上海轨道交通网络运营现状分析及对线路总体设计的建议*

2019-08-15沈坚

城市轨道交通研究 2019年7期

沈坚

(上海申通地铁集团有限公司技术中心，201103,上海∥第一作者，高级工程师)

从1995年上海轨道交通1号线建成以来，经过20多年的建设历程，到2016年底，上海建成了拥有14条线路、588.4 km运营里程、365座车站的轨道交通网络，全网最高日客流量已达到1 186.67万人次，大客流成为网络运营的新常态。目前，上海轨道交通各条线路高峰时段普遍拥挤，运能与客流矛盾突出，客流不均衡性明显，部分车站客流集散能力不足。鉴于如此大的运营规模和不可忽视的运营管理压力，有必要重新审视城市轨道交通设计中需要注意的一些问题，在后续规划和建设中吸取教训，避免新的短板产生。

1 上海轨道交通运营现状及存在的问题

1. 1 高峰运能配置不足

截至2017年4月，14条运营线路中，除4、10、12、13号线外，其他10条线路满载率均接近或超过100%，高峰时段运能配置不足。14条线路中有8条线路行车间隔已达到3 min以内，有6条线路现状客流已接近或超出远期的客流预测，详见表1。根据历史客流增长情况和系统设计能力富余率对比分析，运能与客流需求矛盾突出的有6条线路：① 受3、4号线共线段能力24对/h限制，3号线无富余运能。② 6号线是4节编组(小型车)，目前高峰高段面满载率高达134%，行车间隔为2 min 15 s，运能提升空间有限，而且近5年年均客流增长率仍维持在10.2%。③ 8号线土建预留能够满足7节编组(小型车)需求。但目前8号线的最小行车间隔为2 min 22 s，系统设计能力富余率仅为6.7%，而且近5年年均客流增长率仍维持在9.4%。 6、8号线系统规模偏小，与客流需求不匹配。④ 9号线是长大市域线路，目前高峰高段面满载率高达134%，系统设计能力富余率仅为10.7%，而且5年年均客流增长率仍维持在10.3%。9号线三期开通后，客流量还将进一步增加。⑤ 花桥段和迪士尼段开通后，11号线客流增长很快，增长高达35.6%，而系统设计能力富余率仅为14.1%。苏州S1线接入后，预计客流量还将增加。

表1 上海轨道交通既有网络运能配置及客流发展情况表(截至2017年4月)

1. 2 运能提升存在瓶颈

在既有网络运能提升的实施过程中，存在部分车辆基地规模、折返能力、出入场能力、供电能力等设施设备能力不足的情况，需进行升级改造。如：1号线(莘庄站—富锦路站)原设计按大小交路设计，随着城市外围地区的快速发展，1号线目前需开行单一交路30对/h，而莘庄站折返能力为164 s(22对/h)，北延伸上海火车站—富锦路段供电系统为按远期交路20对/h设计，因此需对折返能力、供电能力进行提升改造；6、8号线小交路位置也需要在原设计位置外延，加上实际旅行速度低于设计的原因，运营用车数大于设计用车数，需对部分车辆基地进行扩建。老线列车出入场一般为调车进路模式，单线出库能力仅为250～300 s；而随着上海轨道交通开行密度逐步增加以及延时运营，为确保夜间一定的维护天窗时间，需提高出入场效率。因此，现在正逐步根据需求将老线列车出入场模式改为与列调结合的出库模式，或将车场改造ATC(列车自动控制)车场。

1. 3 高峰车站集散能力不足

既有网络中一些车站的设施设备能力在高峰时段无法与客流量相匹配，站厅/站台蓄客能力、站台到站厅的垂直提升能力、换乘通行能力等存在不足。目前上海轨道交通已改造人民广场站、莘庄站、上海火车站站、沈杜公路站等9座车站，并计划对莲花路站、佘山站、世纪大道站等6座车站进行改造，通过增加站台至站厅的楼扶梯、拓宽站台宽度、增加出入口、增加进出站闸机、优化站厅布局等提高进出站客流疏散能力。一些大型枢纽车站疏散空间不足，如：世纪大道站是2、4、6、8号线的4线换乘站，是全网换乘量最大的枢纽站，该站的高峰小时客流已经达到96 898人次，其中换乘客流74 915人次；该站客流流线复杂，换乘大厅分为AB两个厅，疏散空间不足；由于6号线的换乘客流很大，因此世纪大道站的疏散能力将影响6号线的运能提升。

1. 4 运营调整灵活性不足

上海轨道交通网络客流不均衡性现象突出。时间上的不均衡体现在早晚高峰与平峰的客流量差异大；空间上的不均衡体现在线路上下行的客流量差异大，如7号线早高峰下行最大断面客流量仅为上行的57%，16号线早高峰上行最大断面客流量仅为下行的20%。应对客流不均衡需要开行单边交路，但因配线设置不够灵活，运营调整难度较大，如6号线，在大客流断面云山路站—世纪大道站前可供备车停放以便高峰插车的停车线仅有巨峰路站一处。

上海轨道交通客流发展特征是小交路区段外延，因此需对运行交路进行调整。如1号线，目前的小交路折返点在上海火车站站，上海火车站站以北区段客流量大，但由于北段停车线无折返条件，因此无法调整小交路折返点。

2 上海轨道交通运营问题原因分析

2. 1 系统能力对客流变化的适应性不足

既有运营线路的系统能力设计以客流预测为依据，对实际客流与预测客流的偏差考虑不足，这一情况在3、4、6、8号线上尤其突出。3、4号线受共线段能力的限制，其运能无法提升；6、8号线是城市化密集区的市区线路，采用的是小型车小编组，系统规模先天不足。另外，与系统能力相关的折返能力、供电能力、车辆基地规模预留不足，如：莘庄站的实际折返能力不能达到设计的30对/h；7号线，如配合小交路外延，则需要进行供电改造和车辆基地扩建。1、2号线在系统能力做了充分预留，系统规模为8A，其设计可供借鉴；1号线在车辆基地规模预留上更是典范，按照单一交路8A预留，因此不存在后期车辆基地规模不足的问题；2号线为长大线路，布置了3座车场，运营更为灵活。

2. 2 车站规模标准低和布局不合理

造成既有网络车站规模普遍偏小的原因有：①车站的站台宽度、楼扶梯数量、出入口数量等设计以客流预测值为依据，没有考虑到实际客流与预测客流的偏差，因而没有做好规模预留；② 1～5号线建设时，上海市的轨道交通网络规划方案还没形成，因而未考虑到规划线路的接入，因此先期开通的线路无法适应规划线路开通的换乘客流需求；③换乘理念追求锚固和方便的原则，没有考虑到大客流情况下需要缓冲疏散空间来确保运营的安全。

2. 3 系统能力与相关专业匹配性不足

1) 折返能力设计与各专业的匹配性不足。信号折返能力已成为限制运能提升的大瓶颈。安全距离长度、道岔限速、车辆设备响应、停站时间等都和折返能力密切相关。目前各专业的匹配性设计较弱，这造成了线路的实际折返能力达不到设计时的30对/h。

2) 旅行速度设计各影响因素匹配性考虑不足。目前运营中的实际旅行速度不能达到设计的35 km/h，部分线路需通过扩建车辆基地提升运能。影响旅行速度的主要因素有站间距、停站时间、最高运行速度。设计和实际停站时间不匹配，停站时间与设备响应时间、客流量、司机作业时间有关，一些车站设计停站时间取25 s、30 s，与实际情况不符。最高运行速度是在车辆、线路、轨道、限界、信号、结构各专业的匹配设计后，最终才能实现设计目标值80 km/h。目前与最高运行速度相关的各专业的匹配性设计不足，因而影响线路的最高运行速度，如6、7、8号线最高运行速度直线段仅为75 km/h，曲线段最高运行速度仅为70 km/h。

2. 4 配线设置标准低

以往的配线设计对运营灵活的作用考虑不足，弱化了配线设计的重要性。如：受工程建设条件限制时，配线按规范的最低标准设置；当实施难度大时，不惜降低停车线的功能，甚至取消配线的设置。一些车站停车线上下行没有完全与正线贯通，如2号线威宁路站和8号线曲阳路站(见图1)。从上海城市发展的情况来看，随着人口向外围迁移，原设计小交路点也需要外移，早期开通的线路因配线设计没有适当考虑客流的这种特性，因此在小交路折返点和终点站之间没有设置可供将来运营调整的折返线或停车线。

图1 功能不完备的停车线设置

3 对线路总体设计的建议

根据以上对上海轨道交通运营现状存在的问题及其原因分析，就城市轨道交通总体设计中关于系统设计规模、车站建筑设计标准、系统能力的匹配性设计、配线设计等方面提出如下一些对策及建议。

3. 1 系统设计规模

1) 车辆选型与编组。在规划设计阶段，系统规模不应以客流预测为单一基准，而应同时考虑城市的规模及线路在城市中的功能定位。我国特大型城市以及大型城市其主要客流走廊上的线路，列车应采用8A编组，在国产化率高、技术成熟、网络化效益强的情况下，甚至可以采用更宽的车体。服务于城市化程度高的中心城区的线路，列车至少应采用6A编组。服务于城市化程度相对较高的中心城区及周边地区城市化程度较低的客运走廊的线路，车辆可采用C型车，但列车至少应采用6节编组。长大市域线路应采用A型车，并适当提高编组数量。市域线中连接新城和中心城区的线路，列车至少应采用6A编组。

2) 车辆基地规模。车辆基地按照用地规模一次预留、分期建设可以规避后续规划征地流程上和实际操作性方面的风险。城市化带来了城市人口逐步往外扩张，小交路有往外拓展的需求，因此：对于非长大线路的车辆基地，应按照单一交路30对/h预留用地规模；对于长大市域线路，可合理选择小交路点(宜在城市中心区外围附近)，其车辆基地应按大小交路30对/h预留用地规模，为未来运能的提升提供车辆基地改扩建的条件。

3) 变电所容量。主变电所及牵引变电所的改造难度较大，供电设计时应预留一定余量，为未来的增能提供一定条件。对于非长大线路，其正线牵引负荷应按远期高峰小时列车最大行车对数且全线单一交路进行设计，并应预留一定的裕量；对于长大线路，应考虑其远景年的行车交路，做好预留。

3. 2 车站建筑设计标准

车站土建规模是百年大计，一旦实施，改造的可能性较小。考虑到车站周边土地功能和开发强度有调整的可能性，车站土建规模设计标准应在现有的国家标准和地方标准上有所提高。

1) 站台宽度。应根据所属线路在网络中的功能、车站在城市中的区位、车站在网络中的重要程度、客流增加的不确定等因素来综合考虑，并结合计算结果，确定合理的站台宽度。上海在新线建设中提高了建设标准：中心城区地下岛式车站站台宽度不宜小于12 m，换乘站站台宽度不宜小于14 m；岛式站台侧站台净宽不应小于2.5 m，侧式车站侧站台净宽不宜小于3.5 m。对于大型换乘枢纽，更应充分预留足够的大客流疏散空间。

2) 楼扶梯通行能力。根据GB 50157—2013《地铁设计规范》，1 m宽、运行速度0.65 m/s的自动扶梯，其通过能力不大于8 190人/h。在车站现场实测发现，上海轨道交通车站自动扶梯的通过能力仅为5 850人/h。在新线建设中，相应地提高了车站自动扶梯的建设标准，DG/TJ 08-2232—2017《城市轨道交通工程技术规范》规定，1 m宽、运行速度0.65 m/s的自动扶梯通过能力为5 850～8 190人/h[2]，设计取低值。

3) 换乘通道宽度。上海轨道交通2条线路换乘中，同时有2列列车到达情况高达90%以上，高峰时极端情况下会有4列列车同时到达的情况。因此，对于2 min行车间隔的线路，可按一个行车间隔内最大计算换乘客流断面通过时间不大于1 min，有条件的车站可按不大于0.5 min设计，这样即可分别满足2列或4列列车同时到达情况下的乘客换乘通行。

3. 3 系统能力的匹配性设计

从目前的运营存在的问题来看，运能提升受旅行速度和折返能力的限制，因此需做好各专业匹配性设计，以达到设计目标。

1) 折返能力匹配性设计。提高折返能力需要对信号、线路、轨道、供电、行车各专业进行充分的匹配性设计[6]，具体要求如下：① 选取信号系统等级较高的移动闭塞系统，有效控制折返作业过程中的车载设备换端作业时间。② 站后折返，线路专业应保证折返站和道岔区域的距离满足安全防护距离需求；站前折返，应尽量缩短道岔区域与折返站的距离间隔。③ 增加轨旁信号设备，以缩短正线闭塞设计间隔，提高接车作业能力。④ 线路专业，应尽量缩短线间距；轨道专业，应尽量采取侧向通过设计速度较高的道岔。

2) 最高运行速度匹配设计。最高运行速度达不到80 km/h是旅行速度偏低的重要原因。如果要使最高运行速度达到80 km/h的目标值，就需要挖掘车辆、限界、线路、结构和信号各专业间的重复防护潜力，并进行匹配性设计，以提高ATP(列车自动保护)顶篷速度。根据上海轨道交通企业标准《城市轨道交通列车运行速度限制与匹配技术标准》[5]，对于线路等级速度为80 km/h得线路，各专业有如下取值：车辆构造速度≥90 km/h，车辆紧急制动触发速度为88 km/h，最大动态包络线计算速度为90 km/h，线路曲线临界速度取未被平衡的离心加速度为0.5 m/s2时的曲线通过速度，结构设计速度≥90 km/h，ATP顶篷速度为87 km/h，ATO(列车自动运行)目标速度≥78 km/h。