广州地铁21号线快慢车越行运行图规划实例分析

徐 意

(中国铁道科学研究院通信信号研究所,100081,北京∥副研究员)

广州地铁21号线快慢车越行运行图规划实例分析

徐 意

(中国铁道科学研究院通信信号研究所,100081,北京∥副研究员)

以广州地铁21号线快慢车越行运行图规划为实例,提出了越行运行图规划的策略和基本方法。通过具体的编图实践展示了快慢车不同开行比例及密度条件下的越行方案,并对运行图规划的结果进行了总结和分析。编图结果证明了快慢车越行方案的可实施性,也从实践上证实了越行运行图的规划策略,解决了具体的工程规划及设计问题,可为行车组织设计及方案决策提供依据。

广州地铁; 运行图规划; 快慢车; 越行

Author′s address Signal & Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences, 100081,Beijing,China

广州地铁21号线(以下简为“21号线”)是连接广州中心城区和增城区的跨区快线,线路长61.6 km。该线路是典型的市域快线,定位为解决市域内不同行政区之间的中长距离客运交通干线,线路最高运行速度120 km/h,运营组织拟采用快慢车混合运行模式。目前国内以快慢车混合运营模式开通的城市轨道交通线路较少,国内外公开发表的快慢车运行模式研究主要基于理论的分析,较少有针对具体线路的快慢车越行方案的介绍。本论文以21号线的运行图规划为实例介绍了快慢车混行模式下的越行运行图的规划方法,通过具体的编图实践展示了快慢车不同开行比例及密度条件下的越行方案,从实践上证实了越行运行图规划策略,并对运行图规划的结果进行了总结和分析。本文从理论结合实践的角度提出了越行运行图的编制方法,解决了具体的工程规划及设计问题,为设计人员进行类似越行运行图编制提供参考方法,同时分析了不同快慢车开行比例及密度的条件下对越行站的设置的要求,为行车组织设计及方案决策提供现实依据。

1 项目概况

1.1 基本情况

21号线所用列车长度为120 m，常用制动减速度为0.6 m/ s2;0～50 km/h速度区间的平均加速度为0.9 m/ s2,0～120 km/h速度区间的平均加速度0.5 m/ s2。

21号线正线土建限制列车最高运行速度为120 km/h,瞬间速度可超过120 km/h,但不得超过125 km/h;站台区的土建限制列车最高速度为80 km/h,越行站快车过站不限速。正线及辅助线9号曲线尖轨道岔直向限速为120 km/h,侧向限速为35 km/h;12号曲线尖轨道岔直向限速为120 km/h,侧向限速为50 km/h。

1.2 停站要求及越行站设置

慢车在每个车站停靠。在越行车站(神州路站、水西站、金坑站、中新站及象岭站)慢车停靠在侧向站台。快车在快车停靠站(员村站、天河公园站、棠德站、棠站东、黄村站、世界大观站、暹岗站、镇龙站、朱村站及增城广场站)停靠。车站及基本运营信息如表1所示。

1.3 行车组织要求

21号线采用双线右侧行车。项目初期,线路运

表1 广州地铁21号线车站及基本运营信息表

行区间为员村站—增城广场站,线路长度为60 km。在近期及远期规划中,21号线的运行区间为天河公园站—增城广场站,且线路长度为59 km。其中,初期高峰时段配置慢车8对/h,快车4对/h;近期高峰时段开行慢车12对/h,快车6对/h;远期高峰时段开行慢车18对/h,快车6对/h。虽然远期高峰小时快慢车开行比例推荐采用1∶3,但为运营预留灵活性,也同时预留了1∶2快慢车开行比例的开行条件。

2 运行图规划方法

2.1 基础信息计算

根据线路、车辆及运营参数,采用列车运行仿真软件计算快慢车区间运行时间、最小追踪间隔时间、车站最小到通间隔、车站最小通发间隔、车站最小到达间隔、车站最小发车间隔、车站最小通到间隔。这些计算结果结合最小停站时间要求构成了运行图规划的基础信息及限制条件。根据运行仿真得到的快慢车区间运行时分如下表2所示。

表2 快慢车区间运行时分

根据运行仿真可得到最小追踪间隔时间为120 s(适用于非越行站的发车间隔及到达间隔);越行站最小到通间隔为45 s，最小通发间隔为18 s，最小到达间隔为72 s，最小发车间隔为34 s;非越行站最小通到间隔为63 s。

2.2 运行图规划策略

21号线在不同时期,其快慢车的开行密度要求也不同。一般快慢车的比例为1∶1、1∶2或者1∶3,需要在既有越行站设置的条件下,对快慢车的运行进行合理的规划。规划的结果必须保证列车运行之间不发生冲突,且均衡运行及旅行时间尽量优化。

目标问题是存在快慢车越行的双线运行图的铺画问题。快车是优先级较高的列车,在越行车站越行慢车,其停站点及停站时间都是固定的,且不能因为慢车的存在而对其运行造成影响。因此,在铺画运行图时应先铺画快车的运行线,之后再考虑如何铺画慢车运行线。

鉴于城市轨道交通等间隔及通勤化的运营特征,始发站发车间隔的均衡性应该作为首要目标,其次应考虑慢车的旅行速度要求。故运行图规划的策略为:首先,基于要求的每小时开行对数均匀铺画快车的运行线;然后,根据每小时慢车开行对数,考虑均衡性及缩短额外停站待避时间要求,铺画慢车运行线。在具体铺画每一条慢车运行线时,应在从上一同向列车出发时刻之后的均匀时间段内搜索旅行时间最短的运行线,直至铺画完要求数量的运行线。

在此,铺画每条慢车运行线时是在均匀铺画的原则下搜索旅行时间最短的方案。这是一种局部寻优的做法。在考虑到均衡发车的首要目标前提下,该做法不失为一种解决问题的有效途径。

3 铺图结果

3.1运行图规划基本条件及说明

(1) 在具备待避条件的越行站慢车待避快车;

(2) 运行图上快车运行线为浅色,慢车运行线为深色;

(3) 快车以固定间隔发车;

(4) 慢车在可行发车间隔范围内搜索旅行速度最高的优化方案。

3.2 列车运行图

在21号线开通初期,开行快车4对/h、慢车8对/h。

在21号线开通近期,开行快车6对/h、慢车12对/h。

在21号线运营远期,开行方案一包括快车6对/h、慢车18对/h。在这种情况下,既有越行站的设置不能满足要求,需要进行以下两种方案的规划。

(1) 方案A：增设越行方案。此方案中,上行方向需要增设的越行站为世界大观站、智慧城站、科学广场站、镇龙南站、中新东站及钟站,下行方向需要增设的越行站为暹岗站。运行图见图1。

(2) 方案B：在部分既有越行站增加待避线方案。其中,象岭站、金坑站及神州站在上下行方向需各增加1条待避线。运行图见图2。

在21号线远期预留的平行方案二包括快车8对/h、慢车16对/h。在这种情况下,既有越行站的设置不能满足要求,也需进行两种方案的规划。

(1) 方案C：增设越行站方案。上行方向需要增加的越行站为暹岗站、中新东站及钟岗站;下行方向需要增加的越行站为智慧城站、中新东站及钟岗站。运行图见图3。

(2) 方案D：在部分既有越行站增加待避线方案。象岭站及神州站均需在上下行方向各增加1条待避线。运行图见图4。

注:标下划线的车站为增设的越行站

图1 快车6对/h、慢车18对/h运行图方案A

注:标下划线的车站为增设的越行站

图2 快车6对/h、慢车18对/h运行图方案B

注:标下划线的车站为增设的越行站

图3 快车8对/h、慢车16对/h运行图方案C

注:标下划线的车站为增设的越行站

图4 快车8对/h、慢车16对/h运行图方案D

3.3 旅行速度统计

快车的旅行速度是固定的,慢车旅行速度的统计结果见表3。

表3 慢车平均旅行速度统计

3.4 结果总结及分析

根据以上实际运行图编制的结果,进行以下分析及总结:

(1) 当快慢车总对数在18对/h及以下时,既有越行站设置能满足需求。

(2) 在快慢车总对数达到24对/h时,既有越行站设置不能满足需求,需要增设越行站或者在某些既有越行站增加待避线。

(3) 不同快慢车开行比例及密度条件下需要增设的越行站呈现不规律的特征。

(4) 加大行车密度对慢车旅行速度影响不大。

(5) 在既有越行站增加待避线的方案中,由于存在2趟慢车在同一车站待避1趟快车的情况,故额外停站待避时间的增加对慢车旅行速度影响较大。

(6) 增加越行站或在既有越行站增加待避线是2种可行的提升越行能力方式,需根据具体站场条件综合评估决策。

(7) 在高密度行车条件下的快慢车越行方案对于行车组织的要求非常高。一旦个别列车出现晚点,将影响整个运行计划,系统可能需要转为所有列车站站停的运行模式。

4 结语

规划实际越行运行图时,在基础信息及限制条件中，区间运行时间参数与站间距、区间限速、线路坡度、列车牵引制动性能及信号系统控车策略及水平相关;停站时间、快车停站点与运营要求相关;最小追踪间隔时间、车站最小到通间隔、车站最小通发间隔、车站最小到达间隔、车站最小发车间隔、车站最小通到间隔等与线路条件、车站配线、列车牵引制动性能及信号系统限制因素相关。

在高密度行车条件下,这些因素的细微变化都会对运行图规划的结果产生影响,很难事先对众多影响因素进行综合评判来进行方案的编制。同时,由于在不同快慢车开行比例及密度条件下需增设的越行站呈现不规律的特征,因此,只能基于相对具体的工程条件进行运行仿真,再根据运行仿真的结果通过实际运行图规划来制定及评判各种越行方案。

本文采用21号线的实际工程数据进行了越行运行图的规划,判断了线路的通过能力,并对越行站的设置提出了建议。根据运行图规划的结果,形成了以越行站设置及越行运行图为基础的快慢车越行方案,为行车组织设计及方案决策提供依据。实践证明,该快慢车越行运行图规划方法有效地解决了如何编制快慢车越行运行图及如何进行越行站设置的问题。

[1] 吴亮,李克剑,徐意.城市轨道交通越行运行图规划方法及程序实现[J].铁道通信信号,2014,50(1):26.

(Continued from Special Commentary)

are looking for the countermeasures of solving these problems.For those design and manufacturing sectors of rail traffic vehicle air conditioning systems,they still should lend a helping hand for this.

Compared with the air conditioning in the building,the rail vehicle air conditioning has the following characteristics,such as rail transit vehicle interior space is relatively small,passengers dense during peak times is extremely big and air conditioning equipment installation space is severely limited,etc.Therefore,they would lead to those problems,such as the difficulty of the indoor environment control,and the high energy consumption of air conditioning systems,etc.In recent years,with the progress of science and technology and the people′sgrowingrequirementsfortheperformanceimprovementformeansoftransportation,therailtransitvehicleshavemadetheremarkableprogressintherespectsoftheirenvironmentcomfortablenessandtheenergy-savingandconsumption-reducinginairconditioningsystems.Thepassengers′satisfactiondegreehasbeencontinuouslyupgraded.Nevertheless,intheprogressoftheair-conditioningtechnologyofrailtransitvehicles,theresponsibilityisheavyandthereisstillalongwaytogo.

Thehotanddifficultpointsofresearchingtheinteriorenvironmentcontrolofrailtransitvehiclesincludethefollowingproblems:entiretrainenvironmentcontrol,motion-environmentcontrol,interiorandexteriorenvironmentcoupling,distributionofPM2.5particulatematterinsidevehicles,VOC(VolatileOrganicCompounds)gaspollutantsinnervehicles,vehicle-interiorpressurewavescausedbytrains′high-speedrunning,vehicle-interiornoisecontrol,andhowtoensurethepassengers′healthincaseofpowerfailure,etc.

OnNovember10,2016,intheFirstRailTransitVehicleAir-conditioningTechnologySeminarjointlyorganizedbytheCollegeofMechanicalandEnergyEngineeringandtheUrbanMassTransitResearchMagazineofTongjiUniversity,theparticipantsdiscussedtheissueofhowthephysicalandmentalhealthofpassengerscouldbeensuredafterpowerfailureoccursonahigh-speedrailtrain.Thereareseveraloptionsforustoconsideraftersummarizingtheexperts′views.

(1)Thebatterycapacityoftheemergencysourceofelectricpowershouldcontinuetobeimproved.Atpresent,theusingtimeofrailtransitvehicles′emergencybatterieshasbeenincreasedfrom45min.to2h.Ifthebatterycapacityisfurtherupgradedthroughtechnicalinnovation,theoxygen-supplytimewillbeabletobeextendedafterpowerfailure,andtheenoughairvolumewouldbemadetomaintainintheairducting.

(2)Breakthroughthelimitationsofvehiclesandseeksupportontheground.ElectricitycouldbesuppliedviaacablefromtheemergencyACpowersourceintherailwaystationforapowerfailuretrainlyinginnerthesection.Thisscenariorequiresanintegratedapproachtotheproblemofwhoisresponsibleforpreparingtheemergencycable.Ifacableiscarriedbytrain,itwillincreasetheweightofthetrainitself.

(3)Acertainnumberofskylightscouldbesetupontopofhigh-speedrailtrains.Attheusualtime,theyaresealed.Whentrain′spowerfailureoccurs,theyareuniformlyopenedbytraincontrol.Inthecaseofusingtheemergencypowersupply,thisscenariowillbeabletoallowtrainstomaintainventilationandoxygensupplyforalongertime.

Althoughexpertshaven′tbeenabletofindthemostsatisfactorysolutionatthemeeting,thismeetinghasformedaconsensus:thetechnologicalinnovationmustbeorientedbysocialdemands,soastoadvancethesupply-sidestructuralreformofthetransportationindustry.

(TranslatedbySUNZheng)

Analysis of Train Overtaking Diagram Planning for Guangzhou Metro Line 21

XU Yi

The express train and normal train overtaking planning diagram of Guangzhou metro Line 21 is taken as the case study,the strategy and basic means of train overtaking diagram planning are put forward.The real train overtaking diagram presents different solutions to different traffic loads and train operation ratios,in this paper,the planning result is summarized,it shows that the overtaking diagram is feasible,and the planning strategy is also verified by practice.The planning could solve practical engineering problems and provide basis for train organization design and program decision.

Guangzhou metro; train diagram; express train and normal train; overtaking

U292.4+1

10.16037/j.1007-869x.2016.12.033

2016-04-01)