城市軌道交通越行方案行車組織設計

徐吉慶，陳福貴，湯 玨

(中鐵二院工程集團有限公司地鐵院，四川成都610031)

在我國，許多大城市的發展重心已經從城市主中心向副中心及郊區轉移，為城市擴容和繁榮開辟了新的空間。而城市發展與交通發展密不可分，隨著大城市第一圈層軌道交通網的完善，軌道交通的建設也逐漸轉向郊區，利用軌道交通的物業開發及土地價值提升理念，引導著城市的發展，同時也解決了居民出行需要。

對于此類連接市區和郊區的較長軌道交通線，其客流性質較為復雜，且長距離出行的乘客比例較大，當各區段斷面客流分布為階梯型、斷面客流不均衡程度較大時，從“以人為本”的服務理念出發，在滿足客流需求的基礎上，應提高部分列車旅行速度、減少長途直達乘客的出行時間。因此，可根據線路的長、短途客流特點和通過能力狀況，由常規的等速、平行運行圖的行車組織方式，轉變為快慢車組合、非平行運行圖的行車組織方式。

本文重點探討越行方案的行車組織設計方法，以實現城市軌道交通快慢車組合的服務功能。

1 系統能力損失原則

由于每兩趟快慢車在運行中只發生一次越行和被越行，因此，越行產生的系統能力損失由最長的一次越行損失時間決定。設置合適的越行點，可以減少慢車的停站時間，能使因越行產生的系統能力損失降低。

發生越行時由前慢后快的發車間隔變成了前快后慢，擠占了第二列慢車的發車間隔。根據快慢車開行的比例，其最小的能力損失分為兩種情況，見圖1。

由此可以分別得出兩種情況下越行方案的最大列車開行對數計算公式:

(1)慢車多快車少

(2)慢車少快車多

其中，N為最大列車開行對數，對/h;

圖1 系統能力損失計算示意(快慢車比例不等)

n為快車的開行對數，對/h;

h為系統最小行車間隔，min;

ta為列車停站時間，min;

tb為列車停站時間，min;

tc為列車啟動時間，min。當快車慢車開行對數相等時，相鄰兩列慢車的不同時到達間隔等于h－ta，其最小的能力損失見圖2所示。

這種情況下越行方案的最大列車開行對數計算公式等同式(1)。

系統最小行車間隔取2min(系統能力為30對/h)，當快慢車比例為1∶1，若列車停站時間按0.5min估算，越行方案的最大列車開行對數為21對/h，此時快車和慢車個開行10.5對。

圖2 系統能力損失計算示意(快慢車比例相等)

2 快車?？空镜拇_定原則

由于城市軌道交通的客流量大，慢車主要為滿足沿線各站點乘客的上下要求，快車則是為滿足組團中心之與組團中心間長途旅客的上下要求，減少快車停靠站，可以有效地縮短直達旅客的旅行時間，但同時也要體現軌道交通“以人為本”的服務理念，滿足多數乘客的出行需求，減輕大站客流疏散的壓力，設置必要的快車?？空?。

快車停靠站的確定需綜合分析軌道各車站各時段總的客流乘降量特點，盡量將組團中心站、重要換乘站，以及重要客流集散點確定為快車?？空?。

3 越行點的確定

3.1 越行點設置原則

(1)A，B兩站間，在m－1站的發車間隔大于等于系統最小行車間隔，但在m站的到達間隔時間小于系統最小行車間隔，為保證區間追蹤，則應在m－1站必須設置越行線(圖3)。

(2)A，B兩站間，在m站的到達間隔大于等于系統最小行車間隔，但在m站的發車間隔小于系統最小行車間隔，為保證發車間隔，則應在m站必須設置越行線。

圖3 應在m－1站設越行線示意

3.2 越行點的確定

以快慢車采用同一種速度的車型為例，越行點的確定主要由以下因素決定。

(1)列車開行密度(快慢車發車對數及比例);

(2)列車在始發站的發車均衡程度(列車始發間隔);

(3)列車停站次數與停站時間(快車節約停站時間);

(4)線路條件(快車節約起制動附加時間)等因素。

城市軌道交通線路車站一般較少設置站線，上述因素中，列車開行數量與列車在始發站的發車均衡程度、列車開行密度對越行站的數量以及越行點的確定影響最大。

3.2.1 列車越行點與始發間隔的關系分析

如圖3所示，在A—B兩站間，當前慢后快列車間在始發站的發車間隔為t1時，越行地點發生在D站，見圖4(a)，而當開行密度變大，即前慢后快列車間在始發站的發車間隔縮短至t2時，越行地點發生在C站，見圖4(b)。

如果將圖3(b)中的前快后慢列車間在始發站的發車間隔調整為t3(前提是t3≥h)，而將前慢后快列車間在始發站的發車間隔調整為t1時，且t1+t3=2t2=t，則既可以保證列車的開行對數不發生變化，又能保證列車在D站越行，見圖4(c)，達到與圖3(a)方案在不同列車開行密度下具有相同越行點的效果。

此時，快慢車之間的發車間隔不能保證均衡，但快車與快車之間以及慢車與慢車之間的間隔則是均衡的。

圖4 列車越行點與列車始發間隔均衡程度的關系

城市軌道交通項目中，由于受工程難度和造價的影響，很難做到在每一個可能發生越行的車站設置越行線，因此，可以通過調整列車在始發站的間隔來改變列車的越行點。這種方法可以在既保證能力的同時，又能保證列車在合適的車站越行。另外，列車在上下行區間需要設置的越行站不一定是同一車站，因此在特殊情況下可以根據需要考慮在某些車站設置單方向的越行線。

3.2.2 列車越行點與列車開行密度的關系分析

如前所述，列車開行密度也是影響越行點位置的重要因素之一。在圖3中，當前后快慢車之間的間隔可以足夠大(大于兩車的全程旅行時間差)，則前行慢車不會被后行快車追上，不需設置越行點;反之，隨著開行密度的增加，前后快慢車之間的間隔也不斷縮小，后行快車趕上前行慢車的位置也將提前，并存在超越2列車以上慢車的可能，越行點的數量也將增加。

3.2.3 越行點的確定方法

通過以上研究分析，關于越行點的確定可得到以下結論。

(1)快慢車開行數量的影響——隨著列車開行數量的增加，快車越行慢車的可能性也在增加，越行點、越行時間和越行次數也均不同。

(2)列車始發間隔的影響——始發站快慢車發車間隔的大小及其均衡程度將影響快車在區段內越行慢車的地點和時間。

由于快車在部分車站不停車，相比慢車可以節約停站時間和起制動的損失時間，這部分時間就是快車較慢車的節約旅行時間。故越行點的確定可以采用以下方法。

通過牽引計算，對兩種列車在上下行通過各車站時的旅行時間差進行統計，可以計算出快車較慢車各站及全程節省時間。利用快車通過各站時所節約的旅行時間，結合始發站快慢發車間隔，判斷快慢車的追蹤間隔，以確定越行點的位置。

在不同的發車密度下，一方面通過單方向調整在始發站的快慢車始發間隔的合理組合，改變該方向快車越行點;另一方面，還可通過綜合調整雙方向的快慢車始發間隔的合理組合，改變整個區段中的雙方向越行點(如調整雙方向在同一越行站設越行線)。

考慮到工程代價，應在滿足不同越行方案需求的情況下，盡量減少越行點的設置。從發車間隔的均衡性、越行點的兼容性、配線分布的合理性、工程實施條件等方面綜合進行比選，最終確定越行點的位置。

4 越行站配線設計

確定越行點的位置后，需考慮在越行站設置越行線，以同時滿足慢車?？亢涂燔囃ㄟ^的功能。由于越行站的越行線同樣可以起到夜間或臨時存車線、折返線的作用，從將來的運營調度指揮和應急處置等方面的要求出發，設置這樣的越行線具有多重作用，也能為未來運營組織提供靈活的條件。因此，在選擇越行點時候應綜合考慮全線的配線分布情況。

越行站的配線形式如圖5所示。

圖5 越行站配線形式

5 越行方案的評價

開行越行列車可以縮短直達旅客的旅行時間，提高長途乘客的服務質量;但同時也降低了部分列車的服務水平，一方面被越行車站的乘客候車時間增加了，另一方面慢車的旅行速度也由于停站時間的增加也相應降低了，慢車上的乘客需在車上等待快車通過，對這部分乘客心理影響較大。因此，應對越行方案對旅行時間、能耗的影響等方面進行綜合評價，以確定越行方案實施的效果和實施的必要性。

5.1 縮短乘客旅行時間

通過對快車全天累計節省旅行時間和被越行的慢車累計增加旅行時間的對比，確定該越行方案對于總體上縮短乘客旅行時間的影響情況。

5.2 減少列車能耗

由于快車在部分車站不停站，減少了列車起制動時間，同時也減少了由于頻繁啟、制動帶來的能耗，可以在一定程度上減少牽引能耗?？赏ㄟ^對快車和慢車的牽引能耗對比，得出開行越行列車在節省能耗方面的效果。

以上兩方面可以作為，對越行方案進行初步評價指標。

6 結束語

國內許多大型城市在第一圈層軌道網形成后，為了城市規模擴展和城市功能延伸，軌道線路已經逐漸開始向城市副中心、衛星城及郊區建設。對較長的連接市區和市郊的軌道交通線路而言，線路特征與中心城區內常規軌道交通不同，其線路長度長、客流性質復雜，且長距離出行乘客所占比例較多，因此運行模式可介于鐵路和城市地鐵之間。為提高軌道交通服務水平，研究實現城市軌道交通越行服務功能的相關理論是十分必要的。

軌道交通開行快慢車組合的運營模式在國外已有成功的案例，例如東京JR中央快速線。在借鑒國外成功的運營經驗基礎上，筆者結合我國相關設計規范，提出了關于越行方案的能力損失計算原則、快車?？空敬_定原則、越行點確定原則、越行站配線設計及越行方案評價等理論方法，希望能對今后城市軌道交通越行方案研究和實施提供有益的參考。

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