多網(wǎng)融合背景下軌道交通網(wǎng)間互聯(lián)互通適用性研究

王悅欣

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100082）

1 引言

軌道交通按照服務(wù)半徑、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等可以劃分為干線鐵路網(wǎng)、城際鐵路網(wǎng)、市域快線網(wǎng)和城市軌道交通網(wǎng)4個(gè)層次[1]。不同層次軌道交通之間的銜接關(guān)系直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，而運(yùn)行效率主要體現(xiàn)在乘客的換乘過(guò)程優(yōu)化和軌道交通自身的線路廊道利用。隨著城市群的發(fā)展，軌道交通通勤、公務(wù)等常規(guī)客流的出行距離遠(yuǎn)大于過(guò)去，乘客出行頻率也較過(guò)去有所增加，因此乘客往往需要至少一次換乘才能到達(dá)目的地。如果不同層次網(wǎng)絡(luò)的軌道交通線路實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，可以減少跨線客流的換乘次數(shù)，但實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通需要統(tǒng)籌工程建設(shè)投入以及運(yùn)營(yíng)成本等因素，因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不容易。國(guó)外一些國(guó)家的軌道交通采用直通運(yùn)營(yíng)、共線運(yùn)營(yíng)等不同層次軌道交通互聯(lián)互通的方式，其中，日本東京的直通運(yùn)營(yíng)效果最為突出，也常作為我國(guó)軌道交通互聯(lián)互通研究的主要案例。但東京軌道交通采用直通運(yùn)營(yíng)的背景與我國(guó)軌道交通的發(fā)展現(xiàn)狀不同，需要分析兩者的異同后再進(jìn)行合理借鑒。因此，對(duì)于多網(wǎng)融合軌道交通線路之間是否進(jìn)行互聯(lián)互通，需要根據(jù)具體連通線路的實(shí)際情況并綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析再進(jìn)行判斷。

2 東京軌道交通直通運(yùn)營(yíng)案例分析

東京軌道交通主要包括地鐵、私鐵和日本鐵路公司（JR）線，其中私鐵和JR線主要承擔(dān)著市郊鐵路的角色。東京的軌道交通發(fā)展歷程與我國(guó)不同，是“先外后內(nèi)”——先在關(guān)東大地震后基本形成現(xiàn)在外圍軌道交通線網(wǎng)格局（當(dāng)時(shí)以山手線為界，外圍依靠鐵路、內(nèi)部依靠有軌電車），隨著鐵路貨運(yùn)的衰敗，逐步轉(zhuǎn)換角色，承擔(dān)城市客運(yùn)服務(wù)[2]，而在第二次世界大戰(zhàn)后地鐵才開(kāi)始快速建設(shè)（主要由于經(jīng)濟(jì)恢復(fù)與發(fā)展導(dǎo)致職住分離加劇，同時(shí)小汽車數(shù)量激增導(dǎo)致道路資源緊張，促使城市內(nèi)部拆掉有軌電車改建地鐵），這種形式造成中心城和外圍新城軌道交通線路的物理分離，同時(shí)由于外圍私鐵缺少與中心城線網(wǎng)的多點(diǎn)銜接，增加山手線的換乘壓力。因此，山手線的舊式火車站在高峰時(shí)難以承擔(dān)巨大的換乘客流沖擊，相關(guān)線路運(yùn)營(yíng)公司就將部分中心城地鐵與外圍私鐵進(jìn)行改造，形成郊區(qū)與中心城主客流通道之間的直連[3]。東京的直通運(yùn)營(yíng)很大程度上是由于軌道交通發(fā)展遺留下來(lái)的問(wèn)題而采取的1種彌補(bǔ)手段——即使2條線路具備連通的物理基礎(chǔ)，由于改造需要投入大量資金，同時(shí)會(huì)增加后期運(yùn)營(yíng)的難度，但為改善當(dāng)時(shí)軌道交通“通勤地獄”的局面，這些改造和后期運(yùn)營(yíng)投入被認(rèn)為是可以接受的。

而我國(guó)軌道交通建設(shè)起步較晚，由于借鑒國(guó)外早期軌道交通建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)軌道交通從建設(shè)初期規(guī)劃理念就已經(jīng)轉(zhuǎn)變，城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃主要從中心城開(kāi)始，依據(jù)城市形態(tài)向外輻射，因此中心城與外圍新城的主客流廊道上極少在建設(shè)時(shí)出現(xiàn)物理隔斷，而目前正在快速建設(shè)的市域快線或市郊鐵路線路也在規(guī)劃時(shí)盡量深入中心城線網(wǎng)，形成多點(diǎn)換乘，分散換乘客流壓力，增加線網(wǎng)可達(dá)性。因此，我國(guó)大城市的軌道交通線路極少存在這種后期改造連通的需要，對(duì)于新建線路之間是否要進(jìn)行互聯(lián)互通，應(yīng)該根據(jù)客流需求、廊道資源統(tǒng)籌[4]、建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本等綜合研判。

3 不同網(wǎng)絡(luò)層次線路互聯(lián)互通條件研究

不同層次的軌道交通線網(wǎng)中的線路形成互聯(lián)互通，需要滿足土建條件、主要設(shè)備條件[5]、運(yùn)輸組織條件和運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)等要求。

3.1 土建條件

（1）線路線型和站場(chǎng)需按照方向別連通。多條線路在車站形成互聯(lián)互通，為避免跨線列車切割正線，保證節(jié)點(diǎn)通過(guò)能力，需要將各條線路的左右線分別連通，車站通常采用方向別的站場(chǎng)布置形式[6]。但按照方向別布置，外側(cè)線路需要在車站兩端進(jìn)行立交疏解，引起線路局部展長(zhǎng)，可能會(huì)惡化線型條件，同時(shí)也會(huì)增加車站周邊的“三角地”。同時(shí)車站配線復(fù)雜，站場(chǎng)規(guī)模增加，車站面積增加。

（2）站臺(tái)、配線長(zhǎng)度及限界應(yīng)包容不同的車輛選型及編組。2條線路的車輛選型和編組可以不同，但車站的有效站臺(tái)長(zhǎng)度、配線長(zhǎng)度及限界必須要能同時(shí)滿足兩線的列車運(yùn)營(yíng)，即按最大限界和最長(zhǎng)編組進(jìn)行設(shè)計(jì)。

因此，互聯(lián)互通車站相比于普通換乘站，整個(gè)車站的土建工程復(fù)雜，規(guī)模和投資大，尤其對(duì)于地下車站，投資增幅更大。

3.2 主要設(shè)備條件

（1）供電系統(tǒng)要一致。國(guó)內(nèi)城市軌道交通主要采用1 500 V直流供電，鐵路主要采用25 kV交流供電，如果2條線路進(jìn)行互聯(lián)互通，則需要采用相同的供電制式，若受條件限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，跨線列車采用雙流制，兼容2種供電制式。

（2）信號(hào)系統(tǒng)需兼容。國(guó)內(nèi)軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)主要有基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（CBTC）和中國(guó)列車控制系統(tǒng)（CTCS）2類，如果2條線路進(jìn)行互聯(lián)互通，最好采用相同的信號(hào)控制系統(tǒng)，如果受有關(guān)條件限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，就需要保證跨線列車車載2套系統(tǒng)，同時(shí)兼容兩線的信號(hào)控制系統(tǒng)。

（3）站臺(tái)門包容各線車型。目前軌道交通車站站臺(tái)都加裝站臺(tái)門，線路互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)跨線運(yùn)營(yíng)后，若兩線車輛選型不同，列車車門的位置并不完全對(duì)應(yīng)，站臺(tái)門需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)或者退臺(tái)設(shè)置，滿足不同列車的乘客正常乘降。

3.3 運(yùn)輸組織條件

（1）行車方向統(tǒng)一。我國(guó)鐵路采用左側(cè)行車，城市軌道交通采用右側(cè)行車，區(qū)域快線及市郊鐵路則根據(jù)具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選用更偏向于哪種軌道交通制式來(lái)確定行車方向[7]。因此，如果在行車方向不一致的線路間形成互聯(lián)互通，需要統(tǒng)一兩線的行車方向。

（2）兩線發(fā)車間隔不宜過(guò)小。如果兩線中至少1 條線在高峰時(shí)段的平均發(fā)車間隔很小且列車滿載率較高，例如，其中1條線路的最小平均發(fā)車間隔已經(jīng)小于3 min，沒(méi)有富裕能力開(kāi)行跨線列車或者僅能開(kāi)行少量跨線列車，那么跨線列車的平均發(fā)車間隔將大于15 min[8]，其運(yùn)輸能力和服務(wù)水平無(wú)法滿足跨線客流的需求。

（3）兩線速度差不宜過(guò)大。如果互聯(lián)互通的線路最高設(shè)計(jì)速度相差過(guò)大，在發(fā)車間隔較小的情況下，當(dāng)“低速”列車跨線至“高速”線路時(shí)，會(huì)由于區(qū)間運(yùn)行速度低而拉大與前車的追蹤間隔，從而影響區(qū)段的通過(guò)能力；反之，當(dāng)“高速”列車跨線至“低速”線路時(shí)，需要降速運(yùn)營(yíng)，車輛的速度優(yōu)勢(shì)無(wú)法發(fā)揮。

3.4 運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)

不同層次的軌道交通線網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)主體一般不同，當(dāng)兩線互聯(lián)互通進(jìn)行跨線運(yùn)營(yíng)時(shí)，運(yùn)營(yíng)單位之間需要進(jìn)行大量的溝通與協(xié)調(diào)工作，包括統(tǒng)籌編制兩線運(yùn)行圖、劃定管理與責(zé)任界面等。

3.5 小結(jié)

綜上所述，不同線路之間設(shè)置互聯(lián)互通存在諸多條件要求和限制[9]，土建條件需要根據(jù)具體的線路走向確定工程實(shí)施代價(jià)，而設(shè)施設(shè)備條件與運(yùn)輸條件對(duì)于不同層次的軌道交通線路間的連通要求是普適的，兩個(gè)層次的軌道交通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)越相近，連通后對(duì)線路的運(yùn)營(yíng)效果影響越小。

4 網(wǎng)間互聯(lián)互通適用性分析

對(duì)于同一層次的軌道交通線路，互聯(lián)互通主要受制于車站土建條件和運(yùn)營(yíng)條件（例如，城市軌道交通發(fā)車間隔小，互聯(lián)互通對(duì)線路通過(guò)能力影響較大），由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一致，相較于不同層次的線路，互聯(lián)互通較易實(shí)現(xiàn)。而不同層次的軌道交通線路，在設(shè)施設(shè)備、運(yùn)營(yíng)組織等方面差異大，需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與合理性，前期工程與后期運(yùn)營(yíng)的投入與最終獲得的客流效益、線路資源共享是否匹配。

4.1 換乘客流量大

線路連通的一個(gè)主要目的是減少乘客的換乘次數(shù)，提高乘客出行效率，提升出行體驗(yàn)，減輕換乘客流對(duì)車站的瞬時(shí)沖擊，所以當(dāng)兩線換乘客流量大時(shí)，互聯(lián)互通帶來(lái)的跨線換乘效益越大。但兩線換乘客流量越大，說(shuō)明兩線運(yùn)能越飽和，根據(jù)上文所述，互聯(lián)互通后列車跨線運(yùn)營(yíng)對(duì)各線的運(yùn)能影響也越大，尤其是在高峰時(shí)段，會(huì)降低單線運(yùn)輸效率，這也是需求與能力供給的矛盾，需要權(quán)衡連通的代價(jià)與取得的效益。

4.2 通道能力富裕

當(dāng)某一廊道上的客流量較小，線路在經(jīng)過(guò)該廊道的區(qū)段能力需求較低，運(yùn)能較為富裕，可以將該廊道內(nèi)的物理線路整合，即多線在此廊道內(nèi)利用1條通道實(shí)現(xiàn)共線運(yùn)營(yíng)，減少新線的建設(shè)，充分發(fā)揮單線能力，集約廊道資源[10]。共線運(yùn)營(yíng)就要求在共線段兩端的節(jié)點(diǎn)設(shè)置連通條件，但不同層次的線網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，線路設(shè)置連通條件的投資與運(yùn)營(yíng)成本增加也需要與廊道資源集約帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比，確定線路互聯(lián)互通區(qū)段共線運(yùn)營(yíng)的必要性。

4.3 小結(jié)

不同層次軌道交通線網(wǎng)的軌道交通服務(wù)半徑不同，客流構(gòu)成不同[11]，網(wǎng)間互聯(lián)互通可以實(shí)現(xiàn)功能銜接的高效和平順，通過(guò)跨線運(yùn)營(yíng)減少部分乘客的換乘次數(shù)， 提高線路部分區(qū)段的利用效率，提升軌道交通的服務(wù)水平和效益。但是線路互聯(lián)互通需要滿足多項(xiàng)技術(shù)與管理?xiàng)l件，建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本增加，單線運(yùn)能受到影響，如圖1所示。因此，當(dāng)2條線路各自的客流需求遠(yuǎn)未達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)能，線路能力尚有富裕時(shí)，對(duì)于兩線換乘節(jié)點(diǎn)客流占比較大的情況，進(jìn)行互聯(lián)互通設(shè)計(jì)較為合適。

但當(dāng)不同層次的軌道交通線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相差較多或土建條件無(wú)法滿足互聯(lián)互通要求，亦或連通的經(jīng)濟(jì)性較差、嚴(yán)重影響線路系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以采用同臺(tái)換乘方式[12]。這種方式下兩線工程相互獨(dú)立，車站布置形式相對(duì)靈活，只需要滿足車站站臺(tái)平行設(shè)置的土建條件，同時(shí)根據(jù)兩線的預(yù)測(cè)客流以及發(fā)車間隔預(yù)留足夠的站臺(tái)寬度，在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中做好列車時(shí)刻表的協(xié)同，增加兩線列車的接續(xù)效率，但不影響各線自身的運(yùn)輸能力，也可以滿足主要客流方向的乘客快速換乘銜接。

5 結(jié)語(yǔ)

不同層次軌道交通線路之間的銜接關(guān)系影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，互聯(lián)互通看似是最直接的優(yōu)化方式，但需要根據(jù)實(shí)際情況具體分析連通的適用性。軌道交通之所以分為不同的層次，主要因?yàn)椴煌木€路輻射范圍和服務(wù)對(duì)象不同，需要采用不同的系統(tǒng)制式和運(yùn)輸組織模式滿足不同的出行需求。如果讓不同層次的軌道交通具備文中所述所有條件實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，會(huì)影響運(yùn)營(yíng)效率或者增加建設(shè)投資，并且也與軌道交通分層的初衷矛盾。因此，互聯(lián)互通適用于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較為相近且節(jié)點(diǎn)換乘客流量較大的線路，或者在各線能力沒(méi)有飽和的情況下，通過(guò)共線運(yùn)營(yíng)可以整合廊道資源，提高線路使用率的情景。根據(jù)目前我國(guó)軌道交通發(fā)展趨勢(shì)，城際鐵路和市域快線是最具備互聯(lián)互通條件的2張網(wǎng)，但也應(yīng)慎重考量連通需求，并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和體制等方面統(tǒng)籌考慮連通的必要性和代價(jià)。