孫孟毅 宋倩茹

(1. 青島地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司， 266101， 青島； 2. 青島青鐵軌道交通產(chǎn)業(yè)研究院有限公司， 266101， 青島∥第一作者， 工程師)

城市軌道交通同站臺(tái)換乘是指兩條線路共用一個(gè)島式站臺(tái)，乘客可從某線路的列車下車后，直接在同一站臺(tái)上等待另一條線路的列車的換乘方式，可極大地方便換乘乘客。

同站臺(tái)換乘可分為同站臺(tái)同向換乘和同站臺(tái)對(duì)向換乘兩種，本文以同站臺(tái)對(duì)向換乘為研究對(duì)象。同站臺(tái)對(duì)向換乘方式下，如果兩條換乘線路之間的列車銜接不合理，則可能降低換乘服務(wù)水平，使之成為客流組織的瓶頸，進(jìn)而在一定程度上影響線網(wǎng)中部分線路的運(yùn)輸效率，導(dǎo)致乘客出行時(shí)間增加。

1 同站臺(tái)對(duì)向換乘布置形式的優(yōu)缺點(diǎn)

常見(jiàn)的同站臺(tái)對(duì)向換乘站布置形式如圖1所示[1]。其優(yōu)點(diǎn)主要是短距離換乘、便捷高效。其缺點(diǎn)是：① 通常只能滿足一個(gè)方向上的短距離相互換乘，其他方向上的相互換乘依然需要通過(guò)站廳或通道來(lái)完成，具有局限性；② 因站臺(tái)面積有限，若大量客流集中到達(dá)，站臺(tái)的緩沖能力較差；③ 基于乘客心理，易導(dǎo)致?tīng)?zhēng)搶上車，以及列車夾人、夾物事件的發(fā)生；④ 若兩線中任一條線路在某個(gè)方向發(fā)生列車延誤，容易因候車乘客滯留導(dǎo)致站臺(tái)過(guò)度擁擠，安全管理風(fēng)險(xiǎn)較高。因此，同站臺(tái)對(duì)向換乘方式對(duì)兩條線路列車到發(fā)的合理銜接提出了很高的要求。

2 同站臺(tái)對(duì)向換乘線間列車到發(fā)銜接的影響因素

2.1 列車到達(dá)間隔時(shí)間tj

列車到達(dá)間隔時(shí)間是指同線路同方向上連續(xù)兩列車到達(dá)車站的時(shí)刻之差[1]。tj由實(shí)際客流量決定，是列車運(yùn)行圖的重要參數(shù)。對(duì)于同站臺(tái)對(duì)向換乘站的共用站臺(tái)，兩線間列車到達(dá)間隔的匹配應(yīng)在滿足換乘客流安全、有效疏導(dǎo)的同時(shí)，兼顧換乘的便捷性。在客流高峰時(shí)段(以下簡(jiǎn)稱“高峰時(shí)段”)換乘客流密集到達(dá)時(shí)，需要錯(cuò)開(kāi)兩條線路的列車到達(dá)時(shí)間，以避免發(fā)生因站臺(tái)擁擠引發(fā)安全事故；在客流非高峰時(shí)段(以下簡(jiǎn)稱“非高峰時(shí)段”)，換乘客流相對(duì)較小，列車的到發(fā)時(shí)間應(yīng)盡可能滿足換乘乘客“零等待”的需求。在實(shí)際的運(yùn)營(yíng)管理中，即使在非晚點(diǎn)的情況下，受司機(jī)等人員的操作影響，相對(duì)圖定的到發(fā)時(shí)刻，列車的實(shí)際到發(fā)時(shí)間存有少量偏差是難以避免的。為保證同站臺(tái)對(duì)向換乘的服務(wù)水平，在進(jìn)行線間列車到發(fā)銜接組織方案設(shè)計(jì)時(shí)，少量的到發(fā)時(shí)刻偏差也應(yīng)予以考慮。

a) 雙島式

2.2 乘客換乘時(shí)間

(1)

式中：

tw——統(tǒng)計(jì)期內(nèi)換乘乘客在共用站臺(tái)的累計(jì)候車時(shí)間；

P——統(tǒng)計(jì)期內(nèi)共用站臺(tái)上換乘乘客總?cè)藬?shù)。

2.3 其他影響因素

3 同站臺(tái)對(duì)向換乘線間列車到發(fā)銜接的優(yōu)化方法

3.1 主要影響因素的影響機(jī)理分析

3.1.1tj的影響機(jī)理

基于實(shí)際的列車運(yùn)行及人員作業(yè)等影響因素，兩條線路的列車同時(shí)到站上下客的情況如圖2所示。圖2中：tA,圖停、tB,圖停分別表示A線、B線列車在共用站臺(tái)的圖定停站時(shí)間；tB,到延為與圖定計(jì)劃相比B線列車到達(dá)車站所延誤的時(shí)間；tA,早發(fā)為與圖定計(jì)劃相比A線列車駛離車站所提前的時(shí)間；t1為A線、B線列車同時(shí)在車站停車時(shí)的交集時(shí)間；t2為A、B兩線列車車門(mén)均處于打開(kāi)狀態(tài)的時(shí)間；t3為司機(jī)關(guān)閉車門(mén)準(zhǔn)備發(fā)車的時(shí)間。

如圖2所示，優(yōu)化的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為使t1盡可能大。如tA,圖停與tB,圖停不相等時(shí)，t1取tA,圖停、tB,圖停中的較小值；當(dāng)tA,圖停、tB,圖停與t1均相等時(shí)，兩條線路列車將實(shí)現(xiàn)同時(shí)到發(fā)(即同一時(shí)間A線、B線列車均到達(dá)共用站臺(tái)，經(jīng)相同的停站時(shí)間后同時(shí)駛離)。而在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，考慮到列車司機(jī)操作等因素的影響，要嚴(yán)格把控t3(一般在崗位人員作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有相關(guān)的規(guī)定)，并盡量減小tB,到延和tA,早發(fā)，以貼合列車運(yùn)行圖的開(kāi)行計(jì)劃。

圖2 兩條線路列車同時(shí)在站示意圖Fig.2 Trains from two different lines parking in station at the same time

在高峰時(shí)段，將兩條線路列車錯(cuò)開(kāi)到發(fā)，即一條線路的列車駛離車站后另一條線路的列車再駛?cè)胲囌?，這樣可減少下車乘客目睹鄰線列車關(guān)門(mén)動(dòng)車而無(wú)法換乘的情況，此時(shí)列車運(yùn)行及人員作業(yè)對(duì)列車到達(dá)間隔的影響如圖3所示。圖3中，t4為兩條線路的列車實(shí)際運(yùn)行時(shí)錯(cuò)開(kāi)到發(fā)的時(shí)間差，應(yīng)觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況予以確定。在編制列車運(yùn)行圖時(shí)，還應(yīng)考慮B線列車提前到達(dá)時(shí)間tB,早到和A線列車延遲發(fā)車時(shí)間tA,晚發(fā)，以確定兩線列車錯(cuò)開(kāi)到發(fā)的最小時(shí)間間隔t5。

圖3 兩條線路列車錯(cuò)開(kāi)到發(fā)示意圖Fig.3 Diagram of staggered arrival and departure of trains on two lines

在不考慮列車運(yùn)行時(shí)間波動(dòng)及突發(fā)大客流的情況下，設(shè)B線換入A線方向的站臺(tái)為共用島式站臺(tái)，共用站臺(tái)上換乘客流的累計(jì)候車人數(shù)與A線、B線的tj密切相關(guān)，且在1個(gè)tj周期內(nèi)具有規(guī)律性，如圖4所示。圖4中：兩條線路列車的停站時(shí)間均為ts，兩條線路的tj均為d，Δd為周期d內(nèi)兩線列車到達(dá)時(shí)間的差值。

a) A線本站進(jìn)站的累計(jì)候車人數(shù)

(2)

在高峰時(shí)段，為了保證密集到達(dá)客流的換乘安全，并兼顧兩條線路間換乘候車時(shí)間的均衡，令Δd=d/2。此時(shí)，可將式(2)簡(jiǎn)化為：

(3)

圖5 換入客流較大時(shí)對(duì)的調(diào)整示意圖Fig.5 Adjustment of of the large change-in passenger flow

3.2 線間列車到發(fā)銜接的優(yōu)化方法

基于上文的分析及列車運(yùn)行圖的繪制要求，根據(jù)客流高峰、非高峰時(shí)段換乘客流的不同特征，本文提出同站臺(tái)對(duì)向換乘方式下線間列車到發(fā)銜接的優(yōu)化方法。

3.2.1 高峰時(shí)段線間列車的到發(fā)銜接優(yōu)化

高峰時(shí)段列車到達(dá)間隔時(shí)間較小，乘客錯(cuò)過(guò)列車后等待下一趟列車的時(shí)間較短。為避免客流對(duì)沖，應(yīng)優(yōu)先將兩條線路的停站時(shí)間調(diào)整一致，并將兩條線路的列車到達(dá)間隔時(shí)間調(diào)整一致或成倍數(shù)關(guān)系，使得兩條線路或換入客流較大的線路滿足式(3)的要求。當(dāng)兩條線路的列車到達(dá)間隔時(shí)間、停站時(shí)間不一致時(shí)，則應(yīng)錯(cuò)開(kāi)兩條線路的列車到發(fā)時(shí)刻，在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)得到t4，并對(duì)tB,早到、tA,晚發(fā)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以確定t5的合理取值，并在兩條線路的列車運(yùn)行圖中予以調(diào)整。

3.2.2 非高峰時(shí)段線間列車的到發(fā)銜接優(yōu)化

與高峰時(shí)段相比，非高峰時(shí)段列車到達(dá)間隔時(shí)間相對(duì)較大。為縮短換乘乘客在站臺(tái)的候車時(shí)間，在非高峰時(shí)段可通過(guò)如調(diào)整tj、微調(diào)列車運(yùn)行圖、平移部分列車運(yùn)行線等方法對(duì)列車到發(fā)銜接進(jìn)行靈活調(diào)整。

方法一：調(diào)整tj。在編制列車運(yùn)行圖時(shí)，可根據(jù)客流實(shí)際情況，調(diào)整兩條線路的tj，以確保兩線的tj一致或成倍數(shù)關(guān)系。

方法二：微調(diào)列車運(yùn)行圖。在tj、停站時(shí)間不一致且調(diào)整難度較大的情況下，以t1=t3為臨界點(diǎn)分兩種情況對(duì)列車運(yùn)行圖進(jìn)行微調(diào)：① 當(dāng)t1≥t3時(shí)，在列車運(yùn)行圖編制時(shí)找出如列車折返時(shí)間、區(qū)間運(yùn)行時(shí)間、停站時(shí)間等具有冗余量、可微調(diào)的時(shí)間參數(shù)，調(diào)整這些時(shí)間參數(shù)，將兩條線路的列車調(diào)整為同時(shí)在站，并最大限度地增加兩條線路列車的同時(shí)在站時(shí)間；② 當(dāng)t1

方法三：平移部分列車運(yùn)行線。運(yùn)用兩條線路列車到達(dá)間隔時(shí)間差規(guī)律，在滿足高峰時(shí)段tj及列車錯(cuò)開(kāi)的基礎(chǔ)上，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整非高峰時(shí)段tj較大的線路，調(diào)整并確定這條線路部分時(shí)段的列車運(yùn)行線。然后，另一條線路的列車運(yùn)行線配合調(diào)整，使得兩條線路的列車同時(shí)在站時(shí)間最大化或滿足錯(cuò)開(kāi)的條件。

這3種優(yōu)化方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 非高峰時(shí)段線間列車到發(fā)銜接優(yōu)化方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析Tab.1 Advantages and disadvantages analysis of the optimization methods of train arrival and departure connection between lines during off-peak hours

綜上，在優(yōu)化列車運(yùn)行圖時(shí)，如兩線列車到達(dá)間隔時(shí)間一致，優(yōu)先采取方法一；其次，可根據(jù)客流情況靈活采用方法二(該方法在高峰時(shí)段、非高峰時(shí)段、高峰和非高峰的過(guò)渡時(shí)段均可采用)。此外，若一條線路有兩個(gè)同站臺(tái)對(duì)向換乘站時(shí)，可基于“換乘客流大的車站為主要換乘站”原則，采用上述方法，優(yōu)先滿足主要換乘站內(nèi)兩條線路間的列車到發(fā)銜接，再通過(guò)有冗余量的時(shí)間參數(shù)微調(diào)列車在兩個(gè)換乘站間的運(yùn)行計(jì)劃，以滿足沿線其他換乘站列車到發(fā)銜接的要求。

4 案例分析

本文以青島地鐵2號(hào)線、3號(hào)線的換乘站五四廣場(chǎng)站為例進(jìn)行分析，其站臺(tái)布置形式如圖6所示。該站為雙島式同站臺(tái)對(duì)向換乘，青島地鐵2號(hào)線、3號(hào)線均為青島市區(qū)的主要線路，客流量較大。

圖6 青島地鐵2號(hào)線、3號(hào)線換乘站五四廣場(chǎng)站的站臺(tái)布置形式示意圖Fig.6 Platform layout of the May 4th Square Station, the Qingdao Metro Line 2 and Line 3 transfer station

以2019年旅游季(7～8月)某個(gè)工作日為例，由于2號(hào)線部分線路暫未開(kāi)通，兩條線路的tj無(wú)法調(diào)整一致，基于此確定列車運(yùn)行圖的優(yōu)化原則為：① 將停站時(shí)間均設(shè)為45 s；② 根據(jù)運(yùn)營(yíng)實(shí)際，確定高峰時(shí)段、非高峰時(shí)段列車錯(cuò)開(kāi)時(shí)間分別為10 s、35 s；③ 編制列車運(yùn)行圖時(shí)，以客流較大的3號(hào)線為基準(zhǔn)、2號(hào)線配合為原則，調(diào)整五四廣場(chǎng)站的列車到發(fā)時(shí)刻。

4.1 高峰時(shí)段的優(yōu)化措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，運(yùn)用式(1)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后，該站的優(yōu)化調(diào)整措施為：因高峰時(shí)段的客流較大，2號(hào)線上線列車數(shù)增加1列，將2號(hào)線的tj從原來(lái)的5 min 20 s壓縮至5 min。受2號(hào)線列車運(yùn)行間隔縮小的影響，考慮錯(cuò)開(kāi)列車的到發(fā)時(shí)間，對(duì)3號(hào)線的列車運(yùn)行圖進(jìn)行配合調(diào)整。五四廣場(chǎng)站高峰時(shí)段各方向的平均站臺(tái)換乘候車時(shí)間如表2所示。其中，早高峰時(shí)段2號(hào)線下行換3號(hào)線下行的平均站臺(tái)換乘候車時(shí)間僅為1 min 38 s。此外，兩條線路的列車到達(dá)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)了10 s，有效地避免了列車同時(shí)在站情況下同站臺(tái)對(duì)向換乘客流對(duì)沖的情況。

表2 高峰時(shí)段五四廣場(chǎng)站各方向的平均站臺(tái)換乘候車時(shí)間對(duì)比Tab.2 Comparison of average platform transfer waiting time at May 4th Square Station during peak hours

4.2 非高峰時(shí)段的優(yōu)化措施

與高峰時(shí)段相比，非高峰時(shí)段兩條線路的客流量相對(duì)較小。因此，保持兩條線路的tj不變。采用微調(diào)方法對(duì)列車運(yùn)行圖進(jìn)行優(yōu)化。五四廣場(chǎng)站非高峰時(shí)段平均站臺(tái)換乘候車時(shí)間如表3所示。其中，在2號(hào)線下行換3號(hào)線下行、3號(hào)線上行換2號(hào)線上行兩個(gè)換乘方向上的平均站臺(tái)換乘候車時(shí)間均減少了53 s，大大地提升了換乘乘客的出行便捷性，達(dá)到了縮短站臺(tái)候車時(shí)間的優(yōu)化目標(biāo)。兩條線路的列車到達(dá)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)了35 s，從現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行情況看達(dá)到了預(yù)期的效果。此外，在2019年的旅游季期間，這兩條地鐵線路均未有五四廣場(chǎng)站同站臺(tái)對(duì)向換乘乘客投訴事件，列車運(yùn)行圖的優(yōu)化調(diào)整取得了良好的效果。

表3 非高峰時(shí)段五四廣場(chǎng)站各方向的平均站臺(tái)換乘候車時(shí)間對(duì)比Tab.3 Comparison of average platform transfer waiting time at May 4th Square Station during off-peak hours

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)同站臺(tái)對(duì)向換乘列車銜接的影響因素進(jìn)行分析，結(jié)合高峰時(shí)段、非高峰時(shí)段的客流特點(diǎn)及列車運(yùn)行不準(zhǔn)點(diǎn)等情況，從優(yōu)化列車運(yùn)行圖的角度提出了3個(gè)優(yōu)化兩條換乘線路間列車到發(fā)銜接的方法，以合理調(diào)整換乘站兩線間的列車到發(fā)時(shí)刻，減少換乘乘客在站臺(tái)的候車時(shí)間，提升乘客出行的便捷性，同時(shí)在乘客換乘出行安全性上也起到了一定的保障作用。