杭州地铁1号线“Y”型线路运输组织相关问题研究（可编辑）

杭州地铁1号线“Y”型线路运输组织相关问题研究（可编辑） 杭州地铁1号线“Y”型线路运输组织相关问题研究 同济大学交通运输工程学院 硕士学位论文 杭州地铁1号线“Y”型线路运输组织相关问题研究 姓名:吕春娟 申请学位级别:硕士 专业:交通运输规划与管理 指导教师:徐瑞华;沈林冲 20080301摘要 摘要 随着我国经济的飞速发展,城市化进程的不断加快,城市交通状况日益恶化。 轨道交通以其运量大、快速、准时、无污染等优势,成为各大、中城市解决 城市 交通问题的首选。 随着城市轨道交通的不断建设和发展,逐步形成网络,而城市轨道交通网络 初步形成之后,尤其是连通型网络出现后,必将给列车运营组织提出新的课 题。 本文以杭州地铁号线为背景,研究了城市轨道交通“”型连通网络的运输组 织的相关问题。 本文研究城市轨道交通网络的结构与特点,给出了基于网络线路连接形式的 连通型和非连通型城市轨道交通网络的定义、分类及其特点;研究了影响列 车开 行方案的各种因素,运用概率论的方法分析了不同线路列车开行比例下网络 的通 过能力以及通过能力适应性问题。并以杭州地铁号线为背景,进行了列车开 行 方案的实证分析研究。 关键词: 连通网络、共线运营、列车交路、能力适应性, . 曲,。 . ,. . ‘‘”, ? , , , . . , . ..: , ,学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定, 同意如下各项:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前 提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名: ,矶年弓月 年解密后适用 经指导教师同意,本学位论文属于保密,在 本授权书。 指导教师签名: 学位论文作者签名:占群人~ 日 年 月 。埔阵弓月莎同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 躲髫地 。艚;月防蛔杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 绪论 .研究背景 自从年伦敦第一条地铁开通以来,城市轨道交通在世界范围内发展十 分迅速。世界上许多大城市纷纷建立了各自的快速轨道交通系统。历史资料表明, 第二次世界大战结束时,全世界只有座城市有地铁,而目前已有多个城 。很多大城市的地下都已构筑起 市建设了地铁系统,线路总长度超过了 一个上下数层、四通八达的地铁网。 城市轨道交通系统是一种大运量、快速、准时、舒适的客运交通系统,为缓 解城市交通拥挤、运输能力不足的问题提供了极为有效的途径,国外已建成轨道 交通系统的城市,其城市中心轨道交通出行比重东京%、纽约%、巴黎 %、伦敦%已经证明这一点。 随着社会经济的发展、城市规划建设的进行,城市轨道交通线网将进一步完 善,轨道交通的优势会得到充分的发挥,成为城市客运交通的骨干甚至主体,它 的重要地位和作用是其它交通方式无法替代的。 我国约有座城市归类为大城市,人口超过万,其中个城市人口超 过万。大城市的交通拥挤状况十分严重,既妨碍了城市经济的发展也影响了 社会活动的正常秩序以及居民的日常出行。大城市车流不畅、交通堵塞、严重污 染造成的经济损失,日益成为制约经济发展的重要因素,全国因城市交通不畅造 成的经济损失已达上千亿元。 为解决这些问题,贯彻执行“公交优先”的政策,大力发展快速、安全、洁 净、准时的大容量城市轨道交通系统已成为社会各界的共识。进入世纪,我 国首次将“发展城市轨道交通”列入国民经济第个五年计划发展纲要,并作 为拉动国民经济,特别是大城市经济持续发展的重大战略。 近年来,北京、上海、广州等城市先后建成“复八”线、上海一号线、上海 、、、、、、、号线及广州、、、号线等一系列轨道交通线路, 武汉、大连、南京的轨道交通线路也相继投入了运营。此外,杭州、深圳、长春、 沈阳、苏州、宁波、成都、西安等许多城市的城市轨道交通项目在建设和规划之杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 中。这么大规模的轨道交通工程,建成前需要运输组织规划,建成后需要高效的 运输组织,这都需要高效、合理的运输组织规划方案。 我国的城市轨道交通起步较晚,至今才有三十几年的发展历史。与国外城市 一百多年的城市轨道交通历史相比,无论从线网密度还是从承担的旅客运输量都 较低,世界几个大城市轨道交通所占公交的比重如图.所示。从图中可以看出, 当今世界的大城市和特大城市中,轨道交通已在公共交通系统中处于骨干的地 位。 图. 世界大城市轨道交通所占公交比重 从世界范围内城市轨道交通发展的历史看,欧美国家的城市轨道交通发展经 历了初始期、集中期和稳定期,目前进入了成熟期,轨道网络规模基本处于稳定 之中,增长缓慢。而我国与欧美国家的城市情况迥异,大多数城市轨道交通还处 于发展的初始期,北京、上海、广州等城市实力强、资金投入多,规划平均每年 轨道交通线路建设几十公里,步入了城市轨道交通的集中发展期。 杭州近几年来人口越来越密集、中心城区交通越来越拥挤,城市人口、机动 车数量快速增长,交通需求大大超过了道路系统的供给能力,建设大运量的城市 轨道交通系统是解决杭州城市公共交通问题的必然选择。 .问题的提出 杭州轨道交通的总体规划为:杭州轨道交通网络体系由条线路组成,总长 为公里,到年杭州地铁网有条线路,估算总投资在亿元。杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 年月 开工建设轨道交通一期工程,年底之前建成号线部分、号 线部分和钱江新城试验段,并争取开工建设钱江新城至东站交通枢纽号线部 分、至萧山国际机场号线部分连接线,形成杭州轨道交通骨干线路。在 年一年,建成号、号、号、号、号线和号线部分,形成杭 州轨道交通基本网络系统。而到年年,建成号线、号线、号 线,形成较为完善的轨道交通网络体系,成为杭州城市公共交通的骨干网络。 杭州地铁一期工程线路总长.,由地铁号线、地铁号线和地铁 号线部分线路组成。地铁一期工程中地铁号线长度为.公罩、,线路呈“’ 型,如图.。地铁号线一期工程东段长度为.公里,地铁号线钱江新城 地下空间连接工程.公里,总投资.亿元。一期工程自年一季度陆 续动工,预计 年底建成通车。地铁一期工程建成后,将初步形成轨道交通 网络。 图.杭州轨道交通网络规划 “”型网络结构具有强连通性,为树状连通型城市轨道交通网络。“”型的 轨道交通网络在我国的城市轨道交通网络中很少见,这种网络结构的列车运营组 织非常复杂,运营组织具有较大的难度,在我国缺少成熟的理论、方法和经验。 “”型线路的形式决定线路运营方案的多样性,部分车站形成共线运营,列 车运行相互影向火,同时列车交路及其组合方式多,运营组织具有较大的难度。杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 采用共线运营的方式,共线段通过能力将决定整条线路的通过能力,同时在共线 运营条件下,为最大限度地满足乘客需求和运营需要,线路和车站的相关配套设 施的优化配置也显得十分重要。 因此,为提高‘叩’型线路运营组织可靠性、运输能力和安全水平,满足市民 出行需要和提高服务质量,对杭州地铁号线的‘‘”型线路运输组织的研究十 分 重要和迫切。 .研究成果及文献回顾 从城市轨道交通形式出现到现在,国内外就城市轨道交通运输组织进行了大 量的研究。随着城市轨道交通建设的不断发展,关于列车编组方案、通过能力、 预测客运量以及现状客运量分析等方面逐渐成为了研究的热点。在城市轨道交通 运输组织方面,刘丽波刘丽波,陈立群.世界典型城市轨道交通环线的运营方 式分析】.城市轨道交通研究.:.分析了城市轨道交通环线运营的类 型分别对采用环线独立运营、共线运营和组合运营方式的几个典型城市的轨道交 通环线进行了剖析,指出其不同的特点。周建军周建军,顾保南.国外市域轨 道交通共线运营方式的发展和启示【.城市轨道交通研究.:.介绍了 国外轨道交通共线运营的概况。从制式分类方面可将共线运营方式分为不同投资 主体的线路共线运营,制式不同线路的共线运营,岔线形态的不同线路共线运营 三种,并分析了在市域轨道交通实施共线运营方式的利弊,还提出上海市域轨道 交通线路规划应充分考虑共线运营的可能性和适用范围。王振海王振海.欧洲 城市轨道交通及对中国的借鉴意义】.地铁与轻轨.:.介绍了巴黎地 铁 号线采用小编组、高密度的行车方式;维也纳号线列车采用节编组动 拖,但可根据需要解编为节,通过改变列车编组,加上调节行车密度可以适 应不同时期和不同时段客流量变化的需要,是提高城市轨道交通运行效率的有效 途径。袁博晖袁博晖,王英涛.针对断面客流量差异的行车组织适应性探讨【】. 城市轨道交通研究.:.从城市轨道交通的客流有小时客流不均衡和不 同区段上的断面客流不均衡两个特点入手,分析了改变行车组织方式的条件,并 对运营中如何采用灵活的行车组织方式以适应客运需求提出相应的方法,以节省 旅行时间为目标,建立了采用分站停车的行车组织方式满足乘客需求的数学模杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 型。针对莫斯科地铁的通过能力达到了对,东京地铁对,香港地铁近几年 花了亿港元资金改造信号设备,也只达到了对,梁广深梁广深.地铁设计 中几个热点问题的探讨】.城市轨道交通.:.研究了关于对通过能力 问题,并认为通过能力达对只是一个奋斗目标,还不是可以实现的实际生产 力。王印富王印富,雷厚志.城市轨道交通行车组织方法的探讨【】.铁道工程学 报.:.研究了在城市轨道交通建设前期按快车和慢车组织进行设计, 快车满足卫星城与卫星城以及与中心城之间旅客的出行需求,慢车满足沿线乘客 的出行需求的行车组织方法。陈浩然陈浩然.用于城市轨道交通的小编组高密 度列车运行方案【】.城市轨道交通.:剖析了我国城市轨道建设与运 营现状,提出采用最小列车运行间隔和最大行车密度,,,编组、高密度列车运 行方案,改进折返站线路布线,采用先进的信号系统等,可以缩小城市有轨交通 工程建设规模,为大幅度降低工程投资和运营开支创造条件。 目前上海三、四号线的共线运营方案徐瑞华,马兴峰,宋键.上海轨道交 通明珠线共线运营方案】.同济大学学报.年第卷第期:.可以为 本论文的研究提供一定指导,但由于上海三、四号线的线路特点,客流分析以及 线路功能定位的不同,与杭州地铁号线的运输组织方案又存在很大的不同。对 于‘‘”型线路的城市轨道交通网络还没有形成完整的系统理论与方法体系。 .研究内容及研究意义 对于‘叩’型线路的运营组织优化以及相关配套设施适应性的研究,一方面我 们要研究在已经设计和建设的基础设施的条件下,合理可行的运营组织方案及其 设施过程中可能存在的薄弱环节和应对措施;另一方面,要从未来杭州城市 轨道 交通网络形成后,满足客运需求、具有可操作性的网络运营方案,在此基础上, 进一步从满足运营需要的角度出发,深入研究相关配套设施的适应性以及改进、 预留和建设方案。 本研究成果将为未来杭州地铁号线的运营提供具有可操作性的“”型线路 运营组织方案,将在理论和方法上填补我国‘‘”型线路运营组织方面的空白。因 此本项目的成果具有重要的理论和实践意义。 通过对运输组织方案的研究,还可以在建设期与设计阶段对线路的线路配杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 置、信号制式、列车编组等方面的优化提供重要的参考。 满足“,’型运营组织的相关配套设施改进、预留和建设方案研究成果,对未 来的运营组织的顺利进行将提供保证,同时对有关部门合理规划和控制用地、减 少重复建设等都将起到极为重要的指导作用。 本论文的研究成果可以充实我国城市轨道交通复杂网络的运输组织理论与 方法,同时本文的研究结论对杭州地铁的规划设计,杭州地铁号线的信号配置、 线路配置等方面具有重要的理论指导作用,另外,本论文的研究可以对地铁 号线开通后运输组织方案的制定具有实际的参考价值。 杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 城市轨道交通的网络结构 城市轨道交通系统是指服务于城市客运交通,通常以电力为动力,轮轨运行 方式为特征的车辆或列车与轨道等各种相关设施的总和。根据基本技术特征 的不 同,轨道交通系统主要有地铁、城市铁路、轻轨、独轨及新交通系统等多种 模式, 可以建在地上、地下和架在空中。 .城市轨道交通系统主要设备 .线网及车站 线网是城市轨道交通服务网络的基础,车站则是对外服务的“窗口。 我国的城市轨道交通线钢轨钢轮系统一般设计为双线,上下行分线行驶, 正线及辅助线多采用号单开道岔。 .车辆及车辆段 城市轨道交通系统各线采用的车辆类型虽然有差别,但都有以下两个共同特 点:列车由电动车组成,采用电力牵引方式;车辆有动车和拖车之分。 城市轨道交通车辆段停车场是车辆运用、停放、检查、整备、检修和管 理的场所。为提高效益和统一管理,常将综合维修中心、材料总库和培训中 心与 车辆段建设在一起,形成综合维修基地。 .通信系统 城市轨道交通通信系统是一个可靠性高,独立而完整的行车指挥内部专用通 信网,它包括调度指挥通信系统、公务数字电话交换系统、闭路电视监控系 统、 无线通信系统以及车站广播系统等。 .信号系统 信号系统是保证列车运行安全和提高线路通过能力的重要设备。城市轨道交 通信号采用了现代信号系统,其主要特征是采用了列车自动控制系统,。由于 与通过能力关系密切,这里作一简单介 绍。 系统组成 当前系统一般包括三个子系统: 杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 ?列车自动监控系统 ,,主要作用是监督 列车运行状态,实现列车运行管理自动化; ?列车自动防护系统 ,,主要作用是实现 列车的间隔控制,超速防护和进路的安全监控,保证列车安全; ?列车自动运行系统 ,,主要完成站间自 动运行和定位停车,并能接收控制中心的运行调整指令,实现列车运行自动 调整, 适应列车高速、高密度运行的需要。 三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统,可以保证行车安全,提高运行 效率,缩短行车间隔,提高通过能力。 不同闭塞方式的系统 系统按闭塞方式可分为以下三种: ?固定自动闭塞:指基于轨道电路的固定自动闭塞方式的系统。闭塞 方式一旦划分将固定不变,列车以闭塞分区为最小行车间隔,列车速度采用台阶 式速度分级控制,如上海地铁一号线; ?准移动闭塞:采用报文式数字轨道电路,辅之环线或应答器,动态传递信 息,信息量大,可靠性高,列车仍以闭塞分区为最小行车间隔,列车速度采用速 度一距离模式曲线控制,如上海地铁二号线和三号线; ?移动闭塞:线路不再固定划分闭塞分区,列车间隔是动态的。采用先进的 地一车双向移动通信,通过地面交叉感应线缆,应答器等车载设备传递信息。列 车速度采用速度一距离模式曲线控制,如广州地铁三号线。 过渡信号系统 我国城市轨道交通新线实践中,在信号系统尚未安装、调试完成之前, 有时在试运营过渡期采用临时信号系统即过渡信号。当前的上海地铁三号线即为 此例。其系统构成有如下特点: ?列车的运行组织采用调度集中; ?车站行车值班员办理闭塞,按人工排列进路方式开通进路、接发列车及显 示信号; ?采用双区间闭塞法,即两个闭塞区间内只允许一列车运行,列车运行间隔 较长。杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 .供电 城市轨道交通设立独立的供电系统,一般有集中式、分散式和混合式三种供 电方式。对于集中式供电,主要设备有主变电所、牵引供电系统、动力照明 配电 系统、牵引网系统、电力监控系统等。 .环控系统 为保证城市轨道交通具备良好的乘车环境,特别是为保证地下线的正常运营 和安全,需要设立完善的环控系统,包括通风与空调系统。 .给排水及消防系统 一般利用城市的上下水系统,建立轨道交通必备的给排水及消防系统。 .自动售检票系统 由计算机集中控制轨道交通各站的自动售票,自动检票,实现票务管理、财 务管理,客流量统计分析的自动化管理。 .防灾报警系统和设备监控系统,对轨道交通可能发生的灾害与环境质量进 行 自动监视与控制。 .城市轨道交通网络基本结构形态 城市轨道交通系统网络从广义上讲,是由上述各种轨道交通线路组织的综合 性整体网络。从整体网络形式看,其形态多种多样,与各自的城市结构相互适 应 又相互影响。轨道交通网的规模与形态虽然各不相同,但其基本结构形态可归纳 为种不同运输特性的类型,如图.所示。 .星形结构是指线网中所有线路只有一个交点的结构,如图.。其唯 一的换乘站多位于市中心的客流集散中心,如德国的汉诺威城市轨道交通系统 图. 。这种结构由于所有的线路都通达市中心,市郊与市中心的联系便利, 所有线路问都可以实现直接换乘,是换乘次数最少的一种形式。但同一换乘站上 客流过于集中,换乘客流间相互干扰也大,容易引起混乱与拥挤。而且市郊之间 的联系不便,必须经过市中心换乘。 .树状结构是指条线路只有.个交叉点且在网络中没有网格的结构, 形同树枝状,如图.。这种结构连通性差,线路问换乘不便,多数线路问至 少要换乘次才能实现互通。这种线路上客流分布不均,同一线路上换乘站之间 杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 的路段因为担负着大量的换乘客流,客流量明显比换乘站外侧路段为高,给线路 的行车组织带来困难。如美国亚特兰大市轨道交通系统图. 。 星形结构 树状结构 栅格网状结构 \ / 一 ? \\. 放射网状结构 放射.环状网状结构 图. 城市轨道交通线网的五种基本类型 .栅格网状结构是指线路至少条大多成平行四边形交叉、所构成的 网格多为四边形的线网结构,形同棋盘,如.。这种结构的线路在中心城内 分布比较均匀,结构连通性好,乘客换乘的选择较多,线路平行分布,能提供很 大的输送能力,线路和换乘站上的客流分布得比较均匀。但平行线路之间的换乘 至少需两次,而且由于没有通达市中心的径向斜线,市郊到市中心的出行不便, 。 如日本大阪城市轨道交通系统图. .放射网状结构是指线路至少条多为径向线,且线路交叉所形成的 网格多为三角形的路网结构,如图.。线路在市中心区发生三角形交叉,市 中心线路和换乘站密集而均匀,网络连通性好,乘客换乘方便。这种结构各个方 向都有线路通达市中心区,市郊到市中心的出行方便,缺点是市郊间发生联系时 。 必须到市中心的换乘站换乘,如德国汉堡城市轨道交通系统图. .放射.环形网状结构是在放射网状结构的基础上增加环线而形成的路网结 构,如图.,常见于一些规模很大的系统,如莫斯科图. 、巴黎、东 京等。这种结构具有放射网状结构的全部优点,环线与所有径向线都能直接换乘, 整个网络的连通性更好,线路问换乘更方便,而且能有效地缩短市郊间乘客利用 轨道交通出行的行程和时间。 杭州地铁一号线“”型线路运输组%关问题研究 汉诺威 亚特兰大 大阪 汉堡 莫斯科 图. 国外部分城市轨道交通系统杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 .非连通型城市轨道交通网络 在城市轨道交通网络中,采用不同技术设备和运输组织方式的轨道交通线路 之间往往具有相对的独立性,而在采用相同技术设备和运输组织方式的线路中, 则存在相互连通的可能性。据此,文献将城市轨道交通网络分为连通型和非 连通型两种结构。 非连通型城市轨道交通网络是指由不同技术设备条件和采用不同运行组织 方式的轨道交通线路所组成的城市轨道交通网络。由于这些不同的轨道交通 线路 相对独立,相互之间不存在直接联系,列车不能跨线运行,而采用分线独立运行。 在非连通型城市轨道交通网络中,不同线路上的列车独立运行,相互之间不 存在交叉干扰,这种能力研究较为简单,在本文不作详细讨论。在下文中如无特 别说明,所有的轨道交通网络均指连通型轨道交通网络。 .连通型城市轨道交通网络 连通型城市轨道交通网络是指由相同技术设备条件和采用相同运行组织方 式的轨道交通线路所组成的城市轨道交通网络。这些轨道线路通过联络线在交汇 站相互接轨,线路之间存在直接联系,列车可以跨线运行。 根据连通型城市轨道交通网络的线路形式,可进一步将连通型城市轨道交通 网络分为树状、环状连通型城市轨道交通网络。 ..树状连通型城市轨道交通网络 图.为一树状结构的连通型城市轨道交通网络的线路结构示意图。图中、 、、为线路的接轨站,.、.、.、.分别在接轨站、、与线路. 接轨,在接轨站与线路.接轨。在这样的连通型网络上,若列车采用在 共线段上共线运行,则、、往方向的客流无需换乘,即可到达目的 地;而、、、往方向的客流也无需换乘,即可到达目的地。杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 图.树状连通型城市轨道交通网络结构示意图 图.是美国亚特兰大市的轨道交通线网平面图,从图中可以看出,该线网 结构属于典型的树状连通型网络结构。该网络两端四条线路分别连接不同的城市 小区,两端旅客出行均不需换乘即可到达市中心或另一端所连接的城市区域。 图.亚特兰大城市轨道交通线网平面图 ..环状连通型城市轨道交通网络 图.环状连通型城市轨道交通网络结构示意图 图.所示为环状结构的城市轨道交通网络的线路结构示意图。图中、杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 为线路的接轨站,.、.分别在这些接轨站与环线接轨。在这样的连通型轨 道交通网络上,若列车采用在环线上部分区段如左半环共线运行,则共线运 行区段到非共线区段如右半环和两条尽头线的客流可通过环线上共线运行的 列车,无需换乘,即可到达目的地。 图.是上海轨道交通号线和号线组成的轨道交通线网平面图,从图中 可以看出,该线网结构属于典型的环状连通型网络结构。 图.上海轨道交通、号线网平面图 .国内外城市轨道交通网络特点 城市轨道交通与城市的发展关系非常密切,轨道交通在促进大城市卫星城发 展和加强与卫星城之间联系方面具有巨大的优势。而建设过多的穿越市中心的轨 道交通线路投资大、难度高,而且还会对城市中心的建设与发展造成影响。因此, 大多数城市在发展轨道交通的过程中,会逐步形成部分轨道交通线路相互连通, 列车在部分区段共线运行指在连通型城市轨道交通网络中,组织不同线路上的 列车通过接轨站运行,形成不同线路运行的列车跨线运行,并在部分线路的部分 区段共线运行的方式,这样既能满足市民出行的需求,而且由于共享设施和资 , ,汉堡图. 源,还能节省建设投资和运营成本,如德国汉诺威图. 美国的亚特兰大图.等。 杭州地铁的号线的“”型结构具有强连通性,属于树状连通型城市轨道交 通网络。 “”型线路的形式决定线路运营方案的多样性,部分车站形成共线运 营,列车运行相互影响大,同时列车交路及其组合方式多,运营组织具有较大的 杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 难度。采用共线运营的方式,共线段通过能力将决定整条线路的通过能力,为最 大限度地满足乘客需求,运输组织就显得十分重要。杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 列车开行方案理论研究 .影响列车开行方案选择的因素 ..列车编组 根据对国内外城市轨道交通线路列车开行方案现状的分析,列车编组大致有 以下三种情形:大运量快速轨道交通线路,高峰小时最大断面客流在万人以上, 采用辆以上编组;中运量快速轨道交通线路,高峰小时最大断面客流在 万人间,采用辆编组;小运量快速轨道交通,高峰小时最大断面客流在 万人以下,采用辆编组。我国大部分地铁线路在运营初期选择辆编组, 而一些轻轨线路则因为客流较小,选择辆编组。 应该指出,从国外的城市轨道交通列车编组情况看,存在编组辆数逐渐增加 的趋势。究其原因,除为了适应客流增长外,还有提高乘座舒适度方面的考虑。 例如,东京地铁列车编组辆数由辆增加到辆、辆、辆、辆和辆;汉 城地铁列车编组辆数由辆增加到辆、辆等等。 、确定列车编组的主要依据 确定列车编组涉及的因素包括:客流分布特征、列车开行间隔、车辆选型、 站台长度、车辆使用经济性、日常列车运行组织和乘客服务水平等。列车编组辆 数确定的主要依据是高峰小时最大断面客流量、高峰小时开行列车数或列车 开行 间隔和车辆定员人数等,计算公式如下: 聊:?鳖 ~ ,高峰车 式中 一列车编组辆数辆: 。。一高峰小时最大断面客流量人; ‰峰一高峰小时开行列车数列或对; 杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 生一车辆定员人。 客流分布特征 由于列车编组大小是影响运输能力的主要变量之一,因此列车编组必须适应 客流量的状况。从这个意义上说,客流分布特征是影响列车编组的主要因素之一, 根据不同的客流条件可以考虑采用不同的列车编组方式。 ?固定编组 固定编组是指列车在运营时间内采用相同辆数的列车编组方式。在线路的分 时最大断面客流比较均衡的情况下,一般应考虑采用固定编组方式。在线路的分 时最大断面客流不均衡程度较大的情况下,如果线路的客流量较小,也可考虑采 用编组辆数较少的固定编组方式,这样可使非高峰时间的行车间隔不至于过大而 降低对乘客的服务水平。 ?大小混编 大小混编是指列车编组在高峰小时采用大编组、非高峰时间采用小编组的列 车编组方式。在线路的分时最大断面客流不均衡程度较大的情况下,为提高车辆 满载率,还可考虑采用大小混编的编组方式。例如,在高峰小时采用节编组列 车,在平峰时段采用节编组列车。这种列车编组方式存在列车需要重新编组、 解体的问题,增加了日常运营组织的复杂程度。 列车开行间隔 在需要运输能力一定的情况下,列车开行间隔与列车编组大小存在相互制约 的关系,列车开行间隔直接决定列车编组辆数。为完成同样的运能,在列车开行 间隔较小,即单位时间内开行列车数较多时,列车编组可以小些;而在列车开行 间隔较大,即单位时间内开行列车数较少时,列车编组则应大些。但是,列车开 行间隔的缩短受到最小和最大的列车开行间隔的制约,因此列车编组大小的调整 也是有条件的。 ?最小列车开行间隔 最小列车开行间隔是追踪列车间隔时间与最小折返出发间隔时间的较大值, 即瑟,折,最小列车开行间隔取决于列车运行控制方式、停站时间标 准、列车折返设备及折返方式的影响。 在客流量比较大的情况下,列车折返能力往往会成为限制最小开行间隔的环 杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 节。表.的数据表明:在典型的站前折返站或站后折返站,最小折返出发间隔 时间均大于追踪列车间隔时间,并随着列车编组辆数的增加而更为明显。因 此, 最小列车开行间隔的缩短通常会受到列车折返能力的限制。 表. 不同列车编组时的追踪列车间隔和折返出发间隔时间 列车编组辆数辆 追踪列车间隔时间 最小站后折返出发间隔时间 最小站前折返出发间隔时间 ?最大列车开行间隔 由于列车开行间隔直接影响乘客的候车时间,关系到城市轨道交通系统对乘 客的服务水平。因此,对于列车开行间隔应确定一个上限。一般而言,位于市 区 段的轨道交通线路的列车开行间隔,在高峰小时不宜超过分钟,在平峰时段 不 宜超过分钟。 在上述最小和最大的列车开行间隔范围内,根据客流的空间分布特征确定合 理的列车开行间隔,进而确定列车编组辆数。 车辆选型 车辆定员也是影响列车编组的主要因素之一。在需要运输能力及开行列车数 一定的情况下,列车编组辆数与车辆定员成反比关系。 目前我国轨道交通线路使用的客车有型车、型车和型车三种,每车额 定载客量分别为、和人,每车超员载客量分别为人、和 人。在不同的运输能力需求、以及小时开行列车数分别为或对时,三种车 型的列车编组辆数见表.。 表.各种车型编组辆数与运输能力的关系 运输能力人次/小时 列车编组辆 对/时 对/时型 杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究型 车. 型 车 根据线路客流量的不同,目前国内大部分地铁线路采用型、型车,如上 海地铁、、号线和广州地铁、号线;轻轨线路采用型车或型车,如 大连轨道交通号线采用的是型车,上海轨道交通号线采用的是型车。 、列车编组对线路建设、运营的影响 列车编组辆数是轨道交通线路设计的主要参数,由此确定车站长度、供电和 通风设备的容量、系统的运输能力,以及检修车库的长度等。列车编组辆数 的合 理性既关系到快速轨道交通系统设计参数、建设成本,也关系到轨道交通线路开 通后的运营成本,以及对乘客的服务水平。 对车站建设规模的影响 在设计轨道交通车站规模时,远期列车长度是确定站台有效长的主要因素。 此外,在列车编组辆数较多时,要求车站规模增大,从而要求供电和通风设备的 容量也相应增大。 对检修车库长度的影响 远期列车编组辆数是确定检修车库规模的主要参数,检修车库的长度应满足 远期列车长度的要求。 对车辆使用经济性的影响 不同的列车编组对车辆使用的经济性有不同的影响。在客流量一定的情况下, 采用小编组列车可以在客流的高峰小时和非高峰时间以不同的开行间隔运行,这 样可以在保持一定服务水平条件下提高车辆的载客率。但由于增加了列车开行密 度,会使带司机室车辆及车载信号系统,以及乘务组的数量有所增加。采用大编 组列车,车辆的满载率在运营非高峰时间内一般较低。 对列车运行组织的影响 杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 在客流需求与车辆选型一定的情况下,列车编组辆数与列车开行对数成反比 关系。由于列车密度与列车运行调整和通过能力适应性有密切关系。在小编组、 高密度行车的情况下,为了保证列车运行安全及调度指挥的高效,对列车运行控 制系统有更高的要求。此外,由追踪列车问隔时间的分析计算可知,列车的长度 也是一个影响线路通过能力的变量。 对车站作业组织的影响 在采用大编组列车的情况下,列车到站下车人数较多,要求车站的通道、升 降设备和出站检票机,以及环控设备等具有较高的通过能力或容量。 对乘客服务水平的影响 前已提及,在客流量与车辆选型一定时,列车编组辆数的增加会减少列车开 行对数,从而延长列车开行间隔、增加乘客候车时间、降低对乘客的服务水平。 因此,在线路运营初期、客流量不大的情况下,可以考虑采用小编组、高密度的 列车开行方案,缩短非高峰时间的乘客候车时间。 ..列车交路 在列车开行方案中,列车交路规定了列车的运行区段、折返车站和按不同列 车交路运行的列车对数。在线路各区段客流量不均衡程度较大的情况下,采 用合 理、可行的列车交路组合,能在不降低服务水平的前提下提高车辆运用效率,避 免运能虚靡,使运营组织做到经济合理。 列车行车交路的设计总体性很强,涉及到客流及其分布、车站站位、车辆段 及综合维修基地等诸多因素。由于各区间断面客流量一般是不均衡的,个别线路 甚至相差很大,因此,应视线路的具体情况采用不同的交路形式,以提高列车和 车辆的运用效率,降低运营成本,避免运能虚糜,同时给乘客带来方便,列车交 路形式主要有单一交路和特殊交路两种形式。 一、单一交路 全线单一交路模式是指列车在线路的两个终点站间运行,为全线提供服务。 这种交路模式列车运行组织简单,对中间折返设备要求不高,适用于全程客流均 匀、无明显客流断点的情况,全程的所有区段运能的浪费情况不大。常规的全线杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 单一交路模式和有支线的全线单一交路模式如图.和图.所示。 图.全线单一交路模式 图.有支线情况下全线单一交路模式 二、特殊交路 特殊交路又可分为混合交路和衔接交路两种。 .混合交路 混合交路组合的模式是指线路上大小交路并存的形式。这种组织方案既能满 足运输需求,又能提高运营效益,适用于各区段客流量不均衡程度较大、有明显 客流断点的情况。但这种大小交路组合的形式实际运输组织的难度较大,运输能 力也会有所降低。因此交路的数量应该适当控制,否则会给列车运行组织、乘客 等候时间、运输能力利用等方面带来不利之处,几种大小交路组合的模式如图 .~图.所示。 图.大小交路组合的模式 图.多种组合情况并存的人小交路组合模式 杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 图.有支线情况下的大小交路组合模式 .衔接交路 相互衔接的小交路模式是指列车在线路的某一区段内运行,在指定车站折返, 它可为某一区段旅客提供服务,能够适应不同客流区段的运输需求,运输组织方 便,运营比较经济,但要求中间折返站具备两个方向的折返能力和方便的换乘条 件。从乘客的角度看,部分长距离出行的换乘次数有所增加,乘客服务水平有所 降低。相互衔接的小交路模式如图.所示。 图.相互衔接的小交路模式 混合交路列车开行方案既能适应不同客流区段的运输需求,又能减少车辆运 用、提高运营效益。因此,在线路各区段客流量不均衡程度较大的情况下可以考 虑采用以长交路为主、短交路为辅的混合交路,组织列车在线路上按不同的密度 行车。如果线路上运营高峰期间的客流分布比较均匀、而非运营高峰期间客流分 布相差悬殊时,也可以在非运营高峰期问采用混合交路列车开行方案,组织开行 部分在中间站折返的短交路列车。采用混合交路的关键是共线运行区段的线路通 过能力是否适应。此外,采用混合交路时的行车组织比较复杂,以及因为乘客需 要查看列车终到站信息显示和在中间折返站换乘,给部分乘客带来不便。 在线路各区段客流量不均衡程度较大的情况下,不同的列车交路方案对运营 的经济合理性,以及对乘客的服务水平有不同的影响。 对车辆运用的影响杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 如采用单一交路,又按较大客流区段的客流量安排运能,则客流量较小区段 的列车满载率就会较低;如采用特殊交路,分别按不同客流区段的客流量安排运 能,则各客流区段的列车满载率均会较高。因此,采用特殊交路可以减少车辆的 运用和日车走行公里数,提高运营的经济合理性。 对通过能力的影响 与采用单一交路比较,采用特殊交路通常会使线路通过能力产生一定的损失, 它们包括:采用衔接交路时,因为中间站折返能力不足引起的线路通过能力损失; 或者是采用混合交路时,为了保证大小交路列车的追踪间隔时间而引起的线路通 过能力损失。 对服务水平的影响 与采用单一交路比较,一般认为:采用特殊交路会引起乘客服务水平的下降, 它们表现在:采用衔接交路时,部分跨区段出行的乘客需要在列车交路的衔接车 站换乘,增加了出行时间;如果是采用混合交路,部分必须乘坐长交路列车的乘 客会增加候车时间,从而增加了出行时间。应该指出,采用特殊交路对乘客服务 水平影响的程度,关键是取决于跨区段出行乘客和必须乘坐长交路列车乘客 的数 量及其占总客流的比例。此外,在混合交路与特殊停站方案结合采用时,乘客服 务水平下降的情况可以得到改善。 、列车交路方案比选分析 列车交路方案比选时考虑的因素如下: 客流的空间分布特征 对客流的空间分布特征进行分析是列车交路方案比选的基本依据。只有在线 路各区段客流量分布不均匀时,才有必要在单一交路和特殊交路方案中进行比选; 而在线路各区段客流量分布比较均匀时,一般应该选用单一交路方案。 线路各区段客流量分布不均匀仅仅是采用特殊交路方案的必要条件,而不是 充分条件。鉴于采用特殊交路方案会使部分乘客增加出行时间,因此需要根据站 问客流数据中跨区段出行乘客或必须乘坐长交路列车乘客数据计算出乘客增 加的出行时间,在乘客出行时间增加较大时,一般还是应该选用单一交路方案, 以保证一定的对乘客的服务水平。 通过能力与折返能力杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 在采用衔接交路方案时,双方向列车在同一中间站折返,中间站折返能力能 否适应是采用该方案的充分条件之一。同样,在采用混合交路方案时,长、短 交 路列车需要共区段运行,共线运行区段的通过能力能否适应是采用该方案的充分 条件之一。 投资费用与运营费用 与采用单一交路方案比较,采用特殊交路方案能减少车辆运用和减少日车走 行公里数,从而在完成相同客运量的前提下降低运输成本,提高经济效益。但由 于采用特殊交路方案需要在中间站铺设折返线、道岔和安装信号设备,因此也会 增加投资费用及日常维护费用。 运输组织的复杂性 由于列车分成不同的运行交路并在中间站折返,以及需要加强站台上乘客乘 车向导的服务,特殊交路方案的运输组织要比单一交路方案复杂。此外,在采用 特殊交路方案时,中间折返地点的选择也是运输组织中需要考虑的问题。中间折 返地点一般是选择在断面客流出现明显落差的车站,但由于这些车站的到达客流 较大,乘客下车作业稍有延误就会影响列车晚点,因此,中间折返地点的选择需 要综合考虑以下因素:首先是为解决中间站折返能力的不足,可考虑将不同 列车 交路的折返站错开设置;其次是为缩短折返作业间隔时间,可考虑将中间折返地 点设置在断面客流出现明显落差的前方车站。 ..客流特征 在轨道交通线路列车开行方案组成要素中,不同编组方案的选择确定,主要 与小时客流分布不均衡有关,并且通常是在线路运营的初、中期,客流未接近或 达到设计客流量时;不同交路方案的选择确定,主要与断面客流分布不均衡有关。 因此,要确定可供比选的列车开行方案,首先应分析清楚线路的客流分布特征。 城市轨道交通线路上的客流是动态流,它因时因地而变化,这种变化归根结 底是城市社会经济活动和生活方式,以及轨道交通系统本身特征的反映。客流分 析的核心是分析客流在时间和空间分布方面的不均衡性。客流的时间分布不均衡 分析包括:一日内小时客流不均衡分析、一周内全日客流不均衡分析和季节性或杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 短期性客流不均衡分析等。客流的空间分布不均衡分析包括:上下行方向客流不 均衡分析、各个断面客流不均衡分析、各站进出站客流不均衡分析和站问客 流分布分析等。 客流的时间分布特征分析 客流时间分布特征分析的重点是小时客流分布的不均衡。轨道交通线路小时 客流的分布是由人们的生活节奏和出行特点决定的,通常是夜间少,早晨渐 增, 上班和上学时达到高峰,午间稍减,傍晚因下班和放学又是高峰,此后逐渐减 少, 午夜最少。反映轨道交通线路分时客流不均衡程度的系数可按下式计算: 口,粤 ?,/ 式中 。一单向分时客流不均衡系数; 一一单向最大断面客流量人; 一单向分时最大断面客流量人; 日?全日营业小时数个。 单向分时客流不均衡系数,的值大于,,值趋向于表明单向分时客流分 布比较均衡;。越大表明单向分时客流分布越不均衡。当。?时,表明单向分 时客流的不均衡程度比较大。 轨道交通客流的空间分布特征分析 在轨道交通线路上,由于各个车站乘降人数的不同,线路上各个区间的断面 客流通常各不相同,线路上各个客流区段的断面客流甚至相差悬殊。反映轨 道交 通线路单向各个断面客流不均衡程度的系数可按下式计算: 口:粤 ?,/ 式中 ,一单向断面客流不均衡系数; ,一单向断面客流量人; 一单向全线断面数个。 单向各个断面客流不均衡系数,的值大于,,值趋向于表明单向各个断杭州地 铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 面客流分布比较均衡,,越大表明单向各个断面客流分布越不均衡。当,?时, 表明单向各个断面客流的不均衡程度比较大。 ?站间客流分布特征分析 站间客流分析是在各区段断面客流分析的基础上进行的。在线路上各个 客流区段的断面客流不均衡程度较大时,站间客流分析的重点是:各个客流 区段内各站发、到客流分布特征,以及不同客流区段间各站发、到客流分布 特征。 就确定一条线路的列车开行方案而言,可根据该线路具体的客流特征和站线 设备条件、以及系统希望达到的服务水平和成本指标,在可供比选的列车开 行方 案中进行优选。 .通过能力适应性分析 ..通过能力概念 轨道交通的通过能力是指在采用一定的车辆类型、信号设备和行车组织方法 条件下,轨道交通系统线路的各项固定设备在单位时间内通常是高峰小时所 能通过的列车数。 这里所说的轨道交通的通过能力的能力主体实际上是线路。 当轨道交通网络形成时,孤立地研究点车站或线线路,或点线点车 站一线路一车站系统的能力局限性较大,对整个网络的运输组织安排也没有指 导意义,所以从宏观和系统的观点讲,“轨道交通通过能力应该是轨道交通网络 系统的总体通过能力,而不是指组成路网各子系统的通过能力,即不是指点子系 统的通过能力,也不是指点线点直线子系统的通过能力。 在连通型的城市轨道交通网络中,由于其网络特点:各轨道交通线路之间接 轨点多,线路辅助线设施配置完备,车辆及机电设备制式相同或相容,往往采用 部分区段共线运营的方式。在采用共线运行时,整个网络系统的能力取决于共线 段的通过能力,若网络中存在多个共线区段时,则网络通过能力取决于其中通过 能力最小的共线区段。杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 通过能力主要按照下列固定设备进行计算: 车站、线路。其通过能力主要取决于信号系统的构成,车辆运行控制方 式,车辆的性能,进、出站线路的平、纵断面情况,列车停站时间标准和行车组 织方法等。 列车折返设备。其通过能力主要决定于车站折返线的布置方式,信号和 ‘联锁设备的种类,列车在折返站停站时间标准,以及列车在折返站内运行速度。 车辆段设备。其通过能力主要决定于车辆的检修台位、车辆停留线等设 备的数量和容量。 供电设备。其通过能力主要决定于牵引变电所的座数和容量。 根据以上各项固定设备计算出来的通过能力可以是各不相同的,其中能力最 小的设备限制了整个系统的通过能力,该项设备的能力即为系统的最终通过能力。 在各项固定设备中,限制通过能力的固定设备通常是车站、线路和列车折返 设备。 ..线路通过能力 计算线路通过能力的一般公式为 一// 式中:疗瑚厂线路在小时内能够通过的最大列车数列 ??最小车站列车间隔时间 在城市轨道交通系统中列车间隔时间是指追踪运行的两列车间的最小允许间 隔时间,是从一列车头部到另一列车头部计算确定的。 从原理上,列车间隔时间应该根据区间和车站两种不同的条件分别计算。但 是轨道交通线路通常采用双线,列车在区间追踪运行。为节省建设成本和建设难 度,车站一般不设配线,列车在正线上办理客运作业。所以,列车停站时间成为 限制线路通过能力的主要因素之一。因此计算固定设备通过能力和车站通过能力杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 时,没有必要去分别计算区间通过能力和车站通过能力,而应把区间和车站看成 是一个线路整体予以综合分析。 ..折返设备通过能力 列车折返设备通过能力应按不同的列车折返方式分别进行计算。根据车站折 返线布置的不同,列车折返方式有站前折返和站后折返两种。站后折返是列车利 用站后尽端折返线进行折返,站前折返是列车经由站前渡线进行折返。计算列车 折返设备通过能力的一般公式为: ‰% 式中: 折返??车站折返线在小时内能够进行折返作业的最大列车数列 广折返列车在折返站的最小出发间隔时间,决定于采用的信号 系统、折返列车、折返线长度及折返作业方式等。 一、终点站折返 一站前折返 列车站前折返过程如图.所示侧进直出:上行到达列车进站,停靠下 行正线;列车由车站正线进入折返线,预办调车进路;列车从折返线驶入下行 正线。 ??土下符 图.站前折返列车折返作业过程 当采用站前渡线折返时,当进站列车位于进站位置外方确认信号距离处时即 能进入下行车站正线,此时有最小的折返列车出发间隔时间,如图.所示。 站前折返最小出发间隔时间计算如下: ,发确认进站站离去作业杭州地铁一号线“”型线路运输组织相关问题研究 式中:认??司机确认信号时间 进站??列车从进站位置处至车站正线的走行时间 站??列车停站时间 膏去??出发列车驶离车站闭塞分区的时间 作业??车站为进站列车办理接车进路的时间,包括道岔区段进路解锁延 迟时间、排列迸路时间和开放调车信号时间 二站后