劉曉慶，孫繼營(yíng)，楊曉飛，金艷萍，周 彤，戚建國(guó)

（1.北京市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理有限公司 運(yùn)營(yíng)支持部，北京 100068；2.北京市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理有限公司 運(yùn)營(yíng)控制中心，北京 100068；3.北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044)

隨著我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展，尤其是北京、上海、廣州、深圳等一線城市軌道交通逐漸從擴(kuò)張期向平穩(wěn)發(fā)展期過(guò)渡。改善運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量、提升運(yùn)營(yíng)效率將成為城市軌道交通下一階段發(fā)展的主題，其中運(yùn)營(yíng)時(shí)長(zhǎng)是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量中重要的考量標(biāo)準(zhǔn)[1]。大興機(jī)場(chǎng)線作為北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)的軌道交通專(zhuān)線，面向國(guó)內(nèi)外旅客具有對(duì)標(biāo)航空的高品質(zhì)配置，線路一期工程為北航站樓至草橋段，正線土建工程全長(zhǎng)41.36 km。大興機(jī)場(chǎng)線具有列車(chē)運(yùn)行速度高、乘車(chē)舒適性高、車(chē)站附帶城市航站樓功能的特點(diǎn)[2]。在確保運(yùn)營(yíng)安全的前提下不斷提升線路運(yùn)營(yíng)服務(wù)品質(zhì)和運(yùn)營(yíng)效率，是線路運(yùn)營(yíng)追求的目標(biāo)[3]。隨著北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航班換季，機(jī)場(chǎng)夜間航班量增加，機(jī)場(chǎng)夜間地面交通接駁的客運(yùn)需求不斷增長(zhǎng)。為了兼顧線路夜間檢修任務(wù)和運(yùn)營(yíng)需求，結(jié)合大興機(jī)場(chǎng)線當(dāng)前運(yùn)營(yíng)情況，探討線路末班車(chē)延時(shí)運(yùn)營(yíng)對(duì)線路檢修、客運(yùn)以及成本的影響，通過(guò)對(duì)比分析得到適用于大興機(jī)場(chǎng)線的延時(shí)運(yùn)營(yíng)方案，能夠?yàn)楹罄m(xù)線路延時(shí)運(yùn)營(yíng)工作的開(kāi)展提供重要支撐。

1 北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)及軌道交通專(zhuān)線現(xiàn)狀分析

1.1 北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)陸側(cè)交通情況

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)陸側(cè)交通呈“五縱兩橫”的綜合交通網(wǎng)?！拔蹇v”是指機(jī)場(chǎng)地區(qū)通往北京市中心城區(qū)的交通線路，包括京開(kāi)高速公路、京臺(tái)高速公路、大興機(jī)場(chǎng)高速公路，軌道交通有地鐵大興機(jī)場(chǎng)線、京雄城際鐵路；“兩橫”指大興機(jī)場(chǎng)北線高速和城際鐵路聯(lián)絡(luò)線?！拔蹇v兩橫”開(kāi)通后，形成集航空、高速鐵路、城際鐵路、地鐵、公路等多種交通方式為一體的“環(huán)首都1 小時(shí)”綜合交通運(yùn)輸體系，將很好地滿足北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)周邊交通需求，構(gòu)建京津冀交通一體化主骨架。北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)陸側(cè)交通情況如圖1 所示。

圖1 北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)陸側(cè)交通情況Fig.1 Landside traffic situation of Beijing Daxing International Airport

1.2 北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)地面各類(lèi)交通方式占比情況

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)的客流主要為機(jī)場(chǎng)航空旅客客流，還包括旅客接送客流、機(jī)場(chǎng)辦公人員客流以及其他客流。機(jī)場(chǎng)軌道交通方式在進(jìn)場(chǎng)交通中的載客量比例多為10% ～ 55%不等，常見(jiàn)的載運(yùn)比在30%左右[4]。根據(jù)北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)公共區(qū)管理部信息，北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)地面各類(lèi)交通方式占比為：私家車(chē)57%，地鐵25%，出租車(chē)13%，大巴車(chē)4%，鐵路1%。地鐵在公共交通出行方式中比例最高，大興機(jī)場(chǎng)線對(duì)于北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)客流的集散發(fā)揮著重要作用。

1.3 大興機(jī)場(chǎng)線首末班車(chē)現(xiàn)狀

2020 年大興機(jī)場(chǎng)線上下行首班車(chē)時(shí)間均為6 : 00，末班車(chē)均為22 : 30[5]。草橋站目前是大興機(jī)場(chǎng)線唯一的換乘站，能夠與地鐵10 號(hào)線實(shí)現(xiàn)換乘。地鐵10 號(hào)線草橋站雙向最早的首班車(chē)時(shí)間為上行(外環(huán)) 5 : 24，最晚的末班車(chē)時(shí)間為下行(內(nèi)環(huán)—終點(diǎn)站巴溝) 23 : 40。對(duì)于草橋站換乘，大興機(jī)場(chǎng)線上行到達(dá)草橋站的首班車(chē)能夠與10 號(hào)線進(jìn)行換乘，由10 號(hào)線首班車(chē)換乘至機(jī)場(chǎng)線下行需要等待30 min 左右(換乘時(shí)間約6 min)。對(duì)于末班車(chē)換乘，由于北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)夜間主要為進(jìn)港航班，客流主要去往市區(qū)方向，大興機(jī)場(chǎng)線上行末班車(chē)22 : 51到達(dá)草橋站能夠與10 號(hào)線進(jìn)行換乘。

根據(jù)國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)軌道交通運(yùn)營(yíng)時(shí)間，香港機(jī)場(chǎng)快線末班車(chē)時(shí)間最晚，雙向末班車(chē)時(shí)間均晚于00 : 30；內(nèi)地主要服務(wù)于機(jī)場(chǎng)的軌道交通線路末班車(chē)時(shí)間在22 : 00—23 : 10 之間。綜合通勤等功能的機(jī)場(chǎng)線路末班車(chē)時(shí)間相對(duì)較晚，約在22 : 30—23 : 55 之間。與國(guó)際大型機(jī)場(chǎng)的軌道交通相比，我國(guó)機(jī)場(chǎng)軌道交通運(yùn)營(yíng)結(jié)束時(shí)間明顯較早，存在航空客流抵港后無(wú)法搭乘機(jī)場(chǎng)軌道交通的情況。

2 大興機(jī)場(chǎng)線延時(shí)運(yùn)營(yíng)必要性分析

2020 年底，北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)日均航班量約704 架次，航班分布時(shí)間為6 : 00 至次日2 : 00，日均旅客量約8.2 萬(wàn)人次，而大興機(jī)場(chǎng)線日均客運(yùn)量為2.78 萬(wàn)人次，大興機(jī)場(chǎng)線客流與機(jī)場(chǎng)航空客流之比約為1 : 3，兩者客流走勢(shì)基本一致。2020 年11 月大興機(jī)場(chǎng)線客流量與機(jī)場(chǎng)進(jìn)出港旅客量情況如圖2 所示。

圖2 2020 年11 月大興機(jī)場(chǎng)線客流量與機(jī)場(chǎng)進(jìn)出港旅客量情況Fig.2 Passenger flow of Daxing Airport Express and the airport in November 2020

2020 年底，大興機(jī)場(chǎng)線上行最大斷面客流發(fā)生在11 月8 日16 : 40—17 : 40 大興機(jī)場(chǎng)站至大興新城站區(qū)間，最大斷面客流2 052 人次，最大滿載率為28%，線路運(yùn)力滿足客運(yùn)需求。北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航班時(shí)間分布如圖3 所示。從圖3可以看出，北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)進(jìn)港航班高峰為22 : 00—次日01 : 00。根據(jù)航空旅客出行習(xí)慣，近機(jī)位旅客從落地到乘車(chē)一般需要用時(shí)30 ～ 60 min[6]，大興機(jī)場(chǎng)線覆蓋進(jìn)港航班時(shí)段為5 : 00—21 : 30，無(wú)法覆蓋的進(jìn)港航班約占進(jìn)港總量的29%。大興機(jī)場(chǎng)線運(yùn)營(yíng)結(jié)束后進(jìn)京方向依然存在較大的客運(yùn)需求。大興機(jī)場(chǎng)線分時(shí)最大斷面客流與滿載率情況如圖4 所示，運(yùn)營(yíng)結(jié)束前，線路斷面客流依然較高。如遇航班晚點(diǎn)，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)夜間出現(xiàn)客流需求短時(shí)激增的現(xiàn)象，此時(shí)大量的客流在地鐵停運(yùn)后不得不轉(zhuǎn)向出租車(chē)或網(wǎng)約車(chē)等其他交通方式[7]。

圖3 北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航班時(shí)間分布Fig.3 Flight schedule distribution of Beijing Daxing International Airport

圖4 大興機(jī)場(chǎng)線分時(shí)最大斷面客流與滿載率情況Fig.4 Maximum time-sharing section passenger flow and loading rate of Daxing Airport Express

隨著機(jī)場(chǎng)航班換季，北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)夜間進(jìn)港航空旅客量進(jìn)一步增長(zhǎng)。為滿足夜間客運(yùn)需求，線路需延長(zhǎng)夜間運(yùn)營(yíng)時(shí)間，為航空旅客進(jìn)北京城區(qū)提供更多的出行選擇[8]。

3 大興機(jī)場(chǎng)線延時(shí)運(yùn)營(yíng)影響及延時(shí)方案分析

3.1 大興機(jī)場(chǎng)線延時(shí)運(yùn)營(yíng)影響分析

3.1.1 地鐵線路夜間維修需求

地鐵線路的運(yùn)營(yíng)時(shí)長(zhǎng)受多方因素影響，包括行業(yè)規(guī)定、交通管理部門(mén)的相關(guān)規(guī)范要求，以及線路檢測(cè)維修工作量和客運(yùn)需求等[9]。地鐵線路的安全運(yùn)營(yíng)依托于規(guī)范化、計(jì)劃性的檢查和維修制度。為保障日常運(yùn)營(yíng)安全，大興機(jī)場(chǎng)線夜間實(shí)施的作業(yè)種類(lèi)主要包括軌道巡視、道岔維護(hù)、區(qū)間配電檢查、通信線纜巡視、車(chē)輛設(shè)備維護(hù)檢修等作業(yè)，區(qū)間相關(guān)施工全年合計(jì)3 164 項(xiàng)，2020 年大興機(jī)場(chǎng)線維修作業(yè)統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 2020 年大興機(jī)場(chǎng)線維修作業(yè)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Maintenance operation statistics of Daxing Airport Express in 2020

3.1.2 延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)1 h 對(duì)維檢修的影響分析

如前所述，航班換季后，北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)進(jìn)港航班高峰集中在22 : 00至次日1 : 00，如果地鐵運(yùn)營(yíng)將該時(shí)段全部覆蓋，則大興機(jī)場(chǎng)線至少需要延時(shí)運(yùn)營(yíng)至次日2 : 00，此時(shí)維修天窗時(shí)間僅1.5 h。天窗時(shí)間縮短，相關(guān)專(zhuān)業(yè)維修時(shí)間減少，夜間工作密度的增加需要通過(guò)增加維修人員數(shù)量或工時(shí)，以及增購(gòu)工具器具等方式進(jìn)行彌補(bǔ)，并且需要對(duì)多個(gè)專(zhuān)業(yè)工作時(shí)間和工作人員數(shù)量、檢修作業(yè)及檢修程序進(jìn)行調(diào)整。此外，部分維修項(xiàng)目不能通過(guò)增加檢修人數(shù)來(lái)減少檢修時(shí)間，如道岔維修作業(yè)，以及更換鋼軌、更換尖軌、更換轍叉等部分修復(fù)性維修作業(yè)。因此，線路運(yùn)營(yíng)時(shí)間延長(zhǎng)至次日2 : 00 將極大地增加線路設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)和安全運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

以線路延時(shí)運(yùn)營(yíng)1 h 為例，即大興機(jī)場(chǎng)線末班車(chē)時(shí)間由22 : 30 延至23 : 30，回庫(kù)時(shí)間由23 : 20 延至次日00 : 20，分析由此對(duì)設(shè)備檢修帶來(lái)的影響。大興機(jī)場(chǎng)線延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)1 h 對(duì)設(shè)備設(shè)施專(zhuān)業(yè)檢修的影響如表2 所示，實(shí)際檢修作業(yè)時(shí)間由3.4 h 縮短至2.4 h，維修時(shí)間壓縮約30%，相應(yīng)地夜間日檢修量減少約30%。

表2 大興機(jī)場(chǎng)線延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)1 h 對(duì)設(shè)備設(shè)施專(zhuān)業(yè)檢修的影響Tab.2 Impact of one-hour extension of Daxing Airport Express on maintenance of equipment and facilities

線路延時(shí)運(yùn)營(yíng)還需考慮該時(shí)段的客運(yùn)需求。以大興機(jī)場(chǎng)線延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)1 h 為例，上行末班車(chē)發(fā)車(chē)時(shí)間為23 : 30，到達(dá)草橋站的時(shí)間為23 : 51，而地鐵10 號(hào)線末班車(chē)時(shí)間為23 : 41，由延時(shí)運(yùn)營(yíng)而增加的上行列次50%能夠與地鐵10 號(hào)線進(jìn)行銜接。線路延時(shí)運(yùn)營(yíng)時(shí)段22 : 30—23 : 30 將覆蓋機(jī)場(chǎng)全天進(jìn)港航班量的7.5%，線路的運(yùn)營(yíng)效率得到保障。延時(shí)運(yùn)營(yíng)后線路覆蓋機(jī)場(chǎng)出港航班時(shí)段為8 : 30—次日02 : 00，覆蓋進(jìn)港航班時(shí)段為5 : 00—22 : 30。其他方面，假設(shè)該延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)時(shí)段行車(chē)間隔為15 min，則線路上下行需各增加4 列次。全年運(yùn)營(yíng)里程增加約89.54 萬(wàn)車(chē)公里，其牽引電耗和動(dòng)力照明電耗增加約526.37 萬(wàn)kW·h/a。因延時(shí)運(yùn)營(yíng)，線路的人力成本、電耗成本和設(shè)備維護(hù)成本等將隨之增加。

3.1.3 線路延時(shí)運(yùn)營(yíng)成本增量分析

城市軌道交通具有較強(qiáng)的公益性。軌道交通的運(yùn)營(yíng)成本構(gòu)成項(xiàng)目眾多，根據(jù)不同要素，其分類(lèi)不同。從城市軌道交通運(yùn)營(yíng)成本與運(yùn)營(yíng)工作量的關(guān)系分析，運(yùn)營(yíng)成本可以分為可變成本和固定成本2部分[10]?？勺兂杀臼请S著運(yùn)營(yíng)工作量變化的成本，如人員工資、動(dòng)力消耗和車(chē)輛維修費(fèi)；固定成本是不隨運(yùn)營(yíng)工作量變化的成本，如運(yùn)營(yíng)過(guò)程中固定的管理費(fèi)用和固定設(shè)備的維修費(fèi)用。主要分析不同延時(shí)方案下其可變運(yùn)營(yíng)成本的變化情況。

延時(shí)可變運(yùn)營(yíng)成本分為人工成本、電耗成本、維修維護(hù)成本。人工成本增加包括因員工數(shù)量和員工工時(shí)(包括外委人員)增加而導(dǎo)致的成本增加；電耗成本增加包括牽引電耗和系統(tǒng)設(shè)備電耗的增加；維修維護(hù)成本增加主要包括相關(guān)設(shè)備維護(hù)及零件更換費(fèi)用增加，根據(jù)協(xié)議中不同年份平均每車(chē)公里增加的維修維護(hù)費(fèi)用計(jì)算。延時(shí)運(yùn)營(yíng)增加的成本計(jì)算公式如下。

式中：C i為方案i每年增加的運(yùn)營(yíng)總成本，元；Li為方案i每年增加的人工成本，元；P i為方案i每年增加的電耗成本，元；Ri為方案i每年增加的維修維護(hù)成本，元。

各項(xiàng)成本計(jì)算如下。

結(jié)合線路夜間延時(shí)運(yùn)營(yíng)的影響，對(duì)多個(gè)延時(shí)運(yùn)營(yíng)方案進(jìn)行對(duì)比分析，包括各方案壓縮的天窗時(shí)間，與其他線路的換乘情況以及營(yíng)運(yùn)成本的增加等。通過(guò)對(duì)各方案的比選得到較優(yōu)的延時(shí)運(yùn)營(yíng)方案。延時(shí)運(yùn)營(yíng)方案比較如表3 所示。

表3 延時(shí)運(yùn)營(yíng)方案比較Tab.3 Comparison of different operation extension plans

表3 中延時(shí)運(yùn)營(yíng)成本的增加不包括因運(yùn)營(yíng)里程增加而導(dǎo)致車(chē)輛架修大修頻次增加的成本，以及線路因運(yùn)營(yíng)時(shí)長(zhǎng)增加導(dǎo)致的設(shè)備折舊費(fèi)用。以方案1為例，每日設(shè)備及運(yùn)營(yíng)專(zhuān)業(yè)相關(guān)崗位工時(shí)增加合計(jì)約127 h，每年增加工時(shí)成本約325 萬(wàn)元；安檢、保潔、列車(chē)乘務(wù)管理員等承包商每日工時(shí)增加合計(jì)約71 h，每年成本約73 萬(wàn)元；每年?duì)恳跋到y(tǒng)設(shè)備電量增加約218.6 萬(wàn)kW·h，電耗成本增加約162 萬(wàn)元；每年維修維護(hù)成本增加約108 萬(wàn)元。方案2、方案3 的運(yùn)營(yíng)成本增加計(jì)算方法同理。測(cè)算的延時(shí)運(yùn)營(yíng)成本僅針對(duì)于大興機(jī)場(chǎng)線，軌道交通制式、運(yùn)營(yíng)管理模式、區(qū)域人工成本等方面的不同都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本方面的較大差異。

3.2 大興機(jī)場(chǎng)線延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)時(shí)間建議

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)夜間航班主要為進(jìn)港航班，故大興機(jī)場(chǎng)線夜間客流主要去往北京市區(qū)方向。在運(yùn)力運(yùn)量匹配方面，通過(guò)預(yù)測(cè)延時(shí)階段的客流，計(jì)算延時(shí)運(yùn)營(yíng)所增加列車(chē)的滿載率，方案1 約為27%，方案2 和方案3 約為14%。如果線路上、下行同時(shí)延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)，將會(huì)導(dǎo)致下行方向運(yùn)力浪費(fèi)。通過(guò)對(duì)比以上各方案，方案1 延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)時(shí)間最短，增加的車(chē)次其列車(chē)滿載率最高，同時(shí)增加運(yùn)營(yíng)成本最低，采用方案1 單向延長(zhǎng)上行運(yùn)營(yíng)時(shí)間將更具有實(shí)際意義。

2020 年大興機(jī)場(chǎng)線末班車(chē)運(yùn)行圖如圖5 所示，上下行列車(chē)完成運(yùn)營(yíng)后將放空運(yùn)行回車(chē)輛段，上下行各放空3 列。由于大興機(jī)場(chǎng)線車(chē)輛段位置靠近線路中間站，與草橋站距離約13 km，與大興機(jī)場(chǎng)站距離約25 km。故上行放空運(yùn)行距離較長(zhǎng)，可合理利用此部分運(yùn)力，建議將上行回空車(chē)作為載客列車(chē)運(yùn)行至草橋站后再放空至車(chē)輛段。按照方案1，設(shè)定行車(chē)間隔15 min，上行延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)時(shí)間30 min，一定程度上緩解了部分客運(yùn)需求。

圖5 2020 年大興機(jī)場(chǎng)線末班車(chē)運(yùn)行圖Fig.5 Last-train working diagram of Daxing Airport Express in 2020

大興機(jī)場(chǎng)線上行延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)30 min 后的末班車(chē)運(yùn)行圖如圖6 所示，增加的車(chē)次列車(chē)均在草橋站放空回車(chē)輛段，避免了列車(chē)在長(zhǎng)大區(qū)間放空運(yùn)行造成的運(yùn)力浪費(fèi)。

圖6 大興機(jī)場(chǎng)線上行延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)30 min 后的末班車(chē)運(yùn)行圖Fig.6 Last-train working diagram of extended operation for 30 min in the up-direction of Daxing Airport Express

4 結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通線路運(yùn)營(yíng)時(shí)長(zhǎng)是運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平的重要體現(xiàn)。目前城市軌道交通因各項(xiàng)條件制約，需要通過(guò)分析、對(duì)比、評(píng)估設(shè)計(jì)符合線路條件的延時(shí)方案。以大興機(jī)場(chǎng)線為背景的延時(shí)方案設(shè)計(jì)研究，為機(jī)場(chǎng)軌道交通專(zhuān)線延時(shí)運(yùn)營(yíng)方案的制訂提供參考。隨著城市軌道交通檢修水平的不斷提升，以及全自動(dòng)無(wú)人駕駛線路、智慧車(chē)站的不斷建設(shè)和推廣應(yīng)用，城市軌道交通的安全性、穩(wěn)定性將得到更有力的保障，延時(shí)運(yùn)營(yíng)的成本有望不斷下降，延時(shí)運(yùn)營(yíng)方案設(shè)計(jì)空間將得到擴(kuò)展。