广州地铁网络化运营运能提升综合研究与实践

彭 磊

(广州地铁设计研究院有限公司， 广州 510010)

广州地铁网络化运营运能提升综合研究与实践

彭 磊

(广州地铁设计研究院有限公司， 广州 510010)

从广州地铁线网运营现状出发，分析既有运输组织存在的停站时间长、区间运行速度偏低、旅行速度低、折返能力不足等制约运输能力提升的瓶颈与问题。针对现状运营存在的问题，在压缩停站时间方面提出设备响应速度优化、压缩司机安全确认时间、站台客流组织优化等措施；在压缩区间运行时间方面提出提高区间运行速度、降低曲线限速、减少运行图冗余等措施；在提高折返能力方面提出压缩折返车站停站时间、提高道岔侧向通过速度及合理选用折返线配线形式等措施。从理论上分析验证综合运能提升措施的实施效果，经分析得出：客流压力较大的3、5号线车站追踪能力、区间追踪能力及折返能力，采用相应措施优化后可满足正线最小行车密度2 min的要求。

轨道交通； 运输能力； 旅行速度； 折返能力； 运能提升； 广州地铁

1 研究背景

随着2016年底 6号线二期及7号线一期的开通运营，广州地铁已运营10条线路，总长度308 km，进入网络化运营时代。自第一条线路开通以来，广州地铁线网客流逐步增长，2007年前客运量与线路长度同步增长，客运强度基本为1万人次/km，2007年后线网客运量呈跳跃式增长，目前新线开通后工作日的日均客流量为729万人次/d(见图1)。

线网各线中1、2、3、5号线日均客运量均已超过100万人次/d(见图2)，客流压力巨大。根据调研，3号线及5号线现状高峰时段运营间隔分别为128 s和136 s(含单向加车)[1]，客流压力尤为突出，区间最大站立密度分别已达到8.1人/m2和6.8人/m2，远超过地铁设计规范中[2]5～6人/m2的要求，运输能力亟待提高(见图3)。

在设备资源有限的条件下，运能与运量需求间的矛盾比较突出。笔者从广州地铁线网运营现状出发，分析既有运输组织存在的瓶颈与问题，从停站及区间运行时间、旅行速度、折返能力等方面提出了运能提升的综合措施，并分析其实施效果。

图3 现状3、5号线区间站立密度及对应最大密度区间Fig.3 Current standing density of Line 3 and Line 5，and the corresponding photos

图1 广州地铁线网客运量增长情况Fig.1 Guangzhou Metro passenger volume growth

图2 现状各线日均客运量情况Fig.2 Current passenger volume per day of each line

2 线网既有运营效率分析

2.1停站时间

根据对部分既有大客流线路停站时间的调研(见表1)，受车站乘客上下车秩序、设备响应及司机确认时间等因素影响，高峰期各线停站时间普遍偏长。部分车站停站时间过长，严重影响了目前正线运营效率[3-4]。

表1 现状线网主要线路最大停站时间车站统计

现状珠江新城、体育西路、公园前等车站停站时间接近1min，其他大部分大客流车站如客村、火车站、杨箕等站的停站时间均在40s以上。

受限于线路部分车站停站时间过大，导致正线追踪能力降低，无法加大列车开行对数，是导致运营效率较低、运输能力不足的原因之一，正线追踪能力[5-6]，计算为

(1)

2.2区间运行时间

区间运行时间的主要影响因素包括区间最高速度、曲线通过速度、运行图冗余等。尽量缩短区间运行时间，有利于提高运输效率，在现有资源的情况下最大限度地发挥线路运输能力。

2.2.1区间最高运行速度

线网各线中3号线设计最高速度为120km/h，1、2、8号线及广佛线设计最高速度为80km/h，4、5、6号线设计最高速度为90km/h。

目前，线网中的线路实际最高运行速度未达到系统最大速度，个别线路区间最高运行速度也只是瞬间达到，速度潜能没有得到充分发挥。

2.2.2列车曲线通过速度

由于信号系统在设置线路通过曲线速度时考虑了列车瞬间超速的可能性[7]，线网各线路列车通过限速曲线时的实际速度低于曲线速度限制值。实际ATP(列车自动保护)命令速度vatp计算[7]如下：

(2)

vr=artr

vc=actc

式中：vatp为实际ATP命令速度；vmax为最大限制速度；vr为牵引切除时间内的速度增长；vc为施加制动时间内的速度增长；div为测速误差系数；vtol为速度容差；ar为牵引切除前瞬时加速度；tr为牵引切除反应时间；ac为制动施加前瞬时加速度；tc为施加制动反应时间。

根据上述计算公式，vatp计算值取决于当前位置列车瞬时加速度，而列车瞬时加速度与列车实时牵引力及所处的线路坡度有关。

线网现状曲线通过速度全部按照最不利情况(最大瞬时加速度)考虑，在限制速度vmax基础上降低8～10km/h取值。实际大部分位于区间中部的曲线并非最不利情况，以地铁7号线一期为例，最不利位置与最有利位置vatp计算值相差3～5km/h，全部按最不利位置取值降低了大部分曲线提高通过速度的可能性，列车通过曲线的性能未得到充分发挥。

2.2.3运行图系统的冗余

在编制线路行车计划时，系统会提供3～5条区间运行曲线供用户选择，如图4中v1～v5曲线所示，各条曲线旅行时间按照3%左右幅度递增。考虑到为列车赶点预留空间，编制运行图时一般会采用v2或v3曲线。其中v1与vatp曲线的运行时间之间的差值为运行图系统冗余[8]。

图4 现状典型区间牵引曲线Fig.4 Current traction curve of typical interval

经调研，现状大部分线路运行图系统冗余在5%～8%。vatp是实际运行列车可持续达到的巡航速度值，运行图系统中的V1值应与vatp值保持一致，可不考虑另外设置冗余，因此V1～V5曲线均有速度提升的空间。

2.3旅行速度

线路旅行速度决定了线路的运输效率，旅行速度越高的线路在相同的配车条件下所能提供的运输能力越大。决定旅行速度的指标主要是停站时间和区间运行时间。

根据2.1及2.2节的分析，目前线网各线停站时间及区间运行时间均存在一定压缩的空间，因此现状各线的旅行速度仍可进一步提高。

2.4折返能力

目前线网大部分为站后折返站，站后折返能力主要受停站时间、折返线运行时间控制。

2.4.1停站时间

受司机交接、下车锁门等作业及设备响应时间较长的影响，现状折返站停站时间均较长，基本在60s左右，见表2。

表2 现状部分折返站停站时间

2.4.2折返线运行时间

折返线运行时间主要受道岔侧向过岔速度的影响，现状9号线道岔实际侧向过岔速度在25～30km/h之间，通过速度偏低也是折返能力受制约的主要因素。

3 运能提升措施研究

3.1压缩停站时间的措施

压缩停站时间是高密度行车的工作重点。停站时间普遍偏长导致列车区间追踪能力降低，直接降低了运输能力(见表3)。下面将停站时间进行分解，并针对各环节提出优化建议。

表3 停站时间构成

3.1.1硬件优化措施

1) 设备响应速度优化。既有设备响应主要包括开关门按钮响应和列车启动按钮响应。目前从司机按压开门按钮到车门响应一般需要3～4s，列车启动响应一般需2～3s。在新线招标时应对该指标进行控制，设备响应时间压缩后可节约停站时间2～3s，同时既有设备也可考虑进行设备系统改造升级。

2) 压缩司机安全确认时间。现状司机确认时间普遍较长，对停站时间影响很大。既有线路站台门系统增加监测装置，信号系统收到站台门关好信号后即启动列车(类似无人驾驶系统)，可压缩司机确认时间为4～5s。

3) 开关门速度优化。现状各线开门时间基本在3～4s，提高开关门速度后，停站时间可节约1～2s。

3.1.2客流组织优化措施

根据调研，上下车客流(特别是上车客流)在站台上的分布具有很大的不均匀性，客流堆积较严重车门的上下车时间是影响停站时间的关键(见图5)。因此，应加强高峰小时站台上下车客流的客流组织，尽量引导乘客在站台上均衡候车。

图5 3号线体育西路站台各车门乘客不均衡分布Fig.5 The uneven distribution of the passengers on Tiyuxilu Station of Line 3

3.2压缩区间运行时间的措施

3.2.1列车最高运行速度

实际运行的列车最高速度vatp不能达到系统最高速度的原因，主要是信号系统在最高限速的基础上预留了超速余量。因此在新线设计时需合理控制vmax取值，使计算vatp能够达到最高速度持续运行。如1号线为最高速度为80km/h的线路，建议系统vmax取值按照90km/h设置，能够保证vatp达到80km/h。根据新线设计经验，vmax按照90km/h取值时车辆、限界、供电、土建等各专业设计均能够满足要求。

3.2.2列车通过曲线限速

考虑到曲线在区间中的位置不同，在计算曲线通过速度时，应考虑不同地段不同车速情况下对应的瞬时列车加速度值[9]，按照实际瞬时加速度值计算曲线通过速度，最大限度发挥列车性能，提高曲线通过速度。以下给出列车瞬时加速度ar与当前位置纵断面坡度的关系。广州地铁3号线不同速度下对应的牵引力加速度a0见表4。

ar=a0-i

(3)

ac=-i

式中：a0为牵引力加速度；i为纵断面坡度(上坡为正值)。

表4 广州地铁3号线不同速度下对应的牵引力加速度a0

3.2.3运行图系统冗余

降低运行图系统中区间运行时间冗余度，在系统设计阶段力争按设计区间的运行时间设定区间的运行标尺参数，最大限度地发挥系统能力(见图6)。

图6 考虑降低系统冗余后的典型区间牵引曲线Fig.6 New traction curve of typical interval after reducing system redundancy

3.3提高折返能力的措施

3.3.1压缩站后折返车站停站时间

折返站停站相对于中间车站主要区别在于司机需在该站增加交接班、下车锁门、DTRO折返操作等相关作业，另外本站停站需对列车进行清客，现状典型折返站停站时间组成见图7。针对折返站停站的特点，提出折返站停站时间优化措施。

图7 典型折返车站停站时间组成Fig.7 Composition of dwell time for typical turn-back station

1) 加快清客速度，加强引导，培养乘客到达终点站后自觉快速下车的习惯，清客时间控制在20s以内。

2) 优化司机终点站作业程序，减少司机折返操作时间。如在站台清客完毕前完成交接班、空隙确认与司机下车同步进行等。

3) 提高按DTRO按钮后系统设备响应速度，使操作DTRO至列车启动时间控制在3s内，下客站台可节省停站时间2s。

4) 参照中间站停站时间优化，对开关门响应时间及速度进行优化。

3.3.2提高道岔侧向通过速度

参照上海申通标准[11]，现状9号道岔侧向通过速度提高至不低于32km/h，经仿真计算，折返时间可减少5～6s。

3.3.3提高折返效率

1) 设置站前站后双折返模式。对永久终点站设置站后主模式的折返线，同时设置站前的备用折返模式[12]。优先采用站后主模式折返，站后故障时采用站前备用模式折返，有助于提高折返效率，加强折返车站应对故障的能力(见图8)。

图8 折返站站前站后双折返模式Fig.8 Double mode of turn-back(turn-back before or after entering the station)

2) 根据实际情况合理选择折返线道岔号数，提高侧向过岔速度。提高道岔号数能够增加列车在侧向通过时的速度，同时增加了道岔的长度，因此对短编组列车折返能力效果不明显。对于6A、8A等长编组列车来讲，提高折返线侧向过岔的速度能够减少折返作业时间，明显提升折返能力。6A及8A编组列车在不同折返形式下道岔选择对折返能力的影响对比见图9～10，表5、6。

图9 6A编组折返站站前折返形式Fig.9 The mode of turn-back before entering the station (6A)

图10 8A编组折返站站后折返形式Fig.10 The mode of turn-back after entering the station (8A)

道岔号直进侧出侧进直出交替折返9#22.321.623.812#23.122.827.5

注：停站时间按照45s考虑，折返能力考虑预留10%富余。

表6 8A编组不同道岔折返能力对比

4 结语

广州地铁目前已进入运营10条线路，运营总长度308 km的网络化运营时代。现状多条骨干线路客流压力巨大，运输能力亟待提高。通过对现状的调研，结合理论分析，笔者从现状和规划设计阶段两个层面提出的优化措施在压缩停站时间、提高区间运行速度、增加折返能力方面均有明显的效果，客流压力较大的3、5号线采取相应措施，车站追踪能力、区间追踪能力及折返能力得到相应提升后，可满足最小行车密度2 min的要求，旨在为广州地铁网络化运营下提升运能提供建议，同时为其他城市轨道交通运能提升提供参考。

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Capacity Expanding of Guangzhou Metro under Networking Conditions

PENG Lei

(Guangzhou Metro Design Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010)

Constraints on the expansion of transport capacity, including long dwell time, low interval running speed, low travelling speed, low turn-back capacity and so on, as well as the countermeasures are analyzed by using networking operation of Guangzhou Metro as an example. To compress dwell time, the methods for improving the response speed of the device, compressing the driver's safety confirmation time, and optimizing organization of platform passenger flows are proposed; to compress the interval running time, the methods for increasing interval running speed, reducing speed limit at curves, reducing running chart redundancy are offered; to increase the turn-back capacity, the methods for reducing dwell time for turn-back station, increasing turnout speed and reasonable selection of turn-back wiring form are put forward. By taking these measures, station tracking, interval tracking, and turn-back capacity of Line 3 and Line 5 with larger passenger volumes can meet the minimum departure interval of 2 minutes.

rail transit; capacity; travelling speed; turn-back capacity; capacity expanding; Guangzhou Metro

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.05.024

2017-02-15

2017-03-14

彭磊，男，本科，工程师，从事城市轨道交通前期规划及运输组织设计工作，penglei@dtsjy.com

U231

A

1672-6073(2017)05-0128-06

(编辑：郝京红)