基于大小交路優化的地鐵行車組織方案

李琳選

摘要：多交路運營組織是網絡化運營組織的重要組成部分，而其中的大小交路運營方式也是目前我國城市軌道交通使用最為廣泛的一種運營組織方式。因此，研究城市軌道交通大小交路列車開行方案的優化編制，實現網絡化運營背景下城市軌道交通列車的優化組織，對提高城市軌道交通運營效率和服務水平具有十分重要的意義。

關鍵詞：城市軌道交通；大小交路；列車開行方案

1大小交路列車開行方案影響因素分析

影響和制約列車開行方案的因素眾多，本文將其歸納以下幾個方面：①客流需求：②運力資源：③行車條件。

1.1客流需求

城市軌道交通的服務對象是乘客，因此客流是影響列車開行方案的核心因素。列車開行方案的制定不僅要根據客流的特征，而且需要考慮乘客出行需求的影響，以最大程度地適應客流需求，提高企業運營效益。其中，客流分布特征主要包括客流的空間分布特征和客流時間分布特征，以下分別詳述。

1.1.1客流空間分布特征

客流空間分布特征研究客流在各車站和各區段的分布情況，主要從兩方面考慮：一是以車站為單元，主要是乘降量集中率；二是以區段為單元，包括客流強度、需求特征及不均衡性等。車站乘降量集中率反映客流在站點的均衡程度，乘降量集中率越大，表明客流在車站的分布越不均衡，客流主要集中于某幾個車站，這些車站往往是換乘站；反之，乘降量集中率越小，表明客流在各車站的分布越均衡。遠期高峰小時最大斷面客流量是確定城市軌道交通系統規模的基本依據，對車輛選型、運營條件及相關設施的設計標準等具有決定性意義。在確定發車頻率時，一般是按照最大斷面流量法來計算，但運用這種方法時，如果最大斷面客流量沒有高斷面流量區間的強支撐，則會導致車輛在大部分區段的滿載較低。此時，就需要采用基于乘客公里數據的方法來確定發車頻率。

1.1.2客流時間分布特征

客流時間分布特征主要研究全日客流量在各時間段上的分布，主要包括高峰小時系數、客流時段分布均衡性以及斷面客流時間不均衡性。城市軌道交通車輛段是車輛進行運行管理、日常維護和各級檢修的基地，其中的停車場承擔著城市軌道交通車輛的停放任務，因此車輛段規模在一定程度上決定了線路運用車數量。在列車交路固定后，運用車數量決定高峰小時開行的最大列車對數，是制約列車發車頻率的重要因素。

1.1.3乘客出行需求

乘客是城市軌道交通系統的直接使用者，其出行需求對列車開行方案的編制具有較大影響。科學合理的開行方案要最大程度地滿足乘客出行需求，保持對乘客的足夠吸引力，以保證良好的社會和經濟效益。因此，城市軌道交通系統應從以下幾個方面來滿足乘客出行需求：1）安全性；2）經濟性；3）快速性；4）舒適性。

1.2運力資源

運力資源是指形成運輸能力的資金、技術、知識、信息、人員、設施設備等所有元素。本文將影響列車開行方案的運力資源歸納為以下幾個部分：①運用車數量；②企業運營成本；③運營組織復雜性；④運營組織經濟性；⑤列車定員數。

1.3行車條件

行車條件是列車開行方案的實施平臺，也是編制列車開行方案的關鍵制約因素。在編制列車開行方案時，要充分考慮這些因素對開行方案的影響。行車條件主要包括線路和站臺長度、線路通過能力等。

2案例研究

大小交路既能滿足運輸需求，又可提高運營效益。列車交路計劃的確定應充分考慮滿足乘客和運營單位的條件，符合客流空間分布特征是制定大小交路的前提條件，此外，影響大小交路的因素包括列車行車間隔、通過能力的適應性、運營的經濟性、乘客服務水平、列車編組及停站方案等因素。考慮到大小交路設置的影響因素，為簡化問題，同時不失一般性，將交路設置優化的目標函數設為乘客出行時間價值和列車平均滿載率。

2.1最優開行方案

以某城市軌道交通線路為例，分別選取工作日早高峰（8：00-9：00）、平峰（12：00-13：00）和晚高峰（18：00-19：00）3個時段客流數據，根據線路站間距和模型參數，本文首先研究不同運營時段的最優列車開行方案，為探討小交路列車編組對最優開行方案的影響，將小交路列車編組固定為6A后求得的最優開行方案作為對比，結果如表1所示.

由表1可知，在早晚高峰時段，交路模式為大小交路，平峰時段為單一交路.通過計算，早晚高峰最大和最小斷面流量差分別達42297人和32622人，而平峰時段最大斷面流量僅為10051人.說明在客流差異較大的高峰時段更適合大小交路運營模式.

根據早晚高峰不同開行方案下的列車運行指標及其變化情況.可以看出，當大小交路列車編組均為8A時，早晚高峰乘客等待時間均有所增加，車輛走行公里和車輛運用數均有所減小.早晚高峰單目標函數值分別降低11%和7.8%.表明開行大小交路可以減少車輛運用數，從而降低企業運營成本.所以從企業角度而言，當運用車數量受限時，為保證服務質量，企業可以適當采用大小交路的運營模式.當大小交路列車編組分別為8A和6A時，早高峰和晚高峰的乘客等待時間、車輛走行公里和車輛運用數均有不同程度地減少，單目標函數值分別降低10.2%和7.2%.對比列車發車頻率（表1），可知小交路發車頻率明顯增加.因此，開行大小交路時采用大交路大編組、小交路小編組的方式可以實現乘客和企業雙贏，但這是以增加列車發車對數為代價的.從列車滿載率變化可以看出，開行大小交路后，列車平均滿載率均有所提高，表明開行大小交路可以改善列車滿載率較低、運力浪費的現象.

2.2靈敏度分析

以早高峰最優開行方案為基礎，固定其他參數，小交路列車發車頻率從1～20對/h變化，研究小交路發車頻率對小交路區段列車平均滿載率的影響：隨著發車頻率的增大，小交路列車的平均滿載率均呈現下降趨勢.與大交路列車滿載率相比，可以發現：當小交路列車編組輛數小于5輛（大于7輛）時，小交路列車平均滿載率均高于（低于）大交路列車滿載率；當編組輛數等于6輛時，小交路列車平均滿載率呈現先高后低的特點（與大交路相比）.表明小交路采用過大或過小的列車編組都會導致大小交路列車滿載率的不均衡性.因此，在大小交路運營模式下，為保證服務水平和車輛運用效率，運營企業要保證大小交路列車編組輛數相差不宜過大.

結束語

列車開行方案是城市軌道交通運輸組織的基礎，合理的開行方案要求運輸能力與客流需求相匹配.一般情況下，城市軌道交通線路采用單一交路運營模式，并以最大斷面客流作為確定發車頻率的計算依據.但是，針對城市軌道交通直徑線和放射線，其客流分布具有城市中心區大、郊區小的特點.如果采用傳統的單一交路運營模式，則會導致高峰期中心區滿載率較高，而郊區滿載率較低、運力浪費的現象.針對這種情形，就有必要采用大小交路運營模式，通過優化列車開行方案，以發揮列車的運輸能力，滿足不同區段的客流需求。

參考文獻：

[1]高毅.市域線快慢車結合多交路開行方案研究[D].北京交通大學，2016.

[2]楊錦明.基于折返效率優化的地鐵行車組織方案研究[D].華南理工大學，2016.endprint