徐 意

(中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所,100081,北京∥副研究員)

廣州地鐵21號線快慢車越行運行圖規(guī)劃實例分析

徐 意

(中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所,100081,北京∥副研究員)

以廣州地鐵21號線快慢車越行運行圖規(guī)劃為實例,提出了越行運行圖規(guī)劃的策略和基本方法。通過具體的編圖實踐展示了快慢車不同開行比例及密度條件下的越行方案,并對運行圖規(guī)劃的結(jié)果進行了總結(jié)和分析。編圖結(jié)果證明了快慢車越行方案的可實施性,也從實踐上證實了越行運行圖的規(guī)劃策略,解決了具體的工程規(guī)劃及設(shè)計問題,可為行車組織設(shè)計及方案決策提供依據(jù)。

廣州地鐵; 運行圖規(guī)劃; 快慢車; 越行

Author′s address Signal & Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences, 100081,Beijing,China

廣州地鐵21號線(以下簡為“21號線”)是連接廣州中心城區(qū)和增城區(qū)的跨區(qū)快線,線路長61.6 km。該線路是典型的市域快線,定位為解決市域內(nèi)不同行政區(qū)之間的中長距離客運交通干線,線路最高運行速度120 km/h,運營組織擬采用快慢車混合運行模式。目前國內(nèi)以快慢車混合運營模式開通的城市軌道交通線路較少,國內(nèi)外公開發(fā)表的快慢車運行模式研究主要基于理論的分析,較少有針對具體線路的快慢車越行方案的介紹。本論文以21號線的運行圖規(guī)劃為實例介紹了快慢車混行模式下的越行運行圖的規(guī)劃方法,通過具體的編圖實踐展示了快慢車不同開行比例及密度條件下的越行方案,從實踐上證實了越行運行圖規(guī)劃策略,并對運行圖規(guī)劃的結(jié)果進行了總結(jié)和分析。本文從理論結(jié)合實踐的角度提出了越行運行圖的編制方法,解決了具體的工程規(guī)劃及設(shè)計問題,為設(shè)計人員進行類似越行運行圖編制提供參考方法,同時分析了不同快慢車開行比例及密度的條件下對越行站的設(shè)置的要求,為行車組織設(shè)計及方案決策提供現(xiàn)實依據(jù)。

1 項目概況

1.1 基本情況

21號線所用列車長度為120 m，常用制動減速度為0.6 m/ s2;0～50 km/h速度區(qū)間的平均加速度為0.9 m/ s2,0～120 km/h速度區(qū)間的平均加速度0.5 m/ s2。

21號線正線土建限制列車最高運行速度為120 km/h,瞬間速度可超過120 km/h,但不得超過125 km/h;站臺區(qū)的土建限制列車最高速度為80 km/h,越行站快車過站不限速。正線及輔助線9號曲線尖軌道岔直向限速為120 km/h,側(cè)向限速為35 km/h;12號曲線尖軌道岔直向限速為120 km/h,側(cè)向限速為50 km/h。

1.2 停站要求及越行站設(shè)置

慢車在每個車站?？俊Ｔ谠叫熊囌?神州路站、水西站、金坑站、中新站及象嶺站)慢車?？吭趥?cè)向站臺?？燔囋诳燔囃？空?員村站、天河公園站、棠德站、棠站東、黃村站、世界大觀站、暹崗站、鎮(zhèn)龍站、朱村站及增城廣場站)停靠。車站及基本運營信息如表1所示。

1.3 行車組織要求

21號線采用雙線右側(cè)行車。項目初期,線路運

表1 廣州地鐵21號線車站及基本運營信息表

行區(qū)間為員村站—增城廣場站,線路長度為60 km。在近期及遠(yuǎn)期規(guī)劃中,21號線的運行區(qū)間為天河公園站—增城廣場站,且線路長度為59 km。其中,初期高峰時段配置慢車8對/h,快車4對/h;近期高峰時段開行慢車12對/h,快車6對/h;遠(yuǎn)期高峰時段開行慢車18對/h,快車6對/h。雖然遠(yuǎn)期高峰小時快慢車開行比例推薦采用1∶3,但為運營預(yù)留靈活性,也同時預(yù)留了1∶2快慢車開行比例的開行條件。

2 運行圖規(guī)劃方法

2.1 基礎(chǔ)信息計算

根據(jù)線路、車輛及運營參數(shù),采用列車運行仿真軟件計算快慢車區(qū)間運行時間、最小追蹤間隔時間、車站最小到通間隔、車站最小通發(fā)間隔、車站最小到達間隔、車站最小發(fā)車間隔、車站最小通到間隔。這些計算結(jié)果結(jié)合最小停站時間要求構(gòu)成了運行圖規(guī)劃的基礎(chǔ)信息及限制條件。根據(jù)運行仿真得到的快慢車區(qū)間運行時分如下表2所示。

表2 快慢車區(qū)間運行時分

根據(jù)運行仿真可得到最小追蹤間隔時間為120 s(適用于非越行站的發(fā)車間隔及到達間隔);越行站最小到通間隔為45 s，最小通發(fā)間隔為18 s，最小到達間隔為72 s，最小發(fā)車間隔為34 s;非越行站最小通到間隔為63 s。

2.2 運行圖規(guī)劃策略

21號線在不同時期,其快慢車的開行密度要求也不同。一般快慢車的比例為1∶1、1∶2或者1∶3,需要在既有越行站設(shè)置的條件下,對快慢車的運行進行合理的規(guī)劃。規(guī)劃的結(jié)果必須保證列車運行之間不發(fā)生沖突,且均衡運行及旅行時間盡量優(yōu)化。

目標(biāo)問題是存在快慢車越行的雙線運行圖的鋪畫問題。快車是優(yōu)先級較高的列車,在越行車站越行慢車,其停站點及停站時間都是固定的,且不能因為慢車的存在而對其運行造成影響。因此,在鋪畫運行圖時應(yīng)先鋪畫快車的運行線,之后再考慮如何鋪畫慢車運行線。

鑒于城市軌道交通等間隔及通勤化的運營特征,始發(fā)站發(fā)車間隔的均衡性應(yīng)該作為首要目標(biāo),其次應(yīng)考慮慢車的旅行速度要求。故運行圖規(guī)劃的策略為:首先,基于要求的每小時開行對數(shù)均勻鋪畫快車的運行線;然后,根據(jù)每小時慢車開行對數(shù),考慮均衡性及縮短額外停站待避時間要求,鋪畫慢車運行線。在具體鋪畫每一條慢車運行線時,應(yīng)在從上一同向列車出發(fā)時刻之后的均勻時間段內(nèi)搜索旅行時間最短的運行線,直至鋪畫完要求數(shù)量的運行線。

在此,鋪畫每條慢車運行線時是在均勻鋪畫的原則下搜索旅行時間最短的方案。這是一種局部尋優(yōu)的做法。在考慮到均衡發(fā)車的首要目標(biāo)前提下,該做法不失為一種解決問題的有效途徑。

3 鋪圖結(jié)果

3.1運行圖規(guī)劃基本條件及說明

(1) 在具備待避條件的越行站慢車待避快車;

(2) 運行圖上快車運行線為淺色,慢車運行線為深色;

(3) 快車以固定間隔發(fā)車;

(4) 慢車在可行發(fā)車間隔范圍內(nèi)搜索旅行速度最高的優(yōu)化方案。

3.2 列車運行圖

在21號線開通初期,開行快車4對/h、慢車8對/h。

在21號線開通近期,開行快車6對/h、慢車12對/h。

在21號線運營遠(yuǎn)期,開行方案一包括快車6對/h、慢車18對/h。在這種情況下,既有越行站的設(shè)置不能滿足要求,需要進行以下兩種方案的規(guī)劃。

(1) 方案A：增設(shè)越行方案。此方案中,上行方向需要增設(shè)的越行站為世界大觀站、智慧城站、科學(xué)廣場站、鎮(zhèn)龍南站、中新東站及鐘站,下行方向需要增設(shè)的越行站為暹崗站。運行圖見圖1。

(2) 方案B：在部分既有越行站增加待避線方案。其中,象嶺站、金坑站及神州站在上下行方向需各增加1條待避線。運行圖見圖2。

在21號線遠(yuǎn)期預(yù)留的平行方案二包括快車8對/h、慢車16對/h。在這種情況下,既有越行站的設(shè)置不能滿足要求,也需進行兩種方案的規(guī)劃。

(1) 方案C：增設(shè)越行站方案。上行方向需要增加的越行站為暹崗站、中新東站及鐘崗站;下行方向需要增加的越行站為智慧城站、中新東站及鐘崗站。運行圖見圖3。

(2) 方案D：在部分既有越行站增加待避線方案。象嶺站及神州站均需在上下行方向各增加1條待避線。運行圖見圖4。

注:標(biāo)下劃線的車站為增設(shè)的越行站

圖1 快車6對/h、慢車18對/h運行圖方案A

注:標(biāo)下劃線的車站為增設(shè)的越行站

圖2 快車6對/h、慢車18對/h運行圖方案B

注:標(biāo)下劃線的車站為增設(shè)的越行站

圖3 快車8對/h、慢車16對/h運行圖方案C

注:標(biāo)下劃線的車站為增設(shè)的越行站

圖4 快車8對/h、慢車16對/h運行圖方案D

3.3 旅行速度統(tǒng)計

快車的旅行速度是固定的,慢車旅行速度的統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表3 慢車平均旅行速度統(tǒng)計

3.4 結(jié)果總結(jié)及分析

根據(jù)以上實際運行圖編制的結(jié)果,進行以下分析及總結(jié):

(1) 當(dāng)快慢車總對數(shù)在18對/h及以下時,既有越行站設(shè)置能滿足需求。

(2) 在快慢車總對數(shù)達到24對/h時,既有越行站設(shè)置不能滿足需求,需要增設(shè)越行站或者在某些既有越行站增加待避線。

(3) 不同快慢車開行比例及密度條件下需要增設(shè)的越行站呈現(xiàn)不規(guī)律的特征。

(4) 加大行車密度對慢車旅行速度影響不大。

(5) 在既有越行站增加待避線的方案中,由于存在2趟慢車在同一車站待避1趟快車的情況,故額外停站待避時間的增加對慢車旅行速度影響較大。

(6) 增加越行站或在既有越行站增加待避線是2種可行的提升越行能力方式,需根據(jù)具體站場條件綜合評估決策。

(7) 在高密度行車條件下的快慢車越行方案對于行車組織的要求非常高。一旦個別列車出現(xiàn)晚點,將影響整個運行計劃,系統(tǒng)可能需要轉(zhuǎn)為所有列車站站停的運行模式。

4 結(jié)語

規(guī)劃實際越行運行圖時,在基礎(chǔ)信息及限制條件中，區(qū)間運行時間參數(shù)與站間距、區(qū)間限速、線路坡度、列車牽引制動性能及信號系統(tǒng)控車策略及水平相關(guān);停站時間、快車停站點與運營要求相關(guān);最小追蹤間隔時間、車站最小到通間隔、車站最小通發(fā)間隔、車站最小到達間隔、車站最小發(fā)車間隔、車站最小通到間隔等與線路條件、車站配線、列車牽引制動性能及信號系統(tǒng)限制因素相關(guān)。

在高密度行車條件下,這些因素的細(xì)微變化都會對運行圖規(guī)劃的結(jié)果產(chǎn)生影響,很難事先對眾多影響因素進行綜合評判來進行方案的編制。同時,由于在不同快慢車開行比例及密度條件下需增設(shè)的越行站呈現(xiàn)不規(guī)律的特征,因此,只能基于相對具體的工程條件進行運行仿真,再根據(jù)運行仿真的結(jié)果通過實際運行圖規(guī)劃來制定及評判各種越行方案。

本文采用21號線的實際工程數(shù)據(jù)進行了越行運行圖的規(guī)劃,判斷了線路的通過能力,并對越行站的設(shè)置提出了建議。根據(jù)運行圖規(guī)劃的結(jié)果,形成了以越行站設(shè)置及越行運行圖為基礎(chǔ)的快慢車越行方案,為行車組織設(shè)計及方案決策提供依據(jù)。實踐證明,該快慢車越行運行圖規(guī)劃方法有效地解決了如何編制快慢車越行運行圖及如何進行越行站設(shè)置的問題。

[1] 吳亮,李克劍,徐意.城市軌道交通越行運行圖規(guī)劃方法及程序?qū)崿F(xiàn)[J].鐵道通信信號,2014,50(1):26.

(Continued from Special Commentary)

are looking for the countermeasures of solving these problems.For those design and manufacturing sectors of rail traffic vehicle air conditioning systems,they still should lend a helping hand for this.

Compared with the air conditioning in the building,the rail vehicle air conditioning has the following characteristics,such as rail transit vehicle interior space is relatively small,passengers dense during peak times is extremely big and air conditioning equipment installation space is severely limited,etc.Therefore,they would lead to those problems,such as the difficulty of the indoor environment control,and the high energy consumption of air conditioning systems,etc.In recent years,with the progress of science and technology and the people′sgrowingrequirementsfortheperformanceimprovementformeansoftransportation,therailtransitvehicleshavemadetheremarkableprogressintherespectsoftheirenvironmentcomfortablenessandtheenergy-savingandconsumption-reducinginairconditioningsystems.Thepassengers′satisfactiondegreehasbeencontinuouslyupgraded.Nevertheless,intheprogressoftheair-conditioningtechnologyofrailtransitvehicles,theresponsibilityisheavyandthereisstillalongwaytogo.

Thehotanddifficultpointsofresearchingtheinteriorenvironmentcontrolofrailtransitvehiclesincludethefollowingproblems:entiretrainenvironmentcontrol,motion-environmentcontrol,interiorandexteriorenvironmentcoupling,distributionofPM2.5particulatematterinsidevehicles,VOC(VolatileOrganicCompounds)gaspollutantsinnervehicles,vehicle-interiorpressurewavescausedbytrains′high-speedrunning,vehicle-interiornoisecontrol,andhowtoensurethepassengers′healthincaseofpowerfailure,etc.

OnNovember10,2016,intheFirstRailTransitVehicleAir-conditioningTechnologySeminarjointlyorganizedbytheCollegeofMechanicalandEnergyEngineeringandtheUrbanMassTransitResearchMagazineofTongjiUniversity,theparticipantsdiscussedtheissueofhowthephysicalandmentalhealthofpassengerscouldbeensuredafterpowerfailureoccursonahigh-speedrailtrain.Thereareseveraloptionsforustoconsideraftersummarizingtheexperts′views.

(1)Thebatterycapacityoftheemergencysourceofelectricpowershouldcontinuetobeimproved.Atpresent,theusingtimeofrailtransitvehicles′emergencybatterieshasbeenincreasedfrom45min.to2h.Ifthebatterycapacityisfurtherupgradedthroughtechnicalinnovation,theoxygen-supplytimewillbeabletobeextendedafterpowerfailure,andtheenoughairvolumewouldbemadetomaintainintheairducting.

(2)Breakthroughthelimitationsofvehiclesandseeksupportontheground.ElectricitycouldbesuppliedviaacablefromtheemergencyACpowersourceintherailwaystationforapowerfailuretrainlyinginnerthesection.Thisscenariorequiresanintegratedapproachtotheproblemofwhoisresponsibleforpreparingtheemergencycable.Ifacableiscarriedbytrain,itwillincreasetheweightofthetrainitself.

(3)Acertainnumberofskylightscouldbesetupontopofhigh-speedrailtrains.Attheusualtime,theyaresealed.Whentrain′spowerfailureoccurs,theyareuniformlyopenedbytraincontrol.Inthecaseofusingtheemergencypowersupply,thisscenariowillbeabletoallowtrainstomaintainventilationandoxygensupplyforalongertime.

Althoughexpertshaven′tbeenabletofindthemostsatisfactorysolutionatthemeeting,thismeetinghasformedaconsensus:thetechnologicalinnovationmustbeorientedbysocialdemands,soastoadvancethesupply-sidestructuralreformofthetransportationindustry.

(TranslatedbySUNZheng)

Analysis of Train Overtaking Diagram Planning for Guangzhou Metro Line 21

XU Yi

The express train and normal train overtaking planning diagram of Guangzhou metro Line 21 is taken as the case study,the strategy and basic means of train overtaking diagram planning are put forward.The real train overtaking diagram presents different solutions to different traffic loads and train operation ratios,in this paper,the planning result is summarized,it shows that the overtaking diagram is feasible,and the planning strategy is also verified by practice.The planning could solve practical engineering problems and provide basis for train organization design and program decision.

Guangzhou metro; train diagram; express train and normal train; overtaking

U292.4+1

10.16037/j.1007-869x.2016.12.033

2016-04-01)