魯玉桐，李 鵬，金艷萍，劉曉慶

（北京市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理有限公司，北京 100068）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展勢(shì)頭迅猛，新開(kāi)通線(xiàn)路客流高速增長(zhǎng)，線(xiàn)路運(yùn)能挖潛能力有限，運(yùn)能與客流不匹配的矛盾日益凸顯。因此，為滿(mǎn)足各運(yùn)營(yíng)時(shí)段的客流需求，提高線(xiàn)路的整體服務(wù)水平，有必要研究客流在空間和時(shí)間上的分布特征、制定合理的行車(chē)組織方案，從而達(dá)到各運(yùn)營(yíng)時(shí)段客流與運(yùn)能相匹配的目的。本文對(duì)不同編組列車(chē)行車(chē)組織方案編制方法展開(kāi)研究，并以北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)線(xiàn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)”）為例，提出與大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)客流特征相匹配的4/8輛不同編組列車(chē)行車(chē)組織方案，并對(duì)方案效果做出評(píng)價(jià)。

2 不同編組列車(chē)行車(chē)組織方案編制方法

截至2020年12月31日，我國(guó)內(nèi)地共有45個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路 244 條，其中采用混合編組的運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路較為典型的有：①重慶市輕軌2號(hào)線(xiàn)，為適應(yīng)線(xiàn)路不同運(yùn)營(yíng)期的客流差異，先后采用4輛單一編組、4/6輛混合編組的運(yùn)營(yíng)模式；②上海市軌道交通2 號(hào)線(xiàn)，在開(kāi)通初期由于客流空間不均衡程度較高，采用4/8輛混合編組運(yùn)營(yíng)，后隨著工作日早高峰時(shí)段客流與運(yùn)能不匹配程度加深，于2019年10月23日起啟用新的列車(chē)運(yùn)行圖，2號(hào)線(xiàn)東延伸段原有部分4節(jié)編組列車(chē)改為全運(yùn)營(yíng)時(shí)段運(yùn)行8輛編組列車(chē)；③上海市軌道交通8號(hào)、16號(hào)線(xiàn)，由于客流在空間、時(shí)間上的不均衡性，分別采用了4/8輛混合編組、3/6輛混合編組的運(yùn)營(yíng)模式。為有效利用不同編組列車(chē)運(yùn)能，需在運(yùn)能與客流的時(shí)間分布規(guī)律匹配度較高的基礎(chǔ)上，不斷提高乘客出行滿(mǎn)意率和舒適性（包括縮短行車(chē)間隔、控制滿(mǎn)載率等），優(yōu)化行車(chē)組織方案。

不同編組列車(chē)行車(chē)組織方案編制研究的主要內(nèi)容包括全日行車(chē)計(jì)劃、列車(chē)開(kāi)行方案、列車(chē)交路計(jì)劃、車(chē)輛配備計(jì)劃等。線(xiàn)路客流變化規(guī)律是編制線(xiàn)路列車(chē)開(kāi)行方案的基礎(chǔ)，通過(guò)分析總結(jié)線(xiàn)路客流的一周分布特征、一日內(nèi)小時(shí)進(jìn)出站客流分布特征、分時(shí)最大斷面客流特征等，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行不同編組列車(chē)行車(chē)組織方案設(shè)計(jì)，使其能更好的與線(xiàn)路實(shí)時(shí)客流變化相匹配，從而滿(mǎn)足線(xiàn)路不斷變化的客流需求，達(dá)到提高運(yùn)能利用率、降低運(yùn)營(yíng)成本的目的，具體編制流程如圖1所示。

圖1 不同編組列車(chē)行車(chē)組織方案編制流程

城市軌道交通列車(chē)運(yùn)營(yíng)時(shí)間段內(nèi)的行車(chē)間隔標(biāo)準(zhǔn)為：在高峰運(yùn)營(yíng)時(shí)段，當(dāng)最大運(yùn)力無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)量需求時(shí)，在車(chē)輛、設(shè)備能力范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最小行車(chē)間隔；當(dāng)最大運(yùn)力能滿(mǎn)足運(yùn)量需求時(shí)，列車(chē)滿(mǎn)載率應(yīng)該控制在100%以下，在其他非高峰運(yùn)營(yíng)時(shí)段最好不超過(guò)10 min，計(jì)算公式如下：

式（1）中，T間，i為i小時(shí)的列車(chē)行車(chē)間隔；Ni為i小時(shí)內(nèi)應(yīng)開(kāi)行的列車(chē)數(shù)，Ni的確定受制于分小時(shí)最大斷面客流量、列車(chē)額定載荷、分小時(shí)滿(mǎn)載率，具體計(jì)算公式為：

式（2）中，Ni為i小時(shí)內(nèi)應(yīng)開(kāi)行的列車(chē)數(shù)；pmax，i為i小時(shí)最大斷面客流量；p列為1 列車(chē)的額定載客數(shù)；β為小時(shí)列車(chē)平均滿(mǎn)載率。

列車(chē)開(kāi)行交路是指按照列車(chē)運(yùn)行圖的規(guī)定在區(qū)間運(yùn)行、在指定的車(chē)站折返的列車(chē)運(yùn)行方案，一般根據(jù)客流特征確定，但在一定程度上受線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)條件制約。

3 大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)案例分析

3.1 案例概況

大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)一期工程南起大興機(jī)場(chǎng)站，北至草橋站，共設(shè)有草橋站、大興新城站、大興機(jī)場(chǎng)站3個(gè)車(chē)站，線(xiàn)路全長(zhǎng)41.4 km。線(xiàn)路開(kāi)通初期配屬車(chē)輛為10組8編列車(chē)（7輛載客列車(chē)+ 1輛行李車(chē)），高峰時(shí)段行車(chē)間隔為12 min，行車(chē)密度為5 對(duì)/ h。

為縮短行車(chē)間隔，提升運(yùn)能效率及服務(wù)品質(zhì)，同時(shí)降低運(yùn)營(yíng)車(chē)輛在非高峰時(shí)間段內(nèi)的能力冗余，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)由運(yùn)營(yíng)初期8輛單一編組運(yùn)營(yíng)變?yōu)? / 8輛混合編組運(yùn)營(yíng)，下文在客流分析的基礎(chǔ)上對(duì)大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)4 / 8輛不同編組列車(chē)行車(chē)組織方案進(jìn)行研究。

3.2 大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)客流特征

3.2.1 客運(yùn)量

大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)自開(kāi)通以來(lái)客運(yùn)量呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，日均客運(yùn)量變化趨勢(shì)如圖2所示。2020年，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)日均客運(yùn)量為1.6萬(wàn)人次/天，最高日客運(yùn)量為3.95萬(wàn)人次/天，發(fā)生在2020年11月6日。隨著2020年11月全國(guó)疫情好轉(zhuǎn)，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)客運(yùn)量增幅明顯，日均客運(yùn)量增長(zhǎng)至3.4萬(wàn)人次/天，較1月份客運(yùn)量翻了一倍。

圖2 大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)月度日均客運(yùn)量變化趨勢(shì)

3.2.2 一周客流特征

大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)2020年11月1日至2020年11月30日期間，周一至周五日均客運(yùn)量為33 936人次/天，周六至周日日均客運(yùn)量為35 157人次/天，周末與工作日日均客運(yùn)量基本持平，具體如圖3所示。因此，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)在行車(chē)組織方面可考慮工作日與周末采用統(tǒng)一的行車(chē)組織方案。

圖3 大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)一周客流特征

3.2.3 一日內(nèi)小時(shí)進(jìn)出站客流分布

由于大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)的客流是動(dòng)態(tài)變化的，其分布在不同時(shí)間段具有不同的特征，為了直觀(guān)地衡量大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)分時(shí)客流的不均衡程度，選取大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)2020年11月份的客流數(shù)據(jù)，分析一日內(nèi)大興機(jī)場(chǎng)站、草橋站小時(shí)進(jìn)站客流量，從而總結(jié)出其一日內(nèi)小時(shí)客流分布形態(tài)，如圖4所示。由圖可看出，大興機(jī)場(chǎng)站、草橋站一日內(nèi)小時(shí)進(jìn)站客流分布不均衡程度較高。草橋站小時(shí)進(jìn)站客流最大為1 774人次/h，發(fā)生在18 : 00—19 : 00時(shí)段；20 : 00以后，草橋站進(jìn)站客流呈大幅度下降趨勢(shì)。大興機(jī)場(chǎng)站一日內(nèi)小時(shí)進(jìn)站客流呈先增加后減小趨勢(shì)，10 : 00后大興機(jī)場(chǎng)站小時(shí)進(jìn)站客流量逐漸上升，最大為1 581人次/h，發(fā)生在16 : 00—17 : 00時(shí)段，其一日內(nèi)進(jìn)站客流主要集中在11 : 00—19 : 00時(shí)段。

圖4 2020年11月大興機(jī)場(chǎng)站、草橋站一日內(nèi)小時(shí)進(jìn)出站客流分布

3.2.4 分時(shí)最大斷面客流

大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)各個(gè)車(chē)站在不同時(shí)間段乘坐人數(shù)不同，線(xiàn)路斷面客流量存在較大差異。大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)11月份最大斷面客流出現(xiàn)在11月14日草橋至大興新城區(qū)間，其上下行小時(shí)最大斷面客流量變化如圖5所示。

由圖5可以看出：①06 : 00—09 : 00最大斷面客流量發(fā)生在下行，草橋至大興新城區(qū)間、大興新城至大興機(jī)場(chǎng)區(qū)間最大斷面客流量基本持平；②10 : 00—19 : 00 上下行最大斷面客流量基本持平，上下行客流不均衡程度較低；③19 : 00—23 : 00最大斷面客流量發(fā)生在上行，大興機(jī)場(chǎng)至大興新城區(qū)間、大興新城至草橋區(qū)間最大斷面客流量基本持平；④全天最大高峰小時(shí)斷面客流量發(fā)生在06 : 00—07 : 00草橋至大興新城區(qū)間，為2 165人次/h；⑤與常規(guī)通勤線(xiàn)路相比，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)高峰小時(shí)客流特征不顯著。

圖5 2020年11月14日大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)上下行小時(shí)最大斷面客流量（單位：人次/h）

3.3 大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn) 4 / 8 輛編組行車(chē)組織方案

大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)采用市域D型列車(chē)，目前配備有8輛編組列車(chē)8列，4輛編組列車(chē)4列。8 輛編組列車(chē)座席載客量為357人/列，整列車(chē)2 人/m2載客量為727人/列；4編列車(chē)座席載客量為187人/列，整列車(chē)2人/m2載客量為398人/列。

大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)客運(yùn)量受大興機(jī)場(chǎng)航班數(shù)量的影響較大， 2020年11月份大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)客運(yùn)量與大興機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量變化趨勢(shì)如圖6所示。由圖可看出，2020年11月份大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)日均客運(yùn)量保持在3.4萬(wàn)人次/天，占大興機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量的34%左右。根據(jù)大興機(jī)場(chǎng)航班調(diào)整計(jì)劃，大興機(jī)場(chǎng)2021年后續(xù)日均航班將達(dá)到881架次，機(jī)場(chǎng)日均旅客量將達(dá)到14.3萬(wàn)人次/天，預(yù)計(jì)屆時(shí)大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)日均客流將增加到4.9萬(wàn)人次/天。

圖6 2020年11月份大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)客運(yùn)量與大興機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量變化趨勢(shì)圖

根據(jù)大興機(jī)場(chǎng)2021年航班計(jì)劃，結(jié)合大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)2020年11月實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，預(yù)測(cè)大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)2021年下半年分時(shí)最大斷面客流如圖7所示，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)2021年下半年最大高峰小時(shí)斷面客流量為2 767人次/h，發(fā)生在17 : 00—18 : 00下行草橋至大興新城區(qū)間。

圖7 預(yù)測(cè)大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)2021年下半年分時(shí)最大斷面客流

2020年11月大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)各站日均進(jìn)站乘客的走向分布如圖8所示，草橋站與大興機(jī)場(chǎng)站間的起訖點(diǎn)（OD）客流占大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)全線(xiàn)客流量的88%。由此可見(jiàn)，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)主要服務(wù)主城區(qū)到大興機(jī)場(chǎng)、大興機(jī)場(chǎng)到主城區(qū)的乘客，即大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)客流以大興機(jī)場(chǎng)航班客流為主，因此，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)宜采用草橋站至大興機(jī)場(chǎng)站單一交路。

圖8 大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)OD客流分布情況示意圖（單位：人次）

為保證大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平不低于北京已運(yùn)營(yíng)機(jī)場(chǎng)線(xiàn)的服務(wù)水平，在配屬車(chē)輛允許的情況下，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)4/8輛編組行車(chē)組織方案的制定原則為：①盡量控制列車(chē)滿(mǎn)載率，使得運(yùn)力與運(yùn)量達(dá)到一個(gè)較好的匹配狀態(tài)，保證列車(chē)既不過(guò)分擁擠又不浪費(fèi)運(yùn)力；②考慮當(dāng)發(fā)生故障時(shí)列車(chē)的救援能力，大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)8編組列車(chē)可以對(duì)8編組列車(chē)及4編組列車(chē)實(shí)施救援，但4編組列車(chē)不能對(duì)8編組列車(chē)進(jìn)行救援，因此，在確定4/8輛編組行車(chē)組織方案時(shí)上線(xiàn)的8編組列車(chē)與4編組列車(chē)的比例應(yīng)該大于等于2 : 1；③為保證大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，為航空旅客提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，應(yīng)適當(dāng)加密大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)的行車(chē)間隔?；谝陨显瓌t，確定大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)4/8輛不同編組的行車(chē)組織方案如表1所示。

表1 大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)4/8輛不同編組列車(chē)行車(chē)組織后方案

該方案采用6 min 30 s、8 min 30 s、10 min 3種行車(chē)間隔，4編組列車(chē)最大上線(xiàn)車(chē)數(shù)3組、最小上線(xiàn)車(chē)數(shù)2 組，8編車(chē)最大上線(xiàn)車(chē)數(shù)6組、最小上線(xiàn)車(chē)數(shù)4組，檢修車(chē)與備車(chē)數(shù)為8編組列車(chē)2組、4編組列車(chē)1組。06 : 00—08 : 00和13 : 00—20 : 00為高峰運(yùn)營(yíng)時(shí)段，為避免運(yùn)能浪費(fèi)，采用6 min 30 s和8 min 30 s 2種行車(chē)間隔，其余時(shí)段行車(chē)間隔為10 min。

3.4 方案效果分析

（1）運(yùn)能利用率方面。大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)主要是為大興機(jī)場(chǎng)航空旅客提供便捷、快速、經(jīng)濟(jì)和舒適的運(yùn)輸服務(wù)，客流量與常規(guī)通勤線(xiàn)路相比較小。該方案中列車(chē)滿(mǎn)載率分布較為均衡，2人/m2列車(chē)滿(mǎn)載率最大為52.34%，最小為40.28%，乘客服務(wù)水平較高；對(duì)于客流低谷時(shí)段，通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)發(fā)車(chē)間隔，平衡乘客等待時(shí)間和發(fā)車(chē)間隔，在一定程度上提高了低客流時(shí)段的運(yùn)能利用率，改善了滿(mǎn)載率較低的情況。

（2）舒適度方面。該行車(chē)組織方案中座席滿(mǎn)載率最大為107.93%，最小為83.08%；座席滿(mǎn)載率保持在95%～105%的運(yùn)營(yíng)時(shí)間段占全天運(yùn)營(yíng)時(shí)間段的59%；坐席滿(mǎn)載率低于90%的運(yùn)營(yíng)時(shí)間段占全天運(yùn)營(yíng)時(shí)間段的35%；在盡可能匹配運(yùn)能與客流的同時(shí)又保證了乘客出行體驗(yàn)過(guò)程中對(duì)舒適度的要求。

（3）運(yùn)營(yíng)成本方面。該行車(chē)組織方案中全日開(kāi)行4輛編組列車(chē)45對(duì)、開(kāi)行8輛編組列車(chē)74對(duì)，日均列車(chē)運(yùn)營(yíng)公里數(shù)較全日只開(kāi)行8輛編組列車(chē)減少了18.9%，日均牽引電能較只開(kāi)行8輛編組列車(chē)可節(jié)省約2.6萬(wàn)kW · h，在保證運(yùn)能滿(mǎn)足最大斷面客流量的基礎(chǔ)上可節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。

4 結(jié)論

目前，我國(guó)城市軌道交通高速發(fā)展，而城市軌道交通開(kāi)行方案中的編組計(jì)劃在規(guī)劃以及運(yùn)營(yíng)時(shí)期都是企業(yè)需要重點(diǎn)考慮的因素，這對(duì)建設(shè)投資、運(yùn)營(yíng)成本以及服務(wù)水平都具有重要意義。本文以大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)為例，通過(guò)分析大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)客流特征，制定了各時(shí)段客流與運(yùn)能相匹配的4/8輛不同編組列車(chē)行車(chē)組織方案，既達(dá)到合理均衡客流低峰時(shí)段的列車(chē)滿(mǎn)載率、提高運(yùn)能利用率、降低大興機(jī)場(chǎng)線(xiàn)的運(yùn)營(yíng)成本的目的，又能保證較高的乘客服務(wù)水平。