有軌電車旅行速度影響因素分析及提升實踐

何利英

(1.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，201804，上海；2.上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司，200125，上海；3.上海有軌電車工程技術研究中心，200125，上海∥高級工程師)

根據中國城市軌道交通協會發布的《城市軌道交通2021年度統計和分析報告》，截至2021年年底，我國共有20座城市運營有軌電車，線路長度共計503.6 km，占已運營城市軌道交通系統的5.47%；17座城市在建有軌電車，線路全長為333.2 km，占在建城市軌道交通系統的5.47%；22座城市獲批有軌電車建設規劃，規劃線路全長為674.1 km，占規劃城市軌道交通系統的9.65%[1]。有軌電車已成為我國中運量公共交通系統和低運能軌道交通系統的主流制式。

旅行速度是指在正常運營情況下，車輛從起點站發車到終點站停車之間的平均速度[2]，是衡量軌道交通運營服務效率的關鍵指標。有軌電車作為一種地面軌道交通系統，線路通常以地面敷設為主，在平面交叉口與道路上的其他交通方式共享路權，其旅行速度受交叉口信號控制策略、售檢票模式、限速等因素影響。統計顯示，國內有軌電車線路的旅行速度除蘇州高新區兩條線路大于30 km/h外，其他具有專用路權輔以信號優先的線路均在20～25 km/h左右，所有線路的平均旅行速度為20 km/h左右。相較于國際運營經驗，國內有軌電車的旅行速度總體偏低。本文主要圍繞有軌電車旅行速度的影響因素進行分析，提出已運營線路旅行速度提升的對策思路，為設計單位及運營公司提升運營效率提供參考與借鑒。

1 旅行速度的影響因素

有軌電車系統的旅行速度與線路設計最高速度、站間距、停站時間、交叉口通行時間、限速等因素相關。

1.1 線路設計最高速度

線路設計最高速度一般與車輛的最高運行速度與路權相關。有軌電車車輛的最高運行速度可分為70 km/h與100 km/h兩類。最高運行速度為100 km/h的車輛一般用于具有市域功能的快線，如法國里昂的機場線、甘肅張掖有軌電車S1線等。有軌電車車輛依據走行方式可分為鋼輪鋼軌與膠輪導軌[3]。兩者的動力性能有所不同，并影響著旅行速度中的起停時分。不同類型的車輛動態參數如表1所示。

有軌電車的路權設計是前期研究與設計階段的重要設計內容，與線路的功能定位、線路實施條件、交通管理策略等相關[4]，一般分為專用路權(部分封閉系統)與混合路權(開放式系統)兩類，以專用路權輔以信號優先為主。作為城市骨干線、加密線、快線等采用專用路權的線路設計，通常其線路設計最高速度即為車輛最高運行速度。若采用混合路權的線路或路段，線路設計最高速度與所在道路設計速度一致。由于受所處道路路段限速及交叉口限速等影響，有軌電車系統的旅行速度與其線路設計最高速度的比值一般為30%～35%。

1.2 站間距

站間距是影響有軌電車線路效率的關鍵要素。對國內18座31條運營線路的旅行速度、站間距進行統計，如圖1所示。由圖1可知，采用混合路權的線路旅行速度為9～14 km/h，采用專用路權的線路旅行速度為20～25 km/h，旅行速度最高的兩條線路是蘇州高新區有軌電車，分別為32 km/h與33 km/h。

表1 有軌電車車輛動態參數表Tab.1 Dynamic parameters of tram vehicle

圖1 國內已運營有軌電車線路旅行速度統計圖Fig.1 Statistics of travel speed of domestic operating tramways

各條有軌電車運營線路的站間距統計結果如圖2所示。站間距的統計顯示，站間距為400～600 m(不含)的線路占比為9.7%，站間距為600～800 m(不含)的線路占比為41.9%，站間距為800～1 000 m(不含)的線路占比為25.8%，站間距為1 000～1 200 m的線路占比為9.7%，站間距>1 500 m的線路占比為12.9%。其中，采用專用路權輔以信號優先的線路站間距以600～800 m為主。

圖2 國內已運營有軌電車線路站間距統計圖Fig.2 Statistics of station spacing of domestic operating tramways

站間距為400～600 m、600～800 m、800～1 000 m、1 000～2 000 m以及>2 000 m時，旅行速度與站間距的關系如圖3所示。由圖3可知，目前我國有軌電車線路中站間距為400～600 m的較少，其旅行速度均低于15 km/h，線路以混合路權為主；站間距為600～800 m的線路旅行速度為14～25 km/h，采用專用路權輔以信號優先的旅行速度一般為18～22 km/h，其中深圳龍華線(620 m站間距+旅行速度20 km/h)、廣州海珠線(770 m站間距+旅行速度26 km/h)的運行效率最高；站間距為800～1 000 m的線路旅行速度為20～24 km/h，這部分線路以新線為主，隨著運營管理經驗的積累，旅行速度將有較大的提升；站間距為1 000～2 000 m的線路旅行速度一般為23 km/h左右；1 200～2 000 m之間的線路較少，以蘇州高新區有軌電車為代表，旅行速度可達32～33 km/h。

1.3 停站時間

停站時間是指車輛停止運行并在站臺服務的時間總和，包括開關門和乘客上下車時間，與乘客上下車數量、票務支付方法、車門尺寸與數量、充電時間等因素相關，停站時間是決定系統通過能力的重要因素。研究表明[5]，當停站時間為15 s、20 s、30 s、45 s、60 s時，對系統通過能力的影響分別為無影響、-20%、-40%、-60%、-70%。結合已運營線路的具體實踐經驗，在設計階段就應對與停站時間相關的售檢票模式、車門寬度，以及上下車位置、票務支付方式與售檢票流線、充電方式(若采用儲能式供電)等進行詳細設計。

圖3 不同站間距對旅行速度的影響分析Fig.3 Influence analysis of different station spacing on travel speed

1.4 交叉口通行時間

有軌電車線路交叉口分為直行平面交叉口、小曲線半徑交叉口、立體交叉口和行人過街通道等，不同類型交叉口通行時間的影響因素如表2所示。

1.5 限速

限速除了交叉口通行時間中的交叉口限速外，還包括道岔限速、過站限速、區間限速等。

1) 道岔限速。有軌電車道岔種類較多，可根據不同的線路條件進行選用，在計算旅行速度時需考慮不同道岔的過岔速度，如表3所示。

2) 過站限速。車站應滿足預測客流的要求，為乘客提供乘降安全、疏導迅速的候車和乘車環境，且保證運營列車的安全停靠及通行。有軌電車通過站臺的運行速度不應大于40 km/h。

3) 區間限速。除特殊限制外，區間可按車輛最高運行速度運行。

2 運營線路的旅行速度提升對策與實踐

由于有軌電車系統采用人工目視駕駛，在平面交叉口遵循交通信號控制，所以其旅行速度是一個動態的技術指標，與城市道路交通管理、運營公司管理均相關。對于已運營線路來說，線路特征與車輛性能已基本穩定，旅行速度的提升可以從提升限速管理、優化乘客乘降時間、提高信號優先實現率這3個方面進行改進。

2.1 提升限速管理

表2 不同類型交叉口通行時間的影響因素Tab.2 Influencing factors of passing time at different types of intersections

運營公司為了保障有軌電車線路安全，通常在新線初期運營階段會將區間最高運行速度、機動車交叉口通過速度、行人過街通道通過速度等限制在較低的數值，交通安全設施限制較多(如設置過量的限速牌、限速區段過長等)。隨著運營公司運營經驗的積累、司機對線路的熟悉程度、市民對有軌電車系統運行接納程度的提升，各項限速可以逐期提升至允許的數值。淮安有軌電車在區間限速分區段提升至50～70 km/h、交叉口限速提升至30 km/h后，旅行速度可由原來的22 km/h提升至25 km/h，提升幅度為12%。成都有軌電車蓉2號線經過交叉口的管理限速從20 km/h提高到了30 km/h，人行過街開口的管理限速提高到了40 km/h，旅行速度由剛開通時的小于20.0 km/h提高到了23.5 km/h，提升幅度為17.5%。

2.2 優化乘客售檢票模式

停站時間是影響旅行速度的重要因素。隨著運營年限的增加，客流會逐期增多，隨之上下客時間會有所增加，且部分線路的站間距也會加密，停站總時間成為限制有軌電車旅行速度提升的主要原因。國內有軌電車的售檢票通常采用車內售檢票、車外售票+車內檢票、車外售檢票這3種模式。蘇州高新區有軌電車采用車內售檢票，中間車門上車、兩側車門下車，上車門門口設置自助購票箱，可刷卡或投幣，適合單一票制或者分級票制。廣州海珠線采用車外售票+車內檢票模式，所有車門可以同時上下客，乘客購買紙質二維碼車票后上車，在車載機器上掃碼檢票，持卡乘客在上車后刷卡，此模式適合單一票制。對于旅行速度要求較高的承擔骨干線或快線功能的線路，優先采用車外售票模式，盡可能采用預付方式購票，依據票制優化檢票方式。淮安有軌電車經過優化，中間站的停站時間可縮短至15 s，起終點站以及換乘樞紐為30 s左右，大大提高了系統的通過能力與旅行速度。

2.3 提高信號優先實現率

國內的信號優先技術與管理均處在磨合階段，通常受城市交通管理的限制，在線路初期運營階段，有軌電車沿線的信號優先實現率較低。線路初期通常采用交叉口定時信號控制策略，在此策略下，有軌電車與社會車輛信號燈時長均采用固定配時方案來確保車輛安全通過，信號不優先策略導致平均延誤時間較長[8]。行人過街通道設置的信號裝置簡單采用行人優先，行人按下過街按鈕，有軌電車需要根據信號燈減速甚至停車，未建立有軌電車位置與行人過街通道信號裝置的協同關系。依據設計提高信號優先實現率是提升有軌電車旅行速度的核心技術，如蘇州高新區有軌電車1號線，通過提升信號優先實現率，其旅行速度從原來的27 km/h提高到了32 km/h，提升幅度為18.5%。

3 結語

隨著城市化進程的快速推進，建設高效低碳的公共交通系統成為各城市交通系統發展的主要目標。有軌電車作為綠色、高品質、運量較大的地面公共交通系統，可為城市或新城提供安全、可靠、環保、經濟的交通方式。由于其網絡化規模易于實現且運營靈活，獲得了越來越多的城市交通管理者、建設者、使用者的重視和青睞。

有軌電車的旅行速度受線路設計最高速度、站間距、停站時間、交叉口通行時間、限速等因素的影響，需要在設計階段依據線路的功能定位、速度目標、客流特征等做好站位、售檢票模式、交叉口信號系統設計等工作，以發揮有軌電車系統的運營效率。同時相關實踐證明，提升限速管理、優化乘客售檢票模式及提高信號優先實現率，可以大幅提升已運營線路的旅行速度。