城市軌道交通同站臺對向換乘列車銜接優化方法研究

孫孟毅 宋倩茹

(1. 青島地鐵運營有限公司， 266101， 青島； 2. 青島青鐵軌道交通產業研究院有限公司， 266101， 青島∥第一作者， 工程師)

城市軌道交通同站臺換乘是指兩條線路共用一個島式站臺，乘客可從某線路的列車下車后，直接在同一站臺上等待另一條線路的列車的換乘方式，可極大地方便換乘乘客。

同站臺換乘可分為同站臺同向換乘和同站臺對向換乘兩種，本文以同站臺對向換乘為研究對象。同站臺對向換乘方式下，如果兩條換乘線路之間的列車銜接不合理，則可能降低換乘服務水平，使之成為客流組織的瓶頸，進而在一定程度上影響線網中部分線路的運輸效率，導致乘客出行時間增加。

1 同站臺對向換乘布置形式的優缺點

常見的同站臺對向換乘站布置形式如圖1所示[1]。其優點主要是短距離換乘、便捷高效。其缺點是：① 通常只能滿足一個方向上的短距離相互換乘，其他方向上的相互換乘依然需要通過站廳或通道來完成，具有局限性；② 因站臺面積有限，若大量客流集中到達，站臺的緩沖能力較差；③ 基于乘客心理，易導致爭搶上車，以及列車夾人、夾物事件的發生；④ 若兩線中任一條線路在某個方向發生列車延誤，容易因候車乘客滯留導致站臺過度擁擠，安全管理風險較高。因此，同站臺對向換乘方式對兩條線路列車到發的合理銜接提出了很高的要求。

2 同站臺對向換乘線間列車到發銜接的影響因素

2.1 列車到達間隔時間tj

列車到達間隔時間是指同線路同方向上連續兩列車到達車站的時刻之差[1]。tj由實際客流量決定，是列車運行圖的重要參數。對于同站臺對向換乘站的共用站臺，兩線間列車到達間隔的匹配應在滿足換乘客流安全、有效疏導的同時，兼顧換乘的便捷性。在客流高峰時段(以下簡稱“高峰時段”)換乘客流密集到達時，需要錯開兩條線路的列車到達時間，以避免發生因站臺擁擠引發安全事故；在客流非高峰時段(以下簡稱“非高峰時段”)，換乘客流相對較小，列車的到發時間應盡可能滿足換乘乘客“零等待”的需求。在實際的運營管理中，即使在非晚點的情況下，受司機等人員的操作影響，相對圖定的到發時刻，列車的實際到發時間存有少量偏差是難以避免的。為保證同站臺對向換乘的服務水平，在進行線間列車到發銜接組織方案設計時，少量的到發時刻偏差也應予以考慮。

a) 雙島式

2.2 乘客換乘時間

(1)

式中：

tw——統計期內換乘乘客在共用站臺的累計候車時間；

P——統計期內共用站臺上換乘乘客總人數。

2.3 其他影響因素

3 同站臺對向換乘線間列車到發銜接的優化方法

3.1 主要影響因素的影響機理分析

3.1.1tj的影響機理

基于實際的列車運行及人員作業等影響因素，兩條線路的列車同時到站上下客的情況如圖2所示。圖2中：tA,圖停、tB,圖停分別表示A線、B線列車在共用站臺的圖定停站時間；tB,到延為與圖定計劃相比B線列車到達車站所延誤的時間；tA,早發為與圖定計劃相比A線列車駛離車站所提前的時間；t1為A線、B線列車同時在車站停車時的交集時間；t2為A、B兩線列車車門均處于打開狀態的時間；t3為司機關閉車門準備發車的時間。

如圖2所示，優化的目標轉化為使t1盡可能大。如tA,圖停與tB,圖停不相等時，t1取tA,圖停、tB,圖停中的較小值；當tA,圖停、tB,圖停與t1均相等時，兩條線路列車將實現同時到發(即同一時間A線、B線列車均到達共用站臺，經相同的停站時間后同時駛離)。而在實際運營中，考慮到列車司機操作等因素的影響，要嚴格把控t3(一般在崗位人員作業標準中有相關的規定)，并盡量減小tB,到延和tA,早發，以貼合列車運行圖的開行計劃。

圖2 兩條線路列車同時在站示意圖Fig.2 Trains from two different lines parking in station at the same time

在高峰時段，將兩條線路列車錯開到發，即一條線路的列車駛離車站后另一條線路的列車再駛入車站，這樣可減少下車乘客目睹鄰線列車關門動車而無法換乘的情況，此時列車運行及人員作業對列車到達間隔的影響如圖3所示。圖3中，t4為兩條線路的列車實際運行時錯開到發的時間差，應觀測現場的實際情況予以確定。在編制列車運行圖時，還應考慮B線列車提前到達時間tB,早到和A線列車延遲發車時間tA,晚發，以確定兩線列車錯開到發的最小時間間隔t5。

圖3 兩條線路列車錯開到發示意圖Fig.3 Diagram of staggered arrival and departure of trains on two lines

在不考慮列車運行時間波動及突發大客流的情況下，設B線換入A線方向的站臺為共用島式站臺，共用站臺上換乘客流的累計候車人數與A線、B線的tj密切相關，且在1個tj周期內具有規律性，如圖4所示。圖4中：兩條線路列車的停站時間均為ts，兩條線路的tj均為d，Δd為周期d內兩線列車到達時間的差值。

a) A線本站進站的累計候車人數

(2)

在高峰時段，為了保證密集到達客流的換乘安全，并兼顧兩條線路間換乘候車時間的均衡，令Δd=d/2。此時，可將式(2)簡化為：

(3)

圖5 換入客流較大時對的調整示意圖Fig.5 Adjustment of of the large change-in passenger flow

3.2 線間列車到發銜接的優化方法

基于上文的分析及列車運行圖的繪制要求，根據客流高峰、非高峰時段換乘客流的不同特征，本文提出同站臺對向換乘方式下線間列車到發銜接的優化方法。

3.2.1 高峰時段線間列車的到發銜接優化

高峰時段列車到達間隔時間較小，乘客錯過列車后等待下一趟列車的時間較短。為避免客流對沖，應優先將兩條線路的停站時間調整一致，并將兩條線路的列車到達間隔時間調整一致或成倍數關系，使得兩條線路或換入客流較大的線路滿足式(3)的要求。當兩條線路的列車到達間隔時間、停站時間不一致時，則應錯開兩條線路的列車到發時刻，在現場觀測得到t4，并對tB,早到、tA,晚發進行統計，以確定t5的合理取值，并在兩條線路的列車運行圖中予以調整。

3.2.2 非高峰時段線間列車的到發銜接優化

與高峰時段相比，非高峰時段列車到達間隔時間相對較大。為縮短換乘乘客在站臺的候車時間，在非高峰時段可通過如調整tj、微調列車運行圖、平移部分列車運行線等方法對列車到發銜接進行靈活調整。

方法一：調整tj。在編制列車運行圖時，可根據客流實際情況，調整兩條線路的tj，以確保兩線的tj一致或成倍數關系。

方法二：微調列車運行圖。在tj、停站時間不一致且調整難度較大的情況下，以t1=t3為臨界點分兩種情況對列車運行圖進行微調：① 當t1≥t3時，在列車運行圖編制時找出如列車折返時間、區間運行時間、停站時間等具有冗余量、可微調的時間參數，調整這些時間參數，將兩條線路的列車調整為同時在站，并最大限度地增加兩條線路列車的同時在站時間；② 當t1

方法三：平移部分列車運行線。運用兩條線路列車到達間隔時間差規律，在滿足高峰時段tj及列車錯開的基礎上，應優先調整非高峰時段tj較大的線路，調整并確定這條線路部分時段的列車運行線。然后，另一條線路的列車運行線配合調整，使得兩條線路的列車同時在站時間最大化或滿足錯開的條件。

這3種優化方法的優缺點如表1所示。

表1 非高峰時段線間列車到發銜接優化方法的優缺點分析Tab.1 Advantages and disadvantages analysis of the optimization methods of train arrival and departure connection between lines during off-peak hours

綜上，在優化列車運行圖時，如兩線列車到達間隔時間一致，優先采取方法一；其次，可根據客流情況靈活采用方法二(該方法在高峰時段、非高峰時段、高峰和非高峰的過渡時段均可采用)。此外，若一條線路有兩個同站臺對向換乘站時，可基于“換乘客流大的車站為主要換乘站”原則，采用上述方法，優先滿足主要換乘站內兩條線路間的列車到發銜接，再通過有冗余量的時間參數微調列車在兩個換乘站間的運行計劃，以滿足沿線其他換乘站列車到發銜接的要求。

4 案例分析

本文以青島地鐵2號線、3號線的換乘站五四廣場站為例進行分析，其站臺布置形式如圖6所示。該站為雙島式同站臺對向換乘，青島地鐵2號線、3號線均為青島市區的主要線路，客流量較大。

圖6 青島地鐵2號線、3號線換乘站五四廣場站的站臺布置形式示意圖Fig.6 Platform layout of the May 4th Square Station, the Qingdao Metro Line 2 and Line 3 transfer station

以2019年旅游季(7～8月)某個工作日為例，由于2號線部分線路暫未開通，兩條線路的tj無法調整一致，基于此確定列車運行圖的優化原則為：① 將停站時間均設為45 s；② 根據運營實際，確定高峰時段、非高峰時段列車錯開時間分別為10 s、35 s；③ 編制列車運行圖時，以客流較大的3號線為基準、2號線配合為原則，調整五四廣場站的列車到發時刻。

4.1 高峰時段的優化措施

根據現場數據，運用式(1)對數據進行計算后，該站的優化調整措施為：因高峰時段的客流較大，2號線上線列車數增加1列，將2號線的tj從原來的5 min 20 s壓縮至5 min。受2號線列車運行間隔縮小的影響，考慮錯開列車的到發時間，對3號線的列車運行圖進行配合調整。五四廣場站高峰時段各方向的平均站臺換乘候車時間如表2所示。其中，早高峰時段2號線下行換3號線下行的平均站臺換乘候車時間僅為1 min 38 s。此外，兩條線路的列車到達時間錯開了10 s，有效地避免了列車同時在站情況下同站臺對向換乘客流對沖的情況。

表2 高峰時段五四廣場站各方向的平均站臺換乘候車時間對比Tab.2 Comparison of average platform transfer waiting time at May 4th Square Station during peak hours

4.2 非高峰時段的優化措施

與高峰時段相比，非高峰時段兩條線路的客流量相對較小。因此，保持兩條線路的tj不變。采用微調方法對列車運行圖進行優化。五四廣場站非高峰時段平均站臺換乘候車時間如表3所示。其中，在2號線下行換3號線下行、3號線上行換2號線上行兩個換乘方向上的平均站臺換乘候車時間均減少了53 s，大大地提升了換乘乘客的出行便捷性，達到了縮短站臺候車時間的優化目標。兩條線路的列車到達時間錯開了35 s，從現場執行情況看達到了預期的效果。此外，在2019年的旅游季期間，這兩條地鐵線路均未有五四廣場站同站臺對向換乘乘客投訴事件，列車運行圖的優化調整取得了良好的效果。

表3 非高峰時段五四廣場站各方向的平均站臺換乘候車時間對比Tab.3 Comparison of average platform transfer waiting time at May 4th Square Station during off-peak hours

5 結語

本文對同站臺對向換乘列車銜接的影響因素進行分析，結合高峰時段、非高峰時段的客流特點及列車運行不準點等情況，從優化列車運行圖的角度提出了3個優化兩條換乘線路間列車到發銜接的方法，以合理調整換乘站兩線間的列車到發時刻，減少換乘乘客在站臺的候車時間，提升乘客出行的便捷性，同時在乘客換乘出行安全性上也起到了一定的保障作用。