青島地鐵M1線快慢車運行模式分析

張嘉敏 張嘉銳

摘? 要：青島地鐵M1線是跨海連接膠州灣西海岸新區與東岸青島主城區的南北向長距離干線，預測遠景年客流強度為1.8萬人次/公里·天。分析了快慢車運行模式的特點及其對于青島地鐵M1線適用性，確定了M1線快慢車運行交路及快車停站;依據國內外運營經驗及其計算原理，估算了M1線初期、近期、遠期的快慢車開行密度比例，提出了M1線快慢車越行組織方法。對于青島市、山東省乃至全國的城市軌道交通長大線路的行車組織具有極大的理論與實踐借鑒意義。

關鍵詞：青島地鐵M1線;快慢車;運行交路與停站;列車密度;越行組織

中圖分類號：U293.5? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0053-05

Abstract： The Qingdao Metro Line M1 is a south-north bound backbone line connecting the west coast new district and the main district in the east coast of Qingdao across the sea. The density of the passenger volume is predicted as 18000 people per day kilometer in the long run. The characteristics of the express/local train mode and its adaptability to M1 are analyzed at first， and then the train routes and the stops of the express train are determined. According to the national and abroad operation practices as well as the computing principles， the number and proportion of the express/local train pairs are estimated in the short， mid and long term. Also the method for overtaking organization is proposed. This study is very instrumental to the operation of the long-distance urban rail transit in Qingdao， Shandong even the whole nation in the sense of theory and practice.

Keywords： Qingdao Metro Line M1; express/local train; train routes and stops; density of trains; overtaking

截至2019年底，全國共有40個城市開通城市軌道交通，線網運營里程達6730.27公里，50多個城市在建線路達6000多公里，城市軌道交通成為城市公共交通的骨干，呈現出信息化、多樣化、密集化、高速化、智能化和網絡化的特征，其中部分線路適宜采取快慢車的運行模式，以有效減小軌道交通線網不同區間客流特征及列車頻繁停站對運輸的影響。

1 快慢車運行模式的特點與適用性分析

1.1 快慢車開行模式的特點

快慢車運行模式是從運輸組織適應客流特征的角度出發，通常快慢車最高速度相同，根據線路的長、短途客流特點和通過能力利用情況，主要利用列車停站方案的不同實現列車以不同速度運行，即在開行站站停慢車的基礎上，同時開行越站快車的列車開行方案[1];慢車在沿線各站均停車，滿足短途客流需求并增大運營服務的可達性，快車則在客流集散較大的車站停車，提高長距離出行乘客的旅行速度[2];是在長距離線路為提高長距離出行乘客旅行速度并兼顧短距離乘客直達性的一種運輸組織方法[3]，適用于不均衡客流分布比較分散的線路，是滿足乘客出行時間需求差異的重要途徑[4]。根據快車是否需要越行前行慢車或線路是否具有越行條件，快慢車運行方案可分為：（1）無越行模式（即快車部分車站不停站，但不越行前行慢車），我國多數長距離城市軌道交通采用復線形式，且不具備越行條件，在客流平峰期發車間隔較大時，可能具備追蹤運行快慢車的條件;在高峰期發車間隔較小時，可能不再具備追蹤運行快慢車的條件，或者快車的跨站數量減少;（2）有越行模式（即快車部分車站不停站，導致與前行慢車追蹤間隔小于最小追蹤間隔，快車越行前行慢車），在發車頻率較高、通過能力較為緊張時，有越行條件提高了開行快慢車的可能性。在有越行模式下，快慢車運行模式具體細分如表1所示。常見的快慢車組合形式[5，6]有（1）快車+慢車;（2）特快車（直達車）+快車+慢車，其中特快車僅停靠起終點和乘降量很大的車站或者僅在起終點站停站，其余車站越站不停，快車則在日均乘降量不足5萬人次的車站越站不停，慢車則站站均停;也可在第二種形式的基礎上，增開多種類型快車方案，進而衍生出多種快慢車組合方案。快車停靠車站選擇、快車越行慢車方式、快慢車開行比例是確定城市軌道交通快慢車開行方案時需解決的關鍵問題。

城市軌道交通線路長度大于30km、乘客平均乘距不小于線路長度1/4、客流集中分布在幾個主要站點的長大線路具有開行快慢車的必要性[7]。城市軌道交通快慢車運行模式在國外已經有很多成功的案例，例如日本的筑波快線、JR中央快速線等;在國內，北京（6 號線、1號線早高峰開行從蘋果園至玉泉路的快車）、上海（16號線快慢車單程運行時間較站站停慢車縮短約12min[8];6號線早高峰開行了在草房、常營站跨站通過的快車，其快慢車比例為1：3）、香港（香港地鐵機場線/東涌線）、廣州（廣州地鐵14號線[5]、成都、重慶等地也開始了快慢車運營模式的嘗試[9]。與平行成對的站站停運營模式相比，快慢車運營模式更加適應客流特征、遵循更加人性化的運營理念以滿足不同乘客出行需求，其優點在于快車乘客出行時間減少、列車速度快配屬少、運營能耗小，其缺點在于建設成本高、慢車乘客出行時間增加等。

1.2 青島地鐵M1線開行快慢車適用性分析

快慢車組合運營的影響因素主要涉及列車停站時間、起停時分、最小追蹤間隔時間、快慢車開行比例、越行站設置位置、越行站配線方案、折返站的折返能力等，快慢車運行模式的適用性的基本依據是符合客流的空間分布特征;越站、快速列車通常只有在線路較長（里程超過35km的城市軌道交通線路為長大線路）、存在長距離出行需求（如遠郊通勤、跨區/跨城出行）時，才有必要研究設置。不同的客流條件下，快慢車運營組織模式亦不同，根據文獻[3]的研究結論，當客流較小、發車頻率小于16列/h時，無越行的快慢車模式效果更優;當客流適中、發車頻率在16～22列/h時，有越行的快慢車模式更優;當客流較大、發車頻率大于22列/h時，站站停模式效果更優。

2015年12月，隨著地鐵M3線的開通運營[10]，青島進入“地鐵時代”;截至2019年底，青島城市軌道交通運營里程達174km，位居全國第11位，車站86座，線路4條;到2021年年底，青島軌道交通將開通運營9條線路，運營線路長度將超過420km，實現城市軌道交通網絡化運營[11]。青島地鐵M1線預計于2020年12月底開通，屬于市域線，為南北走向直線型骨干線路，原規劃線路起自黃島峨眉山路站終至城陽東郭莊站，形成了貫通青島市南北的快速軌道交通走廊，可與軌道線網中11條線路換乘，形成線網的互聯互通和資源共享，是重要客流通道，是近期線網中唯一跨海連接膠州灣西海岸新區與東岸青島主城區的城市軌道交通干線;原規劃線路全長60.11km，共設站41座，全部為地下車站，平均站間距1.50km，據《青島市城市軌道交通第二期建設規劃調整方案（2013～2021年）》，將興國路站至東郭莊站一段拆分納入M7線一期運營，調整后的M1線路起自黃島區峨眉山路站，止于李滄區興國路站，線路長42.7公里，設站29座，途經黃島現狀區（含12座車站）、青島現狀區（含市南區、市北區、李滄區共計17座車站）的南北向骨干線路，連接了青島站、青島北站、流亭國際機場、黃島汽車站等重要交通樞紐，以及黃島中心區、薛家島、團島、中山路商圈、臺東、海泊橋、滄口公園等重要客流聚集區，預測遠景年客流強度為1.8萬/公里·天[12]，同時服務于市中心短途客流和跨海長途客流。

青島市人口在不斷擴大，區域城市化在擴張;青島城區道路網絡骨架由“四橫三縱”的快速網構成，黃島城區道路網絡骨架由“四橫兩縱”的快速網絡構成，從道路組成結構看，作為連接組團和對外聯絡的快速通道，主要集中在外圍地區，中心城區內部與東部新區、黃島西海岸中心組團間缺乏快速的連接通道;從公交線網密度看，最高的市南區僅有2.81km/km2，距離規范要求尚有一定距離，而黃島區僅為1.581km/km2。目前青島市轄區連接青島——黃島間現有交通體系中主要交通方式有海底隧道、跨海大橋、環膠州灣高速公路、輪渡，這幾條交通路線所提供的運輸服務供給仍不能有效滿足兩地間的交通出行需求，在平日上下班通勤（早上7：00至下午19：00之間12小時占全天出行量比例為82.7%，早高峰和晚高峰現象明顯）、節假日探親旅游出行（客流量呈爆發式增長）中兩地間人流、車流擁堵排長隊的現象時有發生，尤其是隧道1路公交車擁堵現象尤為嚴重，而地鐵M1線的建設運營對于緩解青島——黃島兩地間的運力緊張局面將起到至關重要的作用。國內外相關運營經驗表明，較長的線路通常對旅行時間有較高要求[7]，青島地鐵M1線預計采用6節編組B型列車，M1線距離長、站點多、客流時空分布不均衡，如果采用傳統的站站停模式，其運行效率和服務水平都得不到保證。因此，參照國內外大都市圈（如北京、上海、紐約、倫敦、巴黎、東京）城市軌道交通運行組織方式，從客流條件（客流量大、長短途客流混雜）、行車條件、線路條件[13]幾方面來看，快慢車、多交路的運營組織模式更適合青島地鐵M1線沿線城區發展和客流特征，以滿足乘客多樣性的出行需求，減少乘客出行時間和城市軌道交通運營成本，較好的實現綜合社會效益[4，14，15]。

2 青島地鐵M1線列車運行交路與快車停站的確定

2.1 快慢車運行交路的確定

長距離市域線的客流具有兩類需求特性[16]，一方面，從郊區到市中心的長距離通勤乘客希望提高旅行速度、減少出行時間;另一方面，沿線各站間乘客希望無換乘地直達目的地。列車運行交路的設置取決于斷面客流量空間變化情況，斷面客流不均衡程度越大，則越傾向于開行多交路列車。按照線路地理位置、多組團的城市空間結構和客流特性，可將青島地鐵M1沿線組團劃分為黃島現狀城區、薛家島、團島、青島站、中山路商圈、臺東、海泊橋、中心醫院、青島北站、滄口公園等重要客流聚集區，沿線各城區組團交流往來日益頻繁，但總體客流需求并非均勻分布，對比日本筑波線及上海地鐵16號線，M1線應開行多交路快慢列車;快車大交路設定為峨眉山路站——興國路站（貫通全線），慢車大交路設定為峨眉山路站——臺東站（連接青島——黃島兩區，重點解決青黃交通），慢車小交路設定為臺東站——興國路站，慢車大小交路在臺東站銜接，M1線列車運行交路如圖1所示。

2.2 快車停站的確定

快車停站的確定需要綜合分析快慢車的越行行為，以及判定列車越行的條件[17，18]。不能在每一個可能發生越行的車站均設置越行線，需要通過考慮土地利用、客流特征、列車開行密度（在采用一種越站方案的情況下，一般不宜設置連續越行2站以上的快車）、列車在首末站始發/終到的均衡程度（影響起/終點站的配線設置）、乘客時間效益、運營成本收益等條件在土建設計施工中綜合確定越行站點，或在運營中根據非平行運行圖的技術特征，通過調整列車在始發站的發車間隔改變列車的越行地點（如在列車運行過程中，慢車提前等待快車越行）。基于全線出行時間效益最大化的快車越站選擇，首要目標是最大化乘坐快車的乘客的出行時間節約（這是開行快車的初衷）;其次是最小化慢車乘客的出行時間增值（在線路通過能力一定的條件下，由于越站快車的開行，導致在越行站乘降的慢車乘客候車時間延長）。

按照列車跨站停車方式劃分，快慢車組合運行可分為區段跨站停車和AB跨站停車兩類，前者是快慢車組合運行中使用最為靈活的方法[4]。快車停靠點主要取決于站點集散量，集散量較大的車站（如日均乘降量5萬人次以上的車站）應設為快車停靠站，滿足組團中心與組團中心之間長途旅客的上下車要求，盡量將組團中心站、重要換乘站、重要客流集散點等節點強度高的站點確定為快車停靠站[19]，同時，為了方便乘客換乘，小交路的折返點也應設為快車停靠站;據此，結合青島地鐵M1線站間距及各站的節點強度與節點介數[20]，青島地鐵M1線大交路快車停站應主要設置在峨眉山路站、井岡山路站、天目山路站、薛家島站、青島站、江蘇路站、臺東站、海泊橋站、中心醫院站、青島北站、興國路站，其中峨眉山路站與興國路站為首末站。通常將越行站設置在客流較小的車站，具體需從發車間隔的均衡性、越行位置的兼容性、配線分布的合理性和工程實施條件等方面進行綜合比選，最終確定越行站設置數量和越行位置。

3 快慢車開行密度比例估算

列車開行對數主要取決于線路的最大斷面客流量，在設計快慢車開行比例時，需要考慮組團客流交互比例及快慢車能力等因素。快車不停站節約的時間按1min計[9]，系統最小行車間隔按2min或可取90s考慮，考慮因開行快慢車模式對系統能力造成的損失，國內外經驗表明（如上海地鐵16號線、香港地鐵機場線/東涌線、巴黎RER A線、日本筑波線）[7]，開行快慢車的線路系統設計能力不大于24對/h。在已知單位時間T內通過的所有類型的列車對數C、最小發車間隔hmin（通常取120s）、最小追蹤間隔I（通常取90s）的條件下，根據文獻[7]可推導出快慢車開行比例P的計算公式（1）。另一方面，快車主要服務于中長距離出行的乘客，也可根據出行距離大于5個區間的乘客數量Qij與出行距離小于等于5個區間的乘客數量Qij的比值，按公式（2）來估算快慢車開行比例P[21]。

在快慢車實際運營組織過程中，為了方便運行圖的鋪畫，一般將快慢車的開行比例設為整數比[2]，文獻[18]對快慢車的各個開行比例分別進行了相關討論，給出了特定快、慢車比例組合下的列車開行方案。依據公式（1）（2）計算原理推測，參照重慶軌道交通5號線[4，21]，上海地鐵16號線[8，18]，結合組團間的客流交互比例，為滿足客流輸送需求，并保證一定的運能儲備，估算青島地鐵M1線初期、近期、遠期快慢車開行密度比例如表2所示。根據建設運營工期，將M1線設計年限的初期定為2023年，近期定為2030年，遠期定為2045年。

4 快慢車越行組織方法

以乘客出行感知時間、企業車底購置費用和車公里費用三者最小為目標，根據客流初期培育期、近期成長期、遠期成熟期的發展規律，青島地鐵M1線近期非高峰時段組織區間快慢車無越行均衡發車追蹤運行，根據線路土建工程預留條件，遠期考慮擴建越行站，組織均衡發車車站越行，配置越行線的車站應位于兩座大站之間的慢車停靠站，并依據快慢車模式下越行站流程圖[22]，在鋪畫運行圖階段選擇判斷具體的越行站使慢車被快車越行。通常城市軌道交通的快慢車模式只允許發生簡單越行[21]，即快車每次只能越行一列慢車，慢車每次只能被一列快車越行。青島地鐵M1線簡單越行方案包括快車不在越行站停車上下客（圖2）和快車在越行站停車上下客（圖3）兩種情況，在快車區段跨站停車運行的區間采取圖2方式的越行方案，在大交路慢車、小交路慢車的折返站（臺東站），采取圖3方式的越行方案。

5 結束語

快慢車的開行在一定程度上能節約長距離出行乘客的旅行時間，但在共線共軌運行條件下會造成通過能力的損失，增加運營組織的復雜程度，并且在快車越行時增加了慢車乘客的等待時間，需要合理優化設置。文獻[13]提出在M1 線市中心段設置并行線路的方案，并行線路命名為M1輔線，與M1 線共用車站;并行線路的形式可以更好的實行快慢車與多交路運行方案，便于分離長短途客流，提高網絡換乘便捷性。多交路快慢車行車組織復雜，需通過標志標識、乘客信息系統PIS等加強乘車組織引導，避免乘客搭錯車。根據山東省“十三五”規劃，山東省將加快以軌道交通為主體的城市快速通道建設[23]，青島地鐵處于初期建設、運營階段，發展歷史短，成網速度快，研究M1線的多交路快慢車開行模式對于青島市、山東省乃至全國的城市軌道交通長大線路的行車組織具有極大的理論與實踐借鑒意義。

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