蘭州交通大學(xué)自動(dòng)控制研究所 甘肅省高原交通信息工程及控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 王詩(shī)豪 王才善

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探索與觀察

城市軌道交通中典型交路模式及其通過(guò)能力的分析

蘭州交通大學(xué)自動(dòng)控制研究所 甘肅省高原交通信息工程及控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 王詩(shī)豪 王才善

【摘要】在城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)組織中，城市軌道交通的交路模式研究具有重要的意義，多種交路的行車方式在滿足乘客需求的同時(shí)，也對(duì)城軌交通系統(tǒng)的通過(guò)能力和車底運(yùn)用數(shù)產(chǎn)生不同的影響。本文對(duì)多種典型交路形式進(jìn)行分析，建立了大小交路嵌套形式下的數(shù)學(xué)模型，并計(jì)算其通過(guò)能力和車底數(shù)量，對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)中交路形式的選擇提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；開(kāi)行交路；通過(guò)能力；車底運(yùn)用

城市軌道交通（以下簡(jiǎn)稱城軌交通）開(kāi)行交路簡(jiǎn)單的講就是城軌交通的運(yùn)行區(qū)間，其是城軌交通系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)之一，在城軌交通系統(tǒng)中， 由于各個(gè)區(qū)間線路之間的線路長(zhǎng)度，站間距、客流量均不相同，所以應(yīng)根據(jù)不同線路之間的不同特點(diǎn)選擇一種合理、有效的運(yùn)行交路，從而在保持高水平服務(wù)的前提下提高運(yùn)輸能力和車輛利用率。

城軌交通交路計(jì)劃一般規(guī)定了列車的運(yùn)行區(qū)間、車輛編組數(shù)量、折返站的選擇以及高峰時(shí)間段列車開(kāi)行對(duì)數(shù)。由于在實(shí)際運(yùn)輸中多采用多種交路的組合形式，特別是大小交路的嵌套、銜接形式，所以分析其通過(guò)能力及車底運(yùn)用具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意思。因此，本文在介紹各種開(kāi)行交路模式的同時(shí)主要研究分析典型交路模式（大小交路嵌套、銜接模式）的通過(guò)能力和車底運(yùn)用問(wèn)題。

1.城市軌道交通各種主要交路形式

1.1單一交路

單一交路形式如圖1（a）所示，其為城軌列車在線路起點(diǎn)，終點(diǎn)之間按最大需要開(kāi)行的貫通式列車線路，適用于全線客流及斷面客流比較均勻的線路，在城軌交通運(yùn)營(yíng)初期多采用單一交路形式。

1.2大小交路

大小交路可以分為大小交路嵌套、大小交路銜接兩種形式，分別如圖1（b）、圖1（c）所示。其中大小交路嵌套形式適用于高峰小時(shí)客流量不均勻，某處斷面客流量具有明顯落差的線路區(qū)間［1］。其可根據(jù)客流量需求，組織不同編組及不同開(kāi)行對(duì)數(shù)的車輛在各區(qū)段運(yùn)行，通常小交路區(qū)間的客流量要大于兩端大區(qū)間，開(kāi)行對(duì)數(shù)也更多。

大小交路銜接形式多用與高峰小時(shí)斷面客流量不均勻，但在每一個(gè)區(qū)間均有典型的向心聚集客流［1］。其可以單獨(dú)設(shè)置兩個(gè)區(qū)間的行車計(jì)劃，兩個(gè)區(qū)間的列車開(kāi)行對(duì)數(shù)及運(yùn)行周期相互獨(dú)立無(wú)干擾，保證每個(gè)區(qū)間段都具有較高的服務(wù)水平。

圖1　各種主要交路形式

1.3交錯(cuò)運(yùn)行交路

交錯(cuò)運(yùn)行線路是指兩個(gè)小交路交叉重疊開(kāi)行的一種交路形式，如圖1（d）所示，其多適用于市區(qū)-郊區(qū)間的相信客流，其中交路兩端為郊區(qū)線路區(qū)段，其客流一般像中心城區(qū)集中，呈現(xiàn)明顯的向心單峰客流特征，兩個(gè)小交路交錯(cuò)部分線路為中心城區(qū)線路，其開(kāi)行密度加大，可以滿足客流集中的城區(qū)出行需求。

1.4“Y”（雙“Y”）形交路

“Y”形交路和雙“Y”形的形式分別如圖1（e）、（f）所示。其出現(xiàn)的原因是在線路設(shè)計(jì)或是后期延伸時(shí)出現(xiàn)分岔，而分叉線路又不宜采用獨(dú)立交路。其對(duì)列車對(duì)數(shù)及運(yùn)行周期的匹配要求很高，線路運(yùn)營(yíng)組織和調(diào)整比較復(fù)雜。

2.大小嵌套交路的通過(guò)能力和車底運(yùn)用計(jì)算

2.1大小嵌套交路的車輛運(yùn)行分析

假設(shè)某條線路采用大小嵌套形式的開(kāi)行交路，如圖1（b）所示。其中B中間站，AC段為大交路運(yùn)行區(qū)間，運(yùn)行間隔為d大，運(yùn)行周期為T(mén)周。BC段為小交路區(qū)間，運(yùn)行間隔為d小，運(yùn)行周期為t周。在開(kāi)行大小嵌套交路時(shí)，為了不在運(yùn)行圖的鋪畫(huà)中產(chǎn)生空費(fèi)時(shí)間從而使得車底折返時(shí)間、折返數(shù)量的增加，大交路列車發(fā)車間隔一般應(yīng)為小交路列車運(yùn)行間隔的整數(shù)倍。

在大小嵌套交路形式下，可選擇以大交路運(yùn)行周期為基礎(chǔ)或是以小交路周期為基礎(chǔ)的組合周期形式，若以大交路運(yùn)行周期為基礎(chǔ)，則表示當(dāng)大小交路列車運(yùn)行產(chǎn)生沖突時(shí)，保證大交路列車按照計(jì)劃正常運(yùn)行，小交路列車需要滯后運(yùn)行從而產(chǎn)生空隙時(shí)間，造成通過(guò)能力損失。同理，若以小交路運(yùn)行周期為基礎(chǔ)，則會(huì)對(duì)大交路區(qū)間列車產(chǎn)生滯后時(shí)間，造成通過(guò)能力損失。下面就具體分析這兩種情況的通過(guò)能力和車底運(yùn)用。

2.2以大交路周期為基礎(chǔ)的通過(guò)能力和車底運(yùn)用計(jì)算

以大交路周期為基礎(chǔ)的交路示意圖如圖2所示，從圖2可以看出，此時(shí)的線路能力損失：

其中t損失為小交路列車一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)造成的能力損失，min；n損失為列車一個(gè)周期內(nèi)少開(kāi)行的列車對(duì)數(shù)，對(duì)。同時(shí)，小交路列車在折返站B的折返時(shí)間t實(shí)折會(huì)比規(guī)定的最小折返時(shí)間t折有所增加。

假設(shè)小交路列車以最緊湊的方式運(yùn)行，列車在折返站的折返能力滿足要求，且取標(biāo)準(zhǔn)折返時(shí)間t折，可以推導(dǎo)出小交路列車的運(yùn)行周期t周應(yīng)為大交路行車間隔d大的整數(shù)倍，即：

式中p是大小交路列車運(yùn)行時(shí)間比r有關(guān)的量［2］。

圖2　以大交路列車運(yùn)行為基礎(chǔ)的交路運(yùn)行圖

下面就具體推倒p的計(jì)算公式，假設(shè)大交路單程運(yùn)行時(shí)間為t1，小交路單程運(yùn)行時(shí)間為t2，由城軌交通運(yùn)行周期計(jì)算方法可得：

則：

其中n大為一個(gè)周期內(nèi)大交路列車開(kāi)行數(shù)輛，k為小交路與大交路的車輛開(kāi)行比例，I為列車的最小行車間隔，r為小交路與大交路列車行駛時(shí)間比，為折返時(shí)間與大交路列車行駛時(shí)間的比值。

前文分析道，以大交路運(yùn)行為基礎(chǔ)會(huì)導(dǎo)致會(huì)使小列車在折返站B的折返時(shí)間增加，記作t實(shí)折，min。由此造成車底運(yùn)用數(shù)的增加，記作N，輛。大小嵌套交路模式下，理想的小交路周期為：

而實(shí)際的小交路周期為：

又根據(jù)大交路列車周期可知：

有以上幾式可得增加的車底數(shù)輛為：

2.3以小交路運(yùn)行為基礎(chǔ)的通過(guò)能力和車底運(yùn)用計(jì)算

以大交路周期為基礎(chǔ)的交路示意圖如圖2所示，由于此時(shí)是已小交路周期為基礎(chǔ)，所以大交路區(qū)間列車的實(shí)際發(fā)車間隔會(huì)比原計(jì)劃增加，由圖2可知，此時(shí)一個(gè)大交路周期T周內(nèi)，造成的能力損失為：

其中t損為一個(gè)大交路周期內(nèi)大交路列車的能力損失，min；n損為一個(gè)大交路周期內(nèi)大交路列車少開(kāi)行的列車對(duì)數(shù)，輛；表示取整運(yùn)算，mod表示取余運(yùn)算。

與以大交路運(yùn)行為基礎(chǔ)的運(yùn)行方式類似，以小交路運(yùn)行為基礎(chǔ)時(shí)，會(huì)使大交路區(qū)間列車在折返站A的折返時(shí)間增加，從而使大交路區(qū)間列車車底運(yùn)用對(duì)數(shù)的減少，記作N減，輛。N減的分析計(jì)算方法與前文中以采用大交路列車運(yùn)行為基礎(chǔ)的運(yùn)行方式帶來(lái)的車底數(shù)量增加數(shù)N的相同，此處不在具體分析。

圖3　以大交路列車運(yùn)行為基礎(chǔ)的交路運(yùn)行圖

3.采用大小嵌套交路形式的實(shí)例分析

設(shè)某條線路采用大小嵌套形式的交路模式，并以大交路區(qū)間列車運(yùn)行為基礎(chǔ)，大交路列車運(yùn)行時(shí)間t1=60min，車輛最小折返時(shí)間t折min=3min，則根據(jù)列車運(yùn)行周期算法可得T周=126min，I=5min，該線路的用過(guò)能力損失和增加車底運(yùn)用數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1　

由表1的計(jì)算結(jié)果可以看出，車底運(yùn)用增加的數(shù)量，隨著大小交路區(qū)間列車周期比的增加呈現(xiàn)周期化的特點(diǎn)。所以當(dāng)采用大小嵌套交路方式時(shí)，在滿足運(yùn)輸需要的情況下，大小交路區(qū)間列車的開(kāi)行比例不宜過(guò)大，同時(shí)還應(yīng)確定合理的開(kāi)行區(qū)間，時(shí)大小交路旅行時(shí)間比對(duì)線路的通過(guò)能力損失及車底運(yùn)用數(shù)量的影響達(dá)到最小。

4.結(jié)論

（1）在城市軌道交通交路多種多樣的形式中，在選擇時(shí)一般是以客流量情況為基礎(chǔ)，根據(jù)各種客流的特征結(jié)合工程實(shí)施的可行性，選擇合理、有效的交路形式，可以在滿足運(yùn)輸需求的同時(shí)提高運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平，建設(shè)現(xiàn)代化的城市軌道交通。

（2）在采用大小嵌套交路形式時(shí)，交路區(qū)間的通過(guò)能力和車底運(yùn)用數(shù)與大交路區(qū)間列車運(yùn)行周期T周，大小交路列車行車間隔，大小交路區(qū)間列車運(yùn)行時(shí)間比r，大小交路列車最小行車間隔I，以及列車開(kāi)行比例k有關(guān)。應(yīng)選擇合適的參數(shù)設(shè)置來(lái)避免過(guò)多的通過(guò)能力損失及過(guò)大的徹底運(yùn)用數(shù)的增加。

（3）對(duì)于大小銜接交路形式，大小交路往往相互獨(dú)立，所以在中間站的折返能力滿足要求的同時(shí)，其線路的整體通過(guò)能力和車底運(yùn)用數(shù)不受影響，但應(yīng)考慮雙方向列車因進(jìn)路交叉干擾而引起的折返時(shí)間的增加啊。

（4）對(duì)于其他典型交路形式的分析，在分段交路中，若采用獨(dú)立車底運(yùn)用，則大小交路在折返及車底運(yùn)用上面相互獨(dú)立，可將其視為兩段獨(dú)立的單一交路進(jìn)行分析。對(duì)于”Y”形或”雙Y”形交路，線路的能力損失與緩沖時(shí)間有關(guān)，即緩沖時(shí)間越多，損失能力越少，所以對(duì)于這種帶支線的交路形式能合理安排列車的發(fā)車間隔，增加緩沖時(shí)間等措施來(lái)減少線路的能力損失［4］。

（5）城市軌道交通是一項(xiàng)巨大而復(fù)雜的工程，特殊交路、多種交路形式的組合是不可避免的。以上分析的軌道交通交路形式也不是唯一不變的，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用，提高運(yùn)輸能力，降低運(yùn)營(yíng)成本，以人為本完成城市軌道交通規(guī)劃目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

［1］徐瑞華，李俠，陳菁菁.始于快速軌道交通線路列車運(yùn)營(yíng)交路研究［J］.城市軌道交通研究，2006（5）：36-39.

［2］徐瑞華，陳菁菁，杜世敏.城軌交通多種列車交路模式下的通過(guò)能力和車底運(yùn)用研究［J］.鐵道學(xué)報(bào)，2005（4）：6-10.

［3］李俊芳，王炳達(dá).城市軌道交通典型交路形式分析［J］.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2009（10）：54-58.

［4］徐瑞華，徐浩，宋健.城市軌道交通共線運(yùn)營(yíng)的通過(guò)能力和延誤［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，33（3）：301-305.