城市軌道交通越行方案行車組織設計

徐吉慶，陳福貴，湯 玨

(中鐵二院工程集團有限公司地鐵院，四川成都610031)

在我國，許多大城市的發(fā)展重心已經從城市主中心向副中心及郊區(qū)轉移，為城市擴容和繁榮開辟了新的空間。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，軌道交通的建設也逐漸轉向郊區(qū)，利用軌道交通的物業(yè)開發(fā)及土地價值提升理念，引導著城市的發(fā)展，同時也解決了居民出行需要。

對于此類連接市區(qū)和郊區(qū)的較長軌道交通線，其客流性質較為復雜，且長距離出行的乘客比例較大，當各區(qū)段斷面客流分布為階梯型、斷面客流不均衡程度較大時，從“以人為本”的服務理念出發(fā)，在滿足客流需求的基礎上，應提高部分列車旅行速度、減少長途直達乘客的出行時間。因此，可根據(jù)線路的長、短途客流特點和通過能力狀況，由常規(guī)的等速、平行運行圖的行車組織方式，轉變?yōu)榭炻嚱M合、非平行運行圖的行車組織方式。

本文重點探討越行方案的行車組織設計方法，以實現(xiàn)城市軌道交通快慢車組合的服務功能。

1 系統(tǒng)能力損失原則

由于每兩趟快慢車在運行中只發(fā)生一次越行和被越行，因此，越行產生的系統(tǒng)能力損失由最長的一次越行損失時間決定。設置合適的越行點，可以減少慢車的停站時間，能使因越行產生的系統(tǒng)能力損失降低。

發(fā)生越行時由前慢后快的發(fā)車間隔變成了前快后慢，擠占了第二列慢車的發(fā)車間隔。根據(jù)快慢車開行的比例，其最小的能力損失分為兩種情況，見圖1。

由此可以分別得出兩種情況下越行方案的最大列車開行對數(shù)計算公式:

(1)慢車多快車少

(2)慢車少快車多

其中，N為最大列車開行對數(shù)，對/h;

圖1 系統(tǒng)能力損失計算示意(快慢車比例不等)

n為快車的開行對數(shù)，對/h;

h為系統(tǒng)最小行車間隔，min;

ta為列車停站時間，min;

tb為列車停站時間，min;

tc為列車啟動時間，min。當快車慢車開行對數(shù)相等時，相鄰兩列慢車的不同時到達間隔等于h－ta，其最小的能力損失見圖2所示。

這種情況下越行方案的最大列車開行對數(shù)計算公式等同式(1)。

系統(tǒng)最小行車間隔取2min(系統(tǒng)能力為30對/h)，當快慢車比例為1∶1，若列車停站時間按0.5min估算，越行方案的最大列車開行對數(shù)為21對/h，此時快車和慢車個開行10.5對。

圖2 系統(tǒng)能力損失計算示意(快慢車比例相等)

2 快車?？空镜拇_定原則

由于城市軌道交通的客流量大，慢車主要為滿足沿線各站點乘客的上下要求，快車則是為滿足組團中心之與組團中心間長途旅客的上下要求，減少快車?？空?，可以有效地縮短直達旅客的旅行時間，但同時也要體現(xiàn)軌道交通“以人為本”的服務理念，滿足多數(shù)乘客的出行需求，減輕大站客流疏散的壓力，設置必要的快車?？空尽?/p>

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

3 越行點的確定

3.1 越行點設置原則

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

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

圖3 應在m－1站設越行線示意

3.2 越行點的確定

以快慢車采用同一種速度的車型為例，越行點的確定主要由以下因素決定。

(1)列車開行密度(快慢車發(fā)車對數(shù)及比例);

(2)列車在始發(fā)站的發(fā)車均衡程度(列車始發(fā)間隔);

(3)列車停站次數(shù)與停站時間(快車節(jié)約停站時間);

(4)線路條件(快車節(jié)約起制動附加時間)等因素。

城市軌道交通線路車站一般較少設置站線，上述因素中，列車開行數(shù)量與列車在始發(fā)站的發(fā)車均衡程度、列車開行密度對越行站的數(shù)量以及越行點的確定影響最大。

3.2.1 列車越行點與始發(fā)間隔的關系分析

如圖3所示，在A—B兩站間，當前慢后快列車間在始發(fā)站的發(fā)車間隔為t1時，越行地點發(fā)生在D站，見圖4(a)，而當開行密度變大，即前慢后快列車間在始發(fā)站的發(fā)車間隔縮短至t2時，越行地點發(fā)生在C站，見圖4(b)。

如果將圖3(b)中的前快后慢列車間在始發(fā)站的發(fā)車間隔調整為t3(前提是t3≥h)，而將前慢后快列車間在始發(fā)站的發(fā)車間隔調整為t1時，且t1+t3=2t2=t，則既可以保證列車的開行對數(shù)不發(fā)生變化，又能保證列車在D站越行，見圖4(c)，達到與圖3(a)方案在不同列車開行密度下具有相同越行點的效果。

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

圖4 列車越行點與列車始發(fā)間隔均衡程度的關系

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

3.2.2 列車越行點與列車開行密度的關系分析

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

3.2.3 越行點的確定方法

通過以上研究分析，關于越行點的確定可得到以下結論。

(1)快慢車開行數(shù)量的影響——隨著列車開行數(shù)量的增加，快車越行慢車的可能性也在增加，越行點、越行時間和越行次數(shù)也均不同。

(2)列車始發(fā)間隔的影響——始發(fā)站快慢車發(fā)車間隔的大小及其均衡程度將影響快車在區(qū)段內越行慢車的地點和時間。

由于快車在部分車站不停車，相比慢車可以節(jié)約停站時間和起制動的損失時間，這部分時間就是快車較慢車的節(jié)約旅行時間。故越行點的確定可以采用以下方法。

通過牽引計算，對兩種列車在上下行通過各車站時的旅行時間差進行統(tǒng)計，可以計算出快車較慢車各站及全程節(jié)省時間。利用快車通過各站時所節(jié)約的旅行時間，結合始發(fā)站快慢發(fā)車間隔，判斷快慢車的追蹤間隔，以確定越行點的位置。

在不同的發(fā)車密度下，一方面通過單方向調整在始發(fā)站的快慢車始發(fā)間隔的合理組合，改變該方向快車越行點;另一方面，還可通過綜合調整雙方向的快慢車始發(fā)間隔的合理組合，改變整個區(qū)段中的雙方向越行點(如調整雙方向在同一越行站設越行線)。

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

4 越行站配線設計

確定越行點的位置后，需考慮在越行站設置越行線，以同時滿足慢車?？亢涂燔囃ㄟ^的功能。由于越行站的越行線同樣可以起到夜間或臨時存車線、折返線的作用，從將來的運營調度指揮和應急處置等方面的要求出發(fā)，設置這樣的越行線具有多重作用，也能為未來運營組織提供靈活的條件。因此，在選擇越行點時候應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 越行方案的評價

開行越行列車可以縮短直達旅客的旅行時間，提高長途乘客的服務質量;但同時也降低了部分列車的服務水平，一方面被越行車站的乘客候車時間增加了，另一方面慢車的旅行速度也由于停站時間的增加也相應降低了，慢車上的乘客需在車上等待快車通過，對這部分乘客心理影響較大。因此，應對越行方案對旅行時間、能耗的影響等方面進行綜合評價，以確定越行方案實施的效果和實施的必要性。

5.1 縮短乘客旅行時間

通過對快車全天累計節(jié)省旅行時間和被越行的慢車累計增加旅行時間的對比，確定該越行方案對于總體上縮短乘客旅行時間的影響情況。

5.2 減少列車能耗

由于快車在部分車站不停站，減少了列車起制動時間，同時也減少了由于頻繁啟、制動帶來的能耗，可以在一定程度上減少牽引能耗?？赏ㄟ^對快車和慢車的牽引能耗對比，得出開行越行列車在節(jié)省能耗方面的效果。

以上兩方面可以作為，對越行方案進行初步評價指標。

6 結束語

國內許多大型城市在第一圈層軌道網(wǎng)形成后，為了城市規(guī)模擴展和城市功能延伸，軌道線路已經逐漸開始向城市副中心、衛(wèi)星城及郊區(qū)建設。對較長的連接市區(qū)和市郊的軌道交通線路而言，線路特征與中心城區(qū)內常規(guī)軌道交通不同，其線路長度長、客流性質復雜，且長距離出行乘客所占比例較多，因此運行模式可介于鐵路和城市地鐵之間。為提高軌道交通服務水平，研究實現(xiàn)城市軌道交通越行服務功能的相關理論是十分必要的。

軌道交通開行快慢車組合的運營模式在國外已有成功的案例，例如東京JR中央快速線。在借鑒國外成功的運營經驗基礎上，筆者結合我國相關設計規(guī)范，提出了關于越行方案的能力損失計算原則、快車?？空敬_定原則、越行點確定原則、越行站配線設計及越行方案評價等理論方法，希望能對今后城市軌道交通越行方案研究和實施提供有益的參考。

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