張海軍李紅雨胡軍紅

現(xiàn)代有軌電車旅行速度計算與分析

張海軍1李紅雨1胡軍紅2

（1.蘇交科集團股份有限公司，210017，南京；2.南京工業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，210009，南京//第一作者，高級工程師）

現(xiàn)代有軌電車的旅行速度普遍較低，并未達到社會公眾對其“便捷、快速、準(zhǔn)點”的期望。分析了影響現(xiàn)代有軌電車旅行速度的因素，并通過模擬其運行過程計算了旅行速度。計算和分析結(jié)果表明，交叉口延誤和站間距是影響現(xiàn)代有軌電車旅行速度的主要因素?，F(xiàn)代有軌電車旅行速度通常為15～25 km/h。對于速度要求更快的線路，可通過采用信號優(yōu)先控制策略、減少平面交叉口及設(shè)站數(shù)量，以及采用車外（站臺）售檢票模式等措施來進一步提高。

現(xiàn)代有軌電車；旅行速度；影響因素

AbstractThe travel speed of modern tram is generally slow，so it can not meet the public requirements for a convenient，fast and punctual communication means.Through analyzing the influential factors on the travel speed of modern tram,the operation process of modern tram speed is simulated and calculated.The results show that the delay at intersection and the distance between stations are the main factors to influence the travel speed.Today,the travel speed of modern tram is usually 15 to 25 km/h.For the lines that require faster speed，methods like signal priority control strategy，decrease of intersection and station numbers，ticketing on the platform and so on should be adopted，so as to further improve the travel speed.

Key wordsmodern tram；travel speed；influential factor

First-author′s address JSTI Group，210017，Nanjing，China

旅行速度是衡量現(xiàn)代有軌電車運營服務(wù)效率和服務(wù)水平的關(guān)鍵指標(biāo)。根據(jù)文獻［1］的調(diào)研結(jié)果，南京河西有軌電車1號線旅行速度為18 km/h；提速后的沈陽渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車最高旅行速度為24 km/h，最低為19 km/h；蘇州高新區(qū)現(xiàn)代有軌電車于2014年年底開通，因其交叉口和車站間距均較大，故旅行速度最高達到27 km/h。從實際運營效果來看，現(xiàn)代有軌電車的旅行速度普遍較低，旅客在途時間較長，并未達到社會公眾對現(xiàn)代有軌電車“便捷、快速、準(zhǔn)點”的預(yù)期。影響現(xiàn)代有軌電車旅行速度的主要因素，以及各種不同運行情況下有軌電車合理的旅行速度范圍是現(xiàn)代有軌電車發(fā)展規(guī)劃中必須研究的關(guān)鍵問題。

本文結(jié)合我國城市居民出行與地面軌道交通特點，在對現(xiàn)代有軌電車旅行速度影響因素和理論計算進行分析，研究不同運行環(huán)境下旅行速度的合理范圍，并提出提高旅行速度的對策與措施，為現(xiàn)代有軌電車規(guī)劃建設(shè)提供決策參考。

1 旅行速度的主要影響因素

旅行速度指列車在區(qū)間內(nèi)運行（包括在中途停站停車時間及起停附加時間在內(nèi)）的平均速度，可有效反映列車實際的速度值［2］。

對于現(xiàn)代有軌電車而言，影響旅行速度的主要因素包括站點停站時間，交叉口通行延誤時間，以及每次停車、降速前后的起停附加時間等。

1.1 停站時間

現(xiàn)代有軌電車停站時間是指列車到達車站后至從車站出發(fā)的所有作業(yè)時間總和，包括列車到達時延遲開門時間、乘客上下車時間、列車關(guān)門及列車起動時間［4］。停站時間的長短直接影響到列車的全程運行時間，最終影響其旅行速度。因此如何縮短停站時間是提高現(xiàn)代有軌電車旅行速度的關(guān)鍵。

現(xiàn)代有軌電車停站時間的諸多影響因素主要為高峰小時車站的上下人數(shù)、高峰小時列車開行對數(shù)、車站的售檢票系統(tǒng)及車票制式。

當(dāng)采用車上售檢票單一票價模式時，停站時間

式中：

K——不均勻系數(shù)，用以描述乘客在站臺上的不均勻分布對上下車時間的影響，根據(jù)經(jīng)驗，K值一般取1.3～1.7；

N——高峰小時開行的列車對數(shù)；

t1——列車開關(guān)門反應(yīng)及動作時間，包括開門3s、預(yù)告和關(guān)門3 s、各車門上下客不均衡延誤3 s、關(guān)門后列車起動反應(yīng)2 s；若是采用安全門的車站，則初期停站時間加4 s，遠期停站時間加3 s；

P上——高峰小時車站上車人數(shù)之和（取早、晚高峰最大值）；

P下——高峰小時車站下車人數(shù)之和（取早、晚高峰最大值）；

n上——上客車門數(shù)；n下——下客車門數(shù)；t上——平均上1名乘客的時間，車上售檢票單一票價模式下取1.4 s；

t下——平均下1名乘客的時間，車上售檢票單一票價模式下取0.6 s。

當(dāng)采用車上售檢票計程計時票價制模式時，乘客上下車均要進行刷卡檢票。因此，乘客上下車時間均加長。計算式同式（1），但t下的取值為1.4 s。

車上售檢票單一票價制和計程計時票價制主要的差異取決于上客車門數(shù)和下客車門數(shù)。若兩者相同則2種售檢票模式的停站時間基本相同，否則具有較大的差異。

采用車外售檢票模式時的停站時間

t停站=［（P上+P下)/N n K］（t上+t下）/2+t1（2）式（2）中，t上、t下的取值均為 0.6 s。

當(dāng)采用車外售票、車上檢票模式時，乘客在車站刷卡付費并獲得付費憑證，并在車上由工作人員檢票。此模式的列車停站時間和車上售檢票模式一致。

取P上=P下=20人，n上=2個，n下=3個，則可以測算出車上售檢票單一票價制模式的停站時間為40 s，車上售檢票計程計時票價模式的停站時間為45 s，車外售檢票模式及車外售票、車上檢票模式的停站時間均為25 s。

由此可見，車外售票模式比車上售檢票模式的停站時間節(jié)約15～20 s，但需在站臺配置售檢票設(shè)備與監(jiān)管人員，運營成本有所提高。

1.2 交叉口通行延誤時間

與地鐵及輕軌不同，現(xiàn)代有軌電車敷設(shè)在城市道路上，在平交道口通常采用混合路權(quán)形式與社會車輛一起按照管制信號通行。為減少有軌電車在交叉口的等待時間與次數(shù)，一般采用信號優(yōu)先策略。

信號控制策略主要分為定時信號控制、信號相對優(yōu)先和信號絕對優(yōu)先三種策略。

（1）交叉口定時信號控制策略。在此策略下，不實施信號優(yōu)先，現(xiàn)代有軌電車與社會車輛信號燈時長均采用固定配時方案來確保交叉口車輛安全通過。

（2）交叉口信號相對優(yōu)先。通過延長現(xiàn)代有軌電車綠燈相位或縮短其紅燈相位來實現(xiàn)信號相對優(yōu)先。當(dāng)現(xiàn)代有軌電車在綠燈相位快結(jié)束到達交叉口時，延長該綠燈相位，實現(xiàn)不停車直接通過交叉口。當(dāng)現(xiàn)代有軌電車在紅燈相位到達交叉口時，提前開啟綠燈相位，最大限度減少車輛停車等待時間，實現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車優(yōu)先通過。

（3）交叉口信號絕對優(yōu)先。通過插入專用相位來實現(xiàn)信號絕對優(yōu)先。當(dāng)現(xiàn)代有軌電車在紅燈相位到達交叉口時，通過在紅燈相位中插入的有軌電車專用相位，來實現(xiàn)有軌電車不停車直接通過交叉口。待車輛完全通過后，再按照原有相位順序恢復(fù)運行。

三種信號策略下的路口平均延誤時間，通過VISSIM軟件仿真對三種信號策略下的一般路口平均延誤時間進行運算。運算結(jié)果如表1所示［5］。

表1 不同信號優(yōu)先策略下的路口延誤

1.3 起停附加時間

起停附加時間包括列車起動附加時間和列車停車附加時間［3］。

列車起動附加時間t起加是指列車從起動開始到速度達到正常運行速度時所需要時間t起與列車按正常運行速度通過這段起動距離所需要的時間t通之差，即：t起加=t起-t通。

列車停車附加時間t停加是指列車在按正常運行速度行駛時從制動開始到完全停車所需要時間t停與 t通之差，即：t停加=t停-t通。

現(xiàn)代有軌電車平均起動加速度為1.0 m/s2，常用制動減速度1.2 m/s2。可據(jù)此測算不同速度下的起停附加時間，即起動附加時間與停車附加時間的和。當(dāng)車輛運行最高速度為70 km/h時，起停附加時間合計為18 s。

另外，出于安全考慮，在現(xiàn)代有軌電車通過交叉口時需保證其速度不高于35 km/h。所以，當(dāng)車輛最高運行速度為70 km/h時，需先減速至35 km/h通過交叉口后再加速至70 km/h。列車因加減速而增加的附加時間為15 s。

2 旅行速度的計算與分析

2.1 計算過程

旅行速度v旅行等于線路長度L線路與線路單向單次旅行時間t單的比值。全線單向單次旅行時間應(yīng)等于列車以最高速度通過全線的時間、各站點停車時間t停、各路口延誤時間t延、每次停車或減速前后的起停附加時間t起停和加減速附加時間t加減、單次折返時間t折返的總和。

按照以上方法測算，假設(shè)L線路=15 km，則在不同信號控制策略下，按不同交叉口間距及站間距測算，得到列車旅行速度如表2所示。

表2 旅行速度評價表

2.2 計算結(jié)果分析

由表3可知，當(dāng)交叉口間距低于500 m時，在定時信號控制策略下，v旅行均低于18 km/h；在信號相對優(yōu)先策略下，有50%的測算結(jié)果低于18 km/h?？梢娊徊婵陂g距是影響v旅行的一個重要因素。

站間距也是影響列車v旅行的重要因素。根據(jù)表3可知，700 m的站間距是v旅行計算的中位數(shù)。當(dāng)站間距小于700 m時，站間距對v旅行影響較大；超過700 m時，影響較小。

因此，交叉口間距和車站間距均是影響有軌電車v旅行的主要因素。為了獲得較為理想的v旅行，建議敷設(shè)現(xiàn)代有軌電車的線路平面交叉口間距不低于600 m，平均設(shè)站距離不低于700 m。

根據(jù)計算結(jié)果，在正常的定時信號控制策略下，v旅行較低，有超過50%的測算結(jié)果小于18 km/h；如采用常規(guī)的車站間距與交叉口間距（交叉口平均間距為500～600 m，車站平均間距為600～700 m），則 v旅行僅為15.29～17.44 km/h。

在信號相對優(yōu)先策略下，v旅行有一定提升，有1/3測算結(jié)果低于18 km/h，有1/3測算結(jié)果超過22 km/h。如采用常規(guī)車站間距與交叉口間距，則v旅行為18.43～20.79 km/h，較定時信號控制策略提高約20%。

在信號絕對優(yōu)先策略下，超過1/2測算結(jié)果大于22 km/h。在常規(guī)的站點與交叉口間距范圍內(nèi)，v旅行僅為21.89～24.32 km/h，較信號相對優(yōu)先策略下提高約18%。

由此可見，采用信號優(yōu)先策略有利于提高現(xiàn)代有軌電車的v旅行。

3 案例分析

3.1 案例一

南京河西現(xiàn)代有軌電車1號線，線路全長7.76 km，列車最高運行速度為70 km/h，設(shè)13個車站。該線位于江東南路主干線上，起于奧體中心，經(jīng)青奧中心并南延至長江與秦淮河交叉的“魚嘴”公園，主要承擔(dān)河西南部新城公共交通主要骨干線路功能，銜接南京軌道交通2號線、10號線和S3線等4條線路，兼顧引導(dǎo)河西南部地區(qū)的城市及商業(yè)開發(fā)。初期采用車上售檢票，目前已經(jīng)更新為車站售檢票。沿線對有軌電車線路運行有影響的交叉口13個。2014年8月開通運營時采用了信號定時控制策略。目前，交叉口基本實現(xiàn)了相對信號優(yōu)先。電車全線運行時間約為24 min，實際平均v旅行約為19.4 km/h。

經(jīng)測算，南京河西現(xiàn)代有軌電車1號線采用信號定時控制策略時，其v旅行為17.04 km/h，與項目初期實際運營情況基本一致；而在采取信號相對優(yōu)先策略時，其v旅行提升至19.57 km/h（見表3）。 可見，采用信號優(yōu)先策略有利于提高線路服務(wù)質(zhì)量，吸引客流。

3.2 案例二

蘇州高新區(qū)現(xiàn)代有軌電車1號線是蘇州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)規(guī)劃的有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃中的骨干線路，自蘇州地鐵1號線向西延伸貫穿蘇州高新區(qū)，承擔(dān)區(qū)域內(nèi)骨干公共交通功能。線路全長18.19 km，列車最高運行速度為70 km/h。全線規(guī)劃了22個車站，目前已開通運營10個車站；平均站間距為2 021 m，采用車上刷卡售檢票制式。沿線對有軌電車線路運行有影響的交叉口17個，大部分交叉口采用了相對信號優(yōu)先策略。在跨越太湖大道等區(qū)域性主干路時，該線路采用了立交方式，減少了對相關(guān)交叉道路的交通干擾，提高了現(xiàn)代有軌電車的v旅行。目前全線運行時間約為41 min，實際平均v旅行約為27 km/h。

根據(jù)測算，蘇州高新區(qū)現(xiàn)代有軌電車1號線由于部分交叉路口采用了立體交叉，故交叉口平均間距達到1 km以上，站間距達到2 km以上，采用信號相對優(yōu)先策略時其v旅行為27.84 km/h，與目前實際情況基本一致。

按照遠期規(guī)劃，蘇州高新區(qū)現(xiàn)代有軌電車1號線未來將增加到22個車站，屆時平均站間距為866 m。若采用信號相對優(yōu)先策略，則v旅行為26.38 km/h；若采用信號絕對優(yōu)先策略，則v旅行可達30.33 km/h。由此可見，蘇州高新區(qū)現(xiàn)代有軌電車1號線采用的站點分期建設(shè)、立交跨越主干道及相對信號優(yōu)先控制策略等措施減小了停車次數(shù)，大幅度提高了v旅行。

表3 兩條有軌電車線路的參數(shù)比較

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代有軌電車作為地面軌道交通方式，其v旅行受車輛技術(shù)性能、交叉口通行延誤、車站停站時間和行車組織等因素制約。其中，交叉口和站間距是主要的影響因素。

基于現(xiàn)代有軌電車的功能定位與自身特點，建議把v旅行不低于18 km/h作為設(shè)計階段的列車速度目標(biāo)值。當(dāng)v旅行低于18 km/h時，可采取信號優(yōu)先策略、減少平面交叉口數(shù)量和設(shè)站數(shù)量，以保障其服務(wù)質(zhì)量與競爭優(yōu)勢。對于運行時間要求更高的線路，還可以通過采用立體交叉、站臺售檢票和交路運行的方式，進一步提高其v旅行。另外，由于現(xiàn)代有軌電車作為地面軌道交通系統(tǒng)，其運行受沿線交叉路口和車站的制約，出于安全考慮，難以保證較高的旅行速度。其制式的競爭優(yōu)勢主要集中于低碳環(huán)保、平穩(wěn)舒適及中低運量等方面，而速度優(yōu)勢并不十分明顯?，F(xiàn)代有軌電車發(fā)展應(yīng)更多地堅持人車和諧共存、運行有序準(zhǔn)點和環(huán)境生態(tài)友好的理念和思路。

［1］張海軍.現(xiàn)代有軌電車適應(yīng)性關(guān)鍵指標(biāo)研究［R］.南京：蘇交科集團股份有限公司，2015.

［2］馬永紅.歐洲現(xiàn)代有軌電車發(fā)展啟示［J］.世界軌道交通，2012，104（7）：36-38.

［3］鄭時德，吳漢琳.鐵路行車組織［M］.北京：中國鐵道出版社，1988.

［4］薛晶，周振華.現(xiàn)代有軌電車停站時分影響因素分析［J］.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014，15（2）：6.

［5］劉立龍，李建成.基于vissim的現(xiàn)代有軌電車交叉口信號優(yōu)先控制策略研究［J］.公路與汽運，2014（156）：56.

Calculation and Analysis of Modern Tram Travel Speed

ZHANG Haijun，LI Hongyu，HU Junhong

U492.2：U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.09.008

2015-11-08）