重慶市軌道交通快慢車運營方案設計研究

陳 陽，繆道平，陳福貴

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031）

1 引言

近年來，我國主要城市的軌道交通網絡已呈現出普線網絡基本成型、快線網絡發展迅猛態勢。其中，普線網絡以傳統站站停為主的運行模式，將難以適應服務范圍進一步擴展至市域后的多樣化功能需求。作為拓展城市空間骨架、引導全域規劃發展的必然產物，快線系統大多采用快慢車、互聯互通相結合的差異化運營方案，其服務范圍涵蓋市域及市區，更能滿足客流快速、直達、便利出行的需求，勢必成為城市軌道交通行車組織設計的發展趨勢。目前，國內外已有多條快線采用快慢車模式設計并運營，如上海地鐵16號線、成都地鐵18 號線及廣州地鐵21號線等。本文以重慶市軌道交通 27號線與璧銅線貫通運營為研究背景，綜合考慮線路功能定位、客流特征等因素，系統分析、研究其運營方案。

2 線路概況及功能需求分析

2.1 線路概況

27號線為串聯重慶市三大槽谷、貫穿東西向的一條骨干快線。線路全長約51.89 km，起于璧山站，終于重慶東站，全線共設車站14座，其中換乘站13座，平均站間距4 km，線路走向如圖1所示。27號線擬采用速度目標值140 km/h的城市軌道交通快線車（在市域D型車基礎上增加最大爬坡能力至50‰），AC25kV供電制式。系統規模按單一交路24對/h控制。同時根據規劃要求，27號線建成后將與先期建成的市郊鐵路璧銅線（接駁點璧山站）貫通運營。璧銅線線路長度37.35 km，設站9座（含地下站1座，其余均為地面、高架站），平均站間距4.67 km，服務于銅梁區與璧山區間交通聯系，具有明顯市郊線路特征。璧銅線線路走向如圖2所示。

圖1 27號線線路走向示意圖

圖2 璧銅線線路走向示意圖

為滿足貫通運營要求，兩線主要的技術標準（包括：車輛、供電、通信、信號等系統）均已保持相同或兼容。貫通運營后，將組合形成1條長達88.7 km，服務范圍覆蓋市郊，橫貫主城，平均站間距達4.23 km的東西向快線，其行車組織設計勢必要兩線統籌考慮且適應多樣化的客流需求。

2.2 功能需求分析

為緩解重慶市核心城區地面交通壓力，進一步強化中心城區東部、中部、西部槽谷橫向快速交通聯系，適應并促進城市經濟發展，27號線需服務于重慶主城一體化區域，承擔東部、中部、西部槽谷間跨組團長距離出行客流需求，屬于重慶市軌道交通快線層次。其建成后即與璧銅線貫通運營，線路功能定位則為：

（1）串聯重慶市三大槽谷、貫穿東西向的一條軌道交通骨干快線；

（2）連接沙坪壩站、重慶站、重慶東站等重要對外樞紐，實現城市內外組團間的快速聯系；

（3）與璧銅線貫通運營，構建銅梁、璧山至主城的快線聯系，帶動沿線城鎮用地開發，促進銅梁、璧山融入主城一體化的進程。

27號線與璧銅線貫通運營后，主要服務于沿線通勤客流及跨組團、跨市域的長距離客流，同時需滿足三大槽谷間客流的快速交換及三大鐵路樞紐間客流的快速集散。

3 快慢車開行方案設計

3.1 客流特征分析

根據客流預測成果，27號線和璧銅線貫通運營后，全線車站乘降量分布示意圖和遠期高峰時段組團客流交換示意圖分別如圖3和圖4所示。基于圖3和圖4的分析研究，27號線和璧銅線客流具有如下特征及需求。

圖3 車站乘降量分布示意圖

圖4 遠期高峰時段組團客流交換示意圖

（1）車站乘降量分布組團化。在黛山大道站以西（璧銅線范圍）各站乘降量明顯較低，均低于全線平均水平；黛山大道站以東各站乘降量均處于較高水平，但西永站、磁器口站、后堡站低于全線平均水平。

（2）跨組團、長距離出行乘客占比高。從平均運距分布分析，平均運距在20 km以上的長距離出行客流占比約36.9%。從組團起訖點（OD）交通出行量分析，組團間出行為27號線客流出行的主體，約占總出行量的64%。其中長距離跨組團OD交換量占比達12.78%，主要發生在西部槽谷至中部槽谷間。

（3）鐵路樞紐站集、散客流量占比高。遠期到達三大鐵路樞紐站的全日客流為19.6萬人次，占全日客流量約18.8%；早高峰客流為3.2萬人次，占早高峰客流量約20%，占比相對較大。

綜合上述客流特征分析，27號線和璧銅線貫通運營后適宜采用快慢車運營模式，以滿足長運距跨組團客流、鐵路樞紐客流等多樣化出行需求，并且充分體現快線技術優勢，提升運營服務品質。

3.2 快車停站方案設計

基于27號線和璧銅線全線車站性質及分級、乘降量占比及換乘關系進行綜合評價，大站快車停站方案具體如圖5所示。其中，各組團中心站、特殊功能站、重要客流集散點以及重要換乘站基本均為快車停靠點。大站快車全線共停站15座，即璧銅線范圍停站5座，27號線范圍停站10座；全線共不停站7座，即璧銅線范圍4站不停，27號線范圍3站不停。

圖5 大站快車停站方案示意圖

3.3 快慢車開行對數確定

大站快車主要服務于“主城以西—三大槽谷”間跨組團、長距離出行客流。其列車開行對數的設計，以滿足客流需求為下限，以符合系統能力要求為上限。

3.3.1 客流需求因素

跨組團、長距離出行客流是大站快車的主要服務對象，一般將最大跨組團OD斷面客流量作為大站快車行車量的確定依據。而高峰時段最大斷面客流則是快、慢車的共同服務對象，是確定總行車量的依據。根據遠期高峰時段組團客流交換示意圖（圖4），可分別計算大站快車及快慢車總行車量。

（1）大站快車行車量。遠期高峰最大跨組團OD斷面客流占比12.78%，列車定員為1 554人/列，可推算出大站快車行車量則不宜低于3對/h。

（2）快、慢車總行車量。遠期高峰最大斷面客流約3.05萬人次/h，則快、慢車總行車量不宜低于21對/h（總運能富余量約6.5%）。

3.3.2 系統能力限制因素

線路系統能力設計為24對/h，快慢車模式下系統能力與快車開行對數、不停站節約時間及系統最小行車間隔相關，即單位小時內每增開1對快車，可開行的總行車量減少t節約，造成系統能力損失。

（1）快車不停站節約時間。快車不停站通過站臺所節省時間，包含起、停附加時間和停站時間，如式（1）所示：

式（1）中，t節約為快車不停站通過所節省時間，min；t停附加為慢車從高速制動進站與快車限速過站的時間差，min；t起附加為慢車啟動出站與快車限速過站的時間差，min；t停站為車站停站時間，min。該工程大站快車過站速度按100 km/h考慮，依據列車過站壓力波計算結論，線路中心至側墻的凈距按不小于2.9 m設計。同時根據牽引模擬結果，該線快車以100 km/h過站時，列車起、停附加時間約35～40 s，停站時間約30～35 s，故快車不停站節約時間平均按70 s考慮（即t節約=1.17 min）。

（2）系統能力損失。快慢車模式下系統能力損失，如式（2）所示：

式（2）中，N為快慢車模式下系統最大開行總對數，對/ h；n快為大站快車開行對數，對/ h；t節約為大站快車不停站所節約時間，取1.17 min；h為系統最小行車間隔，取2.5 min。

根據公式（1）和公式（2），可計算出遠期不同快車開行對數下，系統最大開行對數、慢車可開行對數，如表1所示。

表1 不同快車開行對數比選

在適應客流需求方面，需滿足快車開行對數大于3 對/h且總開行對數大于21對/h要求，上述方案1、方案2、方案3、方案4均滿足；在符合系統能力要求方面，上述方案1、方案2、方案3、方案4也均滿足。但從有利于行車計劃制定、行車間隔均衡及車站客流組織等方面考慮，建議快、慢車開行對數成比例設置。此外，越行站設置數量（或越行站工程總投資）隨快車開行對數的增加而增加，建議快車開行對數不宜過高。

綜上，選擇方案1作為快慢車運營方案，考慮快慢車開行對數成比例，故設計快、慢車開行對數推薦為3 : 18對/h，該方案可滿足通道總客流需求、跨組團客流需求及系統能力要求。同時該方案越行站設置數量最少，可有效節省越行站工程總投資。

3.4 越行站設置方案設計

按快慢車開行對數1 : 1的模式分析，快車均勻發車時，越行點的確定方法如式（3）所示：

式（3）中，M為越行點設置間隔，站；t快為快車發車間隔，min；h為系統最小行車間隔，min；t節約為快車不停站節約時間，min。

27號線遠期快車開行3對/h，按快慢車開行比例1 : 1情況下，快車等間隔發車時，越行點的設置間隔宜為12站（均為不停靠車站）。同時根據交路運營范圍及快慢車開行比例的不同，分段考慮越行點設置間隔，具體如圖6所示。

圖6 遠期快、慢車運營方案示意

（1）璧銅線范圍。快慢車開行對數為3 : 9對/h，需在這間隔的12站中增設2個越行點，則越行點的設置間隔為4站或3站。該方案開行比例由1 : 1增至1 : 3，故越行點需增設2站。

（2）27號線范圍。快慢車開行對數為3 : 18對/h，需在這間隔的12站中增設5個越行點，越行點的設置間隔為2站或1站。

結合車站工程實施條件及本線停車線布局分析，建議全線共設置2處越行站，分別位于璧銅線河邊站和27 號線磁器口站。兩站配線均需滿足以下功能需求：① 快車越行、站站停列車待避功能；② 故障列車停放功能；③故障狀態下臨時折返功能，故均采用雙島四線方案。

4 快慢車開行效果分析

4.1 越行站方案適應性分析

越行站設置方案是以遠期客流特征為設計依據，基于遠期停站方案、快慢車開行比例及土建實施條件后綜合確定：全線共設置2處越行站（河邊站、磁器口站）。因全線初、近、遠期客流特征基本一致，僅存在客流量大小差異，故初、近、遠期停站方案保持一致，同時初、近期客流量的降低導致快、慢車開行對數的同步減少，因此遠期越行站設置方案能滿足行車密度更低的初、近期運營方案。

考慮到目前不少快線運營階段與設計階段快慢車方案存在明顯差異及調整，因此提出在設計階段進一步分析既定越行站設置方案下快慢車開行方案，為建成運營后提供參考。

（1）初、近期快車可不停靠車站數。根據公式（3），初、近期快慢車開行對數及比例降低后，越行站設置間隔車站數可進一步增加。因此按遠期行車要求所設置的越行站方案，支持初、近期快車停站方案進一步增加不停靠車站數量。快慢車開行對數既定下，初期快車可選擇13座站不停（增加6站），近期可選擇10 座站不停（增加3站），能夠進一步發揮快車的時間節省效果。

（2）遠期快慢車開行方案。在既定停站方案基礎上，經過高峰時段運行圖鋪畫驗證，快慢車開行方案還可組織2 : 20對/h、3 : 18對/h及4 : 16對/h，如表2所示。

表2 越行站設置方案下快慢車可開行對數

4.2 運行時間總節省分析

根據停站方案，每開行1列快車單程可不停靠7站，故單程旅行時間可節省約8.2 min；而站站停列車每被越行1次，需停站等待快車通過，前后各需等待1個最小行車間隔（2.5 min），故旅行時間增加約4.5 min。

結合列車運行圖鋪畫分析，相較于站站停運營模式，快慢車運營模式下初、近、遠期均存在明顯出行時間節省效果，如表3所示。通過初、近、遠期越行特征可以看出，隨著快、慢車開行對數的逐步增加，近期快慢車模式出行時間節省效果最佳（因平峰時段無慢車待避）；但在遠期平峰時段則存在慢車待避，導致出行時間節省效果較差。因此，建議快線實際運營后應盡可能平衡平峰時段快慢車開行對數，避免平峰時段存在慢車待避現象。

表3 快慢車運營模式下總節省運行時間

5 結語

文章以27號線與璧銅線貫通運營為研究背景，更注重從線路功能需求及客流特征角度分析快慢車運營方案的適應性，并強調方案的靈活性和經濟性。通過優化快慢車行車量、分段設置越行站間隔來降低土建工程投資。同時考慮到實際運營與設計階段的快慢車方案存在差異及調整可能，在既定越行站設置方案下提出了多套可行的快慢車方案，可為實際運營提供靈活參考。目前在城市軌道交通運營中采用快慢車、互聯互通等模式已是發展趨勢，文章結合工程實踐所進行的快慢車運營方案設計及應用，也將為后續類似線路設計提供有效參考。