北京軌道交通13號線擴能提升工程跨線運營設計與思考

邱麗麗 王少楠 鞠 昕 張春來

(1.北京城建設計發展集團股份有限公司， 100037， 北京； 2.北京市基礎設施投資有限公司， 100101， 北京∥第一作者， 高級工程師)

近幾年，隨著北京軌道交通三期建設規劃編制、城市副中心及雄安新區的建設，北京市領導、各委辦局代表多次赴日本等城市考察軌道交通建設。參照日本東京JR(日本鐵路)線、私營鐵路線與城區地鐵線路之間跨線運營組織模式[1]，對北京軌道交通不同線路之間也逐步開展了跨線運營的研究和嘗試，如北京軌道交通1號線與八通線、昌平線與8號線、房山線與9號線、亦莊線與5號線等。本文以北京軌道交通13號線擴能提升工程為例，分析了該線拆分成兩條線路(13A、13B)并在兩線間實現跨線運營的必要性、制約因素和組織復雜程度，提出了各專業為實現跨線運營需設置的必要技術條件。

1 北京軌道交通13號線跨線運營的提出

1.1 擴能提升工程概況

北京軌道交通13號線(以下簡為“13號線”)列車采用6節編組B型車(以下簡稱“6B”)，該線采用750 V第三軌供電方式，固定閉塞信號系統。

在《北京市城市軌道交通第二期建設規劃調整(2019—2022)》中，將13號線從西二旗站—回龍觀站區段一分為二，形成兩條線路：13A線和13B線，如圖1所示。拆分后，13A線從車公莊站至天通苑東站，采用8節編組B型車列車(以下簡稱“8B”)及少量的6節編組B型車列車(以下簡稱“6B”)，能滿足遠期4.8萬人次/h的預測客流需求；13B線從馬連洼站至東直門站，采用6B列車，能滿足遠期3.3萬人次/h的預測客流需求；兩條線路的最高運行速度均為80 km/h。目前，本工程可行性研究報告已經獲得北京市發改委的批復，工程正在建設中。

圖1 13號線擴能提升改造前后線路走向圖[2]Fig.1 Diagram of line direction before and after capacity expanding of Line 13[2]

1.2 跨線運營的必要性分析

1.2.1 客流需求分析

13A線可實現回龍觀、天通苑兩大居住組團與中關村就業崗位的交通聯系，13B線可實現回龍觀、天通苑與上地就業崗位的交通聯系。兩線在新龍澤站具備跨線運營條件。

選取兩線新龍澤站東側區間東向西方向遠期高峰小時客流預測數據進行分析。如圖2 a)所示，遠期13A線回龍觀西站至新龍澤站區間高峰小時斷面客流量為26 057人次/h。其中：約有75.5%的客流乘坐13A線前往車公莊站方向；約有13.6%的客流換乘至13B線的馬連洼方向。如圖2 b)所示，遠期13B線還建龍澤站至新龍澤站區間高峰小時斷面客流量為25 625人次/h。其中：約有64.1%的客流乘坐13B線前往馬連洼方向；約有15.3%客流換乘至13A線的車公莊站方向。

a) 13A線

從圖2可看出，13A線、13B線兩條線路之間有跨線運營的客流需求。

本文分別對13A、13B線兩條線路遠期的小時進出站量進行分析。

如圖3所示，在07：00—08:00內，13A線的小時進出站量占全日進出站量的17.34%，13B線的小時進出站量占全日進出站量的17.95%。進一步對于客流的早高峰時段(7:30—9:30)和晚高峰時段(17:30—19:30)4個小時的合計進出站量進行分析，13A線早晚高峰時段的合計進出站量占全日進出站量的47%，13B線早晚高峰時段的合計進出站量占全日進出站量的49%。

a) 13A線

由圖3還可看出，13A線高峰時段與非高峰時段的小時斷面客流差異非常大，高峰時段的客流量為非高峰時段的4倍以上。13B線也是如此。由此可以認為，兩線均為典型的通勤線路，早晚高峰時段以服務通勤客流為主，在非高峰時段有必要減少上線列車的編組數。

1.2.2 具備車輛段資源共享的條件

13A線新增停車場選址困難、占地規模小，不具備獨立設置架修的場地條件。因此，將13號線既有車輛基地架修庫內的臨修線改建為架修線，并新增臨修庫，用以滿足拆分后兩條線路所有列車架修的需求。另外，兩線可共享車輛維修及調配資源，具有按一條線路進行運營指揮的天然基礎。線路擴能提升后，兩線的運營控制中心和備用的運營控制中心，以及車輛段架修管理、維修團隊均可以合并設置。

1.2.3 設備更新為跨線運營提供契機

13號線建成至今已運營了17年，結合本次擴能提升同步對供電、通信、信號、FAS(火災報警系統)、BAS(環境與設備監控系統)、綜合監控等系統進行全面更新改造。改造時，兩線的設備系統選型在有條件的情況下應選擇一致，從而為改造后兩線的跨線運營提供了統一的設備標準和統一的管理基礎。

1.2.4 線路拆分為跨線運營提供通路

13號線擴能提升工程需廢棄西二旗站—回龍觀站的既有線區段，13A線的西二旗站至回龍觀西站，一直向東至天通苑東站，以及13B線的回龍觀站至后廠村站，一直向西至馬連洼站均需新建。如圖4所示，兩線在局部新建段至新龍澤站的區段具備設置雙島四線車站的條件，為兩線的跨線運營提供了較好的過軌通路條件。

圖4 既有13號線西二旗站—回龍觀站拆分改造方案Fig.4 Splitting scheme between Xi′erqi Station and Huilongguan Station of existing Line 13

2 跨線運營方案分析

2.1 兩線跨線運營方案

考慮到回龍觀、天通苑等大型居住社區的乘客均存在前往中關村及上地工作的出行需求，本文對兩線互通方案進行了研究，其中：兩線雙向互通運營方案如圖5 a)所示；兩線的單向互通運營方案如圖5 b)所示，單向互通是指進城方向僅可由13B線進入13A線，出城方向僅可由13A線進入13B線。

a) 雙向互通運營方案

2.1.1 互通運營能力計算分析

受新龍澤站兩端線路條件限制，聯絡線與正線無法實現立交接軌，只能采用交叉渡線方案。如圖6 a)所示，設tt為道岔轉換時間；設t司機為司機反應時間，tB2,出清H為B2車從站臺1起動并運行出清岔區H所需的時間；t1為B2列車進入13A線占用道岔區的總時間，則有t1=t司機+tB2,出清H。另設tA2，出清C為A2車從站臺1起動并運行出清岔區C所需的時間；t2為A2列車進入13B線占用道岔區的總時間，則有t2=t司機+tA2,出清C。

a) 雙向互通運營方案

按照北京軌道交通的司機操作時間和設備運行時間，取t司機=4.0 s，tt=15.0 s，tB2,出清H=41.2 s，tA2,出清C=45.7 s。由此可計算出t1=45.2 s，t2=49.7 s。考慮預留運行裕量25 s，則新龍澤站的最小發車間隔為149.9 s。由此，當兩線采用雙向互通運營方案時，該站的平均行車間隔取150 s，則該站的最大發車能力僅為24對/h。

如圖6 b)所示，設tA1,出清H為A1車從站臺1起動并運行出清岔區H所需的時間；t1為A2列車進入占用道岔區的總時間(不跨線)，則有t1=t司機+tA1,出清H；另設tB2，出清H為B2車從站臺1起動并運行出清岔區H所需的時間；t2為B2列車進入13A線占用道岔區的總時間，則有t2=t司機+tB2,出清H。取t司機=4 s，tA1,出清H=30 s，tt=15 s，tB2，出清H=41.2 s。由此可計算出t1=34 s，t2=45.2 s。考慮預留運行裕量10 s(單向插車余量可適度減小)，則新龍澤站的最小發車間隔為119.2 s。由此可知，當兩線采用單向互通運營方案時，可實現13A線局部區段30對/h的系統發車能力。

a) 13A線

2.1.2 互通運營存在問題

通過上述能力計算可知，線路拆分后，兩線若采用雙向互通運營方案，其線路通過能力將有所降低；若采用單向互通運營方案，線路通過能力雖可達30對/h，但需要采取精細化運營措施，這對管理水平提出了更高的要求；兩線均設定本線列車與跨線列車的開行比例為5∶1，跨線列車的運行間隔較長，隨之乘客需在站臺等候較長的時間。此外，本線列車存在站臺等候時間長、乘客投訴多、運營管理人員增加等一系列問題。

2.2 跨線運營方案的確定

本文借鑒了廣州地鐵14號線主線、14號線支線及21號線三線互聯互通[3]運營的實踐經驗。針對站臺等候時間長、乘客投訴較多和運營管理人員增加等問題，廣州地鐵經歷了從運營初期三線互聯互通至目前各線獨立運營的過程。因此，北京軌道交通13號線擴能提升工程在設計階段，對兩線的互通運營僅預留了線路互通條件。

根據客流特征和既有車輛的情況，考慮到13A線沿線為建成區，客流基本穩定，為減少8B列車的購置規模、節省投資，13A線推薦新購8B列車，采購少量的6B列車；13B線推薦使用既有6B列車。在客流高峰時段，兩線獨立運營，其運營方案如圖7所示。該方案可滿足兩線的運力需求。

在客流非高峰時段，線路的客流量減小，13A線8B列車收車回庫，只保留6B列車在線上運行；13B線部分6B列車在新龍澤站清客后運行至13A線，實現13A線在客流的非高峰時段采用6B列車運營，如圖8所示。據預測，在非高峰時段采用該運營方案，每年可節約走行公里數約182萬車km，降低了運營成本。

圖8 13A、13B線客流非高峰時段運營組織方案Fig.8 Operation organization scheme of Line 13A and 13B during off peak hours

2.3 跨線運營的優勢

跨線運營的優勢主要是可實現資源共享，降低工程投資，提高運營靈活性。

2.3.1 車輛共享

車輛互為備用，可降低運營初期的購車成本，提高車輛調配的靈活性。13號線擴能提升后，原13號線既有的56列6B列車歸13B線使用。而按照初期運營計劃，13B線的列車配屬數富余3列，可作為13A線的備用列車。采用此共享方案，相對于13A線新采購3列6B列車，可降低投資約1億元。

2.3.2 車輛段資源共享

車輛段檢修設備資源及運營維護人員共享，可降低車場占地規模，提高設備利用率和運維人員的勞動效率。若13A線僅新增停車場，13B線利用既有13號線的車輛段，并對既有車輛段進行局部改建，可滿足兩線車輛的架修需求。與13A線新增車輛段滿足自身架修需求相比，車輛段資源共享后停車場占地面積可節省約8萬m2。

2.3.3 運營控制中心資源共享

跨線運營的兩條或多條線路共用運營控制中心，各設備系統可共用中心級設備(含備用中心、網管、培訓、維護管理系統等)。調度人員共用一套調度指揮系統，有利于調度人員對跨線運營線路的調度控制、運營管理及維護，實現調度運營管理集約化，降低投資。13號線擴能提升后，13A線、13B線共用運營控制中心，相對于兩線完全獨立設置各自的運營控制中心，約可節省投資1.55億元。

3 跨線運營的設計要點

3.1 跨線運營的基礎條件

3.1.1 設置聯絡線是跨線運營的通路條件

跨線運營的兩條線路間應設有聯絡線，實現兩線跨線過軌條件。13號線擴能提升后新建的新龍澤站站型設計為雙島四線，兩線之間設置交叉渡線，具備雙向互聯互通的條件，如圖9所示。

圖9 新建新龍澤站配線圖Fig.9 Diagram of new Xinlongze Station auxiliary lines

3.1.2 車輛限界、軌道、供電制式一致

兩線的限界、軌道、供電制式一致，是跨線運營的必要條件。車輛、軌道、供電應采用統一標準，使得列車運行的土建、設備限界一致，車輛集電靴和供電三軌銜接一致，以保證不同線路之間順利跨線和節約投資。

3.1.3 信號系統相同或兼容

要實現跨線運營，滿足列車高效、安全的運行，信號系統應首選采用統一標準，但也可采取互聯互通方案或雙套車載方案。互聯互通方案需要跨線線路的不同信號廠家統一車載設備，開放接口協議，且傳輸等系統實現相互兼容。13號線擴能提升工程的信號系統恰好結合既有線信號系統更新的契機，兩線有條件形成統一的技術標準。

3.2 車輛是跨線運營的關鍵因素

車輛是城市軌道交通系統的核心設備。跨線運營應處理好兩線車輛車型不同時與線路、供電、站臺門等的匹配問題。

1) 車輛性能應與線路條件相匹配。既有13號線在建設時，車輛按照最大縱坡24‰進行采購。線路擴能提升完成后，13A線的最大線路縱坡達到34‰，因此，利用既有6B列車實現跨線、在13A線上運行時，需要核實既有6B列車在34‰縱坡下的牽引、制動及救援的工況是否可以滿足列車運行的要求。經核實，既有6B列車在大于29‰的縱坡上救援8B列車時，列車的牽引能力不能滿足救援要求。建議借鑒東京地鐵的案例，若故障列車前后均為6B列車時，可采用故障列車前后兩列6B車一推一拉的救援方案。由此在后續的設計中，應由車輛及信號兩個專業共同解決前后2列6B列車同步起動的問題。

2) 車輛性能應與供電能力相匹配。13號既有線采用750 V三軌供電，若在不中斷運營的情況下，對13A線實施1 500 V供電改建，工程實施風險及后期運營風險均較高。此外，為實現兩線的跨線運營，拆分后兩線均采用與既有13號線相同的750 V三軌供電制式，而8B列車采用DC 750 V等級供電極其罕見。為此，拆分后的13A線通過在牽引變電所內增加了第三套整流機組，以提高故障情況下雙邊供電的可靠性，如圖10所示。同時，新購的8B列車采用0.83 m/s2的起動加速度，在相鄰牽引變電房所解列退出時，在大雙邊供電方式下線路最大運力由30對/h降為20對/h，以解決8B列車采用750 V牽引供電制式引起的電流大的問題。

圖10 新增第三套整流機組的牽引變電所主接線圖Fig.10 Main wiring diagram of traction substation of the new rectifier unit 3

3) 列車車門應與站臺門對位一致。既有13號線6B列車的車門為非等間距，頭車的車門間距與中間車的車門間距不同，二者的差值為900 mm。為規避既有6B列車跨線運行至13A線產生站臺門與車門錯位900 mm的問題，推薦6B列車和8B列車均采用站中對齊的方式，且新購8B列車的第2節車和第7節車與6B列車的頭尾車在車門間距尺寸上保持一致，如圖11所示，以消除8B列車與6B列車門中心間距差值所產生的車門與站臺門對位問題。

4 結語

不同線路之間具備互聯互通條件后反復交叉跨線運營，雖可提高乘客的直達性，但也可能發生乘客因識別列車目的地而在站臺上滯留、等候時間增加的情況；此外，反復交叉多次跨線運營的列車運行圖鋪畫比較困難，且會加大線路調度及車站運營管理的難度。

北京軌道交通13號線擴能提升后，13A線、13B線跨線運營的優勢體現在利用既有的6B列車實現兩線在客流非高峰時段的6B化運營，僅在客流的高峰時段和非高峰時段的過渡期間存在列車跨線過軌，降低了列車的走行公里數，減小了運營成本；同時，13A線、13B線的建設標準統一，可充分共享資源，其建設及運營成本較低。結合既有13號線的擴能提升工程進行線路的跨線運營，在設備改造上降低了建設成本，建成后的運營成本也較低。

對于其它已建成運營的不同線路，如要在線路之間要實現跨線運營，應結合線路的實際情況，因地制宜分析其跨線運營的必要性、跨線改建的時機，從既有工程改建難度、工程投資等角度進行綜合分析，謹慎決策，并選擇合理的改造方案。

單位：mm圖11 既有6B列車與新增8B列車車門、站臺門對位Fig.11 Alignment between existing 6B and new 8B train door and platform door