城市軌道交通新線開通對既有線網運營的影響

汪 波 戰明輝 魯 放

(1.北京市軌道交通指揮中心 北京 100101;2.北京交通大學交通運輸學院 北京 100044)

根據北京城市軌道交通(以下簡稱“軌道交通”)發展規劃，從2010年到2015年，每年都有多條軌道交通新線陸續開通［1］，新線對既有線網的運營影響將是一個長期問題［2］。因此，在新線開通前，結合新線的運營條件和既有線網運營現狀，評估新線接入后既有線網在設備設施配置、行車組織、客運組織和工程建設等方面受到的影響，提出針對性的整改建議，對保障新線的順利開通、線網的安全穩定運營具有積極的意義。

1 研究方法

新線開通對既有線網運營影響的研究遵循如下方法:結合新線實際開通條件，修正新線設計時的客流預測，根據既有線網客流分布特征、運力運量匹配、換乘站設備設施現狀，從運輸能力和設備能力兩方面分析新線開通后對既有線網運營的影響。

1.1 新線客流預測及修訂方法

1.1.1 提取“工可研”情況

《工程可行性研究報告》(簡稱“工可研”)中的預測客流是研究新線對既有線網運營影響的基礎，但由于目前新線開通試運營實際條件與“工可研”預測時有所偏差［3］，因此首先要對“工可研”預測客流進行修訂，以保證預測值更貼近開通后的實際客流量，使研究更具科學性。

“工可研”提取研究所需的內容主要有:1)客流預測數據，包含年客運量、日均客運量(平日客運量和雙休日客運量)、全日及分時進出站量、全日及高峰小時換乘比例及換乘量、全日及高峰小時斷面客流量;2)影響客流預測的相關因素，包含社會經濟發展、沿線土地規劃及利用性質、線路開通時間、線路開通里程、票制票價水平等，判斷這些因素與新線實際開通年試運營條件是否一致，確定存在偏差的因素。

1.1.2 對“工可研”預測客流修訂

根據新線開通試運營時的實際條件，并對新線沿線進行現場踏勘和出行調查，在“工可研”預測客流的基礎上，計算得到新線各區間斷面客流量的修正值和全日客運量修正值。

1)確定新線實際開通條件，包括開通時間、開通里程、開通車站、票制票價政策等，為修訂客運量奠定基礎。

2)對新線沿線土地利用、社會經濟發展、出行特征進行現場調查，對軌道交通高峰斷面客流量進行修訂，具體步驟為:

第一步，調查新線早高峰期間(7∶00—9∶00)高峰斷面的道路交通情況，包括小汽車流量及其平均載客人數，公交車數量、車型及其滿載率，其他交通方式及其數量。

第二步，調查新線周邊土地利用性質及情況，包括全線1 km范圍內住宅區的數量、規模及入住情況，大型工廠、商業及娛樂場所的客流吸引情況，交通樞紐等情況。

第三步，估算斷面交通流總量。依據上述調查統計結果可估算新線開通初期、沿線高峰期間最大斷面交通流總量。

第四步，計算交通分擔率。根據交通工具的運輸產品效用值，計算不同交通方式的分擔率［4］，交通方式效用值計算公式如下:

式中:θ——交通方式;

X——效用值;

v旅——旅行速度。

由此可以計算軌道交通通車后，不同交通方式的分擔率和斷面客流量，計算公式分別如下:

式中: ρθ——不同交通方式的分擔率;

n高峰斷面——高峰斷面交通流總量。

3)根據“工可研”全日客運量預測值、開通時間和開通里程等條件，結合沿線現場調查結果，對新線全日客流信息進行線性修訂。

1.2 新線客流在線網的分配

結合既有線網進站客流時空分布情況，對新線換入既有線網的客流時空分布規律進行分析，將新線客流按此規律分配到線網各區間斷面，以便分析既有線網的運力運量匹配情況。本文僅研究高峰期間新線客流對既有線網的影響。具體步驟如下:

第一步，確定新線客流在線網的分配比例。依據歷史客流分布特征，確定高峰期間既有線網中，新線換乘站進站客流在線網各區間的分配情況，得到新線對既有線網影響的客流分配比例，計算公式如下:

式中:ρ區間——高峰期間新線客流在既有線網各區間的客流分配比例;

第二步，確定新線換入既有線網的客流。根據與新線線路走向、客流吸引范圍相似的既有線的客流特征，得到新線銜接的換乘站高峰期間換乘量占全日客運量的比例，計算新線換入既有線網的換乘量

第三步，將新線客流與既有線網客流疊加，確定新線接入既有線網后各區間的斷面客流量，計算公式如下:

1.3 新線開通后對線網運力運量匹配的影響

新線開通后對線網運力運量匹配的影響可用高峰小時滿載率的變化來表示。根據新線接入后既有線網各區間的客流量和運力，計算新線開通后各區間的高峰小時滿載率，計算公式如下:

式中:η——區間高峰滿載率;

N運力——既有線運力。

依據設定的滿載率閾值(高峰期間一般取120%)，找出運力運量矛盾的區間及持續時間。

1.4 新線開通后對線網設備設施的影響

新線開通后，對既有線網的進站、出站和換乘都有較大影響，其中，換乘帶來的影響最大，對設備設施的要求也較高。可以利用車站客流仿真平臺，開展新線接入既有線網后換乘站換乘客流與設施能力匹配的影響分析。

在仿真平臺中，將換乘站的換乘量與新線接入后的新增換乘量疊加，并與換乘站的換乘能力進行比較，當換乘量大于換乘能力時，勢必會出現乘客在部分換乘通道擁擠、站臺滯留等情況，說明此時安全運營有較大隱患，應考慮采取相應客運組織措施或者對換乘設備設施進行升級改造。

1.5 新線開通對既有線網運營影響的對策

新線開通后對既有線網可能產生的影響主要表現在運力運量矛盾、設備設施能力不足等方面，因此可以從4個方面提出相應的對策:1)提升既有線網運輸能力，緩解運力運量矛盾;2)對設備設施進行技術改造，提升換乘站等設備設施能力;3)加強客運組織工作，減緩大客流對軌道交通系統的沖擊;4)優化軌道交通線網結構和開通時序，合理引導客流的分配，保證線網高效、均衡運輸。

2 北京軌道交通15號線一期東段案例

北京市軌道交通15號線是一條城市東北部銜接順義區與城市中心軌道交通線網的重要干線，計劃2013年開通，開通里程38.3 km。15號線一期中段工程(望京西站—后沙峪站)已于2010年底開通，15號線一期東段(后沙峪站—奉伯站)是其東延長線(見圖1)，計劃于2011年底開通，在望京西與既有線網的13號線換乘。一期東段開通后，因可吸引順義新城的居民，仍有較大客流增長空間，并可帶動沿線土地的開發利用，提高遠郊線路的輻射范圍，客流聚集效應明顯。

圖1 北京軌道交通15號線一期線路

2.1 客流預測及在線網的分配

15號線一期工可研中的數據顯示，其全日客運量為43.6萬人次，高峰斷面客流量為1.78萬人次/h，發生在早高峰下行望京—望京西區間［5］。通過對15號線一期東段的現場調查，15號線一期東段沿線居民主要選擇公交、軌道交通(15號線一期中段)、自駕車等方式出行，調查及計算結果如表1所示。

表1 15號線(一期東段)沿線斷面客流調查表

考慮到15號線一期東段吸引大量順義城區的客流，且大部分乘客早高峰期間會去往城區方向，因此推算早高峰期間，15號線一期最大斷面仍然發生在望京→望京西區間，修正后15號線一期的全日客運量為12.0萬人次，高峰斷面客流量為1.20萬人次/h。

根據15號線一期東段的客流構成并參考15號線一期中段進站客流分布特征，15號線一期經望京西站換入既有線網的客流分布情況，如圖2所示。通過計算得到，高峰期間15號線一期下行換入13號線的客流為1.1萬人/h，其中8000人將去往13號線下行方向，3000人將去往13號線上行方向，分流至10號線和2號線的乘客約分別為1700人和4800人。

圖2 望京西站平日早高峰換乘客流去向

2.2 運力運量匹配影響分析

15號線一期全線開通后，客流的增長將導致13號線下行望京西至東直門4個區間的滿載率增長較快，增幅均超過30%，10號線、2號線等其他線路滿載率雖然有所增長，但增幅均未超過6%。由于目前13號線下行高峰期間下行列車滿載率均未超過100%，因此除望京西—芍藥居，列車滿載率將增至111%，其他各區間滿載率均未達到100%。

2.3 換乘站換乘能力影響分析

15號線一期與既有線網唯一的銜接點是與13號線換乘的望京西站。15號線一期客流進入13號線后，還會影響13號線與10號線的換乘站芍藥居站。因此，下面重點對望京西和芍藥居進行仿真分析。

2.3.1 望京西換乘站

望京西站是銜接15號線一期和13號線的唯一換乘站。根據預測，15號線一期東段開通后，在早高峰期間乘坐15號線一期到達望京西站的乘客中，每小時有1.1萬人換入13號線。仿真實驗顯示，雖然換乘通道較長，瞬時較大的客流壓力使換乘通道內的樓梯和扶梯的負荷度較高(圖 3 中 5、6、8、9)，但均不足 0.8，尤其是上行扶梯處出現乘客排隊較長的現象。

2.3.2 芍藥居換乘站

圖3 望京西站平日早高峰換乘仿真結果

芍藥居站是銜接13號線一期和10號線的換乘站，平日早高峰期間，13號線在芍藥居站換乘10號線的乘客較多，換乘能力的瓶頸位于13號線換乘10號線的通道(見圖4中9)。15號線一期東段開通后，平日早高峰期間，13號線換乘10號線的乘客將近每小時1.2萬人。仿真實驗顯示(見圖4)，換乘通道極易出現乘客堵塞現象，乘客走行速度緩慢，最大負荷度將達到1.15，換乘設備設施能力明顯不足;另外，由于換乘10號線下行乘客較多且10號線下行列車滿載率已超過120%，將導致10號線芍藥居站站臺在早高峰期間出現嚴重的乘客滯留情況，有較大的安全隱患。

圖4 芍藥居站平日早高峰換乘仿真結果

2.4 新線客流對13號線運營影響的應對措施

15號線一期開通后，將大量的遠郊客流匯集到城區的主干線路上，為應對其對既有線網帶來的運營影響，根據影響的程度和解決的難度，提出如下應對措施:

1)盡量提升10號線運輸能力。為緩解15號線一期的新增客流對10號線產生的壓力，需將10號線的最小行車間隔由目前的3 min縮短到2.5 min，并新增10號線列車和提高車輛段存車能力。

2)加快車站設備設施升級改造。芍藥居站目前換乘客流密度較大，因受到換乘設施布局、站臺狹窄等限制，15號線一期東段通車后，增加的換乘客流將會使換乘通道存在安全隱患。高峰期間，由于10號線芍藥居站站臺滯留乘客較多，且持續時間較長，換乘通道內客流較擁擠，需抓緊時間研究提升芍藥居換乘通道能力的設施改造方案。

3)加強換乘站客運組織。15號線一期東段開通后，如不增加10號線高峰期間運力，必要時應增加10號線芍藥居站站臺的客運疏導人員，以保證運營安全、有序。

2.5 新線開通后實際客流與預測客流對比

15號線一期開通后，截至2012年3月，實際客流與預測客流的對比情況如表2所示。

從表2結果看，15號線一期實際客流偏低于預測客流，考慮到新線剛剛開通3個月，且從歷年客流規律看，通常年初客流處于偏低水平，預計2012年下半年客流將達到預測水平。

表2 15號線一期實際客流與預測客流對比

3 結論

1)本文提出的方法適用于研究不穿越市中心的放射型新線開通對既有線網產生的影響，能取得較為實用的研究結果。

2)本文理論研究的核心，是以既有線網局部區域進(出)站在線網的時空分布為參考對象，對新線預測客流在線網的時空分布進行了分析。

3)掌握客流是開展新線開通對既有線網運營影響分析的重要基礎，由于“工可研”的預測條件和時期與新線開通當年的實際情況有一定偏差，為了提高客流預測值的準確性，必須通過實地調查和量化分析相結合，對“工可研”數據進行修正。

4)本文通過定量與定性分析相結合的方法，系統地提出了在新線開通前，對新線接入既有線網后產生的運營影響分析方法，以及從客運組織、行車組織、設備設施改造等方面提出具體對策的思路。因此，下一步研究可將結論性的理論和方法做成專家評估系統，為今后開展新線接入既有線網的運營評估工作提供系統化、科學化、規范化的決策依據。

［1］汪波.北京城市軌道交通線網末班車調整研究［J］.現代城市軌道交通，2010(1):41-44.

［2］汪波.北京城市軌道交通網絡化運營初探［J］.現代城市軌道交通，2011(4):14-7.

［3］北京市軌道交通指揮中心.北京軌道交通2010年新開通線路對既有線運營影響分析報告［R］.北京，2010.

［4］馬波濤，張于心，趙翠霞.運用Logit模型對高速客流分擔率的估計［J］.北方交通大學學報:自然科學版，2003，27(2):66-69.

［5］北京市基礎設施投資有限公司，北京市城建設計總院.北京市軌道交通15號線工程可行性研究報告［R］.北京，2010.