重慶市軌道交通27號線快慢車模式研究

石修路，蔡肇萍

重慶市軌道交通27號線快慢車模式研究

石修路，蔡肇萍

（中鐵二院重慶勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，重慶 401120）

快慢車運營模式作為提升軌道交通運輸效率的重要途徑，在設(shè)計過程中充分論證其實施必要性及應(yīng)用效果具有極其重要的意義及作用。以重慶市軌道交通27號線為例，結(jié)合線網(wǎng)規(guī)劃、線路條件、客流特征等充分論證快慢車運營的必要性；綜合能力折損、配線設(shè)置等確定越行方案；分析出行效率、車輛投資、土建追加及經(jīng)濟(jì)效益后，最終得出結(jié)論：重慶市軌道交通27號線宜按快慢車運營模式實施工程建設(shè)，運營期間視線路實際情況，推薦在平峰時段組織開行快慢車、高峰時段組織開行站站停列車。

軌道交通；行車組織；快慢車；綜合評價

0 引 言

隨著我國城市軌道交通輻射范圍的不斷拓展，長大距離線路的建設(shè)及市郊鐵路的互聯(lián)互通日益增多[1-3]。為滿足出行客流的多目標(biāo)需求，快慢車運營模式有著極其重要的意義及作用。目前，針對國內(nèi)外快慢車運營模式的研究眾多，主要集中于理論研究[4-6]、方案研究[7]、效益研究等方面[8]，少有系統(tǒng)性研究成果。本文立足于重慶市軌道交通27號線，系統(tǒng)研究快慢車開行必要性、開行方案及綜合評價，旨在為同類項目提供一定思路及參考。

1 快慢車開行模式必要性

1.1 工程概況

重慶市軌道交通27號線作為橫穿三大槽谷的骨干快線，西起璧山，東至重慶東站，全長52km（地下線50.5km），設(shè)站15座，設(shè)計時速140km/h，系統(tǒng)能力24對/h，AC25kV供電制式。研究年度內(nèi)采用6輛編組城軌快線車輛運營，車長140m，定員標(biāo)準(zhǔn)5人/m2，整列定員1 554人[9]。根據(jù)《重慶市綜合交通體系規(guī)劃（2019—2035）》，市郊鐵路璧銅線與27號線于璧山站互聯(lián)互通，市郊鐵路南川線與27號線于重慶東站互聯(lián)互通，目前璧銅線已經(jīng)施工建設(shè)，計劃于2023年開通運營；27號線正處于初步設(shè)計階段，計劃于2027年建成運營；南川線屬于規(guī)劃遠(yuǎn)景線路，尚未開展研究工作。線路具體走向如圖1所示。

圖1 線路走向圖

璧銅線全長37.4km，設(shè)站9座（含璧山站），以高架站和地面站為主，設(shè)計時速140km/h，系統(tǒng)能力24對/h，4輛編組城軌快線車輛運營（土建按6輛編組設(shè)計），AC25kV供電制式，定員標(biāo)準(zhǔn)5人/m2，整列定員1 010人。璧銅線開通時，由4輛編組列車承擔(dān)運輸任務(wù)，與27號線貫通后不再增購4輛編組列車，原小編組列車于璧銅線范圍上線服務(wù)直至報廢淘汰[10]。

1.2 功能定位

（1）區(qū)域銜接

27號線為串聯(lián)重慶市三大槽谷、貫穿東西向的一條軌道交通骨干快線，連接沙坪壩站、重慶站、重慶東站等重要對外樞紐，實現(xiàn)城市內(nèi)外組團(tuán)間的快速聯(lián)系，支撐科學(xué)城及茶園城市副中心等區(qū)域發(fā)展[9]。

（2）互聯(lián)互通

27號線建成后與璧銅線貫通運營，并預(yù)留與軌道交通26號線及南川線的互聯(lián)互通條件。通過換乘方式實現(xiàn)主城客流與區(qū)域客流的多向銜接；通過貫通方式實現(xiàn)區(qū)域客流與主要對外樞紐的快速通達(dá)；通過跨線運營實現(xiàn)都市區(qū)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)化覆蓋。

（3）快速通達(dá)

《重慶市城市軌道交通第四期建設(shè)規(guī)劃（2019—2024）》要求：以軌道交通為引領(lǐng)，實現(xiàn)主城區(qū)1 h通勤、東西槽谷到達(dá)中央活力區(qū)時間（軌道在途時間）不超過30 min的出行時空目標(biāo)。即主城周邊12個區(qū)到達(dá)主城區(qū)對外樞紐及重要節(jié)點1 h左右；實現(xiàn)主城其他地區(qū)進(jìn)入內(nèi)環(huán)，相鄰城市副中心之間、對外交通樞紐之間軌道交通聯(lián)系范圍在30 min之內(nèi)。

以初步設(shè)計階段線路數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行牽引計算，站站停模式下全線（27號線+璧銅線）運行時間如表1所示。

表1 區(qū)域出行時間

1.3 線路條件

依據(jù)《重慶市城軌快線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，27號線及璧銅線范圍內(nèi)曲線限速情況如表2所示。分析可知，通道范圍內(nèi)限速曲線占比32.2%，考慮越行條件，通道內(nèi)67.8%的曲線對最高運行速度不構(gòu)成限制。

表2 曲線限速匯總

1.4 客流特征

根據(jù)客流預(yù)測數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)期全日客流平均乘降量高達(dá)8.66萬人次，且主要集中于27號線中部槽谷范圍內(nèi)[11]。全線客流乘降差異較大，部分站點遠(yuǎn)期數(shù)遠(yuǎn)低于平均乘降水平，具體如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)期全日客流乘降量

全線換乘站點共13座，主要分布于中部槽谷內(nèi)。由圖3可知，27號線換出客流與換入客流總量相當(dāng)，其中以沙坪壩站、南坪站、重慶東站的客流交換最高，以璧山站、磁器口站的客流交換最低。

27號線承運的鐵路客流中，沿線各站發(fā)往鐵路樞紐，及鐵路樞紐發(fā)往各站的客流分布情況如圖4所示。

分析可知，鐵路客流交換主要集中于三大槽谷，除樞紐內(nèi)部交換外，以石橋鋪、大坪西、南坪、天文大道等站點為主要對流點。

圖3 遠(yuǎn)期全日客流換乘量

圖4 遠(yuǎn)期鐵路樞紐全日到發(fā)客流量

綜上所述，結(jié)合線路功能定位、限速條件及客流特征可知，站站停模式下通道范圍內(nèi)出行效率較低，速度效率未能充分發(fā)揮，客流乘降、換乘及接駁主要集中于三大槽谷內(nèi)部分核心站點，不均衡性突出。為實現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)，進(jìn)一步研究快慢車模式下的運輸效益有著極其重要的意義及作用。

2 快慢車模式運營方案

2.1 停站方案

快慢車運營模式下，合理選擇快車停靠站點不僅有利于縮短旅行時間，提升出行效率，同時能夠有效緩解大站客流的疏運壓力[12]。

（1）車站等級劃分

以線路功能定位及客流預(yù)測為基礎(chǔ)，綜合各時段客流乘降量、換乘客流量及樞紐銜接情況等因素，明確各車站功能與級別，具體情況如表3所示。

（2）停靠方式選擇

如圖5所示，越行站停靠方式分為兩種：越行站不停車和越行站停車。一般情況下，為提升越行效率，越行站點宜設(shè)置于快車不停靠車站。實際運營過程中，為應(yīng)對客流突發(fā)情況，實現(xiàn)特定時段的快速分流，越行站點有可能出現(xiàn)停車情況[13]。

表3 車站等級表

圖5 越行站停靠方式

（3）停站方案選擇

基于本線功能定位，結(jié)合車站等級、換乘關(guān)系及客流特征等因素，確定快車停站方案如表4所示[14]。

表4 停站方案表

2.2 行車方案

快慢車運行會對系統(tǒng)能力造成折損，為充分發(fā)揮運營效率，明確折損能力，確定快車行車量及運營交路至關(guān)重要。

（1）能力折損

[5]可知，快慢車模式下能力折損情況如表5所示。根據(jù)客流預(yù)測，通道范圍內(nèi)初、近、遠(yuǎn)期高峰斷面分別為1.45萬人/h、2.04萬人/h、3.05萬人/h，高峰斷面位置為磁器口站—沙坪壩站。在保證運能儲備的前提下，遠(yuǎn)期高峰小時開行對數(shù)不宜低于22對/h，即快車開行對數(shù)不宜高于3對/h。

表5 能力折損理論計算表

（2）行車量分析

如圖6所示，全線跨組團(tuán)OD客流斷面最大占比12.72%，位于中部槽谷與西部槽谷之間。為滿足客流長距離出行需求，快車開行占比應(yīng)與跨組團(tuán)客流最大斷面占比相匹配。結(jié)合表5計算分析，可知高峰小時快車開行對數(shù)不宜低于3對/h。

綜合以上分析，在保證小交路運行條件的前提下，全線初、近、遠(yuǎn)期行車量分配情況如表6所示。

表6 行車量統(tǒng)計表

全線運行時分、停站信息及交路范圍如圖7所示。

圖6 跨槽谷出行占比

圖7 遠(yuǎn)期高峰小時停站信息

2.3 配線方案

為滿足運營交路及越行需求，合理布設(shè)越行線不僅有利于節(jié)省投資，同時可兼顧故障車停留等功能。

（1）配線比選

越行線布設(shè)方式主要分為四種，分別為雙島外側(cè)、雙島內(nèi)側(cè)、單島及雙側(cè)。如圖8所示，方案一與方案二工程量較大，建設(shè)投資較高，但越行線既可兼做故障車停留線又能滿足快車、慢車同時停站的需求，功能更為齊全；方案三、方案四雖然建設(shè)規(guī)模小、投資省，但功能存在缺陷。因此，推薦采用方案二（或方案一）布設(shè)越行線。

圖8 越行線布置方案

（2）站點選擇

已知通道范圍內(nèi)共有越行站點9個（含磁器口站），遠(yuǎn)期高峰小時行車密度最大區(qū)間位于27號線范圍內(nèi)。由參考文獻(xiàn)[6]可知，不同發(fā)車間隔下，需設(shè)置越行線的車站數(shù)目及設(shè)置間隔有所不同，具體如表7所示。

表7 越行線設(shè)置情況

27號線遠(yuǎn)期快慢車開行比例為1∶6，越行線需間隔兩個越行站設(shè)置，共設(shè)置三處。結(jié)合各車站工法，優(yōu)先于地面站、高架站設(shè)置越行線以節(jié)省工程投資；地下車站，則盡可能選擇埋深淺、工程實施難度小的車站設(shè)置越行線。綜合分析后，設(shè)置方案如表8所示。

表8 設(shè)置方案

2.4 運行圖鋪畫

為驗證以上方案的可行性及合理性，結(jié)合圖7信息，考慮平均停站時間0.6min，對遠(yuǎn)期高峰小時運行圖進(jìn)行繪制。為應(yīng)對客流突發(fā)狀況，對磁器口站越行、停站兩種方案進(jìn)行對比，具體結(jié)果如圖9所示。

分析可知，能力方面，兩方案相同，均為 21對/h；時間節(jié)省方面，越行方案更優(yōu)；土建及成本方面，兩方案視為相同。

結(jié)合停站方案、行車方案、配線設(shè)置及運行圖鋪畫等綜合分析可知，從技術(shù)層面而言，全線快慢車運營模式可行性突出，能夠在保證全線運營需求的前提下，為實現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)提供有力的技術(shù)支撐。

3 快慢車模式綜合評價

效益與投入方面的綜合分析結(jié)果是衡量快慢車運營模式是否合理的決定性因素。為了更好地輔助決策，將從運輸效率、工程投資、經(jīng)濟(jì)效益等方面展開論證。

圖9 遠(yuǎn)期高峰小時運行圖

3.1 運輸效率

快慢車模式下，27號線范圍內(nèi)服務(wù)頻率、運能儲備相較站站停模式均有所降低，但快車運行速度提升約9km/h，出行時長最高節(jié)省9min（越行磁器口站），詳細(xì)對比如表9所示。

表9 遠(yuǎn)期效率對比表

綜合分析可知，快慢車模式下雖然應(yīng)對客流風(fēng)險的能力較差，但就出行時長和旅行速度而言，其更為符合規(guī)劃目標(biāo)。

3.2 投資分析

（1）車輛相關(guān)

快慢車模式下由于快車的節(jié)省時間與慢車延誤時間幾乎相等，全線車輛配屬無較大差異，具體如表10所示。兩種運營模式下，初期、近期所需車輛數(shù)相同，遠(yuǎn)期由于開行快慢車導(dǎo)致能力折損，高峰小時開行對數(shù)降低引起車輛數(shù)減少，車輛基地建設(shè)規(guī)模相應(yīng)減少，綜合車輛購置費用及車輛基地建設(shè)費用可知，快慢車模式下最高可節(jié)省4.92億元。

表10 車輛配屬對比表

（2）土建投資

受配線形式影響，越行站規(guī)模增加較大，其相鄰區(qū)間為滿足越行條件，橋隧、路基、軌道等方面亦造成投資追加。此外，磁器口站需由單島調(diào)整為雙島，線路走向發(fā)生變化，需下穿城市建筑，施工風(fēng)險增大。土建投資追加總額如表11、表12所示[14]。

表11 車站土建投資對比

表12 相鄰區(qū)間工程投資對比

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

（1）時間效益

由圖9可知，1列快車需越行2列慢車，扣除慢車正常停站時間，1列快車將延誤慢車9min，節(jié)時與延時相抵消。

根據(jù)遠(yuǎn)期全日OD客流，針對不同車站間的節(jié)時效果進(jìn)行矩陣計算，結(jié)果顯示：全日快車承擔(dān)客流共節(jié)時9514.86h，全日慢車承擔(dān)客流共延時7339.54h，全日范圍內(nèi)快慢車凈節(jié)時2175.32h。按照重慶市2019年人均勞動生產(chǎn)率（12.8萬元）計算，遠(yuǎn)期時間效益為3482萬元/年。

（2）運營成本

列車運營能耗主要由起動能耗、運行能耗及制動能耗組成，其中起動能耗與制動能耗占比最高。快慢車模式下，快車越行過程中有效減少了列車起、制動次數(shù)，從而有效節(jié)省了運營成本[15]。

列車由最高速制動到零及由零起動至最高速總能耗平均為120kWh（不考慮再生能源），1列快車越行9座車站共省電1 080 kWh，遠(yuǎn)期全日可省電99 360 kWh。按照重慶市大工業(yè)用電電價0.6元/kWh計算，遠(yuǎn)期用電節(jié)省2175.98萬元/年。

3.4 小 結(jié)

綜合運輸效率、工程投資及經(jīng)濟(jì)效益分析可知：快慢車模式下，快車雖然可以提升旅行速度，但系統(tǒng)能力折損較大，且對慢車造成干擾；為保證運營靈活性，車輛投資及車輛基地規(guī)模不宜縮減，越行站規(guī)模及相鄰區(qū)間越行條件需保證，土建投資共增加3.71億元，且施工風(fēng)險較高；快慢車運營效益隨客流增長而增長，遠(yuǎn)期最大可達(dá)0.57億元/年。

4 結(jié) 論

城市軌道交通線路作為百年工程宜一次到位進(jìn)行建設(shè)。分析可知，重慶市軌道交通27號線快慢車運營模式意義重大、效益突出，宜按照此模式實施工程建設(shè)。為實現(xiàn)效益最大化，有效避免能力折損，結(jié)合既有運營經(jīng)驗，建議根據(jù)線路實際運營情況，于平峰時段開行快慢車，高峰時段開行站站停列車。

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Express/Slow Urban Rail Transit of Line 27 in Chongqing

SHI Xiu-lu, CAI Zhao-ping

（Chongqing Survey Design and Research Co. Ltd, China Railway ErYuan Engineering Group Co. Ltd, Chongqing 401120, China）

Express/slow urban rail transit is an important mode to improve the efficiency of rail transit, and it important to fully demonstrate the necessity and effect of its implementation in the design process. With line 27 in Chongqing as an example, the necessity of express/slow transit is fully demonstrated by combining the planning, line conditions, characteristics of passenger flow, and other aspects. The program of overtaking is resolved by analyzing the capacity loss and wiring setting. With the comprehensive evaluation of travel efficiency, vehicle investment, project investment, and economic benefits, it is concluded that line 27 in Chongqing should be constructed according to the express/slow urban rail transit mode based on actual operation. The organization of express/slow trains and slow trains during peak hours has been summarized.

urban rail transit; train organization; express/slow transit; comprehensive evaluation

1672-4747（2021）02-0074-10

U231.1

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2021.02.008

2021-01-10

石修路（1992—），男，安徽淮北人，工程師，研究方向為城市軌道交通行車組織，E-mail：609216808@qq.com

石修路，蔡肇萍. 重慶市軌道交通27號線快慢車模式研究[J]. 交通運輸工程與信息學(xué)報，2021, 19(2): 74-83.

SHI Xiu-lu, CAI Zhao-ping. Express/Slow Urban Rail Transit of Line 27 in Chongqing，[J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2021, 19(2): 74-83.

（責(zé)任編輯：劉娉婷）