基于前期規劃視角的城軌運營模式影響因素研究

鄭凱文

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司,廣州 510010)

引言

隨著都市圈和城市群理念的提出,區域交通一體化進程加快,城市范圍迅速向外擴張,城市中心和城郊之間的界限變得難以界定[1]。 另一方面,坐落于遠郊的機場等大型綜合交通樞紐的重要性日益凸顯,人們對出行時效性和便捷性的需求也日益增加[2]。 因此,互聯互通是未來城市軌道交通(以下簡稱“城軌”)發展的重點方向之一[3]。 該模式可以減少換乘次數,有效縮短旅客在途時間,增加線路客流吸引力,緩解同走廊線路和換乘站客流壓力,減輕長距離線路市郊段滿載率偏低和“快線不快”等問題,為運營機構和旅客提供雙向便利[4-5]。 然而,互聯互通對線路信號系統和供電制式等設備設施兼容性提出更高要求,并會提高牽引能耗和運營成本,一定程度上增加運營組織復雜度[6-7]。

國內外已有許多學者開展相關研究,張安鋒等依托國內外運營案例分析城軌互聯互通運營常見的4 種模式及各自特點[8];王修華對國內外多層次軌道交通互聯互通實踐進行分析,提出新規劃多層次軌道交通應結合事權和財權資源整合,通過行車調度和運營組織管理創新實現軌道交通的“軟聯通”[9];仲建華等通過分析互聯互通運營的目標和思路,給出城軌互聯互通運營的基本條件,并對國內具體案例進行分析[10];羅華朋以蘇虞張市域線為例,從多個角度分析其與蘇胡城際、城區10 號線貫通運營的優缺點,并給出推薦方案[11];馬小薇通過研究城軌跨區域互聯互通的影響因素,提出區域互聯互通在規劃設計層面的建議[12]。

不難看出,已有許多學者從不同視角對城軌互聯互通宏觀層面進行大量研究,但對前期規劃階段影響運營模式選擇的微觀因素研究較少。 基于此,以蘇州軌道交通16 號線為例,對規劃層面影響運營模式選擇的微觀因素進行研究,以期為類似城軌前期規劃的運營模式選擇提供參考。

1 項目概況

1.1 功能定位

蘇州軌道交通16 號線為市域快線A 類,是蘇州主城西側環太湖重要板塊間南北向軌道直連市域快線[13]。 該線旨在實現獅山CBD、太湖新城吳中片區和太湖新城吳江片區三大核心區的快速直達聯系,提升太湖新城吳中片區、吳江片區等核心區和蘇南碩放國際機場聯系的時效性,兼顧服務蘇錫間跨區域出行。

1.2 線路概況

蘇州軌道交通16 號線初期北起望亭站,南至體育公園站,全長43.6 km,設站18 座,平均站間距2.56 km。 南延段起自體育公園站,終至蘇州南部吳江區震澤站,全長41.1 km,設站9 座,平均站間距4.57 km。 南延段建成通車后,全線運營長度為84.7 km,共設站27 座,平均站間距3.25 km,采用全地下敷設,蘇州軌道交通16 號線線路方案示意見圖1。

圖1 蘇州軌道交通16 號線線路方案示意

2 項目難點及對策

2.1 難點分析

軌道交通工程項目前期規劃旨在對全線工程投資和用地規模等重要經濟和社會指標進行預控。 不同運營組織模式會影響線路條件、設施設備兼容性、運用車數、牽引能耗、接軌站配線形式、站臺形式和段場規模[14],進而影響投資和用地,前期對蘇州軌道交通16 號線線路建成通車后是否采用貫通運營進行研究,以期實現“降本增效、節能環保、綠色低碳、服務社會”的總體目標。

2.2 解決對策

如圖1 所示,蘇州軌道交通16 號線在起點望亭站與3 號線西延望亭—碩放機場段存在“Y” 形貫通運營(以下簡稱“方案一”)和同臺換乘(以下簡稱“方案二”)2 種運營模式選擇,重點圍繞客流需求、系統兼容性、服務水平、時空目標、工程代價、購車成本、運營效益和社會效益等因素進行對比分析,以期得出規律性結論。

3 貫通運營影響因素研究

3.1 客流需求

根據《蘇州軌道交通16 號線預可行性研究客流預測報告》 (以下簡稱“客流預測”)[15],采用不同運營模式對客流總體指標的影響見表1。

表1 客流預測總體指標比較

由表1 可知,相較于方案二,方案一各設計年限客流量分別提高5.2 萬人/d、6.5 萬人/d 和9.3 萬人/d,分別增加19.3%、15.9%和15.6%;高峰期最大客流分別提高0.2 萬人/h、0.27 萬人/h 和0.41 萬人/h,分別增加18.2%、17.5%和18.2%。 可以看出,采用貫通運營,往來于碩放機場和市區的客流無需在望亭站換乘,有利于提高線路的客流吸引。

3.2 系統兼容性

3 號線西延線采用與既有3 號線一致的列車運行控制系統(CBTC)和直流供電120 km/h 的6 編組B 型車。

蘇州軌道交通16 號線遠期高峰最大斷面客流2.2 萬人/h,屬中運量線路,根據《城市軌道交通工程項目建設標準》[16],結合線網資源共享,推薦采用B型車。 目前國內尚無直流供電制式140 km/h B 型車應用案例,應用城軌列車牽引計算仿真系統(以下簡稱“列車牽引計算”),對直流供電100 km/h、直流供電120 km/h 和交流供電140 km/h 3 種速度目標值進行模擬運行,得到3 種速度列車的旅行時間(見表2)。

表2 3 種速度目標值旅行時間比較

由表2 可知,對于初期和遠期貫通交路旅行時間,120 km/h 列車較100 km/h 列車分別節省2.8,6.4 min,節時效果明顯;140 km/h 比120 km/h 僅分別節省1.2,2.4 min, 受站間距分布和曲線條件制約,140 km/h 列車速度優勢未能充分發揮,時間節省較少。 結合本線市域快線A 類的功能定位,推薦采用直流供電制式120 km/h 列車。

結合3 號線西延線系統選型,蘇州軌道交通16 號線和3 號線西延線系統兼容性對比見表3。

表3 貫通運營系統兼容性比較

由表3 可知,蘇州軌道交通16 號線與3 號線西延線在信號系統、供電制式、車型和最高速度等方面具有良好的一致性。

3.3 服務水平

根據客流預測,以運能滿足客流需求為前提,對不同運營模式對服務水平的影響進行比較,結果見表4。

表4 遠期高峰小時全線服務水平比較

由表4 可知,蘇州軌道交通16 號線高峰小時客流區段分布不均衡特征顯著,適合開行大小交路(開行比例2:1),小交路開行范圍為體育公園站—望亭站。受3 號線既有段線路能力制約,3 號線西延望亭—碩放機場段遠期高峰最高可開行6 對/h,相比方案二,方案一遠期主城區服務水平提高6 對/h,望亭—碩放機場段服務水平提高18 對/h,望亭—碩放機場段行車間隔縮短7.5 min,可有效縮短市區至碩放機場乘客的候車時間,同時,方案一無換乘候車時間,服務水平顯著提升。

3.4 時空目標

根據《蘇州市綜合交通體系規劃(2017 ~2035)》[17]要求,昆山、常熟至市中心45 min 可達,張家港、太倉至市區鄰近功能組團45 min 可達。 根據《城市軌道交通線網規劃標準》[18],機場與城市主中心之間軌道出行時間不宜大于40 min。 獅山CBD 至碩放機場40 min 可達,古城出發在西津橋站換乘蘇州軌道交通16 號線至碩放機場40 min 可達,吳中太湖新城至碩放機場45 min 可達,吳江太湖新城至震澤45 min 可達。

應用列車牽引計算,模擬運行直流供電制式120 km/h 列車貫通運營,得到2 種方案旅行時間對比(見表5)。

表5 2 種方案時空目標可達性比較 min

由表5 可知,方案一滿足建議時空目標,方案二由于需在望亭站換乘3 號線西延線列車,3 號線西延望亭—碩放機場段遠期高峰行車間隔10 min,同臺換乘候車時間取行車間隔平均值5 min,則古城—碩放機場、吳中太湖新城—碩放機場旅行時間分別為42.2,49.8 min,分別超出建議時空目標2.2,4.8 min,乘客出行時間較長。

3.5 工程代價

不同運營模式對配線功能性要求不同,2 種運營方案下,望亭站配線形式、車站規模和投資概算見表6。

“Y” 形貫通運營接軌站宜采用雙島四線站臺形式,相比方案二,方案一需在兩線正線間增設2 條單渡線,車站建筑面積增加約4 079 m2,增加了21.1%,投資提高約2 900 萬,提高約23.4%。 由此可見,貫通運營模式會導致車站建筑規模和投資增加。

3.6 購車成本

基于客流預測和運營模式,根據列車牽引計算仿真結果,2 種方案蘇州軌道交通16 號線初、近期均采用4 編組,遠期均采用4~6 編組混跑。 2 種方案初期分別購買4 編組列車39 列和27 列,合計156 輛和108 輛,遠期分別購買4 編組列車72 列和58 列,6 編組列車19 列和13 列,合計402 輛和310 輛(單價取800 萬元)[19],2 種方案各年限車輛購置費見表7。

表7 各設計年限配屬車及購置費比較

相較于方案二,方案一初、近、遠期車輛購置費分別增加3.84 億元、4.48 億元和7.36 億元,分別提高44.4%、24.1%和29.7%。 不難看出,貫通運營方案中,由于運行交路長度和開行對數以及小交路開行對數相較同臺換乘方案有所增加,因而,所需配屬車數明顯增加,車輛購置費用提高。

3.7 運營效益

除車站周邊商業化經營收益外,運營效益應主要考慮年電費支出和年票價收益等方面。 年牽引電費與單向一列牽引能耗、全日列車開行計劃和一般工商業用電價格有關;票價收益主要由客流量和當地城軌票價標準決定。 結合蘇州軌道交通16 號線高峰小時設計行車交路,2 種方案各設計年限全日列車開行計劃見表8。

表8 各設計年限全日列車開行計劃比較 對

根據蘇州市軌道交通集團有限公司規定,地鐵起步價2 元可乘6 km,6 km 以上部分,6~16 km 每1 元可乘5 km,2 種方案各設計年限平均運距均介于10~13 km,故票價取3 元/(人·乘次),根據《江蘇省電網銷售電價表》關于一般工商業用電的規定,蘇州地鐵電價取0.67 元/(kW·h),結合客流預測、全日列車開行計劃和列車牽引計算,各設計年限電費和票價見表9。

表9 年電費增加與年票價收益對比

由表9 可知,方案一較方案二初、近、遠期年電費分別增加1 836 萬元、3 755 萬元和4 958 萬元,分別增長29.0%、29.6%和31.5%。 方案一較方案二初、近、遠期年票價收益分別增加2 847 萬元、3 559 萬元和5 092 萬元,分別增長23.9%、19.0%和18.5%。 因此,貫通運營一方面會導致年牽引電費明顯增長,另一方面,客流吸引提高會帶來年票價收益提高。

3.8 社會效益

根據客流預測結果,近期乘本線前往碩放機場客流量達到1.24 萬人次/d,結合3 號線西延近期高峰開行對數5 對/h,行車間隔12 min,望亭站同臺換乘候車時間取行車間隔平均值6 min,得到2 種方案近期時間效益對比(見表10)。

表10 時間效益比較

由表10 可知,采用貫通運營,近期每日乘本線至碩放機場的1.24 萬人次客流共可節省同臺換乘候車時間約1 240 h,貫通運營時間效益明顯,社會效益顯著。

4 結語

基于蘇州軌道交通16 號線起點站望亭站與3 號線西延線望亭—碩放機場段,對采用“Y” 形貫通運營和同臺換乘2 種方案進行對比研究,結果表明,貫通運營模式能夠減少換乘次數,顯著節省換乘候車時間,至機場旅行時間節省5~10 min,可保障線路時空效率,提高運營服務水平,增加線路客流吸引力和運營單位效益。 另一方面,“Y” 形貫通對貫通線路的系統兼容性要求更嚴格,在一定程度上增加運營組織復雜度,對貫通接軌站配線功能性要求較高,提高購車和運營成本。

對于城軌工程前期規劃是否應采用貫通運營模式,應綜合考慮國內各地城軌運營發展現狀,城市在區域內所處空間位置和功能定位以及城市空間總體規劃和交通專項規劃等宏觀因素,并結合客流需求、系統兼容性、服務水平、時空目標、工程代價、購車成本、運營效益和社會效益等與工程技術、降本增效和綠色低碳密切相關的微觀因素,經綜合比選后確定。