北京轨道交通路网典型交路模式研究

2022-10-12张文哲

运输经理世界 2022年18期

张文哲

（北京市地铁运营有限公司运营三分公司，北京 100082）

0 引言

拥挤的道路交通严重影响着城市发展，以地下铁路和地上轻轨为主的城市轨道交通体系越来越成为解决城市交通拥堵问题最有效的途径。人们熟知的地铁系统，有着种种地上交通系统没有的优势，如速度快，载客量大，到达时间准确，安全性高，环保等。大中型城市的发展，离不开轨道交通的支持，轨道交通的运营里程、运营线路的增加，也逐渐迎来客运和列车运营组织方式的升级，尤其是针对不同交路模式的组织方式。以客流特征和流量为主要依据，合理安排列车运行计划，既能提高出行服务水平，同时还可以有效降低企业的运营成本，这对于我国城市轨道交通的可持续发展具有十分重要的意义。

1 国内外轨道交通发展与现状

1.1 国外轨道交通发展现状

世界上首条地下铁道建于英国伦敦，全长约6.5km，所用机车为蒸汽机车，1906年伦敦市内开通的地铁全数电气化。自此以后，世界上主要大中型城市和地区也逐渐意识到地铁的重要性，并加速建设，1897年波士顿地铁开通，1900年巴黎地铁开通，1904年纽约地铁开通，1927年东京地铁开通。经过100 多年发展，截止到2020年底，全世界共有77 个国家和地区的538 座城市开通城市轨道交通，营运里程达到33346 公里，车站数超过34220 个。如纽约、伦敦、东京、首尔、上海、北京、广州等全球特大型城市基本都具备较为完善的轨道交通系统，可以在很大程度上减轻城市地上交通的负担，提升城市整体客运质量。一些城市的地铁客运量，已经超过了地上交通的客运量，比如俄罗斯的莫斯科地下轨道交通系统，就分担了整个莫斯科一半以上的客运，还有的甚至超过八成，比如东京。东京地铁拥有13 条地铁线路，总长312.6km，每天要运送超过八百万人通勤，这就占了东京每日客运量的八成左右。

1.2 国内轨道交通发展现状

回顾我国首都北京的地铁发展，早在建国初期，我们就开始规划并建设北京地铁。1969年的国庆，一个所有地铁人都铭记的日子，北京地铁一号线正式通车。截至2021年5月，我国已有超过40 个大中型城市，包括北上广深、天津、重庆、大连、青岛、厦门等在内的很多大中型城市，包括大部分省会城市，都已经建设了包括地下铁路和地上轻轨的城市轨道交通系统，运营里程，含规划里程，早已超过10000km。建设规模、里程规模、线路规模以及包括客运规模，已跃居世界第一。北京作为新中国第一个拥有轨道交通系统的城市，1971年开始试运营。经过50年的发展，北京已建成通车运营线路共计24 条，运营总里程达到727km，年客运量达到45 亿人次，车站428 座，疫情前日均客运量超过1000 万人次。上海地铁是继北京、天津之后内地第3 个拥有轨道交通系统的城市，上海地铁1 号线始建于1990年初，1995年4月建成通车。随后上海地铁飞速发展，截至2020年底，上海轨道交通共开通线路19 条，车站459 座，全网运营总里程达772km，在世界城市轨道交通线路长度排名当中高居榜首。

2 北京地铁主要交路形式优缺点分析

随着客流压力不断增加，城市轨道线路的客运量在各个区间通常会出现不均衡分布的现象，部分区间会出现运力紧张、乘客拥挤程度较高，部分区间又呈现运力萎靡，列车资源配置过剩的现象。那么，分析与研究如何在运用相同数量列车的情况下，针对不同线路特点，制定合理的列车运行交路方案，提高列车在大客流区段的运输频率，减少该区段乘客的候车时间，降低列车的拥挤程度，显得尤为重要。列车交路是城市轨道交通中的运行模式，是地铁或轻轨运行线路的区间，是城市轨道交通线路的主要技术标准之一。想要使地铁现有资源得到充分利用，想要成本低量化，想要提高客户的满意程度，并且提升效率，包括运营效率和车辆调度效率，那么一种优化的、高效的列车交路形式是必不可少的。这种列车交路形式既要缩小运能损失，又要在应急情况下，如故障、极端天气下，快速调整，准确转换为正常状态。列车运行交路与列车运行图密切相关，根据总客运量和高峰小时断面客流密度确定列车开行对数，制定列车运行交路计划。

列车运行交路从形式上分为以下几种形式：单一列车交路、大小列车交路、环形运行交路、分段运行交路和交错运行交路等形式，本文针对北京地铁最常用的三种交路模式的优缺点即适用特点进行分别分析和讨论。

2.1 单一列车运行交路优缺点分析

单一列车运行交路形式最为简单，是指列车在线路两个终点站间运行，到达线路终点站后再折返运行，目前大部分线路运营初期大多采用单一运行交路的形式，如北京地铁1 号线、9 号线，其优点在于，运营组织容易，乘客引导方便，运营秩序紊乱时，调整压力小，可快速利用就近道岔进行折返，恢复常态运行快。缺点是当全线客流分布不均匀时，会造成运力损失，不利于客流大的区间快速疏散乘客，因此单一运行交路适用全线客流比较均匀，无明显客流断点的情况。

2.2 大小列车运行交路优缺点分析

大小列车运行交路，即大小圈车套跑形式，大交路全线运行，小交路为在某区段通过运行，如北京地铁6 号线及4 号线与大兴线。6 号线2021年早高峰时刻，正常列车从始发金安桥站至终点潞城站全线均停车上下乘客，大站快车为褡裢坡至北运河东站，通过不停车其目的，一是保证首都副中心通勤效率，二是列车折返后，快速补充下行去往中心城区运力。4 号线在工作日以大小交路的模式运营，按一定比例开行安河桥北至新宫站的小交路车次；在双休日，除列车回库需要，4 号线所有下行列车均运行至大兴线以天宫院为终点站。

当城市发展处于中心城区主导格局下时，中心城区内部出行的客流量非常大，郊区段的客流相对较小，某区段断面客流量有明显差距，开行相对密度的小交路可以满足郊区段以及穿城区的客流需求。以适用于各区段客流不均衡情况，更好地适应市区客流与郊区客流密度分布不均。

2.3 环形列车运行交路优缺点分析

环形列车运行交路如北京地铁2 号线、10 号线。其优点是列车无须折返，提高运力，单边故障时另一侧运力不受影响，但环形交路若出现故障事件，因对侧车辆处于饱和状态，列车无法通过就近道岔进行折返变为小交路运行，因此恢复运营组织难度大，需要较长时间恢复运营秩序。

2.4 其他交路形式对北京地铁交路形式运用的启示

分段列车运行交路适用于高峰小时断面客流量不均衡情况，但在每一个区段有典型的向心聚集客流，是在城市发展过程中市区的持续近郊化及郊区城市化形成的。分段运行交路由若干小交路衔接而成，列车只在自己小交路运行，优点是可以保证每个区段具有较高的运营服务水平，但是去往线路另一端的乘客必须进行换乘，增加出行时间。

交错运行交路，适用于郊区至市区的客流。郊区客流出行比例相对于大小交路的郊区客流明显增大，所以开行低密度的大交路无法适应郊区客流增长的需求，如果开行高密度的大交路将会导致线路载客能力降低。当客流呈现明显的向城区单峰客流时，开行两端郊区至城区的小交路可以满足不断增长的郊区到中心城区的客流需求，两个小交路在城区交叉重叠，可以满足中心城区内部出行需求。但是这种交路形式行车组织难度极大，特别是对于中心城区重叠线路的占用率几乎达到饱和，一旦发生故障等特殊情况，无法迅速调整运营秩序，目前北京地铁没有采用上述两种交路模式的地铁线路。但如果设备到位、技术成熟，安全条件均符合的情况下，北京地铁有可能会逐步引入这些复杂的交路运行模式。

3 对既有线路运行交路形式的优化建议

通过上述对于各种列车交路形式的分析，结合北京地铁目前既有线路交路形式及实际行车组织采取的方式，提出一些优化建议，以北京地铁8 号线北段为例。该线呈单一交路运行，沿途经过奥林匹克旅游区、南锣鼓巷步行街、回天居住区，全长28km，日均客运量39.9 万人次。8 号线信号系统采用全路通公司的CBTC 移动闭塞系统，2012年开始改造使用，经过多年的探索与磨合，8 号线信号系统平稳且高效。8 号线平日列车运行图最小间隔已经达到3 分钟列车追踪运行，最高上线运用车35 组，日均开行468 列，双体图最小间隔5 分07 秒，运用车21 组，开行379 列，虽然单一交路行车组织方式很简单。但是由于8 号线高峰期列车间隔达到3 分钟，育新、永泰庄、回龙观东大街、霍营、朱辛庄等大客流车站，遇大客流换乘时主要采取人工限流或者延长换乘距离的方式来增加乘客换乘距离，使乘客分散于站台、通道内、出入口的方式缓解站台压力。

根据列车交路运行方式，结合北京地铁高峰客运量（采用样本为疫情前2019年4月30日和2019年9月30日最具代表性的节前两日早高峰7∶00～9∶00 进站客流总量及疫情前2019年5月2日和2019年10月2日9∶00～11∶00 节日进站客流高峰总量作为参考依据）。

3.1 8 号线平日图交路形式优化建议

8 号线早高峰乘客进站量最高区间为永泰庄站至朱辛庄站，此区域为回龙观、霍营大型居住区，客流属性为典型郊区段至城中心通勤特点，在编制平日列车早高峰运行图时可以考虑使用大小列车运行交路形式。大交路依然为朱辛庄至美术馆站全线运行。为缓解北部车站候车客流压力，结合站场图最优方案为森林公园南门站至回龙观东大街站开行小交路。因为这两站均有存车库线，且列车在运用小交路运行在该站清人完毕后，可以顺向进行列车折返作业，减小出库所需时间，降低对其他列车运行的影响。通过此方法可以快速缓解永泰庄至回龙观东大街站台候车乘客压力。

3.2 8 号线双体图交路形式优化建议

遇与挑战。现代化的轨道交通不应局限于机车、信号、通信等技术装备水平，更应该包括现代化的运输理念、服务理念。未来轨道交通运营更应该从提高管理理念、服务水平以及节约成本等方面考虑，制订更加科学、高效、节能的运营方案，充分发挥现有潜能，满足日益增长的运营需求。目前，北京地铁中心线路的列车间隔已经很小，进一步缩小列车间隔的可能性不大，在这种前提下，如何利用各种列车运行交路形式，合理控制不均衡的客流分布显得更为重要。本文基于客流模型及客流分布特点，分析了主要交路模式的优缺点及适用条件，并以8 号线为例，进一步优化了现有交路模式的运行效率。相信通过制定出更加合理、高效的列车运行方案，可以使整个线网的承载能力不断提高、运力不断增加，不但从客运组织和运营效率上得到优化，更在乘客乘车体验上有明显提升。

8 号线节假日高峰乘客进站量最高区域为永泰庄站至朱辛庄站，结合上述交路方式，编制节假日运行图时，仍然可考虑采取大小列车运行交路的形式，根据站场图实际情况，最优方案为从永泰庄站至朱辛庄开行小交路运行列车，大交路运行列车依然为朱辛庄至鼓楼全线运行。通过此方法可以快速缓解霍营、朱辛庄等大客流换乘站站台候车客流压力。

3.3 运用新理念、新成果、新视角助力地铁新发展

通过以上分析可以看出，虽然技术手段可以提高乘客出行服务质量，但理念上的创新更加重要。结合技术发展趋势和轨道交通运营理念的更新迭代，未来可以从三方面助力北京地铁运营发展：第一方面，当今社会智能手机普及化程度很高，手机客户端可以开发更便捷的软件，利用实时大数据，结合物联网技术，能让乘客随时了解地铁列车车厢拥挤程度、出行最短路径、突发故障情况、采取限流措施情况，使用APP 推送功能，让乘客及时获取相应信息，自我掌控出行选择，减少因地铁故障造成的负面影响。第二方面，可以通过改造地铁现有设备来提高网络运营效率，比如升级信号系统，提高信号网络传输带宽，优化列车运行图，减少人工调度干预，全自动列车折返，进一步缩短列车间隔，降低故障率，提升乘客出行舒适度。第三方面，利用大数据和智能数据挖掘技术，更加清楚地研判各主要线路客运情况，帮助决策者决定更加合理的交路方式。不久的将来，诸如大数据、人工智能、5G 传输、虚拟现实、区块链、量子通信等尖端技术一定能够应用到城市轨道交通各个领域，为乘客提供更加优质的轨道交通出行服务。