深圳地鐵13號線快慢車組合運(yùn)營方案研究

徐吉慶

(中鐵二院工程集團(tuán)有限公司地鐵院，610031，成都//高級工程師)

1 深圳地鐵13號線概況

深圳地鐵13號線(以下簡稱為“13號線”)為跨境線路，起點(diǎn)為深圳灣口岸站，規(guī)劃終點(diǎn)為東莞境內(nèi)的松山湖北站，線路全長63.3 km。該線全部為地下線，共設(shè)置車站31座(深圳段設(shè)置車站 26 座，東莞段設(shè)置車站 5 座)，全線平均站間距為2.10 km[1]。13號線采用8節(jié)編組A型車，列車定員為2 136人。

結(jié)合區(qū)域城鎮(zhèn)體系空間布局、自然地理及交通區(qū)位，深莞惠通勤圈共劃分為 5個圈層，形成相應(yīng)的交通圈(見表1)。根據(jù)13號線站位情況，東莞松山湖片區(qū)距離后海中心約60 km，正處于4區(qū)通勤交通圈范圍[2]，因此，13號線東莞松大組團(tuán)中心區(qū)域(松山湖北)至深圳中心城核心區(qū)域(后海)出行時間應(yīng)控制在1 h左右。

同時，深圳四期建設(shè)規(guī)劃指出:“至中期(2025年)，城市軌道交通在出行時間方面的發(fā)展目標(biāo)為城市主城中心門到門出行時間不超過1 h”。考慮出行換乘時間，13號線從光明新區(qū)北部(公明廣場)至中心城核心區(qū)域(后海)的出行時間應(yīng)控制在45 min左右。

表1 深莞惠通勤圈圈層空間結(jié)構(gòu)

2 深圳地鐵13號線快慢車組合運(yùn)營的必要性

根據(jù)快線的功能定位，分析深圳灣口岸站—松山湖北站的線路條件，13號線車站分布呈中心城密集、外圍稀疏的特征。南山組團(tuán)平均站間距為0.9 km，外圍光明組團(tuán)平均站間距為2.06 km，跨境段松大組團(tuán)平均站間距為4.56 km。通過對列車運(yùn)行速度分別為80 km/h、100 km/h與120 km/h情況下的運(yùn)營時間進(jìn)行對比分析(見表2)得知，當(dāng)速度目標(biāo)值為100 km/h時，全線運(yùn)營時間較80 km/h可縮短5.8 min，節(jié)時效果明顯；且較120 km/h的速度目標(biāo)值，列車全線運(yùn)營時間僅增加2.2 min，相差不大。故推薦13號線采用100 km/h的速度目標(biāo)值。

表2 13號線在不同速度目標(biāo)值時的運(yùn)營時間匯總表

表3為兩種運(yùn)營模式下的運(yùn)營時間對比。由表3可知，采用站站停運(yùn)營模式時，13號線全線運(yùn)營時間為82 min，因本線客流平均運(yùn)距超過常規(guī)地鐵，且直達(dá)客流較多，客流特征適應(yīng)性較差。因此，有必要對快慢車組合運(yùn)營進(jìn)行研究。

表3 兩種運(yùn)營模式下的運(yùn)營時間對比表 min

13號線旅行速度提高后,可強(qiáng)化南山組團(tuán)對北部外圍光明新區(qū)組團(tuán)的輻射。而對于東莞段跨境客流采用站站停的運(yùn)營模式，是無法滿足深莞1 h交通需求的，因此采用快慢車的組合方案，來保證東莞至深圳核心區(qū)(后海站—松山湖北站)的出行時間控制在1 h左右(見表3)，這樣便可滿足深圳市綜合交通規(guī)劃1 h的服務(wù)需求。通過該方案提升了南山核心區(qū)與石巖組團(tuán)、光明組團(tuán)、公明組團(tuán)的交通出行效率，實現(xiàn)了公明廣場站—后海站45 min出行時間的規(guī)劃目標(biāo)，并進(jìn)一步增強(qiáng)了軌道交通競爭力和差異化服務(wù)。

3 深圳地鐵13號線快慢車組合運(yùn)營方案研究

3.1 快車停站方案

確定快車停靠站的原則是以車站周邊片區(qū)規(guī)劃和客流預(yù)測為基礎(chǔ)，綜合分析沿線各車站的功能及級別、各時段總的客流乘降量、換乘客流量等因素，盡量將組團(tuán)中心站、重要客流集散點(diǎn)以及重要換乘站確定為快車停靠站。13號線各車站遠(yuǎn)期早高峰預(yù)測乘降量如圖1所示[3]。

圖1 深圳地鐵13號線各車站遠(yuǎn)期早高峰預(yù)測乘降量

由圖1可知，以留仙洞站為界，留仙洞站以南的車站沿線崗位眾多，高峰小時客流乘降量較大，車站客流乘降量較均勻，且這些車站基本上是換乘站或綜合樞紐站；留仙洞站以北的車站集散量差異很明顯，石巖組團(tuán)中心上屋北站、光明組團(tuán)中心光明城站、公明組團(tuán)中心公明廣場站的乘降量均明顯高于周邊其他車站，此3站的客流乘降總量占留仙洞站以北的15座車站的38%。

因此，在深圳境內(nèi)，選擇留仙洞以南的所有車站及上屋北站、光明城站和公明廣場站作為快車停靠點(diǎn)；在東莞境內(nèi)，選擇華為站、大朗西站(與東莞1號線和贛深鐵路換乘)及松山湖北站(終點(diǎn)站)作為快車停靠點(diǎn)。13號線快慢車的停站方案如圖2所示。

3.2 快慢車模式的利弊分析

3.2.1 開行快車的節(jié)約時間估算

13號線推薦采用最高運(yùn)行速度為100 km/h的列車。當(dāng)列車過站速度為100 km/h時，在不同的站間距條件下，快車少停1站所節(jié)約的時間約為25～30 s。另外，考慮在城市軌道交通中，平均停站時間為30～35 s。綜上所述，13號線快車若少停1站，可節(jié)省時間55～65 s。

圖2 深圳地鐵13號線快慢車停站方案示意圖

因此，在快慢車組合運(yùn)營模式下，快車不停站所節(jié)約的總時間按1 min取值，并以此作為快慢車系統(tǒng)能力損失的研究前提。

3.2.2 開行快車產(chǎn)生的系統(tǒng)能力損失估算

通過理論研究[4]，開行快車將會對系統(tǒng)能力造成損失，即每小時每開行1對快車，在60 min內(nèi)，系統(tǒng)能力損失將增加t節(jié)約，由此得到系統(tǒng)能力N的估算公式為：

(1)

式中：

h——最小行車間隔，min；

t節(jié)約——快車不停站所節(jié)約的時間，min/站；

n快——單位時間內(nèi)快車開行對數(shù)，對/h。

根據(jù)上述系統(tǒng)能力的計算公式，當(dāng)h為2 min，n快為12對/h，計算得到N為24對/h，此時快慢車開行對數(shù)比例為1∶1。本線開行快慢車時，列車最大開行對數(shù)按照24對/h控制。對于13號線，若遠(yuǎn)期客流超過預(yù)測值，可考慮高峰時間采用站站停模式增加運(yùn)能、平峰時段采用快慢車模式。

3.3 越行線的設(shè)置

3.3.1 越行線站點(diǎn)的選擇

根據(jù)遠(yuǎn)期快車及慢車客流預(yù)計，遠(yuǎn)期早高峰快車客流最高斷面約1.25萬人次/h，慢車客流最高斷面約3.83萬人次/h。13號線列車采用8節(jié)編組的A型車，其列車定員為2 136人/列，因此遠(yuǎn)期高峰小時行車量需按照快車6對/h、慢車18對/h開行(其中，12對/h的慢車在深莞邊界的公明北站折返)，交路圖如圖3所示。

按照13號線停站方案，運(yùn)行圖鋪畫結(jié)果顯示(快車-慢車-慢車-慢車-快車的發(fā)車間隔為3 min-3 min-2 min-2 min)，遠(yuǎn)期早高峰慢車需在白芒站、羅租站、同觀路站、東周路站和長春北站待避。

圖3 深圳地鐵13號線遠(yuǎn)期早高峰列車運(yùn)行交路推薦方案

同時，通過鋪畫運(yùn)行圖對避讓站的站點(diǎn)進(jìn)行了驗證。經(jīng)驗證，該方案可以適應(yīng)快慢車比例為4∶20、6∶18、8∶16等不同對數(shù)、不同快慢車比例及不同間隔分配的運(yùn)營組織方案。13號線在兩種不同的發(fā)車間隔以及快慢車開行比例均為6∶18對/h時的列車運(yùn)行圖方案，如圖4～5所示。因此避讓站的選擇具備較好的靈活性和包容性。

注：發(fā)車間隔為3 min-3 min-2 min-2 min

圖4 深圳地鐵13號線部分時段列車運(yùn)行圖方案一

注：發(fā)車間隔為2 min-2 min-2 min-4 min

圖5 深圳地鐵13號線部分時段列車運(yùn)行圖方案二

3.3.2 越行線的設(shè)置形式

由于避讓站需設(shè)置越行線以供慢車停站待避快車，13號線5個避讓站均為地下車站，因此避讓站的配線設(shè)置應(yīng)考慮采用工程量較省的單島車站方案，依據(jù)越行線布置形式(正線靠近/不靠近站臺)以及是否增加聯(lián)通上下行的渡線，本文共提出4種方案(見圖6)。為保證快車的通過速度，推薦采用正線不靠近站臺的方案一，同時考慮渡線的設(shè)置。

a) 方案一b) 方案二

c) 方案三d) 方案四

圖6 單島車站越行線配線比選方案

3.4 快慢車模式的投資效益分析

3.4.1 時間節(jié)省效益分析

在快慢車運(yùn)營模式下，采用站站停模式的慢車需要在部分避讓站待避，以便讓快車不停站通過。快車雖然節(jié)省了直達(dá)客流的出行時間，但同時增加了慢車乘客的等待時間。對于1條擬開行快慢車的線路而言，應(yīng)根據(jù)全日快慢車的開行計劃，分別計算這兩項時間。

需指出，并非所有乘坐慢車的乘客均會延誤時間，僅為越過慢車待避車站的乘客才會延誤時間(約3 min)。被耽擱的客流量可由到達(dá)避讓站前的區(qū)間斷面流量減去避讓站的下客量得出。以遠(yuǎn)期早高峰為例，根據(jù)運(yùn)行圖鋪畫結(jié)果顯示，遠(yuǎn)期早高峰慢車需在白芒站、羅租站、同觀路站、東周路站、長春北站待避，每趟慢車在上述避讓站待避的概率為1/3，遠(yuǎn)期早高峰慢車效益預(yù)測如表4所示[3]。由表4可知，遠(yuǎn)期早高峰慢車延誤時間約3 276.5 h。按照上述方法計算，遠(yuǎn)期晚高峰、平峰延誤時間分別增加2 967.35 h、12 337 h，可得到慢車全日延誤時間為1.86萬h。

同時，快車節(jié)約時間可利用快車斷面客流及越行段的節(jié)省時間得出。以遠(yuǎn)期早高峰(見表5)為例，上行方向留仙洞站—上屋北站的斷面客流為5 876 人次/h，快車共運(yùn)行4個站，節(jié)省4.0 min(按照快車越行1個站節(jié)約1 min的原則)，則快車在上行方向留仙洞站—上屋北站的節(jié)省時間為392 h。以此類推，其余時段及各區(qū)段節(jié)省時間計算方法同上，則早高峰、晚高峰及平峰快車節(jié)省的時間分別為3 710 h、3 358 h、19 894 h。因此，全日快車節(jié)省時間約為2.70萬h。

表4 遠(yuǎn)期早高峰小時慢車效益預(yù)測表

表6為不同運(yùn)營模式下遠(yuǎn)期全日列車效益對比。由表6可知，遠(yuǎn)期慢車全日的延誤時間總計1.86萬h，快車節(jié)省時間為2.70萬h。整體而言，每天開行快慢車能節(jié)省約0.84萬h，因此該運(yùn)營模式為乘客節(jié)約了出行時間，同時增加了社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。

3.4.2 工程投資分析

開行快慢車需在白芒站、羅租站、同觀路站、東周路站、長春北站共5處避讓站設(shè)置越行線(見圖7)。但其中白芒站、羅租站、同觀路站的越行線兼顧停車線功能，對于常規(guī)站站停模式也需要設(shè)置停車線，東周路站為出入段線，因此僅長春北站一處為專門增設(shè)的越行配線，在計算越行線所增加的工程投資比較中應(yīng)考慮這些因素。

表5 遠(yuǎn)期全日快車效益預(yù)測表

表6 不同運(yùn)營模式下遠(yuǎn)期全日列車效益對比

經(jīng)初步估算，全線快慢車方案較站站停方案工程投資總費(fèi)用增加約6.858 9億元，約占總投資的1.3%。各站的投資差異如表7所示。

a) 白芒站/羅租站/同觀路站b) 東周路站c) 長春北站

圖7 站站停模式時各車站配線示意圖

4 結(jié)語

本文結(jié)合13號線的功能定位、客流特征及規(guī)劃出行時間目標(biāo)，對快慢車方案進(jìn)行研究。13號線作為一條63 km的超長線路，采用站站停模式，全線運(yùn)營時間超過80 min，其所暴露的運(yùn)營時間問題較為明顯，對長距離直達(dá)客流的適應(yīng)性較差。同時，留仙洞站以北車站乘降量差異明顯，快慢車組合的運(yùn)營模式符合13號線的客流特征，有助于節(jié)省乘客出行時間，增加全線社會效益與經(jīng)濟(jì)效益，同時可帶動深圳沿線發(fā)展，并利用快車實現(xiàn)深莞1 h同城化通勤交通圈，促進(jìn)深莞一體化發(fā)展，以及優(yōu)化深圳城市資源配置。