)施專業(yè)檢修的影響Tab.2 Impact of one-hour extension of Daxing Airport Express on maintenance of equipment and facilities

線路延時運營還需考慮該時段的客運需求。以大興機場線延長運營1 h 為例，上行末班車發(fā)車時間為23 : 30，到達草橋站的時間為23 : 51，而地鐵10 號線末班車時間為23 : 41，由延時運營而增加的上行列次50%能夠與地鐵10 號線進行銜接。線路延時運營時段22 : 30—23 : 30 將覆蓋機場全天進港航班量的7.5%，線路的運營效率得到保障。延時運營后線路覆蓋機場出港航班時段為8 : 30—次日02 : 00，覆蓋進港航班時段為5 : 00—22 : 30。其他方面，假設(shè)該延長運營時段行車間隔為15 min，則線路上下行需各增加4 列次。全年運營里程增加約89.54 萬車公里，其牽引電耗和動力照明電耗增加約526.37 萬kW·h/a。因延時運營，線路的人力成本、電耗成本和設(shè)備維護成本等將隨之增加。

3.1.3 線路延時運營成本增量分析

城市軌道交通具有較強的公益性。軌道交通的運營成本構(gòu)成項目眾多，根據(jù)不同要素，其分類不同。從城市軌道交通運營成本與運營工作量的關(guān)系分析，運營成本可以分為可變成本和固定成本2部分[10]。可變成本是隨著運營工作量變化的成本，如人員工資、動力消耗和車輛維修費；固定成本是不隨運營工作量變化的成本，如運營過程中固定的管理費用和固定設(shè)備的維修費用。主要分析不同延時方案下其可變運營成本的變化情況。

延時可變運營成本分為人工成本、電耗成本、維修維護成本。人工成本增加包括因員工數(shù)量和員工工時(包括外委人員)增加而導(dǎo)致的成本增加；電耗成本增加包括牽引電耗和系統(tǒng)設(shè)備電耗的增加；維修維護成本增加主要包括相關(guān)設(shè)備維護及零件更換費用增加，根據(jù)協(xié)議中不同年份平均每車公里增加的維修維護費用計算。延時運營增加的成本計算公式如下。

式中：C i為方案i每年增加的運營總成本，元；Li為方案i每年增加的人工成本，元；P i為方案i每年增加的電耗成本，元；Ri為方案i每年增加的維修維護成本，元。

各項成本計算如下。

結(jié)合線路夜間延時運營的影響，對多個延時運營方案進行對比分析，包括各方案壓縮的天窗時間，與其他線路的換乘情況以及營運成本的增加等。通過對各方案的比選得到較優(yōu)的延時運營方案。延時運營方案比較如表3 所示。

表3 延時運營方案比較Tab.3 Comparison of different operation extension plans

表3 中延時運營成本的增加不包括因運營里程增加而導(dǎo)致車輛架修大修頻次增加的成本，以及線路因運營時長增加導(dǎo)致的設(shè)備折舊費用。以方案1為例，每日設(shè)備及運營專業(yè)相關(guān)崗位工時增加合計約127 h，每年增加工時成本約325 萬元；安檢、保潔、列車乘務(wù)管理員等承包商每日工時增加合計約71 h，每年成本約73 萬元；每年牽引及系統(tǒng)設(shè)備電量增加約218.6 萬kW·h，電耗成本增加約162 萬元；每年維修維護成本增加約108 萬元。方案2、方案3 的運營成本增加計算方法同理。測算的延時運營成本僅針對于大興機場線，軌道交通制式、運營管理模式、區(qū)域人工成本等方面的不同都會導(dǎo)致運營成本方面的較大差異。

3.2 大興機場線延長運營時間建議

北京大興國際機場夜間航班主要為進港航班，故大興機場線夜間客流主要去往北京市區(qū)方向。在運力運量匹配方面，通過預(yù)測延時階段的客流，計算延時運營所增加列車的滿載率，方案1 約為27%，方案2 和方案3 約為14%。如果線路上、下行同時延長運營，將會導(dǎo)致下行方向運力浪費。通過對比以上各方案，方案1 延長運營時間最短，增加的車次其列車滿載率最高，同時增加運營成本最低，采用方案1 單向延長上行運營時間將更具有實際意義。

2020 年大興機場線末班車運行圖如圖5 所示，上下行列車完成運營后將放空運行回車輛段，上下行各放空3 列。由于大興機場線車輛段位置靠近線路中間站，與草橋站距離約13 km，與大興機場站距離約25 km。故上行放空運行距離較長，可合理利用此部分運力，建議將上行回空車作為載客列車運行至草橋站后再放空至車輛段。按照方案1，設(shè)定行車間隔15 min，上行延長運營時間30 min，一定程度上緩解了部分客運需求。

圖5 2020 年大興機場線末班車運行圖Fig.5 Last-train working diagram of Daxing Airport Express in 2020

大興機場線上行延長運營30 min 后的末班車運行圖如圖6 所示，增加的車次列車均在草橋站放空回車輛段，避免了列車在長大區(qū)間放空運行造成的運力浪費。

圖6 大興機場線上行延長運營30 min 后的末班車運行圖Fig.6 Last-train working diagram of extended operation for 30 min in the up-direction of Daxing Airport Express

4 結(jié)束語

城市軌道交通線路運營時長是運營服務(wù)水平的重要體現(xiàn)。目前城市軌道交通因各項條件制約，需要通過分析、對比、評估設(shè)計符合線路條件的延時方案。以大興機場線為背景的延時方案設(shè)計研究，為機場軌道交通專線延時運營方案的制訂提供參考。隨著城市軌道交通檢修水平的不斷提升，以及全自動無人駕駛線路、智慧車站的不斷建設(shè)和推廣應(yīng)用，城市軌道交通的安全性、穩(wěn)定性將得到更有力的保障，延時運營的成本有望不斷下降，延時運營方案設(shè)計空間將得到擴展。