市域(郊)铁路运输组织模式研究

2021-05-17曾琼

铁道标准设计 2021年5期

曾琼

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

1 研究背景

随着我国社会经济和新型城镇化的发展，中心城区与周边新城、城镇等地区联系越来越密切，城市中心与城市副中心、郊区之间需要有快速、安全、舒适、准时的公共交通方式满足这种日益增长的客流需求。市域(郊)铁路(以下简称市域铁路)作为市域范围内连接中心城市与外围组团、卫星城镇间长距离、高速度、公交化的轨道交通系统，被越来越多的城市所青睐，发展前景广阔[1]。目前我国关于铁路运输组织模式的研究已经比较深入[2-5]，但是针对市域铁路的研究较少，对于市域铁路与不同层级轨道交通网络的互联互通以及单条市域铁路的运输组织模式问题鲜有详细研究。此外，市域铁路具有高密度、大运量、公交化的运输特点[6]，运输组织模式具有城市轨道交通的特点，但市域铁路在技术特征、功能定位、运营模式等方面与城市轨道交通又有较大区别，常规城市轨道交通运输组织模式已经不能满足市域铁路列车开行多样化的要求，因此，本文对市域铁路跨线运营模式、快慢车开行、交路设置等运输组织模式进行系统研究，为我国市域铁路的线路设计及运输组织提供决策支撑。

2 我国市域铁路发展现状分析

由于市域铁路是伴随我国城镇化和区域一体化发展而产生的新型交通系统，相对于近十年来国家高速铁路和城际铁路的蓬勃发展[7]，市域铁路在我国起步较晚、进展缓慢，尚属探索阶段。目前，我国市域铁路从建设形式来看，主要有利用既有线开行市域列车和新建市域铁路，项目统计如表1所示，我国部分城市已建市域铁路统计如表2所示。

表2 国内各大城市新建市域铁路项目统计

我国市域铁路主要功能是服务于中心城区、新城及沿线其他主要城镇间的快速轨道交通模式，是城市空间结构的重要支撑。目前我国市域铁路运营服务水平与建设模式有极大的关系，利用既有线开行市域列车的线路，由于各种原因，其开行对数较少，服务水平低，而新建市域铁路基本上采用城市轨道交通的运营模式，服务水平较高。利用既有铁路开行市域列车线路一般与国铁列车共线运营，新建市域铁路运输组织模式则种类多样，例如：市域线间组织跨线运营(金义东市域轨道交通、成彭线与成灌线)、市域(郊)列车与城际列车组织跨线运营(上海机场联络线)、快慢车运营、大小交路运营等。

3 市域铁路运输组织需求

3.1 市域铁路功能定位

根据我国市域铁路客流特征、轨道交通体系构建及服务对象分析，结合我国城市市域发展特征，市域铁路功能定位如下。

首先，市域铁路对加快城市经济发展转型，伸展城市发展空间，协调市域各城镇发展、促进城市对外开放，提高城市竞争力等具有重要作用。

其次，市域铁路衔接高速铁路网、城际铁路网与城市轨道交通，构筑完善的市域轨道交通一体化网络系统，是市域通勤圈范围内便捷、快速、高密度公交化客运轨道交通系统，是城市综合交通体系的重要组成部分。

再次，市域铁路主要承担市域范围中心城市与次中心城市、重要城镇、城市组团之间城镇、经济、产业高度融合发展走廊内日常通勤通学以及商务、休闲、探亲、娱乐和购物出行，较快的运营速度，可以缩短市域核心区至周边主要区域的时空距离，形成“1小时交通圈”，增强中心城区的辐射作用，加强各区域、城镇之间的分工与协作。

最后，市域铁路是优化提升市域范围协调发展、同城化发展、一体化发展的重要基础设施，是支撑与引导大城市由单中心向多中心发展形态转变、促进新城发展的重要基础设施，促进城镇体系的形成和完善。

根据以上对市域铁路的功能定位分析可知，市域铁路是多元化综合交通体系的组成部分，向上与重要交通枢纽的联系对接，包括接入机场航站楼、引入高铁枢纽等，通过无缝换乘等措施实现市域铁路与枢纽设施的整合。面向城市，市域铁路线路深入城市的核心内部，提高门到门的出行效率。市域铁路还与道路系统、公共交通系统、步行与自行车系统、停车系统等相关系统的相协调，通过衔接提高城市交通资源的配置效率和城市交通系统的服务水平，与其他不同层次的轨道交通构成一体化网络。

3.2 市域铁路客流特征

(1)客流以通勤、通学、旅游为主

市域铁路作为卫星城或外围郊区进入市区中心的主要交通出行方式，服务于中心城市近远郊区或辐射同城化区域，具有同城化、通勤化特征，客流以通勤、通学为主[8]。同时，市郊铁路承担的客流也会因其沿线地区的特征不同而呈现出其他特征。

如上海金山市域铁路，起于上海南站，途径徐汇区、闵行区、松江区和金山区等，主要以通勤、通学出行为主，占总客流量63.32%，自2012年开通至今，日均客流量从1.3万人增加至3万人，成为市郊至城区工作的上班族的首选出行工具。出行目的构成如图1所示。

图1 上海金山支线出行目的构成

另外，市郊铁路沿线串联区域性质不同，客流的出行目的也不同。如北京S2线，主要目的是服务八达岭的旅游以及延庆区的通勤出行，图2为北京S2线客流出行目的构成，70%～80%为旅游出行。

图2 北京S2支线旅客出行目的构成

(2)近郊客流主要关注便捷性、远郊客流则关注快捷舒适

一般距城区距离不同，客流出行目的、出行特征也不相同。在近郊地区通常以居住在郊区到中心区工作、上学的人群为主，这部分客流产生基本呈现片状，范围广、数量大，具有明显的高峰期，对出行的便捷性要求较高；远郊区城镇与中心城更多的呈现点对点交通，平均出行距离较长，以商务、公务、探亲、旅游、通勤、通学居多，对出行的快捷程度、舒适程度要求较高[9-10]。市域客流具有较强的向心性，线路的客流大体上具有“递远递减”的规律。

(3)客流总量相对较低，平均乘距相对较长

市域铁路连接中心城区与新城、外围组团等，由于沿线人口和岗位数量较低，客流强度明显低于市中心区线路，但长距离出行客流比例较高，旅客平均乘距长，一般为10～20 km甚至更长，远大于市中心区线路，是市域范围或都市区短途交通的骨干。

(4)市域铁路客流潮汐现象明显，早晚高峰明显

市域铁路承担的旅客以实现通勤、通学为主，因此客流具有潮汐现象，早晚高峰更加明显，还具有中心城市、主要组团为中心的明显向心特点。从现状上海金山支线的客流特点来看(图3)。工作日以上班族为主，具有明显的潮汐现象；对具有旅游特征线路，游客乘坐市域铁路至沿线进行旅游，选择在当天返回的较多，进一步增大了潮汐现象产生的趋势。

图3 上海金山支线出行人数分布

(5)市域铁路换乘量占比较高

市域铁路从不同方向将周边新城、外围组团的客流引入中心城区，旅客需通过中心城区其他公共交通进行疏散，中心城区换乘压力较大，因此需要在中心城区形成便捷的接驳条件。

3.3 客流特征对运输组织的需求

(1)公交化

目前市域铁路承担着大量的通勤客流，旅客期望候车时间短、即到即走，对系统的准点性与可靠性要求较高，同时还应保证有一定的发车频率，这样才能吸引一部分长期稳定的客流。这就要求运营组织上简化进出站方式、提高列车开行频率，在早晚高峰时段能为通勤客流提供高密度的公交化服务。

(2)快速化

市域铁路一般以实现区域中心城市与重要城镇、组团之间1小时交通圈为基本目标，如图4所示。由于市域郊铁路线路较长，为吸引更多的郊区居民乘坐市域铁路，在运营组织上应合理选择速度目标值和运营组织模式，尽可能提高旅行速度，满足旅客快速化要求。

图4 浙江省1小时交通圈示意

(3)多样化

由于市域铁路线路相对较长，沿线客流出行特征呈现多样化，为满足不同客流出行需求，需要采取灵活的运营组织，通过快慢车结合、大小交路套跑、开行越行列车、针对中心城区和郊区段实行不同的行车间隔等方式，提高全线线路的运营效率[11]，同时，一些站间距较小的市域铁路也能保持较高的运营效率[12]。

(4)舒适化

市域铁路一般线路较长，平均运距较长，旅客在途时间较长，相对城市轨道交通，市域客流对车厢内舒适性要求较高，需适当提高定员标准，主要是提高座位率、降低列车内乘车站立密度。

(5)便利化

城市轨道交通线路多采用独立运营的运输组织模式，但市域铁路多与城际铁路、城市轨道交通相衔接，在运输组织上除市域铁路网内部存在互联互通外，市域铁路与相邻的城际铁路或城市轨道交通也存在互联互通可能。为方便旅客出行，应结合客流需求、工程技术条件合理选择运营组织，尽可能为旅客提供便捷快速的运营组织方式。

4 市域铁路运输组织模式分析

市域铁路运输组织模式灵活多样，相对城市轨道交通运营组织模式较复杂。虽然各城市的市域铁路产生背景、发展方式、客流特征、线路条件等有所不同，但为满足客流以及线路功能要求，所采用的运行方式均结合自身特点进行调整。本次市域铁路运输组织模式分析主要分为与相邻线间的运输组织模式以及单条市域铁路线的模式进行讨论。

4.1 市域铁路与相邻线间的运输组织模式

随着当前轨道交通区域化、网络化运营的要求日益明显，线路间互联互通呼声越来越高。但由于我国城市轨道交通缺乏统一的技术标准，尤其是信号系统各供货商独立开发和设计，相互之间兼容性差，线路之间的互通难度很大。

市域铁路功能定位介于城市轨道交通和城际铁路之间，向上可以与城际铁路衔接，向下可与城市轨道交通相衔接，市域铁路网内部线路之间也可相互衔接。因此，与之对应的互联互通运输组织模式可分为市域铁路网内部线路间的互联互通、市域铁路与城市轨道交通的互联互通、市域铁路与城际(或干线铁路)铁路的互联互通3种模式。

(1)市域铁路网内部线路间的互联互通

市域铁路网运营主体相同，客流特征相近，系统制式及技术标准相同，组织跨线运营可以扩大服务范围，实现资源共享，相较后两种跨线运营模式中技术上更容易实现。尤其是多条郊区线通过同一通道引入城市中心，组织跨线列车，可充分利用通道资源。因此，市域铁路网内部根据客流需求及线路条件，对具有较强客流交换量的线路通过技术经济比选，可适当组织跨线运营。

(2)市域铁路与城市轨道交通线路间互联互通

市域铁路与城市轨道交通直通运营可以减少旅客出行换乘总次数和时间花费，提高交通系统服务水平。但也存在以下问题，一是城市轨道交通线路速度目标值为80～100 km/h，一般采用直流制式，若二者实现跨线运营，对市域线路的速度目标值及系统制式的选择都有较大的影响。二是城市轨道交通线路往往客流量级高，一般线路的富余能力较小，无法满足市域铁路跨线运营需要。因此，市域铁路与城市轨道交通一般不宜组织跨线列车。

近年来，随着城市规模的不断扩大，各大城市中线网规划中进一步丰富了城市轨道交通线网层次，新增了城市快线网这一结构层次，以满足城市外围区到中心区快速通达的服务。从线路客流特征和技术特征来看，市域铁路网与城市快线网有一定的共性，二者在功能上有部分重叠，可考虑二者进行无缝衔接，有机统一[13]。

综上所述，市域铁路不宜与城市轨道交通跨线运营，确有需求时，可考虑与城市轨道交通线网中城市快线组织跨线运营。

(3)市域铁路与城际铁路互联互通

城际铁路主要服务于城市群各城市之间的城际客流，但在沿线经过的城、镇或卫星组团等地均设有车站，往往与市域铁路的功能有所重叠[14]。但当二者利用同一通道引入中心城区时，是否组织跨线运营应慎重考虑，主要原因如下。一是城际铁路发车频率远低于市域铁路，二者在运营服务水平上相差较大。二是市域铁路一般客流量较小，一般采用小编组、高密度的行车组织形式，沿线车站规模可按小编组列车长度控制，而城际铁路大部分采用8辆编组甚至16辆编组，跨线运营时沿线车站规模需要加大，造成土建工程投资大幅增加。三是一般城际铁路速度目标值高于市域铁路，若与市域铁路跨线运营，将降低城际铁路运行速度，若市域铁路采用城际铁路的速度标准，会造成土建工程投资增加。四是城际铁路与城市轨道交通可能分属不同的运营主体，采用不同的管理体制，如果组织列车跨线运行，将涉及到不同运输主体之间运输组织的协调和运营收益的清算，会给安全和管理带来隐患，同时要求两者系统配置必须兼容，影响市域铁路标准和制式的选择，付出较大的工程代价，降低投资效益。

综上所述，原则上不建议市域铁路与城际铁路跨线运营，只有当市域铁路在同一通道内必须承担对外城际功能等特殊需求时，考虑兼顾城际列车。

4.2 市域铁路单条线路运营组织模式

从目前研究的国内外市域铁路来看，绝大多数市域铁路承担的客流主要由两部分构成，一部分是主城与新城中心、组团中心的交流，即大站客流；二是沿线重要城镇之间以及与主要城市间的交流，即站站停客流。相应地，为满足不同层次客流出行需要，在运输组织上一般开行大站停和站站停两种列车，如图5所示。

下面对站站停、快慢车以及多交路3种运营组织模式进行讨论。

图5 上海16号线大站停+站站停示意

4.2.1 仅开行站站停运营组织模式

当线路不长，沿线客流以短距离出行为主时，市域铁路宜组织站站停列车。仅组织站站停列车运营组织简单[15]，不需设置越行线、工程投资省，站站停列车停靠方案相同，系统能力为平图能力，其运营组织方式与地铁运营组织方式相同。

4.2.2 快慢车运营组织模式

快慢车组合运营在促进沿线经济发展、提高市域铁路服务水平和技术水平、满足不同旅客复合需求、减少运营成本的同时，也会有一定的弊端。因此，在确定某条线路是否适合开行快慢车时，应以实现1小时通勤圈为目标[16]，并结合项目功能定位、车站分布、客流构成、工程条件、线路能力等因素综合研究确定，快慢车运营组织示意如图6所示。

图6 东武东上线快慢车运营组织示意(单位：km)

(1)大站快车停靠点选择

快车停靠车站的选择是确定市域铁路快慢车组合运营开行方案时需解决的主要问题[17-20]。快车停靠站的确定需综合分析沿线各车站各时段总的客流乘降量特点，一般地，选择车站上下客流量较大的车站，如组团中心站、对外大型交通枢纽、大型风景旅游景点、公共服务中心、商业中心、商务中心、重要换乘站等车站作为大站快车停靠点。

(2)快慢车开行比例

快慢车的开行比例是快慢车停站方案最主要的影响因素，快车开行数量应从以下几方面考虑。

首先，根据客流量确定快车开行量。快车开行数量应根据快车停靠站点间的OD交流量确定，快车的比例越高表明乘坐快车的乘客数量越多。

其次，快慢车开行总量要满足系统能力要求。由于大站快车和站站停列车停站方案不同，二者之间存在一定的速差，若开行大站快车，则其必定要多占用站站停列车的平图能力。大站快车对通过能力的影响，应根据快车开行对数、越行站的设置情况，需通过铺画列车运行图来确定。

第三，快车开行数量应满足一定服务频率。若根据客流需求，快车开行数量较少，服务频率较低，旅客等待时间较长，总旅行时间得不到节省，快车的开行起不到节约时间的效果。快车数量开行过多，又会使慢车在越行站的等待时间过长。因此，开行快慢车时要综合考虑各站服务水平对客流的影响，宜选择所有旅客总旅行时间节省的方案。

(3)越行站位置的选择

越行站的选择主要受快车停靠站的位置及高峰时段行车对数等因素制约，需考虑以下因素。

①符合快车在车站超越慢车，尽量避免快车在区间与慢车相距太近导致快车降速的情况[18]。

②越行线不与快车停靠站合设时，应尽量选择上下客流比较小的站越行，这样可以将对乘客的候车时间延长的影响降到最低。

③越行站尽量设置为地面或高架站，以节省造价。

④尽量与出入段线接轨站、故障车停留线设置站等合并设置，并考虑能力均衡性和一定的冗余度。

⑤越行线设置应工程可实施性强，工程造价低。

基于以上影响因素分析，越行站的选择应该结合运行模式选择，进行全面经济技术分析比选。越行站示意如图7所示。

图7 越行站示意

4.2.3 多交路运营组织模式

市域铁路具有线路长、客流断面分布不均衡、衔接支线较多等特点，从国内外典型都市圈市域铁路运输组织模式来看，市域铁路一般都采用多交路的运营模式，以适应不同区段客流需求，提高列车的满载率，降低用电、设备磨损等运营成本的支出。

从形式上看，单一线路的运行交路一般有单一交路、长短交路、嵌套交路和组合交路4种。

(1)单一交路(图8)

在线路起、终点站间按最大需要开行贯通运行的列车，适用于全程客流均衡，无明显客流断点的情况，运输组织较为简单。

图8 单一交路

(2)长短交路(图9)

为适应客流断面不均衡性，在高客流断面所在区段采用大小交路套跑的运营组织模式，这种运输组织适用于各区段客流量不均衡、客流断点明显的情况。采用大小交路运输组织模式，可很好地与沿线客流断面相适应，加速车辆周转、节约运营成本。

图9 长短交路

此类运行交路，在行车间隔上要保证大交路的行车间隔是小交路的整数倍，这样才能使大小交路列车运行相互匹配，保证各区段列车开行的均衡，如果不能满足，将会在运行上产生空费时间，影响线路的通过能力。此外，大小交路要求小交路折返点的车站具有折返功能。

(3)嵌套交路(图10)

列车全线不贯通，列车在中间站折返，可根据客流需要组织不同编组、不同开行对数的列车在各区段运行。适用于两端组团客流交换量不大，主要客流均为两端组团与中心组团的交流，采用此种运输组织模式较为合理。

图10 嵌套交路

(4)组合交路(图11)

在线路上既有衔接交路又有嵌套交路，这种交路形式复杂，对运输组织的要求更高，但是对客流的适应性强于一般交路。

图11 组合交路

单一线路的运行交路选择主要以客流分布为基础，其选择方法与城市轨道交通类似，交路设置方法已很成熟，不再赘述。

(5)主线+支线的运行交路

由国内外市域铁路布局形式来看，市域铁路由中心城区延伸至郊区后，为了扩大覆盖范围，在郊区向不同方向延伸，形成主线+支线的型式，如图12所示。在运输组织上主支线运营主要体现为支线与主线独立运营和贯通运营。主支线的运营方式的选择，应以客流出行特征为基础，综合考虑功能定位、土建工程投资、车辆购置费用、运营费用、线路能力、服务水平、运营管理等因素影响，进行综合技术经济比选。