區域多制式軌道交通運輸組織協同模式研究

彭其淵，羅 潔，文 雯，文 超,3

區域多制式軌道交通運輸組織協同模式研究

彭其淵1,2，羅 潔1，文 雯1，文 超1,2,3

（1. 西南交通大學，交通運輸與物流學院，成都 611756；2. 綜合交通運輸智能化國家地方聯合工程實驗室，成都 611756；3. 滑鐵盧大學，鐵路研究中心，滑鐵盧 N2L3G1）

采取適宜的運輸組織協同模式是提升區域軌道交通系統總體效能和服務質量的重要保障。本文總結了國外部分典型區域軌道交通運輸組織協同發展的特征和國內區域多制式軌道交通的發展情況，分析了協同運輸組織的主要需求。在此基礎上，劃分了衡量多制式軌道交通運輸組織協同程度的四個等級，提出了完全獨立、信息共享、合作協同、主輔協同以及一體化運輸組織五種協同模式，闡明了每種模式的協同形式及決策流程，分析了區域軌道交通協同運輸處于不同發展階段下適宜的協同模式，為我國區域多制式軌道交通一體化發展提供了理論基礎。

多制式軌道交通；運輸組織；協同等級；協同模式

0 引 言

高鐵、普速鐵路、城際鐵路、市域鐵路以及城市軌道交通之間的換乘客流量激增，旅客期望運營者提供便捷的出行服務，運營主體期望能高效利用路網運能。各制式軌道交通由運營管理基本相互獨立的局面，逐漸朝著軌道交通一體化發展，以滿足旅客日益增長的高質量服務需求以及復合路網運能高效利用的需求。這些需求的滿足與制式間的協同程度直接相關，協同程度越高，服務質量越高、路網效能利用越充分。協同程度可以通過協同等級刻畫，實現的具體方式需通過運輸組織協同模式闡述，包括線網規劃建設、運力資源配置、信息共享、應急響應與安全保障、管理機制等一系列內容的選擇與決策。最終各制式協同效果很大程度上取決于對運輸組織協同模式的選擇。

針對多制式軌道交通復合系統的研究主要包括以下方面：在線網規劃建設方面，全永燊等[1]總結了當前區域軌道交通發展規劃中存在的問題，并提出了相應的解決對策；王興舉等[2]提出軌道交通一體化是京津冀交通一體化發展的重點，通過完善多層次軌道交通網絡，共享軌道交通資源，實現高效運營管理。在運輸組織模式方面，我國客運專線不同網絡形態下的運輸組織模式一直是研究的重點[3-6]，劉鵬[7]對城際軌道交通網絡化運營下換乘節點的選擇進行了研究；房霄虹[8]研究了城市軌道交通成網條件下不同線路之間運輸組織協調的問題。對于不同制式軌道交通間的銜接模式問題，Cai Jingjing等[9]研究了都市區范圍內的軌道交通銜接方式；李松峰[10]分析了多層次軌道交通兩種銜接模式的選擇條件；楊紅[11]研究了利用國鐵既有線富余能力參與城市交通運輸的問題，并針對不同線路的實際情況給出了參與形式的建議。

既有研究主要關注單一制式軌道交通的運輸組織模式，研究包括跨線列車開行、快慢車開行、列車交路等問題。對于區域多制式軌道交通，主要側重于多制式軌道交通復合系統的一體化規劃與建設，部分研究涉及跨制式軌道交通間的銜接模式問題，但鮮有研究多制式軌道交通運輸組織協同模式的文獻。相比于單一網絡、單一制式，區域軌道交通跨制式的旅客出行需求及其“多網-四域-多功能”的復合網絡特性，都對區域軌道交通協同運輸組織提出了更高的要求。本文在總結世界軌道交通協同運輸組織發展特征的基礎上，結合國內軌道交通發展情況，分析了運輸組織協同的主要需求，并提出了運輸組織可采用的協同模式，通過提高軌道交通運輸組織協同程度，提升路網總體效能與服務水平。

1 世界軌道交通協同運輸組織的發展特征

東京都市圈、巴黎都市圈等區域經過近百年的發展，經歷了制式的出現、更迭調整和發展壯大，逐漸形成了成熟的軌道交通復合網絡和運營管理體系。分析其運輸組織協同發展歷程，可為我國區域軌道交通發展提供參考。

（1）日本東京圈區域軌道交通

東京都市圈軌道交通線網由JR新干線、JR線、私鐵線、地鐵、有軌電車組成，呈典型環加放射并與市郊樞紐混合的結構，其發展歷程如圖1所示。

東京早期不允許郊區的民營鐵路進入市中心，中心城區的軌道交通與郊區鐵路經環形山手線的換乘站實現銜接。二戰后的恢復期，日本計劃將地鐵向市郊延伸，但此階段仍采用換乘站的銜接方式，加劇了山手環線換乘站的換乘壓力。于是東京開始考慮采用直通運輸方式，1960年，地鐵淺草線與民營京成電鐵間實現直通運輸。此后，直通運輸的線路里程逐漸增加，旅客服務質量不斷提升。

圖1 東京圈區域軌道交通協同運輸組織發展歷程

（2）巴黎都市圈軌道交通

巴黎都市圈軌道交通由普鐵系統、高鐵系統、地鐵系統、有軌電車系統共同組成，其發展歷程如圖2所示。

圖2 巴黎都市圈區域軌道交通協同運輸組織發展歷程

巴黎市郊鐵路網同樣存在不能進入市區的問題，旅客需換乘進入市區。隨著從郊區到巴黎市區通勤數量的大幅增長，亟需建設一個新增系統來直接連接郊區和市區。當時地鐵被認為已經處于飽和狀態，通勤鐵路也被認為是超負荷的，并且無法滲透到市中心。1960年，區域快速鐵路網絡開始建設，服務于聯系日益緊密的外圍核心區與市區以及郊區與郊區之間。

（3）德國萊茵-魯爾區區域軌道交通

萊茵-魯爾區區域軌道交通由市郊（S-Bahn）線?區域快線（Regional-Express）、區域普快線（Regional Bahn）、輕軌線（Stadtbahn）、有軌電車（Streetcar?StraBenbahn?Tram）線、懸掛式軌交和磁懸浮（H-Bahn）線路組成，其發展歷程如圖3所示。

圖3 萊茵-魯爾區區域軌道交通協同運輸組織發展歷程

萊茵-魯爾都市區軌道交通線路與國家鐵路的軌道標準統一，城際鐵路、區域鐵路、市郊鐵路、地鐵，甚至有軌電車可共用線路。在長期的地鐵系統規劃中，提供了由市郊線和有軌電車線轉向成熟地鐵系統的一種中間過渡模式。該區域內所有公共交通的線路、時刻表、票價、票款分配、服務質量等均由VRR公交聯盟（Verkehrsverbund Rhein-Ruhr）控制和監管。

分析以上典型區域軌道交通運輸組織協同發展的情況，可總結出以下特征：

① 軌道交通運輸組織發展基本經歷了“單一制式下的獨立運輸—多制式并存下的獨立運輸—多制式并存下的協同運輸”過程。

② 通過構建多層級、多制式的軌道交通復合網絡，滿足旅客多樣化的出行需求。不同制式軌道交通具有不同的技術特征，其功能定位和服務范圍也有所不同，通過構建多種制式并存的區域軌道交通網絡，實現各制式服務范圍的補充、協調，充分發揮不同制式的效能，高效服務于旅客出行和區域發展。

③ 軌道交通線網基本確定后，通過運輸組織協同提高運輸效率和服務質量。采用直通運營、快慢車運營等靈活的運輸組織手段，實現運力資源的合理分配與運用，以旅客需求為導向逐步實現不同層級、不同制式軌道交通系統間的互聯互通。

④ 通過實現協同的運營管理為協同運輸組織提供保障。運營主體各司其職，由統一的管理機構或協調機構對參與運營的各主體進行監督管理和協調運營，通過政策措施的制訂和協調管理機制的建立，促進區域軌道交通的一體化協同運輸。

2 我國區域多制式軌道交通運輸組織協同需求

目前，我國大中型城市已經基本建立了集城市軌道交通、市域鐵路、城際鐵路、干線鐵路于一體的多層次、多制式區域軌道交通網絡，旅客跨制式出行基本通過換乘實現，快慢車運輸、直通運輸等組織模式處于起步研究階段，軌道交通復合網絡總體效能和服務能力未得到充分發揮。結合世界軌道交通運輸組織協同發展的趨勢和經驗，實現運輸組織協同已成為當前的重點任務。

軌道交通協同運輸組織以運輸需求為導向，充分利用各制式既有設施設備和運力資源，按照運輸計劃完成運輸任務，通過協同組織指揮及協同安全保障實時高效處理運輸過程中出現的各種情況，從而實現運能高效利用、服務質量提升。因此，區域多制式軌道交通運輸組織協同主要包含以下需求：

（1）客流精準預測

客流實時動態的精準預測與把握是系統全生命周期內的線網規劃、計劃編制與調整等的基礎，在很大程度上決定了區域軌道交通的協同運輸組織方法。

（2）區域路網優化布局與運力資源協同配置

區域路網優化布局和系統運力資源協同配置為協同運輸組織提供了基礎設施設備條件，對擴大區域軌道交通協同運輸與服務范圍、更好的滿足不同種類的客運需求、合理調配以及充分利用運輸能力、節約設備設施資源以及提升系統的總體效能和服務質量都具有十分重要的作用。

（3）運輸計劃協同編制

運輸計劃是開展運輸組織工作的重要依據。區域軌道交通不同制式運輸計劃編制的影響因素不同，需要構建集多種制式于一體的運輸方案編制體系，實現不同運營階段、不同運營場景下的運輸計劃協同編制。

（4）組織指揮協同決策

在運輸計劃協同編制的基礎上，各運營主體的決策者需要從最大限度節省旅客旅行時間和提高運輸效率的目標出發，結合各制式特征，根據區域軌道交通運輸態勢及其演化機理，通過多制式軌道交通間的協同組織指揮，實現運輸態勢良性發展。

（5）安全保障協同

相比于單一制式軌道交通系統，區域軌道交通系統具有多制式復合的特點，面臨的風險情況更加復雜多變，同時運營管理的難度也大大增加。因此，運營公司在進行運營管理和風險管理時，需建立完善的多制式安全管理體系和管理制度，按照相應規章制度規范地進行運營工作。

（6）信息共享

各制式軌道交通需利用實時客流信息、列車運行信息等，實時調整運輸方案，適應動態運輸需求，充分利用路網總體運能。同時，軌道交通系統需利用共享信息為旅客提供全程化、個性化、智能化的信息服務，從而有序引導旅客出行，高效開展協同運輸組織工作。

3 我國多制式軌道交通的協同等級

縱觀世界軌道交通協同運輸發展的歷程，軌道交通的發展始終以保障運輸安全、提高運輸效率、降低運輸成本、提高服務質量為目標，不斷提高線網規劃、運輸組織等方面的協同程度。根據區域軌道交通在線網規劃與建設、信息共享、運力資源配置、應急響應與安全保障、協同管理等方面的協同程度及需求，可以將多制式軌道交通協同程度依次分為四個等級：

（1）0級：獨立運營

獨立運營為多制式軌道交通協同的最低等級，各制式軌道交通維持原有的運營模式，彼此之間相互獨立。

（2）I級：信息共享

各制式軌道交通仍然維持獨立運營模式，實現基本客流信息、基本列車運行信息的共享與互通。

（3）II級：互聯互通

互聯互通協同運營下各制式軌道交通實現了基礎設施互聯互通、運力資源共享、運輸計劃協同編制以及日常組織指揮和應急安全保障協同決策。

（4）III級：智能聯動

多制式軌道交通智能聯動層級中，通過人工智能和大數據等技術，實現各制式軌道交通智能互聯、信息共享以及計劃編制、調度決策、組織指揮、應急救援等的智能化。

各協同等級的內涵及特征如表1所示。

表1 我國多制式軌道交通協同等級

Tab.1 Coordination level of China’s multi-standard rail transit

續表1

4 區域多制式軌道交通運輸組織協同模式

根據多制式軌道交通運營主體、線網布局、運力資源配置、信息服務、安全保障、組織指揮等方面的協同形式及決策流程，將多制式軌道交通運輸組織協同模式分為以下五種：

（1）完全獨立模式

完全獨立模式下各制式軌道交通維持原有的運營模式，彼此之間規劃建設、運營管理、調度指揮、信息服務、應急管理均相互獨立。

完全獨立模式實施難度低，各制式軌道交通根據制式內部需求獨立進行相關決策。

（2）信息共享模式

信息共享模式下各制式軌道交通運營主體不同，各制式軌道交通實現基本客流信息與列車運行信息的共享，但仍然維持獨立運營模式。各制式軌道交通根據共享信息獨立編制運輸計劃，再根據實時列車運行信息、實時客流信息及時調整列車運行。旅客通過手機等信息獲取終端獲取出行全過程的列車時刻表、列車實時運營狀況、換乘指引、故障情況等共享信息，合理規劃出行。

該模式實施的關鍵在于共享信息的高效管理與使用，可通過建立信息共享平臺實現，不同制式軌道交通系統將各自的信息上傳至信息共享平臺，并從信息共享平臺獲取其余制式軌道交通信息。該模式協同機理如圖4所示。

（3）合作協同模式

合作協同模式下所有主體之間信息共享，合作主體在運輸計劃編制、運力資源配置、組織指揮等一個及以上方面實現協同，合作主體以同等地位參與協同內容的制定，對協同內容具有同等決策權；對于未納入協同層面的內容，各主體可自主決策。合作主體可以是兩個或多個，參與合作的主體，其協同內容由所有合作主體共同協商決策。如國鐵與地鐵采用合作協同模式并在運輸計劃編制方面實現協同時，合作主體即為國鐵與地鐵，合作內容為運輸計劃的編制，二者在日常運營組織、調度指揮等方面可相互獨立，未參與協同的城際鐵路等制式可獨立決策。

合作協同模式實施的關鍵是確定合作主體以及合作內容。確定的目標是提升區域軌道交通復合系統總體運能、運輸效率以及服務質量，確定的依據是旅客出行需求及合作主體運營管理需求。合作協同模式協同機理如圖5所示。

圖5 合作協同模式協同機理圖

（4）主輔協同模式

主輔協同模式中各制式在運輸組織中區分主次關系，以某種制式的軌道交通為主導，其他制式配合主導制式。主導制式考慮從屬制式的主要需求及關鍵組織環節，進行線網布局、計劃編制、運力資源配置以及組織指揮等，從屬制式以主導制式的方案為前提組織運輸。

主輔協同模式實施的關鍵是確定協同主次以及協同內容。協同主次的確定以客流需求、線網能力等情況為依據，協同內容中首先確定主導制式的線網布局、運輸組織與調度指揮方案，再確定其余從屬地位軌道交通的對應方案。該模式協同機理如圖6所示。

（5）一體化運輸組織模式

一體化運輸組織模式通過各制式的有機銜接和高效配合，產生最大的協同效應，實現由單一制式向綜合軌道交通系統的轉變。該模式下，不同制式間線網協同布局、運輸計劃協同編制、運力資源共享、組織指揮與應急安全保障協同、信息完全共享，實現客運服務一體化。隨著技術的發展，最終達到智能化的一體化運輸組織。

一體化運輸組織模式通過建立軌道交通復合系統統一的運營管理機構或運營管理協調機構，進行線網協同布局與建設、協同運營管理。模式的實施需要滿足基礎設施互聯互通的技術要求和復合路網運能評估與運用理論的支撐，具備信息高效采集、處理與運用的技術條件，能提供運輸態勢實時評估與保障的技術支持。該模式協同機理如圖7所示。

各種運輸組織協同模式在線網規劃與建設、服務質量、運力資源配置、安全保障、組織管理等方面的特征以及具有的優勢、不足與實施難點如表2所示。

圖6 主輔協同模式協同機理圖

圖7 一體化運輸組織模式協同機理圖

表2 運輸組織協同模式的優勢與不足分析表

Tab.2 Analysis of advantages and disadvantages of transportation organization coordination modes

續表2

對于不同發展階段下的區域多制式軌道交通復合系統，因其旅客出行需求、線網規模、技術水平、組織管理水平、運營管理體制機制等情況不同，需采用適宜的運輸組織協同模式。

當區域多制式軌道交通處于起步階段時，軌道交通制式單一，線網結構簡單，線網規模相對較小，各制式軌道交通以自身發展為主，較少從旅客全出行鏈角度出發考慮資源共享和運輸組織的協同配合。因此，此階段可首先采用完全獨立模式，然后向信息共享模式過渡，從而在有限的基礎設施條件下盡可能地提高協同等級，提升服務質量。

當區域多制式軌道交通處于快速發展階段時，軌道交通制式種類增加，線網規模大幅提升。各制式間換乘客流激增，旅客對服務質量的要求提高。軌道交通復合系統開始注重提升服務質量，同時注重解決運能利用不平衡、不充分的問題，要求實現信息共享，對線網規劃與布局、計劃編制、運力資源配置、組織指揮等方面的協同程度要求較高。因此，該階段主要在合作協同與主輔協同兩種模式之間進行選擇。兩種模式優勢相近，選擇時需綜合考慮各制式發展程度、線網規模、技術水平、實施難度等因素。當各制式發展程度不均衡，線網規模差異較大時，均等合作的難度較大，適宜采用主輔協同模式。

隨著區域軌道交通網絡的不斷完善、協同運輸需求的不斷增大，充分利用路網運能，最大程度地提高運輸效率與服務質量已成為軌道交通復合系統的首要目標。同時隨著智能技術的發展以及各制式間的邊界模糊化，一體化運輸組織管理體制將逐步形成，采用一體化運輸組織模式能實現全面協同與智能化，充分利用路網運能、適應旅客需求。因此，當區域多制式軌道交通處于成熟完善階段時，適宜采用一體化運輸組織模式。

5 結束語

本文結合國外部分典型區域的軌道交通協同運輸組織發展的特征與我國軌道交通發展的情況，分析了我國協同運輸組織的主要需求。根據線網規劃建設、運力資源配置、計劃編制、應急與安全保障、信息交互等方面的協同情況，將軌道交通不同制式間的協同程度分為四個等級，提出了多制式軌道交通可采用完全獨立、信息共享、合作協同、主輔協同以及一體化運輸組織五種運輸組織協同模式，分析了各種模式的協作流程。對區域多制式軌道交通處于不同發展階段下適宜采用的運輸組織協同模式進行了探討：當區域多制式軌道交通處于起步階段時，適宜采用完全獨立模式；處于快速發展階段時，根據線網規模、技術水平、實施難度等情況在主輔協同模式與合作協同模式之間進行選擇；遠期線網成熟且形成一體化管理體制時，適宜采用一體化運輸組織模式。

研究區域多制式軌道交通運輸組織協同模式，對系統總體運能提升、系統運力資源優化配置與運用、旅客出行服務質量提升具有重要意義，后續可對運輸組織協同模式的選擇理論與方法展開深入研究。

[1] 全永燊, 劉劍鋒. 區域軌道交通規劃若干問題與思考[J]. 城市交通, 2017, 15 (1): 12-19.

[2] 王興舉, 范勝楠, 周楊, 等. 京津冀軌道交通一體化發展對策[J]. 鐵道運輸與經濟, 2016, 38 (11): 83-86.

[3] 戶佐安, 嚴余松, 邱忠權. 我國鐵路客運專線運輸組織模式決策[J]. 統計與決策, 2008 (8): 114-116.

[4] 彭其淵, 閆海峰, 魏德勇. 武廣客運專線運輸組織模式研究[J]. 西南交通大學學報, 2004 (6): 703-707, 711.

[5] 劉先鵬. 高速鐵路成網條件下長距離客流輸送模式研究[D]. 北京: 中國鐵道科學研究院, 2017.

[6] 包維民, 閆海峰, 張強鋒, 等. 中國高速鐵路運輸組織模式研究[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2016, 14 (3): 13-18.

[7] 劉鵬. 城市群區域城際軌道交通網絡運營系統遞階協調優化研究[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2017, 15 (3): 109-115.

[8] 房霄虹. 城市軌道交通網絡化運輸組織協調理論及方法研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2011.

[9] CAI Jingjing, ZHENG Changjiang, YANG Ming. Research on rail transit network system and its connection model in the metropolitan Area[J]. CICTP, 2013 (96): 1286-1292.

[10] 李松峰. 城市群多層次軌道交通銜接模式研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2016.

[11] 楊紅. 鐵路與城市軌道交通一體化發展研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2008.

[12] 曹慶鋒, 常文軍. 日本軌道交通發展歷程及經驗啟示[J]. 交通運輸研究, 2019, 5 (3): 10-17.

Study on Regional Multi-standard Rail Transportation Organization Coordination Modes

PENG Qi-yuan1, 2, LUO Jie1, WEN Wen1, WEN Chao1, 2, 3

(1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. National United Engineering Laboratory of Integrated and Intelligent Transportation, Chengdu 611756, China; 3. Railway Research Center, University of Waterloo, Waterloo N2L3G1, Canada)

Adopting an appropriate transportation organization coordination mode is an important guarantee for improving the overall efficiency and service quality of the regional rail transit system. This article summarized the characteristics of coordinated transportation organization development of some typical regional rail transit in foreign countries and the development situation of domestic regional multi-standard rail transit, and analyzed the main needs of coordinated transportation organizations. On this basis, we divided the degree of coordination of multi-standard rail transportation organizations into four levels, proposed five coordination modes of complete independence, information sharing, cooperative coordination, primary and secondary coordination, and integrated transportation organization, illustrated the collaborative forms and decision processes of each coordination mode, analyzed the suitable coordination mode of transportation organization for rail transit at different development stages. The above contents provided a theoretical basis for the integrated development of China’s regional multi-standard rail transit.

multi-standard rail transit; transportation organization; coordination level; coordination mode.

1672-4747（2020）04-0001-11

U292.4

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.04.001

2020-03-11

國家重點研發計劃重點專項課題（2017YFB1200701）；國家自然科學基金項目（U1834209）

彭其淵（1962—），男，重慶涪陵人，教授，博導，研究方向為運輸組織優化理論與方法，E-mail：qiyuan-peng@swjtu.edu.cn

彭其淵，羅潔，文雯，等. 區域多制式軌道交通運輸組織協同模式研究[J]. 交通運輸工程與信息學報，2020, 18(4): 1-10, 22

（責任編輯：劉娉婷）