城市軌道交通不同編組列車行車組織方案編制方法研究
——以北京大興機場線為例

魯玉桐，李 鵬，金艷萍，劉曉慶

（北京市軌道交通運營管理有限公司，北京 100068）

1 引言

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展勢頭迅猛，新開通線路客流高速增長，線路運能挖潛能力有限，運能與客流不匹配的矛盾日益凸顯。因此，為滿足各運營時段的客流需求，提高線路的整體服務水平，有必要研究客流在空間和時間上的分布特征、制定合理的行車組織方案，從而達到各運營時段客流與運能相匹配的目的。本文對不同編組列車行車組織方案編制方法展開研究，并以北京大興國際機場線（以下簡稱“大興機場線”）為例，提出與大興機場線客流特征相匹配的4/8輛不同編組列車行車組織方案，并對方案效果做出評價。

2 不同編組列車行車組織方案編制方法

截至2020年12月31日，我國內(nèi)地共有45個城市開通城市軌道交通運營線路 244 條，其中采用混合編組的運營線路較為典型的有：①重慶市輕軌2號線，為適應線路不同運營期的客流差異，先后采用4輛單一編組、4/6輛混合編組的運營模式；②上海市軌道交通2 號線，在開通初期由于客流空間不均衡程度較高，采用4/8輛混合編組運營，后隨著工作日早高峰時段客流與運能不匹配程度加深，于2019年10月23日起啟用新的列車運行圖，2號線東延伸段原有部分4節(jié)編組列車改為全運營時段運行8輛編組列車；③上海市軌道交通8號、16號線，由于客流在空間、時間上的不均衡性，分別采用了4/8輛混合編組、3/6輛混合編組的運營模式。為有效利用不同編組列車運能，需在運能與客流的時間分布規(guī)律匹配度較高的基礎上，不斷提高乘客出行滿意率和舒適性（包括縮短行車間隔、控制滿載率等），優(yōu)化行車組織方案。

不同編組列車行車組織方案編制研究的主要內(nèi)容包括全日行車計劃、列車開行方案、列車交路計劃、車輛配備計劃等。線路客流變化規(guī)律是編制線路列車開行方案的基礎，通過分析總結(jié)線路客流的一周分布特征、一日內(nèi)小時進出站客流分布特征、分時最大斷面客流特征等，以此為基礎進行不同編組列車行車組織方案設計，使其能更好的與線路實時客流變化相匹配，從而滿足線路不斷變化的客流需求，達到提高運能利用率、降低運營成本的目的，具體編制流程如圖1所示。

圖1 不同編組列車行車組織方案編制流程

城市軌道交通列車運營時間段內(nèi)的行車間隔標準為：在高峰運營時段，當最大運力無法滿足運量需求時，在車輛、設備能力范圍內(nèi)，實現(xiàn)最小行車間隔；當最大運力能滿足運量需求時，列車滿載率應該控制在100%以下，在其他非高峰運營時段最好不超過10 min，計算公式如下：

式（1）中，T間，i為i小時的列車行車間隔；Ni為i小時內(nèi)應開行的列車數(shù)，Ni的確定受制于分小時最大斷面客流量、列車額定載荷、分小時滿載率，具體計算公式為：

式（2）中，Ni為i小時內(nèi)應開行的列車數(shù)；pmax，i為i小時最大斷面客流量；p列為1 列車的額定載客數(shù)；β為小時列車平均滿載率。

列車開行交路是指按照列車運行圖的規(guī)定在區(qū)間運行、在指定的車站折返的列車運行方案，一般根據(jù)客流特征確定，但在一定程度上受線路運營條件制約。

3 大興機場線案例分析

3.1 案例概況

大興機場線一期工程南起大興機場站，北至草橋站，共設有草橋站、大興新城站、大興機場站3個車站，線路全長41.4 km。線路開通初期配屬車輛為10組8編列車（7輛載客列車+ 1輛行李車），高峰時段行車間隔為12 min，行車密度為5 對/ h。

為縮短行車間隔，提升運能效率及服務品質(zhì)，同時降低運營車輛在非高峰時間段內(nèi)的能力冗余，大興機場線由運營初期8輛單一編組運營變?yōu)? / 8輛混合編組運營，下文在客流分析的基礎上對大興機場線4 / 8輛不同編組列車行車組織方案進行研究。

3.2 大興機場線客流特征

3.2.1 客運量

大興機場線自開通以來客運量呈穩(wěn)步上升趨勢，日均客運量變化趨勢如圖2所示。2020年，大興機場線日均客運量為1.6萬人次/天，最高日客運量為3.95萬人次/天，發(fā)生在2020年11月6日。隨著2020年11月全國疫情好轉(zhuǎn)，大興機場線客運量增幅明顯，日均客運量增長至3.4萬人次/天，較1月份客運量翻了一倍。

圖2 大興機場線月度日均客運量變化趨勢

3.2.2 一周客流特征

大興機場線2020年11月1日至2020年11月30日期間，周一至周五日均客運量為33 936人次/天，周六至周日日均客運量為35 157人次/天，周末與工作日日均客運量基本持平，具體如圖3所示。因此，大興機場線在行車組織方面可考慮工作日與周末采用統(tǒng)一的行車組織方案。

圖3 大興機場線一周客流特征

3.2.3 一日內(nèi)小時進出站客流分布

由于大興機場線的客流是動態(tài)變化的，其分布在不同時間段具有不同的特征，為了直觀地衡量大興機場線分時客流的不均衡程度，選取大興機場線2020年11月份的客流數(shù)據(jù)，分析一日內(nèi)大興機場站、草橋站小時進站客流量，從而總結(jié)出其一日內(nèi)小時客流分布形態(tài)，如圖4所示。由圖可看出，大興機場站、草橋站一日內(nèi)小時進站客流分布不均衡程度較高。草橋站小時進站客流最大為1 774人次/h，發(fā)生在18 : 00—19 : 00時段；20 : 00以后，草橋站進站客流呈大幅度下降趨勢。大興機場站一日內(nèi)小時進站客流呈先增加后減小趨勢，10 : 00后大興機場站小時進站客流量逐漸上升，最大為1 581人次/h，發(fā)生在16 : 00—17 : 00時段，其一日內(nèi)進站客流主要集中在11 : 00—19 : 00時段。

圖4 2020年11月大興機場站、草橋站一日內(nèi)小時進出站客流分布

3.2.4 分時最大斷面客流

大興機場線各個車站在不同時間段乘坐人數(shù)不同，線路斷面客流量存在較大差異。大興機場線11月份最大斷面客流出現(xiàn)在11月14日草橋至大興新城區(qū)間，其上下行小時最大斷面客流量變化如圖5所示。

由圖5可以看出：①06 : 00—09 : 00最大斷面客流量發(fā)生在下行，草橋至大興新城區(qū)間、大興新城至大興機場區(qū)間最大斷面客流量基本持平；②10 : 00—19 : 00 上下行最大斷面客流量基本持平，上下行客流不均衡程度較低；③19 : 00—23 : 00最大斷面客流量發(fā)生在上行，大興機場至大興新城區(qū)間、大興新城至草橋區(qū)間最大斷面客流量基本持平；④全天最大高峰小時斷面客流量發(fā)生在06 : 00—07 : 00草橋至大興新城區(qū)間，為2 165人次/h；⑤與常規(guī)通勤線路相比，大興機場線高峰小時客流特征不顯著。

圖5 2020年11月14日大興機場線上下行小時最大斷面客流量（單位：人次/h）

3.3 大興機場線 4 / 8 輛編組行車組織方案

大興機場線采用市域D型列車，目前配備有8輛編組列車8列，4輛編組列車4列。8 輛編組列車座席載客量為357人/列，整列車2 人/m2載客量為727人/列；4編列車座席載客量為187人/列，整列車2人/m2載客量為398人/列。

大興機場線客運量受大興機場航班數(shù)量的影響較大， 2020年11月份大興機場線客運量與大興機場旅客吞吐量變化趨勢如圖6所示。由圖可看出，2020年11月份大興機場線日均客運量保持在3.4萬人次/天，占大興機場旅客吞吐量的34%左右。根據(jù)大興機場航班調(diào)整計劃，大興機場2021年后續(xù)日均航班將達到881架次，機場日均旅客量將達到14.3萬人次/天，預計屆時大興機場線日均客流將增加到4.9萬人次/天。

圖6 2020年11月份大興機場線客運量與大興機場旅客吞吐量變化趨勢圖

根據(jù)大興機場2021年航班計劃，結(jié)合大興機場線2020年11月實際運營情況，預測大興機場線2021年下半年分時最大斷面客流如圖7所示，大興機場線2021年下半年最大高峰小時斷面客流量為2 767人次/h，發(fā)生在17 : 00—18 : 00下行草橋至大興新城區(qū)間。

圖7 預測大興機場線2021年下半年分時最大斷面客流

2020年11月大興機場線各站日均進站乘客的走向分布如圖8所示，草橋站與大興機場站間的起訖點（OD）客流占大興機場線全線客流量的88%。由此可見，大興機場線主要服務主城區(qū)到大興機場、大興機場到主城區(qū)的乘客，即大興機場線客流以大興機場航班客流為主，因此，大興機場線宜采用草橋站至大興機場站單一交路。

圖8 大興機場線OD客流分布情況示意圖（單位：人次）

為保證大興機場線運營服務水平不低于北京已運營機場線的服務水平，在配屬車輛允許的情況下，大興機場線4/8輛編組行車組織方案的制定原則為：①盡量控制列車滿載率，使得運力與運量達到一個較好的匹配狀態(tài)，保證列車既不過分擁擠又不浪費運力；②考慮當發(fā)生故障時列車的救援能力，大興機場線8編組列車可以對8編組列車及4編組列車實施救援，但4編組列車不能對8編組列車進行救援，因此，在確定4/8輛編組行車組織方案時上線的8編組列車與4編組列車的比例應該大于等于2 : 1；③為保證大興機場線的服務標準，為航空旅客提供更加優(yōu)質(zhì)的服務，應適當加密大興機場線的行車間隔。基于以上原則，確定大興機場線4/8輛不同編組的行車組織方案如表1所示。

表1 大興機場線4/8輛不同編組列車行車組織后方案

該方案采用6 min 30 s、8 min 30 s、10 min 3種行車間隔，4編組列車最大上線車數(shù)3組、最小上線車數(shù)2 組，8編車最大上線車數(shù)6組、最小上線車數(shù)4組，檢修車與備車數(shù)為8編組列車2組、4編組列車1組。06 : 00—08 : 00和13 : 00—20 : 00為高峰運營時段，為避免運能浪費，采用6 min 30 s和8 min 30 s 2種行車間隔，其余時段行車間隔為10 min。

3.4 方案效果分析

（1）運能利用率方面。大興機場線主要是為大興機場航空旅客提供便捷、快速、經(jīng)濟和舒適的運輸服務，客流量與常規(guī)通勤線路相比較小。該方案中列車滿載率分布較為均衡，2人/m2列車滿載率最大為52.34%，最小為40.28%，乘客服務水平較高；對于客流低谷時段，通過適當延長發(fā)車間隔，平衡乘客等待時間和發(fā)車間隔，在一定程度上提高了低客流時段的運能利用率，改善了滿載率較低的情況。

（2）舒適度方面。該行車組織方案中座席滿載率最大為107.93%，最小為83.08%；座席滿載率保持在95%～105%的運營時間段占全天運營時間段的59%；坐席滿載率低于90%的運營時間段占全天運營時間段的35%；在盡可能匹配運能與客流的同時又保證了乘客出行體驗過程中對舒適度的要求。

（3）運營成本方面。該行車組織方案中全日開行4輛編組列車45對、開行8輛編組列車74對，日均列車運營公里數(shù)較全日只開行8輛編組列車減少了18.9%，日均牽引電能較只開行8輛編組列車可節(jié)省約2.6萬kW · h，在保證運能滿足最大斷面客流量的基礎上可節(jié)約運營成本。

4 結(jié)論

目前，我國城市軌道交通高速發(fā)展，而城市軌道交通開行方案中的編組計劃在規(guī)劃以及運營時期都是企業(yè)需要重點考慮的因素，這對建設投資、運營成本以及服務水平都具有重要意義。本文以大興機場線為例，通過分析大興機場線客流特征，制定了各時段客流與運能相匹配的4/8輛不同編組列車行車組織方案，既達到合理均衡客流低峰時段的列車滿載率、提高運能利用率、降低大興機場線的運營成本的目的，又能保證較高的乘客服務水平。