城市軌道交通多交路運營線路通過能力損失及優化

陳翠利

(西安鐵路職業技術學院交通運輸系　西安　710014)

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城市軌道交通多交路運營線路通過能力損失及優化

陳翠利

(西安鐵路職業技術學院交通運輸系西安710014)

多交路運營是城市網絡化軌道交通系統常采用的運營組織方式之一。針對多交路運營的特點，利用運行圖鋪畫的方法詳細分析線路通過能力在單交路區段及雙交路區段的損失值大小，并歸納出計算公式；進一步結合計算公式分析通過延長列車運行周期來提高通過能力的優化方法及其實施過程。最后指出該方法在實際應用中與車底運用數之間存在的矛盾，應根據線路特點在二者之間權衡利弊。

城市軌道交通；多交路運營；線路通過能力；單交路區段；雙交路區段

1　多交路運營

單一交路運營是城市軌道交通最傳統的運營組織方式，即每條運營線路均采用單一長交路的方式運營。該方式運營組織簡單，便于實施，但在客流量不均衡程度較大的線路上必然會造成某些區段的運能浪費，例如銜接中心城區段和市郊區段的線路，中心城區段與市郊區段的客流量差別越大，浪費越明顯。

從運能的充分利用和經濟性考慮，分段運營(銜接交路)或多交路運營是解決客流不均衡的常見方法。在非網絡化條件下，分段運營是最常用的方式，即在中心城區和郊區段分別采用不用的編組和時刻表運行，二者結合的部分選擇合適的換乘點；在網絡化運營下，通常采用多交路的方式，即在確定客流分段的基礎上，根據各個區段客流的特征，開行多種交路形式的列車，

多交路運營最經典的方式為長短交路套跑，如圖1所示。還可采用多層交路嵌套的方式，如東京地鐵丸之內線，在早高峰時段采用嵌套3層的交路形式，如圖2所示。

圖1　長短交路示意

圖2　東京地鐵丸之內線早高峰交路示意

2　線路通過能力

線路通過能力是指在采用一定的車輛類型、信號設備和行車組織方法的條件下，城市軌道交通系統的各項固定設備在單位時間(通常是高峰小時)內允許通過的最大列車數。通常情況下，城市軌道交通線路通過能力由區間追蹤能力、中間站通過能力和折返站折返能力構成。

由于城市軌道交通車站一般不設配線，在平行運行圖條件下，列車停站時間與發到時間共同形成追蹤列車間隔時間。因此在計算通過能力時，可以把區間和車站看作一個整體，以包含列車停站時間在內的追蹤列車間隔時間作為計算依據[2]。所以，通過能力表現為線路通過能力和折返能力兩個方面，根據“木桶效應”，最終通過能力由二者之間的最小值決定。

2.1線路通過能力計算

城市軌道交通線路通過能力的一般計算有

n線路=3 600/I1

(1)

I1=max{ti，發到+ti，站}

(2)

式中：I1為追蹤列車間隔時間，s；ti，發到、ti，站分別為第i個車站的列車最小發到時間和停站時間，s。

2.2折返站折返能力計算

城市軌道交通折返站的折返能力由車站最小折返發車間隔決定，有

n折返=3 600/t折

(3)

式中，t折為折返站的最小折返發車間隔時間，s。

2.3最終通過能力計算

城市軌道交通線路最終的通過能力nmax計算有

nmax=3 600/I

(4)

I=max{t折，I1}

(5)

通常，線路的通過能力取決于折返出發間隔時間[3]。

3　多交路運營線路通過能力的損失分析

多交路運營時，在多種交路重疊的區間(雙交路區間或多交路區間，本文以雙交路重疊為例)，由于各種交路列車發車間隔的相互制約，對線路的通過能力有一定的影響。總體上，多交路運營線路分單交路區段和雙交路區段，影響運營線路通過能力的根本原因是由于受到雙交路區段的不同列車發車時間間隔的制約，因此，重點要研究雙交路區段通過能力的損失，以長短交路套跑這一經典形式為例來分析，其他形式雷同。

以圖1為例，在單交路區間和雙交路區間的列車發車間隔不同，故線路在A—B和B—C段的通過能力損失是不同的。

以鋪畫運行圖的方式來分析通過能力的損失。將中間折返站的最小折返發車間隔時間統一為t折，用t1、t2分別表示長短交路列車的最短折返時間，s，T1、T2分別表示長短交路的運行圖周期，s，d1、d2分別表示長短交路列車的發車間隔，s。假設長短交路列車的均衡開行比例為1：k(k∈N)。

3.1A—B區段的通過能力損失

A—B區段的鋪圖方式主要有兩種，一種是以長交路的運行周期為基礎鋪圖，不改變長交路的列車發車間隔，在長交路間隔內以最緊湊的方式鋪畫短交路列車；一種是改變部分長交路的發車間隔以適應短交路列車的鋪畫需要[4]。

3.1.1以長交路運行周期為基礎

在A、C站采用最短折返時間進行折返，在長交路的發車間隔內滿足短交路的發車間隔為k，且以最緊湊的方式(發車間隔為I)鋪畫短交路列車，則運行圖如圖3(a)所示。

圖3　長短交路運行圖鋪畫方法

圖3(a)中，由于長短交路列車發車時間間隔受到制約,在相鄰長交路列車發車間隔內鋪畫短交路列車時，最后一列短交路列車與長交路列車之間無法保持最小發車間隔I，而是要大于最小發車間隔I，大于I的這部分時間是通過能力損失的原因所在，在此稱之為“損耗時間”，用ts表示，則ts=mod{d1,d2}。

由運行圖可知，ts所對應的通過能力即為A—B區段通過能力的損失值。用該方法鋪圖時，每發1列長交路列車均會出現1個ts，造成能力損失為ts/d1，則A—B區段的通過能力損失可表示為

nA—B，損=(d1modd2)/I(3 600/d1)

(6)

3.1.2改變部分長交路列車發車間隔

對一個長交路周期內的長交路列車發車間隔進行適當的調整，若一個長交路周期內能開行長交路列車m列，則在圖3(a)的基礎上，平移每個長交路周期內前m-1個長交路之間的發車間隔，使d1/d2=k+1，則運行圖可鋪畫為圖3(b)所示(k=1)。

nA—B，損=[T1mod(k+1)d2]/I(3 600/T1)

(7)

以上兩種方法最大的區別在于，前者是每個長交路發車間隔內均存在1個損耗時間，后者在每個長交路運行周期內僅存在1個損耗時間，前者便于在運行圖執行運行延誤時進行調整，后者便于計算。下面以第2種為例進行計算。

3.2B—C區段的通過能力損失

B—C區段的發車間隔等于A—B區段的長交路列車發車間隔，所以B—C區段的通過能力損失包含A—B區段的能力損失與短交路列車占用的通過能力兩部分。按照前面的計算方法，B—C區段的通過能力損失為

nB—C，損=(mk+(T1mod(k+1)d2)/I)(3 600/T1)

(8)

4　多交路運營線路通過能力優化分析

4.1通過能力優化分析

通過能力的損失在A—B區段和B—C區段是不同的，但有一定的關聯性。由式(7)和式(8)可知，若想使通過能力損失減到最小，則可使T1mod(k+1)I=0，即使長交路周期成為(k+1)d2的整數倍，此時，列車均衡出發，I=d2，m=T1/(k+1)d2，則nA—B，損=0，nB—C，損=3 600k/(k+1)I。

此時，A—B區段所有列車均采用一致的發車間隔I，實現最大的通過能力； B—C區段的通過能力也相應地達到長短交路開行比例為1：k情況下的最大值。

4.2優化方法及實現

要想實現T1mod(k+1)I=0，在實際中只能通過延長T1使之成為(k+1)I的整數倍來實現。而T1主要由列車旅行時間和列車在折返站折返停留時間兩部分構成。故延長T1有兩種方法：一是延長長交路列車的旅行時間；二是延長長交路列車的折返停留時間[5]。前者會降低線路的服務水平，對運營影響較大。在實際中主要通過延長列車折返時間的方法來實現。

圖4　長交路周期改變

圖5　周期延長后列車運行圖(k=1)

4.3車底運用數量分析

采用延長長交路折返時間使運行周期增大的方法可以使多交路運營線路的通過能力得到充分運用，提高運營效益；但由于列車運行周期與車底運用數量存在正比關系，故列車運行周期的延長會使車底運用數量的增加[6-9]，導致增加車輛運用成本，進而會增加運營成本，因此應結合實際情況具體分析。

5　結語

多交路運營是城市軌道交通網絡化運營條件下常見的運輸組織方式，由于各種交路列車發車間隔之間的相互制約，必然會對線路的通過能力造成一定的損失，就常見的長短交路套跑這一形式來說，延長長交路列車折返時間，使其運行周期適當增長可使線路的通過能力達到最大值，但是由于運行周期的增長會加大車底運用數量，增加車輛運用成本。因此，提高線路通過能力利用率和增加車底運用數量之間的平衡關系，需要探討二者之間存在的函數關系，從而根據運營實踐劃定合理的范圍。當然，還需結合線路相關區段不同時間段的客流需求，具體問題具體分析。

從運輸實踐來看，設置長短交路的原因往往是因為雙交路區段的客流量大、運能緊張，所以在早晚高峰時段，可以提高運輸能力為首要目標，合理增大車底供給來提高服務水平。

[1] 黃榮.城市軌道交通網絡化運營的組織辦法及實施技術研究[D].北京：北京交通大學，2010.

[2] 申紅.城市交通行車組織[M].北京：中國電力出版社，2014.

[3] 徐瑞華，徐浩.城市交通列車共線運營的通過能力和延誤[J].同濟大學學報(自然科學版)，2005，33(3)：301-305.

[4] 毛保華，劉明君.軌道交通網絡化運營組織理論與關鍵技術[M].北京：科學出版社，2011.

[5] 張一梅.基于路網的城市軌道交通系統運輸能力研究[D].北京：北京交通大學，2009.

[6] 潘曉軍.北京地鐵1號線運輸能力挖掘研究[C]//2013中國城市軌道交通關鍵技術論壇文集.北京，2013.

[7] 徐新玉.城市軌道交通行車組織交路形式分析[J].鐵道運輸與經濟，2010，32(9)：55-58.

[8] 高奎紅，宋瑞.共線運營條件下城市軌道交通的通過能力研究[J].交通標準化，2009(23)：164-167.

[9] 屈明月，黃樹明.城市軌道交通快慢車方案研究[J].鐵道運輸與經濟，2012，34(4)：79-82.

(編輯：郝京紅)

Capacity Losses and Optimization for Multi-routing Operation Line in Urban Rail Transit

Chen Cuili

(Department of Traffic and Transport, Xi′an Railway Vocational & Technical Institute, Xi′an 710014)

Multi-routing operation mode is commonly used in the urban rail transit system with network operation organization. In line with the characteristics of multi-routing operation, the author firstly analyzed the capacity loss value in detail for single and double routing section using the method of drawing the train running diagram, and summarized the calculation formula. Then, on the basis of the calculation formula, the author discussed the method of optimizing traffic capacity by extending the train operation cycles and the corresponding implementation process of this method. Finally, the author pointed out that there were contradictions between this method and the number of vehicles used in actual application, and that the advantages and disadvantages should be weighted in accordance to the features of particular lines.

urban rail transit; multi-routing operation; line capacity; single routing section; double routing section

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.01.004

2015-01-23

2015-03-02

陳翠利，女，碩士，講師，主要研究方向為軌道交通運營管理，154254047@qq.com在不同的區間不同時段采用不同的運營交路[1]。

U231

A

1672-6073(2016)01-0014-04