重庆市轨道交通27号线快慢车模式研究

石修路，蔡肇萍

重庆市轨道交通27号线快慢车模式研究

石修路，蔡肇萍

（中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 401120）

快慢车运营模式作为提升轨道交通运输效率的重要途径，在设计过程中充分论证其实施必要性及应用效果具有极其重要的意义及作用。以重庆市轨道交通27号线为例，结合线网规划、线路条件、客流特征等充分论证快慢车运营的必要性；综合能力折损、配线设置等确定越行方案；分析出行效率、车辆投资、土建追加及经济效益后，最终得出结论：重庆市轨道交通27号线宜按快慢车运营模式实施工程建设，运营期间视线路实际情况，推荐在平峰时段组织开行快慢车、高峰时段组织开行站站停列车。

轨道交通；行车组织；快慢车；综合评价

0 引 言

随着我国城市轨道交通辐射范围的不断拓展，长大距离线路的建设及市郊铁路的互联互通日益增多[1-3]。为满足出行客流的多目标需求，快慢车运营模式有着极其重要的意义及作用。目前，针对国内外快慢车运营模式的研究众多，主要集中于理论研究[4-6]、方案研究[7]、效益研究等方面[8]，少有系统性研究成果。本文立足于重庆市轨道交通27号线，系统研究快慢车开行必要性、开行方案及综合评价，旨在为同类项目提供一定思路及参考。

1 快慢车开行模式必要性

1.1 工程概况

重庆市轨道交通27号线作为横穿三大槽谷的骨干快线，西起璧山，东至重庆东站，全长52km（地下线50.5km），设站15座，设计时速140km/h，系统能力24对/h，AC25kV供电制式。研究年度内采用6辆编组城轨快线车辆运营，车长140m，定员标准5人/m2，整列定员1 554人[9]。根据《重庆市综合交通体系规划（2019—2035）》，市郊铁路璧铜线与27号线于璧山站互联互通，市郊铁路南川线与27号线于重庆东站互联互通，目前璧铜线已经施工建设，计划于2023年开通运营；27号线正处于初步设计阶段，计划于2027年建成运营；南川线属于规划远景线路，尚未开展研究工作。线路具体走向如图1所示。

图1 线路走向图

璧铜线全长37.4km，设站9座（含璧山站），以高架站和地面站为主，设计时速140km/h，系统能力24对/h，4辆编组城轨快线车辆运营（土建按6辆编组设计），AC25kV供电制式，定员标准5人/m2，整列定员1 010人。璧铜线开通时，由4辆编组列车承担运输任务，与27号线贯通后不再增购4辆编组列车，原小编组列车于璧铜线范围上线服务直至报废淘汰[10]。

1.2 功能定位

（1）区域衔接

27号线为串联重庆市三大槽谷、贯穿东西向的一条轨道交通骨干快线，连接沙坪坝站、重庆站、重庆东站等重要对外枢纽，实现城市内外组团间的快速联系，支撑科学城及茶园城市副中心等区域发展[9]。

（2）互联互通

27号线建成后与璧铜线贯通运营，并预留与轨道交通26号线及南川线的互联互通条件。通过换乘方式实现主城客流与区域客流的多向衔接；通过贯通方式实现区域客流与主要对外枢纽的快速通达；通过跨线运营实现都市区范围内的网络化覆盖。

（3）快速通达

《重庆市城市轨道交通第四期建设规划（2019—2024）》要求：以轨道交通为引领，实现主城区1 h通勤、东西槽谷到达中央活力区时间（轨道在途时间）不超过30 min的出行时空目标。即主城周边12个区到达主城区对外枢纽及重要节点1 h左右；实现主城其他地区进入内环，相邻城市副中心之间、对外交通枢纽之间轨道交通联系范围在30 min之内。

以初步设计阶段线路数据为基础进行牵引计算，站站停模式下全线（27号线+璧铜线）运行时间如表1所示。

表1 区域出行时间

1.3 线路条件

依据《重庆市城轨快线设计标准》，27号线及璧铜线范围内曲线限速情况如表2所示。分析可知，通道范围内限速曲线占比32.2%，考虑越行条件，通道内67.8%的曲线对最高运行速度不构成限制。

表2 曲线限速汇总

1.4 客流特征

根据客流预测数据，远期全日客流平均乘降量高达8.66万人次，且主要集中于27号线中部槽谷范围内[11]。全线客流乘降差异较大，部分站点远期数远低于平均乘降水平，具体如图2所示。

图2 远期全日客流乘降量

全线换乘站点共13座，主要分布于中部槽谷内。由图3可知，27号线换出客流与换入客流总量相当，其中以沙坪坝站、南坪站、重庆东站的客流交换最高，以璧山站、磁器口站的客流交换最低。

27号线承运的铁路客流中，沿线各站发往铁路枢纽，及铁路枢纽发往各站的客流分布情况如图4所示。

分析可知，铁路客流交换主要集中于三大槽谷，除枢纽内部交换外，以石桥铺、大坪西、南坪、天文大道等站点为主要对流点。

图3 远期全日客流换乘量

图4 远期铁路枢纽全日到发客流量

综上所述，结合线路功能定位、限速条件及客流特征可知，站站停模式下通道范围内出行效率较低，速度效率未能充分发挥，客流乘降、换乘及接驳主要集中于三大槽谷内部分核心站点，不均衡性突出。为实现规划目标，进一步研究快慢车模式下的运输效益有着极其重要的意义及作用。

2 快慢车模式运营方案

2.1 停站方案

快慢车运营模式下，合理选择快车停靠站点不仅有利于缩短旅行时间，提升出行效率，同时能够有效缓解大站客流的疏运压力[12]。

（1）车站等级划分

以线路功能定位及客流预测为基础，综合各时段客流乘降量、换乘客流量及枢纽衔接情况等因素，明确各车站功能与级别，具体情况如表3所示。

（2）停靠方式选择

如图5所示，越行站停靠方式分为两种：越行站不停车和越行站停车。一般情况下，为提升越行效率，越行站点宜设置于快车不停靠车站。实际运营过程中，为应对客流突发情况，实现特定时段的快速分流，越行站点有可能出现停车情况[13]。

表3 车站等级表

图5 越行站停靠方式

（3）停站方案选择

基于本线功能定位，结合车站等级、换乘关系及客流特征等因素，确定快车停站方案如表4所示[14]。

表4 停站方案表

2.2 行车方案

快慢车运行会对系统能力造成折损，为充分发挥运营效率，明确折损能力，确定快车行车量及运营交路至关重要。

（1）能力折损

[5]可知，快慢车模式下能力折损情况如表5所示。根据客流预测，通道范围内初、近、远期高峰断面分别为1.45万人/h、2.04万人/h、3.05万人/h，高峰断面位置为磁器口站—沙坪坝站。在保证运能储备的前提下，远期高峰小时开行对数不宜低于22对/h，即快车开行对数不宜高于3对/h。

表5 能力折损理论计算表

（2）行车量分析

如图6所示，全线跨组团OD客流断面最大占比12.72%，位于中部槽谷与西部槽谷之间。为满足客流长距离出行需求，快车开行占比应与跨组团客流最大断面占比相匹配。结合表5计算分析，可知高峰小时快车开行对数不宜低于3对/h。

综合以上分析，在保证小交路运行条件的前提下，全线初、近、远期行车量分配情况如表6所示。

表6 行车量统计表

全线运行时分、停站信息及交路范围如图7所示。

图6 跨槽谷出行占比

图7 远期高峰小时停站信息

2.3 配线方案

为满足运营交路及越行需求，合理布设越行线不仅有利于节省投资，同时可兼顾故障车停留等功能。

（1）配线比选

越行线布设方式主要分为四种，分别为双岛外侧、双岛内侧、单岛及双侧。如图8所示，方案一与方案二工程量较大，建设投资较高，但越行线既可兼做故障车停留线又能满足快车、慢车同时停站的需求，功能更为齐全；方案三、方案四虽然建设规模小、投资省，但功能存在缺陷。因此，推荐采用方案二（或方案一）布设越行线。

图8 越行线布置方案

（2）站点选择

已知通道范围内共有越行站点9个（含磁器口站），远期高峰小时行车密度最大区间位于27号线范围内。由参考文献[6]可知，不同发车间隔下，需设置越行线的车站数目及设置间隔有所不同，具体如表7所示。

表7 越行线设置情况

27号线远期快慢车开行比例为1∶6，越行线需间隔两个越行站设置，共设置三处。结合各车站工法，优先于地面站、高架站设置越行线以节省工程投资；地下车站，则尽可能选择埋深浅、工程实施难度小的车站设置越行线。综合分析后，设置方案如表8所示。

表8 设置方案

2.4 运行图铺画

为验证以上方案的可行性及合理性，结合图7信息，考虑平均停站时间0.6min，对远期高峰小时运行图进行绘制。为应对客流突发状况，对磁器口站越行、停站两种方案进行对比，具体结果如图9所示。

分析可知，能力方面，两方案相同，均为 21对/h；时间节省方面，越行方案更优；土建及成本方面，两方案视为相同。

结合停站方案、行车方案、配线设置及运行图铺画等综合分析可知，从技术层面而言，全线快慢车运营模式可行性突出，能够在保证全线运营需求的前提下，为实现规划目标提供有力的技术支撑。

3 快慢车模式综合评价

效益与投入方面的综合分析结果是衡量快慢车运营模式是否合理的决定性因素。为了更好地辅助决策，将从运输效率、工程投资、经济效益等方面展开论证。

图9 远期高峰小时运行图

3.1 运输效率

快慢车模式下，27号线范围内服务频率、运能储备相较站站停模式均有所降低，但快车运行速度提升约9km/h，出行时长最高节省9min（越行磁器口站），详细对比如表9所示。

表9 远期效率对比表

综合分析可知，快慢车模式下虽然应对客流风险的能力较差，但就出行时长和旅行速度而言，其更为符合规划目标。

3.2 投资分析

（1）车辆相关

快慢车模式下由于快车的节省时间与慢车延误时间几乎相等，全线车辆配属无较大差异，具体如表10所示。两种运营模式下，初期、近期所需车辆数相同，远期由于开行快慢车导致能力折损，高峰小时开行对数降低引起车辆数减少，车辆基地建设规模相应减少，综合车辆购置费用及车辆基地建设费用可知，快慢车模式下最高可节省4.92亿元。

表10 车辆配属对比表

（2）土建投资

受配线形式影响，越行站规模增加较大，其相邻区间为满足越行条件，桥隧、路基、轨道等方面亦造成投资追加。此外，磁器口站需由单岛调整为双岛，线路走向发生变化，需下穿城市建筑，施工风险增大。土建投资追加总额如表11、表12所示[14]。

表11 车站土建投资对比

表12 相邻区间工程投资对比

3.3 经济效益

（1）时间效益

由图9可知，1列快车需越行2列慢车，扣除慢车正常停站时间，1列快车将延误慢车9min，节时与延时相抵消。

根据远期全日OD客流，针对不同车站间的节时效果进行矩阵计算，结果显示：全日快车承担客流共节时9514.86h，全日慢车承担客流共延时7339.54h，全日范围内快慢车净节时2175.32h。按照重庆市2019年人均劳动生产率（12.8万元）计算，远期时间效益为3482万元/年。

（2）运营成本

列车运营能耗主要由起动能耗、运行能耗及制动能耗组成，其中起动能耗与制动能耗占比最高。快慢车模式下，快车越行过程中有效减少了列车起、制动次数，从而有效节省了运营成本[15]。

列车由最高速制动到零及由零起动至最高速总能耗平均为120kWh（不考虑再生能源），1列快车越行9座车站共省电1 080 kWh，远期全日可省电99 360 kWh。按照重庆市大工业用电电价0.6元/kWh计算，远期用电节省2175.98万元/年。

3.4 小 结

综合运输效率、工程投资及经济效益分析可知：快慢车模式下，快车虽然可以提升旅行速度，但系统能力折损较大，且对慢车造成干扰；为保证运营灵活性，车辆投资及车辆基地规模不宜缩减，越行站规模及相邻区间越行条件需保证，土建投资共增加3.71亿元，且施工风险较高；快慢车运营效益随客流增长而增长，远期最大可达0.57亿元/年。

4 结 论

城市轨道交通线路作为百年工程宜一次到位进行建设。分析可知，重庆市轨道交通27号线快慢车运营模式意义重大、效益突出，宜按照此模式实施工程建设。为实现效益最大化，有效避免能力折损，结合既有运营经验，建议根据线路实际运营情况，于平峰时段开行快慢车，高峰时段开行站站停列车。

[1] 高国飞, 付义龙, 沈景炎. 基于功能定位和速度效率的市域快线速度目标确定[J]. 都市快轨交通, 2018, 31 (5): 35-39.

[2] 张鸿. 市域快速轨道交通系统制式比选分析[J]. 城市交通, 2020, 18 (1): 31-35.

[3] 唐禄林, 瞿何舟, 李进龙. 城市轨道交通快慢车停站方案优化研究[J]. 交通运输工程与信息学报, 2019, 17 (1): 87-93.

[4] 向红. 地铁快慢车模式研究体系的建立[J]. 铁道工程学报, 2014, 31 (8): 101-104.

[5] 陈福贵, 汤珏. 地铁快慢车模式系统能力损失原则研究[J]. 铁道工程学报, 2014, 31 (12): 96-100.

[6] 汤珏, 陈福贵. 地铁快慢车模式越行点的确定方法研究[J]. 铁道工程学报, 2014, 31 (10): 89-93.

[7] 孙元广, 史海欧. 市域线快慢车组合运营模式研究与实践[J]. 都市快轨交通, 2013, 26 (2): 14-17.

[8] 徐吉庆. 深圳地铁13号线快慢车组合运营方案研究[J]. 城市轨道交通研究, 2018, 21 (12): 47-51, 55.

[9] 中铁二院工程集团有限责任公司. 重庆市轨道交通27号线工程初步设计总说明书[R]. 成都: 中铁二院工程集团有限责任公司, 2020.

[10] 中铁二院工程集团有限责任公司. 重庆市域快线璧铜线工程初步设计总说明书[R]. 成都: 中铁二院工程集团有限责任公司, 2020.

[11] 重庆市交通规划研究院. 重庆市轨道交通27号线工程初步设计阶段客流预测报告[R]. 重庆: 重庆市交通规划研究院, 2020.

[12] 潘学英, 魏庆朝, 邱丽丽, 等. 快慢线模式在北京地铁新线设计中的应用[J]. 都市快轨交通, 2012, 25 (5): 33-37.

[13] 张琛, 韩宝明, 张琦. 轨道交通机场线快慢车停站方案优化方法[J]. 都市快轨交通, 2015, 28 (5): 67-70.

[14] 中铁二院工程集团有限责任公司. 重庆市轨道交通27号线快慢车运营模式专题研究[R]. 成都: 中铁二院工程集团有限责任公司, 2020.

[15] 郑翔, 侯依梦, 董欣垒, 等. 市域轨道快慢车组合运营线路节能坡方案优化探讨[J]. 都市快轨交通, 2020, 33 (3): 54-62, 71.

Express/Slow Urban Rail Transit of Line 27 in Chongqing

SHI Xiu-lu, CAI Zhao-ping

（Chongqing Survey Design and Research Co. Ltd, China Railway ErYuan Engineering Group Co. Ltd, Chongqing 401120, China）

Express/slow urban rail transit is an important mode to improve the efficiency of rail transit, and it important to fully demonstrate the necessity and effect of its implementation in the design process. With line 27 in Chongqing as an example, the necessity of express/slow transit is fully demonstrated by combining the planning, line conditions, characteristics of passenger flow, and other aspects. The program of overtaking is resolved by analyzing the capacity loss and wiring setting. With the comprehensive evaluation of travel efficiency, vehicle investment, project investment, and economic benefits, it is concluded that line 27 in Chongqing should be constructed according to the express/slow urban rail transit mode based on actual operation. The organization of express/slow trains and slow trains during peak hours has been summarized.

urban rail transit; train organization; express/slow transit; comprehensive evaluation

1672-4747（2021）02-0074-10

U231.1

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2021.02.008

2021-01-10

石修路（1992—），男，安徽淮北人，工程师，研究方向为城市轨道交通行车组织，E-mail：609216808@qq.com

石修路，蔡肇萍. 重庆市轨道交通27号线快慢车模式研究[J]. 交通运输工程与信息学报，2021, 19(2): 74-83.

SHI Xiu-lu, CAI Zhao-ping. Express/Slow Urban Rail Transit of Line 27 in Chongqing，[J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2021, 19(2): 74-83.

（责任编辑：刘娉婷）