多網融合背景下軌道交通網間互聯互通適用性研究

王悅欣

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082）

1 引言

軌道交通按照服務半徑、技術標準等可以劃分為干線鐵路網、城際鐵路網、市域快線網和城市軌道交通網4個層次[1]。不同層次軌道交通之間的銜接關系直接影響整個系統的運行效率，而運行效率主要體現在乘客的換乘過程優化和軌道交通自身的線路廊道利用。隨著城市群的發展，軌道交通通勤、公務等常規客流的出行距離遠大于過去，乘客出行頻率也較過去有所增加，因此乘客往往需要至少一次換乘才能到達目的地。如果不同層次網絡的軌道交通線路實現互聯互通，可以減少跨線客流的換乘次數，但實現互聯互通需要統籌工程建設投入以及運營成本等因素，因此實現起來并不容易。國外一些國家的軌道交通采用直通運營、共線運營等不同層次軌道交通互聯互通的方式，其中，日本東京的直通運營效果最為突出，也常作為我國軌道交通互聯互通研究的主要案例。但東京軌道交通采用直通運營的背景與我國軌道交通的發展現狀不同，需要分析兩者的異同后再進行合理借鑒。因此，對于多網融合軌道交通線路之間是否進行互聯互通，需要根據具體連通線路的實際情況并綜合技術經濟分析再進行判斷。

2 東京軌道交通直通運營案例分析

東京軌道交通主要包括地鐵、私鐵和日本鐵路公司（JR）線，其中私鐵和JR線主要承擔著市郊鐵路的角色。東京的軌道交通發展歷程與我國不同，是“先外后內”——先在關東大地震后基本形成現在外圍軌道交通線網格局（當時以山手線為界，外圍依靠鐵路、內部依靠有軌電車），隨著鐵路貨運的衰敗，逐步轉換角色，承擔城市客運服務[2]，而在第二次世界大戰后地鐵才開始快速建設（主要由于經濟恢復與發展導致職住分離加劇，同時小汽車數量激增導致道路資源緊張，促使城市內部拆掉有軌電車改建地鐵），這種形式造成中心城和外圍新城軌道交通線路的物理分離，同時由于外圍私鐵缺少與中心城線網的多點銜接，增加山手線的換乘壓力。因此，山手線的舊式火車站在高峰時難以承擔巨大的換乘客流沖擊，相關線路運營公司就將部分中心城地鐵與外圍私鐵進行改造，形成郊區與中心城主客流通道之間的直連[3]。東京的直通運營很大程度上是由于軌道交通發展遺留下來的問題而采取的1種彌補手段——即使2條線路具備連通的物理基礎，由于改造需要投入大量資金，同時會增加后期運營的難度，但為改善當時軌道交通“通勤地獄”的局面，這些改造和后期運營投入被認為是可以接受的。

而我國軌道交通建設起步較晚，由于借鑒國外早期軌道交通建設經驗，我國軌道交通從建設初期規劃理念就已經轉變，城市軌道交通建設規劃主要從中心城開始，依據城市形態向外輻射，因此中心城與外圍新城的主客流廊道上極少在建設時出現物理隔斷，而目前正在快速建設的市域快線或市郊鐵路線路也在規劃時盡量深入中心城線網，形成多點換乘，分散換乘客流壓力，增加線網可達性。因此，我國大城市的軌道交通線路極少存在這種后期改造連通的需要，對于新建線路之間是否要進行互聯互通，應該根據客流需求、廊道資源統籌[4]、建設與運營成本等綜合研判。

3 不同網絡層次線路互聯互通條件研究

不同層次的軌道交通線網中的線路形成互聯互通，需要滿足土建條件、主要設備條件[5]、運輸組織條件和運營協調等要求。

3.1 土建條件

（1）線路線型和站場需按照方向別連通。多條線路在車站形成互聯互通，為避免跨線列車切割正線，保證節點通過能力，需要將各條線路的左右線分別連通，車站通常采用方向別的站場布置形式[6]。但按照方向別布置，外側線路需要在車站兩端進行立交疏解，引起線路局部展長，可能會惡化線型條件，同時也會增加車站周邊的“三角地”。同時車站配線復雜，站場規模增加，車站面積增加。

（2）站臺、配線長度及限界應包容不同的車輛選型及編組。2條線路的車輛選型和編組可以不同，但車站的有效站臺長度、配線長度及限界必須要能同時滿足兩線的列車運營，即按最大限界和最長編組進行設計。

因此，互聯互通車站相比于普通換乘站，整個車站的土建工程復雜，規模和投資大，尤其對于地下車站，投資增幅更大。

3.2 主要設備條件

（1）供電系統要一致。國內城市軌道交通主要采用1 500 V直流供電，鐵路主要采用25 kV交流供電，如果2條線路進行互聯互通，則需要采用相同的供電制式，若受條件限制無法實現統一，跨線列車采用雙流制，兼容2種供電制式。

（2）信號系統需兼容。國內軌道交通信號控制系統主要有基于通信的列車自動控制系統（CBTC）和中國列車控制系統（CTCS）2類，如果2條線路進行互聯互通，最好采用相同的信號控制系統，如果受有關條件限制無法實現統一，就需要保證跨線列車車載2套系統，同時兼容兩線的信號控制系統。

（3）站臺門包容各線車型。目前軌道交通車站站臺都加裝站臺門，線路互聯互通實現跨線運營后，若兩線車輛選型不同，列車車門的位置并不完全對應，站臺門需要進行特殊設計或者退臺設置，滿足不同列車的乘客正常乘降。

3.3 運輸組織條件

（1）行車方向統一。我國鐵路采用左側行車，城市軌道交通采用右側行車，區域快線及市郊鐵路則根據具體技術標準的選用更偏向于哪種軌道交通制式來確定行車方向[7]。因此，如果在行車方向不一致的線路間形成互聯互通，需要統一兩線的行車方向。

（2）兩線發車間隔不宜過小。如果兩線中至少1 條線在高峰時段的平均發車間隔很小且列車滿載率較高，例如，其中1條線路的最小平均發車間隔已經小于3 min，沒有富裕能力開行跨線列車或者僅能開行少量跨線列車，那么跨線列車的平均發車間隔將大于15 min[8]，其運輸能力和服務水平無法滿足跨線客流的需求。

（3）兩線速度差不宜過大。如果互聯互通的線路最高設計速度相差過大，在發車間隔較小的情況下，當“低速”列車跨線至“高速”線路時，會由于區間運行速度低而拉大與前車的追蹤間隔，從而影響區段的通過能力；反之，當“高速”列車跨線至“低速”線路時，需要降速運營，車輛的速度優勢無法發揮。

3.4 運營協調

不同層次的軌道交通線網的運營主體一般不同，當兩線互聯互通進行跨線運營時，運營單位之間需要進行大量的溝通與協調工作，包括統籌編制兩線運行圖、劃定管理與責任界面等。

3.5 小結

綜上所述，不同線路之間設置互聯互通存在諸多條件要求和限制[9]，土建條件需要根據具體的線路走向確定工程實施代價，而設施設備條件與運輸條件對于不同層次的軌道交通線路間的連通要求是普適的，兩個層次的軌道交通技術標準越相近，連通后對線路的運營效果影響越小。

4 網間互聯互通適用性分析

對于同一層次的軌道交通線路，互聯互通主要受制于車站土建條件和運營條件（例如，城市軌道交通發車間隔小，互聯互通對線路通過能力影響較大），由于技術標準一致，相較于不同層次的線路，互聯互通較易實現。而不同層次的軌道交通線路，在設施設備、運營組織等方面差異大，需要綜合考慮經濟性與合理性，前期工程與后期運營的投入與最終獲得的客流效益、線路資源共享是否匹配。

4.1 換乘客流量大

線路連通的一個主要目的是減少乘客的換乘次數，提高乘客出行效率，提升出行體驗，減輕換乘客流對車站的瞬時沖擊，所以當兩線換乘客流量大時，互聯互通帶來的跨線換乘效益越大。但兩線換乘客流量越大，說明兩線運能越飽和，根據上文所述，互聯互通后列車跨線運營對各線的運能影響也越大，尤其是在高峰時段，會降低單線運輸效率，這也是需求與能力供給的矛盾，需要權衡連通的代價與取得的效益。

4.2 通道能力富裕

當某一廊道上的客流量較小，線路在經過該廊道的區段能力需求較低，運能較為富裕，可以將該廊道內的物理線路整合，即多線在此廊道內利用1條通道實現共線運營，減少新線的建設，充分發揮單線能力，集約廊道資源[10]。共線運營就要求在共線段兩端的節點設置連通條件，但不同層次的線網技術標準存在差異，線路設置連通條件的投資與運營成本增加也需要與廊道資源集約帶來的經濟效益進行對比，確定線路互聯互通區段共線運營的必要性。

4.3 小結

不同層次軌道交通線網的軌道交通服務半徑不同，客流構成不同[11]，網間互聯互通可以實現功能銜接的高效和平順，通過跨線運營減少部分乘客的換乘次數， 提高線路部分區段的利用效率，提升軌道交通的服務水平和效益。但是線路互聯互通需要滿足多項技術與管理條件，建設投資和運營成本增加，單線運能受到影響，如圖1所示。因此，當2條線路各自的客流需求遠未達到系統運能，線路能力尚有富裕時，對于兩線換乘節點客流占比較大的情況，進行互聯互通設計較為合適。

但當不同層次的軌道交通線路技術標準相差較多或土建條件無法滿足互聯互通要求，亦或連通的經濟性較差、嚴重影響線路系統功能實現時，可以采用同臺換乘方式[12]。這種方式下兩線工程相互獨立，車站布置形式相對靈活，只需要滿足車站站臺平行設置的土建條件，同時根據兩線的預測客流以及發車間隔預留足夠的站臺寬度，在后期運營過程中做好列車時刻表的協同，增加兩線列車的接續效率，但不影響各線自身的運輸能力，也可以滿足主要客流方向的乘客快速換乘銜接。

5 結語

不同層次軌道交通線路之間的銜接關系影響整個系統的運行效率，互聯互通看似是最直接的優化方式，但需要根據實際情況具體分析連通的適用性。軌道交通之所以分為不同的層次，主要因為不同的線路輻射范圍和服務對象不同，需要采用不同的系統制式和運輸組織模式滿足不同的出行需求。如果讓不同層次的軌道交通具備文中所述所有條件實現互聯互通，會影響運營效率或者增加建設投資，并且也與軌道交通分層的初衷矛盾。因此，互聯互通適用于技術標準較為相近且節點換乘客流量較大的線路，或者在各線能力沒有飽和的情況下，通過共線運營可以整合廊道資源，提高線路使用率的情景。根據目前我國軌道交通發展趨勢，城際鐵路和市域快線是最具備互聯互通條件的2張網，但也應慎重考量連通需求，并從技術、經濟和體制等方面統籌考慮連通的必要性和代價。