市域(郊)鐵路運輸組織模式研究

曾 瓊

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

1 研究背景

隨著我國社會經濟和新型城鎮化的發展，中心城區與周邊新城、城鎮等地區聯系越來越密切，城市中心與城市副中心、郊區之間需要有快速、安全、舒適、準時的公共交通方式滿足這種日益增長的客流需求。市域(郊)鐵路(以下簡稱市域鐵路)作為市域范圍內連接中心城市與外圍組團、衛星城鎮間長距離、高速度、公交化的軌道交通系統，被越來越多的城市所青睞，發展前景廣闊[1]。目前我國關于鐵路運輸組織模式的研究已經比較深入[2-5]，但是針對市域鐵路的研究較少，對于市域鐵路與不同層級軌道交通網絡的互聯互通以及單條市域鐵路的運輸組織模式問題鮮有詳細研究。此外，市域鐵路具有高密度、大運量、公交化的運輸特點[6]，運輸組織模式具有城市軌道交通的特點，但市域鐵路在技術特征、功能定位、運營模式等方面與城市軌道交通又有較大區別，常規城市軌道交通運輸組織模式已經不能滿足市域鐵路列車開行多樣化的要求，因此，本文對市域鐵路跨線運營模式、快慢車開行、交路設置等運輸組織模式進行系統研究，為我國市域鐵路的線路設計及運輸組織提供決策支撐。

2 我國市域鐵路發展現狀分析

由于市域鐵路是伴隨我國城鎮化和區域一體化發展而產生的新型交通系統，相對于近十年來國家高速鐵路和城際鐵路的蓬勃發展[7]，市域鐵路在我國起步較晚、進展緩慢，尚屬探索階段。目前，我國市域鐵路從建設形式來看，主要有利用既有線開行市域列車和新建市域鐵路，項目統計如表1所示，我國部分城市已建市域鐵路統計如表2所示。

表2 國內各大城市新建市域鐵路項目統計

我國市域鐵路主要功能是服務于中心城區、新城及沿線其他主要城鎮間的快速軌道交通模式，是城市空間結構的重要支撐。目前我國市域鐵路運營服務水平與建設模式有極大的關系，利用既有線開行市域列車的線路，由于各種原因，其開行對數較少，服務水平低，而新建市域鐵路基本上采用城市軌道交通的運營模式，服務水平較高。利用既有鐵路開行市域列車線路一般與國鐵列車共線運營，新建市域鐵路運輸組織模式則種類多樣，例如：市域線間組織跨線運營(金義東市域軌道交通、成彭線與成灌線)、市域(郊)列車與城際列車組織跨線運營(上海機場聯絡線)、快慢車運營、大小交路運營等。

3 市域鐵路運輸組織需求

3.1 市域鐵路功能定位

根據我國市域鐵路客流特征、軌道交通體系構建及服務對象分析，結合我國城市市域發展特征，市域鐵路功能定位如下。

首先，市域鐵路對加快城市經濟發展轉型，伸展城市發展空間，協調市域各城鎮發展、促進城市對外開放，提高城市競爭力等具有重要作用。

其次，市域鐵路銜接高速鐵路網、城際鐵路網與城市軌道交通，構筑完善的市域軌道交通一體化網絡系統，是市域通勤圈范圍內便捷、快速、高密度公交化客運軌道交通系統，是城市綜合交通體系的重要組成部分。

再次，市域鐵路主要承擔市域范圍中心城市與次中心城市、重要城鎮、城市組團之間城鎮、經濟、產業高度融合發展走廊內日常通勤通學以及商務、休閑、探親、娛樂和購物出行，較快的運營速度，可以縮短市域核心區至周邊主要區域的時空距離，形成“1小時交通圈”，增強中心城區的輻射作用，加強各區域、城鎮之間的分工與協作。

最后，市域鐵路是優化提升市域范圍協調發展、同城化發展、一體化發展的重要基礎設施，是支撐與引導大城市由單中心向多中心發展形態轉變、促進新城發展的重要基礎設施，促進城鎮體系的形成和完善。

根據以上對市域鐵路的功能定位分析可知，市域鐵路是多元化綜合交通體系的組成部分，向上與重要交通樞紐的聯系對接，包括接入機場航站樓、引入高鐵樞紐等，通過無縫換乘等措施實現市域鐵路與樞紐設施的整合。面向城市，市域鐵路線路深入城市的核心內部，提高門到門的出行效率。市域鐵路還與道路系統、公共交通系統、步行與自行車系統、停車系統等相關系統的相協調，通過銜接提高城市交通資源的配置效率和城市交通系統的服務水平，與其他不同層次的軌道交通構成一體化網絡。

3.2 市域鐵路客流特征

(1)客流以通勤、通學、旅游為主

市域鐵路作為衛星城或外圍郊區進入市區中心的主要交通出行方式，服務于中心城市近遠郊區或輻射同城化區域，具有同城化、通勤化特征，客流以通勤、通學為主[8]。同時，市郊鐵路承擔的客流也會因其沿線地區的特征不同而呈現出其他特征。

如上海金山市域鐵路，起于上海南站，途徑徐匯區、閔行區、松江區和金山區等，主要以通勤、通學出行為主，占總客流量63.32%，自2012年開通至今，日均客流量從1.3萬人增加至3萬人，成為市郊至城區工作的上班族的首選出行工具。出行目的構成如圖1所示。

圖1 上海金山支線出行目的構成

另外，市郊鐵路沿線串聯區域性質不同，客流的出行目的也不同。如北京S2線，主要目的是服務八達嶺的旅游以及延慶區的通勤出行，圖2為北京S2線客流出行目的構成，70%～80%為旅游出行。

圖2 北京S2支線旅客出行目的構成

(2)近郊客流主要關注便捷性、遠郊客流則關注快捷舒適

一般距城區距離不同，客流出行目的、出行特征也不相同。在近郊地區通常以居住在郊區到中心區工作、上學的人群為主，這部分客流產生基本呈現片狀，范圍廣、數量大，具有明顯的高峰期，對出行的便捷性要求較高；遠郊區城鎮與中心城更多的呈現點對點交通，平均出行距離較長，以商務、公務、探親、旅游、通勤、通學居多，對出行的快捷程度、舒適程度要求較高[9-10]。市域客流具有較強的向心性，線路的客流大體上具有“遞遠遞減”的規律。

(3)客流總量相對較低，平均乘距相對較長

市域鐵路連接中心城區與新城、外圍組團等，由于沿線人口和崗位數量較低，客流強度明顯低于市中心區線路，但長距離出行客流比例較高，旅客平均乘距長，一般為10～20 km甚至更長，遠大于市中心區線路，是市域范圍或都市區短途交通的骨干。

(4)市域鐵路客流潮汐現象明顯，早晚高峰明顯

市域鐵路承擔的旅客以實現通勤、通學為主，因此客流具有潮汐現象，早晚高峰更加明顯，還具有中心城市、主要組團為中心的明顯向心特點。從現狀上海金山支線的客流特點來看(圖3)。工作日以上班族為主，具有明顯的潮汐現象；對具有旅游特征線路，游客乘坐市域鐵路至沿線進行旅游，選擇在當天返回的較多，進一步增大了潮汐現象產生的趨勢。

圖3 上海金山支線出行人數分布

(5)市域鐵路換乘量占比較高

市域鐵路從不同方向將周邊新城、外圍組團的客流引入中心城區，旅客需通過中心城區其他公共交通進行疏散，中心城區換乘壓力較大，因此需要在中心城區形成便捷的接駁條件。

3.3 客流特征對運輸組織的需求

(1)公交化

目前市域鐵路承擔著大量的通勤客流，旅客期望候車時間短、即到即走，對系統的準點性與可靠性要求較高，同時還應保證有一定的發車頻率，這樣才能吸引一部分長期穩定的客流。這就要求運營組織上簡化進出站方式、提高列車開行頻率，在早晚高峰時段能為通勤客流提供高密度的公交化服務。

(2)快速化

市域鐵路一般以實現區域中心城市與重要城鎮、組團之間1小時交通圈為基本目標，如圖4所示。由于市域郊鐵路線路較長，為吸引更多的郊區居民乘坐市域鐵路，在運營組織上應合理選擇速度目標值和運營組織模式，盡可能提高旅行速度，滿足旅客快速化要求。

圖4 浙江省1小時交通圈示意

(3)多樣化

由于市域鐵路線路相對較長，沿線客流出行特征呈現多樣化，為滿足不同客流出行需求，需要采取靈活的運營組織，通過快慢車結合、大小交路套跑、開行越行列車、針對中心城區和郊區段實行不同的行車間隔等方式，提高全線線路的運營效率[11]，同時，一些站間距較小的市域鐵路也能保持較高的運營效率[12]。

(4)舒適化

市域鐵路一般線路較長，平均運距較長，旅客在途時間較長，相對城市軌道交通，市域客流對車廂內舒適性要求較高，需適當提高定員標準，主要是提高座位率、降低列車內乘車站立密度。

(5)便利化

城市軌道交通線路多采用獨立運營的運輸組織模式，但市域鐵路多與城際鐵路、城市軌道交通相銜接，在運輸組織上除市域鐵路網內部存在互聯互通外，市域鐵路與相鄰的城際鐵路或城市軌道交通也存在互聯互通可能。為方便旅客出行，應結合客流需求、工程技術條件合理選擇運營組織，盡可能為旅客提供便捷快速的運營組織方式。

4 市域鐵路運輸組織模式分析

市域鐵路運輸組織模式靈活多樣，相對城市軌道交通運營組織模式較復雜。雖然各城市的市域鐵路產生背景、發展方式、客流特征、線路條件等有所不同，但為滿足客流以及線路功能要求，所采用的運行方式均結合自身特點進行調整。本次市域鐵路運輸組織模式分析主要分為與相鄰線間的運輸組織模式以及單條市域鐵路線的模式進行討論。

4.1 市域鐵路與相鄰線間的運輸組織模式

隨著當前軌道交通區域化、網絡化運營的要求日益明顯，線路間互聯互通呼聲越來越高。但由于我國城市軌道交通缺乏統一的技術標準，尤其是信號系統各供貨商獨立開發和設計，相互之間兼容性差，線路之間的互通難度很大。

市域鐵路功能定位介于城市軌道交通和城際鐵路之間，向上可以與城際鐵路銜接，向下可與城市軌道交通相銜接，市域鐵路網內部線路之間也可相互銜接。因此，與之對應的互聯互通運輸組織模式可分為市域鐵路網內部線路間的互聯互通、市域鐵路與城市軌道交通的互聯互通、市域鐵路與城際(或干線鐵路)鐵路的互聯互通3種模式。

(1)市域鐵路網內部線路間的互聯互通

市域鐵路網運營主體相同，客流特征相近，系統制式及技術標準相同，組織跨線運營可以擴大服務范圍，實現資源共享，相較后兩種跨線運營模式中技術上更容易實現。尤其是多條郊區線通過同一通道引入城市中心，組織跨線列車，可充分利用通道資源。因此，市域鐵路網內部根據客流需求及線路條件，對具有較強客流交換量的線路通過技術經濟比選，可適當組織跨線運營。

(2)市域鐵路與城市軌道交通線路間互聯互通

市域鐵路與城市軌道交通直通運營可以減少旅客出行換乘總次數和時間花費，提高交通系統服務水平。但也存在以下問題，一是城市軌道交通線路速度目標值為80～100 km/h，一般采用直流制式，若二者實現跨線運營，對市域線路的速度目標值及系統制式的選擇都有較大的影響。二是城市軌道交通線路往往客流量級高，一般線路的富余能力較小，無法滿足市域鐵路跨線運營需要。因此，市域鐵路與城市軌道交通一般不宜組織跨線列車。

近年來，隨著城市規模的不斷擴大，各大城市中線網規劃中進一步豐富了城市軌道交通線網層次，新增了城市快線網這一結構層次，以滿足城市外圍區到中心區快速通達的服務。從線路客流特征和技術特征來看，市域鐵路網與城市快線網有一定的共性，二者在功能上有部分重疊，可考慮二者進行無縫銜接，有機統一[13]。

綜上所述，市域鐵路不宜與城市軌道交通跨線運營，確有需求時，可考慮與城市軌道交通線網中城市快線組織跨線運營。

(3)市域鐵路與城際鐵路互聯互通

城際鐵路主要服務于城市群各城市之間的城際客流，但在沿線經過的城、鎮或衛星組團等地均設有車站，往往與市域鐵路的功能有所重疊[14]。但當二者利用同一通道引入中心城區時，是否組織跨線運營應慎重考慮，主要原因如下。一是城際鐵路發車頻率遠低于市域鐵路，二者在運營服務水平上相差較大。二是市域鐵路一般客流量較小，一般采用小編組、高密度的行車組織形式，沿線車站規模可按小編組列車長度控制，而城際鐵路大部分采用8輛編組甚至16輛編組，跨線運營時沿線車站規模需要加大，造成土建工程投資大幅增加。三是一般城際鐵路速度目標值高于市域鐵路，若與市域鐵路跨線運營，將降低城際鐵路運行速度，若市域鐵路采用城際鐵路的速度標準，會造成土建工程投資增加。四是城際鐵路與城市軌道交通可能分屬不同的運營主體，采用不同的管理體制，如果組織列車跨線運行，將涉及到不同運輸主體之間運輸組織的協調和運營收益的清算，會給安全和管理帶來隱患，同時要求兩者系統配置必須兼容，影響市域鐵路標準和制式的選擇，付出較大的工程代價，降低投資效益。

綜上所述，原則上不建議市域鐵路與城際鐵路跨線運營，只有當市域鐵路在同一通道內必須承擔對外城際功能等特殊需求時，考慮兼顧城際列車。

4.2 市域鐵路單條線路運營組織模式

從目前研究的國內外市域鐵路來看，絕大多數市域鐵路承擔的客流主要由兩部分構成，一部分是主城與新城中心、組團中心的交流，即大站客流；二是沿線重要城鎮之間以及與主要城市間的交流，即站站停客流。相應地，為滿足不同層次客流出行需要，在運輸組織上一般開行大站停和站站停兩種列車，如圖5所示。

下面對站站停、快慢車以及多交路3種運營組織模式進行討論。

圖5 上海16號線大站停+站站停示意

4.2.1 僅開行站站停運營組織模式

當線路不長，沿線客流以短距離出行為主時，市域鐵路宜組織站站停列車。僅組織站站停列車運營組織簡單[15]，不需設置越行線、工程投資省，站站停列車停靠方案相同，系統能力為平圖能力，其運營組織方式與地鐵運營組織方式相同。

4.2.2 快慢車運營組織模式

快慢車組合運營在促進沿線經濟發展、提高市域鐵路服務水平和技術水平、滿足不同旅客復合需求、減少運營成本的同時，也會有一定的弊端。因此，在確定某條線路是否適合開行快慢車時，應以實現1小時通勤圈為目標[16]，并結合項目功能定位、車站分布、客流構成、工程條件、線路能力等因素綜合研究確定，快慢車運營組織示意如圖6所示。

圖6 東武東上線快慢車運營組織示意(單位：km)

(1)大站快車停靠點選擇

快車停靠車站的選擇是確定市域鐵路快慢車組合運營開行方案時需解決的主要問題[17-20]。快車停靠站的確定需綜合分析沿線各車站各時段總的客流乘降量特點，一般地，選擇車站上下客流量較大的車站，如組團中心站、對外大型交通樞紐、大型風景旅游景點、公共服務中心、商業中心、商務中心、重要換乘站等車站作為大站快車停靠點。

(2)快慢車開行比例

快慢車的開行比例是快慢車停站方案最主要的影響因素，快車開行數量應從以下幾方面考慮。

首先，根據客流量確定快車開行量。快車開行數量應根據快車停靠站點間的OD交流量確定，快車的比例越高表明乘坐快車的乘客數量越多。

其次，快慢車開行總量要滿足系統能力要求。由于大站快車和站站停列車停站方案不同，二者之間存在一定的速差，若開行大站快車，則其必定要多占用站站停列車的平圖能力。大站快車對通過能力的影響，應根據快車開行對數、越行站的設置情況，需通過鋪畫列車運行圖來確定。

第三，快車開行數量應滿足一定服務頻率。若根據客流需求，快車開行數量較少，服務頻率較低，旅客等待時間較長，總旅行時間得不到節省，快車的開行起不到節約時間的效果。快車數量開行過多，又會使慢車在越行站的等待時間過長。因此，開行快慢車時要綜合考慮各站服務水平對客流的影響，宜選擇所有旅客總旅行時間節省的方案。

(3)越行站位置的選擇

越行站的選擇主要受快車停靠站的位置及高峰時段行車對數等因素制約，需考慮以下因素。

①符合快車在車站超越慢車，盡量避免快車在區間與慢車相距太近導致快車降速的情況[18]。

②越行線不與快車停靠站合設時，應盡量選擇上下客流比較小的站越行，這樣可以將對乘客的候車時間延長的影響降到最低。

③越行站盡量設置為地面或高架站，以節省造價。

④盡量與出入段線接軌站、故障車停留線設置站等合并設置，并考慮能力均衡性和一定的冗余度。

⑤越行線設置應工程可實施性強，工程造價低。

基于以上影響因素分析，越行站的選擇應該結合運行模式選擇，進行全面經濟技術分析比選。越行站示意如圖7所示。

圖7 越行站示意

4.2.3 多交路運營組織模式

市域鐵路具有線路長、客流斷面分布不均衡、銜接支線較多等特點，從國內外典型都市圈市域鐵路運輸組織模式來看，市域鐵路一般都采用多交路的運營模式，以適應不同區段客流需求，提高列車的滿載率，降低用電、設備磨損等運營成本的支出。

從形式上看，單一線路的運行交路一般有單一交路、長短交路、嵌套交路和組合交路4種。

(1)單一交路(圖8)

在線路起、終點站間按最大需要開行貫通運行的列車，適用于全程客流均衡，無明顯客流斷點的情況，運輸組織較為簡單。

圖8 單一交路

(2)長短交路(圖9)

為適應客流斷面不均衡性，在高客流斷面所在區段采用大小交路套跑的運營組織模式，這種運輸組織適用于各區段客流量不均衡、客流斷點明顯的情況。采用大小交路運輸組織模式，可很好地與沿線客流斷面相適應，加速車輛周轉、節約運營成本。

圖9 長短交路

此類運行交路，在行車間隔上要保證大交路的行車間隔是小交路的整數倍，這樣才能使大小交路列車運行相互匹配，保證各區段列車開行的均衡，如果不能滿足，將會在運行上產生空費時間，影響線路的通過能力。此外，大小交路要求小交路折返點的車站具有折返功能。

(3)嵌套交路(圖10)

列車全線不貫通，列車在中間站折返，可根據客流需要組織不同編組、不同開行對數的列車在各區段運行。適用于兩端組團客流交換量不大，主要客流均為兩端組團與中心組團的交流，采用此種運輸組織模式較為合理。

圖10 嵌套交路

(4)組合交路(圖11)

在線路上既有銜接交路又有嵌套交路，這種交路形式復雜，對運輸組織的要求更高，但是對客流的適應性強于一般交路。

圖11 組合交路

單一線路的運行交路選擇主要以客流分布為基礎，其選擇方法與城市軌道交通類似，交路設置方法已很成熟，不再贅述。

(5)主線+支線的運行交路

由國內外市域鐵路布局形式來看，市域鐵路由中心城區延伸至郊區后，為了擴大覆蓋范圍，在郊區向不同方向延伸，形成主線+支線的型式，如圖12所示。在運輸組織上主支線運營主要體現為支線與主線獨立運營和貫通運營。主支線的運營方式的選擇，應以客流出行特征為基礎，綜合考慮功能定位、土建工程投資、車輛購置費用、運營費用、線路能力、服務水平、運營管理等因素影響，進行綜合技術經濟比選。

圖12 巴黎RER-A線支線運營模式

4.3 市域鐵路運輸組織模式小結

綜上所述，市域鐵路運輸組織模式種類較多，采用何種運輸組織模式要以客流需求為基礎，綜合考慮線路的功能定位、服務水平、工程投資、系統能力等對運輸組織模式的影響，最后選擇合理的運輸組織模式。選擇運營組織模式時，應遵循以下原則。

(1)“按流開車”原則，無論何種運營組織方式均應以預測客流數據為依據，需要滿足客流的時空分布特性。按流開車是組織列車運營的基本原則。

(2)高服務水平。開行快慢車和多交路運營組織模式時，在部分乘客出行時間得到節省的同時，也會造成小部分乘客出行時間增加。應分析乘客的出行要求，平衡兩部分乘客的得失，選擇最優方案。

(3)能力協調原則。快慢車和多交路運營組織方法受線路通過能力和折返站折返能力制約較大，快慢車的開行應使線路通過能力降低不宜太大，同時小交路折返能力應避免成為線路通過能力的瓶頸，使折返能力與線路通過能力相協調，保證客流需求和運營流暢、安全。

(4)經濟高效原則。市域線確定運營組織方案時應充分考慮不同運輸組織模式對土建工程、運營成本的影響，選擇合理的運營組織模式，提高運營單位的運營效率。

5 結語

隨著我國社會經濟和新型城鎮化的發展，市域鐵路應運而生，本文對國內市域鐵路發展現狀進行了總結，根據對市域鐵路客流特征的分析，認為市域鐵路運輸組織應該滿足公交化、快速化、多樣化、舒適化、便利化的要求。

除此之外，重點對市域鐵路運營組織模式進行了研究，主要研究結論如下。

5.1 市域鐵路與相鄰線間的運輸組織模式

(1)市域鐵路網內部根據客流需求及線路條件，對具有較強客流交換量的線路通過技術經濟比選，可適當組織跨線運營。

(2)市域鐵路不宜與城市軌道交通跨線運營，確有需求時，可考慮與城市軌道交通線網中城市快線組織跨線運營。

(3)原則上不建議市域鐵路與城際鐵路跨線運營，只有當市域鐵路在同一通道內必須承擔對外城際功能等特殊需求時，考慮兼顧城際列車。

5.2 市域鐵路單條線路運營組織模式

(1)單條市域鐵路當線路不長，沿線客流以短距離出行為主時，市域鐵路宜組織站站停列車。

(2)快慢車組合運營在促進沿線經濟發展、提高市域鐵路服務水平和技術水平、滿足不同旅客復合需求、減少運營成本的同時，也會有一定的弊端。因此，在確定某條線路是否適合開行快慢車時，應以實現1小時通勤圈為目標，并根據具體結合項目功能定位、車站分布、客流構成、工程條件、線路能力等因素綜合研究確定。

(3)單一線路的運行交路選擇主要以客流分布為基礎，其選擇方法與城市軌道交通類似。

(4)主支線形式的市域鐵路，其運營方式的選擇，應以客流出行特征為基礎，綜合考慮運輸能力與工程投資等多種因素，進行綜合技術經濟比選。