有軌電車運營模式與運輸能力研究

宋嘉雯

(廣州地鐵設計研究院有限公司 廣州 510010)

有軌電車運營模式與運輸能力研究

宋嘉雯

(廣州地鐵設計研究院有限公司 廣州 510010)

在我國多個城市有軌電車的建設與運營過程中，系統運輸能力及其提高措施難以確定。結合國內外已運營線路的經驗與新線設計中的模擬分析，對有軌電車運營模式、運輸能力以及服務標準進行研究，探討運輸能力影響因素與關鍵技術標準，提出在半專用路權、路口開放的線路條件下，有軌電車的運營模式應靈活設置，路口控制周期控制在150 s以內，最小發車間隔在高峰時段建議為3～6 min，舒適度標準建議采用5～6人/m2的站席標準;提出優化有軌電車運輸能力的措施，如行車計劃與信號優先系統匹配、提高有軌電車在封閉區間的運行速度等。

有軌電車;運營組織;信號控制周期;運輸能力

1 有軌電車系統概述

根據 CJJ/T 114—2007《城市公共交通分類標準》［1］，有軌電車屬于低運量系統，是適用于地面(獨立路權)、街面混行或高架的軌道交通系統。系統線路最小曲線半徑為30 m，最大坡度不大于60‰，客運能力為0.6萬 ～1.0萬人次/h，旅行速度為15～25 km/h。部分城市對有軌電車的定位為：是城市公共交通系統的重要組成部分，軌道交通系統的補充、延伸與加密;可提高公交舒適度，改善城市環境，兼顧旅游觀光［2］。

作為軌道交通的有軌電車，與常規地鐵的差異如表1所示。

由此可知，有軌電車的運營特點主要是根據其線路及車輛特點，列車編組與運行交路靈活，較常規公交提高其服務水平，適應組團客流特點，并與路口信號等因素匹配，提高運營效率。

表1 有軌電車與常規地鐵系統特點差異

2 運營模式關鍵技術和標準

2.1 運營模式

由于有軌電車可采用半專用路權或開放路權形式，多與其他線路平交，通過設置適當的雙線聯絡線，使其他線路與主線連通。在通過能力允許的情況下，不同列車運行線可共線運行。此外，兩條互不相交的線路，可通過與其連通的線路實現跨線運行(見圖1、2)。

圖1 各線獨立運營模式

圖2 共線/跨線運營模式

獨立運營模式與共線/跨線運營模式差異如表2所示。

表2 有軌電車運營模式差異

預留共線/跨線運營模式應驗算共線段通過能力、路口通行相位設置是否合理，并利用輔助配線及相應的信號設施保證其運營安全與靈活。此外，由于部分線路有不同的實施時序，應保證后續線路的施工過程對既有運營影響最小。

2.2 運輸能力

有軌電車的運輸能力由車輛定員與列車通過能力決定。其中，列車通過能力可表達為路口、車站、配線等因素作用下的最小通過能力，有

系統運輸能力=列車定員×min{路口通過能力，車站接發能力，配線能力}

2.2.1 路權、路口與運輸能力的關系

在專用路權的情況下，有軌電車也可采用ATO(列車自動運行系統)或ATP(列車自動防護系統)保護的駕駛的信號制式;在半專用路權、路口平交情況下，線路的通過能力首先受路口通過能力的制約。

在不考慮車站列車到發能力的理想狀態下，有軌電車在路段的通行能力只受區間封閉程度、路口尺寸及有效通行信號的限制，其中有效通行信號受信號控制周期與有軌電車相位時長的影響。

此外，作為地面交通系統，有軌電車運行間隔受路口影響會不均衡，甚至會排隊運行。因此，受路口影響的運輸能力應分3種情況分析。

1)參考常規地鐵移動閉塞行車，且路口每個有軌電車相位只能通行1組列車。

以雙向6車道(含路口拓寬及人行道寬度，共計48 m)的路口為例，一列8模塊有軌電車(70 m)從靜止啟動至30 km/h通過路口，最長時間為18 s。同理，2模塊與4模塊的電車最長通過時間為12 s與14 s。考慮司機在通行信號啟動后5 s啟動列車，并預留10 s的道路車輛清空時間，有軌電車在此類路口最長相位可取 33 s［2］。

當一個信號周期只通過一個方向的列車，則信號周期與線路最大開行對數之間的關系為

因此，不同信號周期的有軌電車最大開行對數如表3所示。

從信號周期與最大開行對數(通過能力)間的關系可知，只有減少信號控制周期才能提高有軌電車的通過對數。

2)減少同向列車保護區段長度，實現列車排隊通過路口。

表3 參考移動閉塞的有軌電車路口通過能力

若增加電車相位時長，減少保護區段長度，讓列車排隊通過路口，可增加路口通行對數。

在具體的系統設計及行車組織中，還可通過減少列車長度的方式，減少列車通過路口時間來提高路口的通過能力。

雖然有軌電車排隊通過路口可提高通過能力，但減少列車保護區段，增加同一區間電車數量會導致列車追尾，出現干擾平交路口等安全隱患，在實際運營中不應忽視。因此，除提高司機行車安全培訓外，還應適當控制有軌電車的運行間隔(見表4)。

表4 有軌電車路口通過能力(4模塊電車)

3)采用信號優先系統，增加路口有軌電車通行綠信比。

國內有軌電車系統屬主動優先模式，普遍采用綠燈遲啟、紅燈早斷、相位插入、跳躍相位、相位倒轉、專用相位等措施［2］(見圖 3、4)。

通過提高有軌電車行車計劃與沿線平交路口的相位匹配程度，可增加有軌電車的有效綠信比，進一步提高通過能力。

2.2.2 車站形式與運輸能力的關系

圖3 有軌電車“綠燈遲啟”優先通行原理

圖4 有軌電車“紅燈早斷”優先通行原理

有軌電車通過能力還受車站接發車能力的影響。在單一站臺條件下，列車進出站時間包括減速進站、停站上下客及發車至列尾出清站臺。考慮無路口影響的條件下，列車從區間最高運行速度65 km/h進入車站，停站30 s，再發車出清站臺，不同編組的列車，單一站臺的車站通過能力如圖5、表5所示。

圖5 8模塊有軌電車進出站過程

表5 單一站臺的車站通過能力

由于列車路口的通行時間占路口所有相位時長之比實際為該相位的綠信比，因此，受路口影響的車站通過能力為

路口影響的列車通過能力=有效綠信比×無路口影響通過能力(對/h)

在完全允許左轉的路口，列車綠信比約為0.3～0.5，則有軌電車的通過能力約為14～28對/h。為提高車站接發車能力，可通過延長站臺長度形成多個子站，或增加停車股道提高車站能力(見圖6、7)。

圖6 延長站臺［3］

圖7 雙島四線車站［3］

2.2.3 配線能力對運輸能力的影響

輔助配線的主要作用包括列車折返、停放、檢查、轉線及出入段/場作業等。受配線道岔限速較低(一般15 km/h)、半徑較小(50～100 m)等限速因素的影響，列車進出輔助配線的走行時間較長。經計算，列車在折返線折返時，受換端作業(如司機換端走行或系統換向)影響，折返時間至少延長45 s。列車側向通過道岔限速為15 km/h，若留有余量，以10 km/h通過，至少需要22 s。

因此，若需提高配線能力，應減少列車通過道岔的走行路徑，減少換端作業，或將換端作業與停站作業同步(如站前折返)。此外，在車站土建規模允許的情況下選用較大的道岔，以提高側向通過速度。

2.3 服務標準

有軌電車主要服務于組團內居民出行以及組團與交通樞紐的銜接，并兼顧旅游觀光的乘客。為體現公交優先，應采用比常規公交車更高的服務頻率與舒適度標準。

2.3.1 通過能力

通過分析影響通過能力的因素，得到各條件下的有軌電車通過能力如表6所示。

表6 各運營條件下的有軌電車通過能力

有軌電車的最大服務頻率由系統最大設計通過能力確定。在半專用路權、信號非絕對優先的條件下，有軌電車通過能力最高可達28對/h，發車間隔不小于2 min。但考慮有軌電車為人工駕駛，且受路口信號控制及交通延誤的影響，為提高行車安全與優化路況，大部分國家有軌電車系統設計運輸能力不大于24對/h，如加拿大蒙特利爾有軌電車［3］。

因此，我國有軌電車在半專用路權、單一站臺的線路條件下，應保持行車安全，參考移動閉塞行車，控制系統設計運輸能力不大于24對/h。

2.3.2 服務頻率

根據《地鐵設計規范》，初期常規地鐵的服務頻率不應大于6 min［4］;常規公交的服務頻率普遍為5～15 min，BRT(快速公交)的服務頻率最高可達3 min。

參考國外(如法國)有軌電車服務頻率［5］，運營線路的最大服務頻率普遍為3～4 min。根據建議，系統設計運輸能力為24對/h，最小發車間隔應不小于2.5 min。同時，為平衡行車安全、服務水平與道路交通秩序，并為運營組織預留調整余量，高峰時段服務頻率建議為3～6 min，平峰時段服務頻率建議為6～12 min。

2.3.3 舒適度標準

舒適度標準主要體現在列車定員標準，通過提高座位率降低列車乘客的站立密度。國外有軌電車的站席標準為4人/m2，國內目前城市軌道交通的站席標準為6人/m2(主要針對車輛定員)，常規公交車的定員標準為8人/m2。為保證乘客出行舒適度，同時在客流波動情況下為系統預留一定的適應性，建議可采用5～6人/m2的站席標準。

2.4 提高運輸能力的可行措施

2.4.1 常規地鐵與有軌電車運輸能力的差異

常規地鐵運輸能力受列車定員、信號制式、區間追蹤能力、車站接發車能力、折返能力及列車出入段場能力的影響，與有軌電車運輸能力的差異如表7所示。

2.4.2 提高運輸能力采取的可行措施

有軌電車運輸能力受路權、路口信號控制周期、車站形式、列車定員等因素影響，因此可通過優化以上因素提高運輸能力。

1)采用區間專用道，兩側設置隔離裝置。已進入施工設計的海珠區環島新型有軌電車試驗段，以及處于前期研究的增城有軌電車1號線，都推薦采用區間專用道，兩側設置綠籬(欄桿)，除路口外均為相對獨立線路，預留最高運行速度為65 km/h。

經列車牽引計算模擬，海珠區與增城有軌電車運營旅行速度可分別達到 22、19 km/h［6－7］。若無綠籬阻隔，列車運行需遵守道路限速，旅行速度降低至約15 km/h，與常規公交接近。

表7 常規地鐵與有軌電車運輸能力對比

2)適當提高通過路口速度，減少有軌電車相位及信號控制周期。根據道路設計規范，平面交叉口內的設計速度為路段的 0.5～0.7倍［8］。以主干路最高限速60 km/h為例，有軌電車通過主干路路口的限速應為30～40 km/h。經牽引模擬計算，有軌電車以40 km/h通過路口的時間比30 km/h的通過時間減少11.1%，進而減少了相位控制周期，提高了通過能力。

3)接發車作業的較多車站采用長站臺或多站臺形式。在增城有軌電車研究中，由于1、2號線遠期分別開行15對、16對，考慮列車會同時到達共軌段的增城廣場站，因此該站采用雙站臺方案，以保證兩線列車進站均能乘降(見圖8)。

4)折返站采用站前渡線折返或站后燈泡線折返，提高渡線過岔速度，減少換端作業時間。

圖8 增城廣場輔助配線［7］

3 結語

有軌電車在國外或我國部分城市已運營多年，為部分城市帶來了新的交通方式。與國內常規地鐵或公交相比，其運營模式、行車組織、客流組織仍是新的挑戰。對于習慣常規地鐵或公交的乘客，其接受程度仍需運營檢驗。此外，對于路口的交通管理、信號控制，是否按系統設計要求實現有軌電車的信號優先、列車的救援模式等問題還需進行深入細致的研究，以便為今后的運營提供良好的保障。

［1］CJJ/T 114—2007城市公共交通分類標準［S］.北京：中國建筑工業出版社，2007：4－5.

［2］廣州地鐵設計研究院有限公司，廣州市交通規劃研究所，北京市城建設計研究總院，等.廣州市有軌電車線網規劃［R］.廣州，2013：173－175.

［3］consortium gENIVAR －sYSTRA(2009)pHASE 1：Analyse du Réseau initial de tramways，volume C1 － exploitation du système de transport Pour la Ville de Montréal［R］.Montréal，2009：9 －10.

［4］GB 50157—2003地鐵設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2003：11 －12.

［5］ RIVOIRE M.Les transport en commun en site propre(TCSP)en France － Conception d’une base de donneés pour la société Egis Rail［D］.Lyon，2008：35 －36.

［6］廣州地鐵設計研究院有限公司.海珠區環島新型有軌電車試驗段工程初步設計［R］.廣州，2013：54－62.

［7］廣州地鐵設計研究院有限公司.增城有軌電車一號線試驗段項目建議書［R］.廣州，2013：5－10.

［8］CJJ 37—2012城市道路工程設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012：3－4.

Research on Operation Mode and Capacity of Tramways

Song Jiawen
(Guangzhou Metro Design ＆ Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 510010)

In the tramway construction and operation in several cities in China，the tramway capacity and its improvement are still undetermined.With the experience of operating the existing lines and simulation of new lines，some researches on the tramway operation，capacity and its service standard were carried out.By analyzing the influence factors and technical requirement，it shows the recommended tramway operational mode，which is preferred to be flexible;the intersections control cycle is not more than 150 seconds;the minimal interval is recommended between 3 to 6 minutes;and capacity standard is suggested between 5 to 6 persons/m2.Some improvement measures were put forward，such as the coherence between the operating schedule and the signal priority system，the increase of tramway velocity in the protected section，etc.

tramway;operation;intersection control cycle;capacity;minimal interval;signal priority system

U482.1

A

1672－6073(2014)02－0108－05

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.02.027

2013－09－27

2014－01－13

宋嘉雯，男，碩士，助理工程師，從事城市軌道行車組織與運營管理研究，songjiawen@dtsjy.com

(

郝京紅)