劉菊美

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司， 510330， 廣州∥高級(jí)工程師)

1 地鐵運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)狀分析

1.1 運(yùn)輸效率分析

地鐵運(yùn)輸效率首先要重點(diǎn)關(guān)注線路的全周轉(zhuǎn)時(shí)間，主要包括列車的旅行速度、停站時(shí)間和線路的折返效率；其次，要在合適的時(shí)間安排合理的列車數(shù)量，以精準(zhǔn)匹配運(yùn)量的需求，避免運(yùn)力浪費(fèi)；再次，要確保線路運(yùn)行的高正點(diǎn)率和高兌現(xiàn)率，減少運(yùn)營(yíng)故障對(duì)乘客出行的影響。

1.2 運(yùn)輸成本分析

地鐵的運(yùn)輸成本中，有兩類可變成本：一類是運(yùn)營(yíng)人員的工資，另一類是列車牽引需支付的電費(fèi)和車輛維修成本。線路的運(yùn)營(yíng)車公里數(shù)越大，其運(yùn)輸成本越大。

1.3 優(yōu)化建議

地鐵線路的運(yùn)營(yíng)具有長(zhǎng)期性和復(fù)雜性，在線路的設(shè)計(jì)和建設(shè)階段應(yīng)該優(yōu)先考慮合理的運(yùn)營(yíng)功能性需求。因拆遷征地、地質(zhì)條件等因素的限制，在地鐵線路建設(shè)時(shí)犧牲了部分運(yùn)營(yíng)的便利性和經(jīng)濟(jì)性，在運(yùn)營(yíng)階段將導(dǎo)致長(zhǎng)期地增加運(yùn)營(yíng)成本。為此，本文建議如下：

首先要考慮“修好路”，即設(shè)置合理的輔助線。輔助線主要包括出入場(chǎng)線、中間站輔助線和終點(diǎn)站折返線等。合理的輔助線設(shè)置，可以確保全線高密度、順暢運(yùn)行，起到經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)輸?shù)淖饔谩?/p>

其次要選擇“節(jié)能車”。地鐵車輛的主要選型包括A型車、B型車及L型車。不同選型的列車，其運(yùn)輸能耗不僅與車輛設(shè)計(jì)有關(guān)，還與線路的站間距、坡度、曲線、載客量、運(yùn)距等有關(guān)。

再次要優(yōu)化列車運(yùn)行圖。應(yīng)根據(jù)線路的客流特點(diǎn)，合理編制與客流相匹配的列車運(yùn)行圖，優(yōu)化列車開行計(jì)劃，以達(dá)到節(jié)能運(yùn)行、減少運(yùn)輸損耗的目的。

2 設(shè)計(jì)階段提高運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性的建議

對(duì)于地鐵線路的設(shè)計(jì)階段，本文主要從輔助線設(shè)置和車輛選型兩個(gè)方面提出地鐵運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)建議。

2.1 輔助線設(shè)置

輔助線的設(shè)置若不合理，在線路開通運(yùn)營(yíng)后會(huì)給運(yùn)營(yíng)帶來長(zhǎng)期的運(yùn)輸瓶頸和較高的運(yùn)營(yíng)成本，此時(shí)再進(jìn)行輔助線改造，其成本和風(fēng)險(xiǎn)都非常高，改造成功的實(shí)例很少。

2.1.1 對(duì)出入場(chǎng)線的設(shè)置建議

2.1.1.1 出場(chǎng)能力建議

一般而言，設(shè)計(jì)正線的最小行車間隔為2 min，車場(chǎng)線為僅有聯(lián)鎖功能的線路。與正線的運(yùn)輸通過能力相比，出場(chǎng)線的出場(chǎng)能力較低，常常成為線路增能時(shí)的瓶頸。若將車場(chǎng)設(shè)計(jì)為全自動(dòng)運(yùn)行車場(chǎng)，則需要增加較多的工程投資。在綜合考慮運(yùn)輸效率和運(yùn)輸成本后，多數(shù)車場(chǎng)線仍僅設(shè)計(jì)了聯(lián)鎖功能。為此，建議按照出、入場(chǎng)線各4 min進(jìn)行出場(chǎng)能力設(shè)計(jì)，這樣，出、入場(chǎng)線平行作業(yè)時(shí)可達(dá)到2 min的出場(chǎng)能力，與正線的最小行車間隔相匹配。

單方向出入場(chǎng)線的出場(chǎng)能力若達(dá)不到4 min能力，運(yùn)營(yíng)時(shí)只能采取在客流高峰時(shí)段列車被迫提早出場(chǎng)和延遲回場(chǎng)的措施，這將導(dǎo)致正線夜間施工的時(shí)間和白天車場(chǎng)施工的時(shí)間被壓縮。

2.1.1.2 出入場(chǎng)線配置建議

如圖1所示，最優(yōu)的出入場(chǎng)線設(shè)計(jì)方案為八字形方案。該方案下，列車可以同時(shí)往兩個(gè)運(yùn)營(yíng)方向發(fā)車，也可以同時(shí)從兩個(gè)方向回場(chǎng)，從而最大限度地減少正線列車換端的時(shí)間，可提高出場(chǎng)效率，減少列車空駛的車公里數(shù)，降低運(yùn)營(yíng)成本。八字形出入場(chǎng)線還可以作為一個(gè)中間站的輔助線，具備往兩個(gè)方向折返的能力，必要時(shí)還可用于存放備用車。

圖1 八字形出入場(chǎng)線設(shè)計(jì)方案Fig.1 Design scheme of splayed entrance and exit line

若因線路條件受限，無法采用八字形出入場(chǎng)線，次優(yōu)的設(shè)計(jì)方案為出入場(chǎng)線的主出場(chǎng)方向應(yīng)為車站數(shù)量較多、客流較大的方向，簡(jiǎn)稱為“主客流方向順向出場(chǎng)設(shè)計(jì)方案”，如圖2所示。該方案在客流高峰時(shí)段能夠快速使主客流方向的行車間隔壓縮到2 min。此外，若線路的終點(diǎn)站(圖2的31#車站)發(fā)生故障，該方案能夠快速地將出入場(chǎng)線變更為線路的第二折返點(diǎn)，保證線路主要區(qū)段的運(yùn)輸能力。

圖2 主客流方向順向出場(chǎng)設(shè)計(jì)方案Fig.2 Design scheme of exit in the direction of main passenger flow

不建議采用主出場(chǎng)方向與主客流方向相反的設(shè)計(jì)方案。如圖3所示，若采用與主客流方向相反的方向出場(chǎng)(又稱為“主客流方向反向出場(chǎng)設(shè)計(jì)方案”)，場(chǎng)內(nèi)列車主要往30#車站的下行方向發(fā)車，此時(shí)必須在30#車站的下行站臺(tái)換端，這樣將形成敵對(duì)進(jìn)路，線路的最小發(fā)車間隔將超過4 min，因此，該方案不能作為插車出場(chǎng)的常用組織模式。若要減少換端時(shí)間以縮短列車發(fā)車間隔，則需要列車兩端都安排司機(jī)，進(jìn)而增加了人工成本。若場(chǎng)內(nèi)列車主要往30#車站的上行發(fā)車，則列車需運(yùn)行至31#車站進(jìn)行站后折返后，再運(yùn)行回到30#車站下行，這將增加無效的運(yùn)輸時(shí)間和空駛的車公里數(shù)。此時(shí)如進(jìn)一步計(jì)算終點(diǎn)站的交接班時(shí)間，則所需耗時(shí)更長(zhǎng)，進(jìn)而造成列車牽引能耗、人工成本的浪費(fèi)。

圖3 主客流方向反向出場(chǎng)設(shè)計(jì)方案Fig.3 Design scheme of exit in the reverse direction of main passenger flow

2.1.2 對(duì)終點(diǎn)站輔助線的設(shè)置建議

我國(guó)大部分地鐵線路終點(diǎn)站的折返能力按照停站時(shí)間30 s、列車折返能力105 s進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同的信號(hào)廠家在折返能力上稍有區(qū)別。然而實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，很多線路的列車折返能力超過了120 s，成為了限制線路運(yùn)力提升的瓶頸。

圖4為終點(diǎn)站線型布置圖。由圖4可看出，線路折返能力存在差距的主要原因是：① 進(jìn)站進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段(D—A—O)需要征用到折返線岔群的交叉渡線，與折返線至下行站臺(tái)的進(jìn)路(O—B—C)對(duì)沖；② 在31#車站上行設(shè)置的停站時(shí)間不同；③ 依據(jù)運(yùn)營(yíng)實(shí)際需求，增加了確認(rèn)站臺(tái)門和車門的空隙及確認(rèn)進(jìn)路等安全管控環(huán)節(jié)。

圖4 終點(diǎn)站線型布置Fig.4 Terminal line layout

圖5為列車在終點(diǎn)站的折返流程示意圖。由圖5可看出，部分作業(yè)流程的設(shè)計(jì)耗時(shí)與實(shí)際耗時(shí)不同，導(dǎo)致實(shí)際折返時(shí)間比設(shè)計(jì)折返時(shí)間多30 s。

注： ATO——列車自動(dòng)運(yùn)行；DTRO——無人駕駛自動(dòng)折返；“作業(yè)流程分解”一列中數(shù)字的單位均為s，其中：“設(shè)計(jì)”指折返作業(yè)的設(shè)計(jì)時(shí)間,“實(shí)際”指折返作業(yè)的實(shí)際耗時(shí)。圖5 列車在終點(diǎn)站的折返流程示意圖Fig.5 Schematic diagram of train turn-back process at terminal station

1) 對(duì)終點(diǎn)站輔助線土建距離的設(shè)置建議。終點(diǎn)站的站后第一副道岔若土建距離不足，將同時(shí)影響上行到達(dá)列車進(jìn)站和折返線列車進(jìn)入下行，對(duì)沖進(jìn)路相互干擾，降低折返效率。建議終點(diǎn)站站臺(tái)與站后第一副道岔間的距離應(yīng)滿足進(jìn)站進(jìn)路保護(hù)區(qū)段的距離要求。同時(shí)該距離也不能過長(zhǎng)(不宜大于50 m)，以避免折返走行距離過長(zhǎng)造成折返能力的不足和列車空駛運(yùn)行增加的電能浪費(fèi)。

2) 對(duì)終點(diǎn)站輔助線軟件的設(shè)置建議：① 進(jìn)站進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段不能征用超出站后第一副道岔，一方面避免影響折返線內(nèi)的列車向下行站臺(tái)發(fā)車，可以平行作業(yè)，另一方面也能減少道岔頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的設(shè)備損耗；② 被保護(hù)區(qū)段征用的道岔無論位于左位還是右位，折返線發(fā)車進(jìn)路都能正常排列，不影響折返線內(nèi)列車的正常發(fā)車；③ 上行列車出清站后的第一副道岔后，進(jìn)站進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段能立即被征用，上行的后續(xù)列車可以進(jìn)站對(duì)標(biāo)。

3) 終點(diǎn)站安全確認(rèn)的輔助措施。列車停站時(shí)間普遍按小于30 s設(shè)計(jì)，因客流大小不同的原因，實(shí)際運(yùn)營(yíng)需要的列車停站時(shí)間大多為30～60 s。在終點(diǎn)站進(jìn)行折返作業(yè)，除了折返必須的步驟外，還需要考慮確認(rèn)站臺(tái)門和車門縫隙無夾人夾物、確認(rèn)進(jìn)路安全等安全管控環(huán)節(jié)，因而在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為上述環(huán)節(jié)預(yù)留10 s左右的安全冗余時(shí)間，使得設(shè)計(jì)的折返能力和實(shí)際的折返能力盡可能一致。

2.1.3 對(duì)中間站輔助線的設(shè)置建議

GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：正線應(yīng)每隔5～6座車站或8～10 km設(shè)置停車線，其間每相隔2～3座車站或3～5 km應(yīng)加設(shè)渡線。在此基礎(chǔ)上，本文提出優(yōu)化建議，以進(jìn)一步提高地鐵運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性。

2.1.3.1 距離終點(diǎn)站最近的折返站輔助線設(shè)置建議

當(dāng)終點(diǎn)站出現(xiàn)道岔故障等大幅度降低運(yùn)營(yíng)水平的故障時(shí)，距離終點(diǎn)站最近的折返站若具有較高的折返能力，可確保線路上大部分的站點(diǎn)不受終點(diǎn)站故障的影響。如圖6所示，建議距離終點(diǎn)站最近的折返站應(yīng)配備與該終點(diǎn)站折返效率一致的折返線，使其具備最小行車間隔2 min的臨時(shí)折返能力。

圖6 距離終點(diǎn)站最近的折返站輔助線示意圖Fig.6 Schematic diagram of auxiliary line of turn-back station closest to terminal station

2.1.3.2 線路中段站點(diǎn)輔助線設(shè)置建議

如圖7所示，對(duì)于線路中段的站點(diǎn)，其輔助線需連接4個(gè)方向，在有故障情況時(shí)可使列車靈活進(jìn)出存車線及折返線。此外，若該站點(diǎn)與車場(chǎng)的距離大于20 km，其輔助線應(yīng)設(shè)置為單線雙列位，并可連接4個(gè)方向，以便于救援時(shí)列車解鉤和故障列車存車。

圖7 線路中段站點(diǎn)折返線輔助線示意圖Fig.7 Schematic diagram of auxiliary line of turn-back line at route middle section stations

2.1.3.3 不建議采用的車站輔助線設(shè)置方案

部分經(jīng)濟(jì)性不高的輔助線，給運(yùn)營(yíng)帶來了長(zhǎng)期的運(yùn)行限制和運(yùn)力浪費(fèi)，因而，不建議采用以下類型的車站輔助線設(shè)置方案：

1) 如圖8 a)所示，在線路中段站點(diǎn)采用雙折返線設(shè)置方案，導(dǎo)致次折返方向(下行折返到上行)的折返效率僅能達(dá)到4 min 的水平，折返效率偏低。

a) 雙折返線

a) 全速運(yùn)行曲線

2) 如圖8 b)和圖8 c)所示，折返線設(shè)計(jì)時(shí)缺少一個(gè)方向的連接，導(dǎo)致列車無法在兩個(gè)方向均能實(shí)現(xiàn)順暢折返，給線路的運(yùn)行調(diào)整造成較多限制。

3) 如圖8 c)所示，折返方向設(shè)置不合理，限制了折返效率，存車線的開口方向應(yīng)朝向且靠近4#車站，以便于在4#車站下行進(jìn)行列車清客和小交路折返。

2.2 車輛選型

截至2021年底，廣州地鐵線網(wǎng)采用A型車的線路有4條，列車平均牽引能耗為2.34 kWh/(車km)；采用B型車的線路有7條，列車平均牽引能耗為1.93 kWh/(車km)；采用L型車的線路有3條，列車平均牽引能耗為2.92 kWh/(車km)。其中，L型車的額定載客量最小、牽引能耗最高。

本文對(duì)3種車型分別選擇了兩條案例線路，選取這些線路2021年的部分參數(shù)，對(duì)不同車型下的列車平均牽引能耗進(jìn)行對(duì)比分析，其結(jié)果如表1所示。

表1 各車型人均能耗對(duì)比表(2021年) Tab.1 Comparison of per capita energy consumption of various models (2021)

由表1可知：對(duì)于AW2下每百人公里的平均牽引能耗，A型車該指標(biāo)的數(shù)值是L型車的55.3%，B型車該指標(biāo)的數(shù)值是L型車的58.6%，L型車的指標(biāo)值最大。

L型車與B型車的額定載客量相似，可以將二者的牽引能耗進(jìn)行對(duì)比。列車的牽引能耗主要由車型決定，同時(shí)受到乘客量大小、是否在站間線路上合理設(shè)置V型和W型節(jié)能坡，以及列車的牽引/制動(dòng)頻次等因素影響。本文以L1線為例，若L1線其他條件不變，在該線分別采用B型車和L型車兩種情況下，對(duì)不同車型的節(jié)能效果進(jìn)行計(jì)算分析。以1年為統(tǒng)計(jì)期，L1線采用B型車與采用L型車相比，可節(jié)省的牽引能耗E為：

E=PL1EL1-PL1(EB1+EB2)/2

(1)

式中：

PL1——L1線的全年運(yùn)營(yíng)車公里；

EL1、EB1、EB2——分別為L(zhǎng)1線、B1線、B2線的平均牽引能耗。

將2021年的數(shù)據(jù)代入式(1)，PL1=4 550萬km，QL1=3.14 kWh/(車km)，QB1=2.07 kWh/(車km)，QB2=1.67 kWh/(車km)，可計(jì)算得到一年內(nèi)B型車比L型車節(jié)省牽引能耗約5 824萬kWh。由此可得到如下結(jié)論：由于地鐵線路全年的運(yùn)營(yíng)車公里數(shù)巨大，若采用節(jié)能的車型，其節(jié)能效果非常明顯。

3 運(yùn)營(yíng)階段提高運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性的建議

3.1 對(duì)客流與運(yùn)力匹配性的建議

3.1.1 客流與運(yùn)力的精準(zhǔn)匹配

針對(duì)早晚客流高峰時(shí)段編制的列車運(yùn)行圖應(yīng)以滿足客流需要為首要目標(biāo)，增加高峰時(shí)段的上線列車數(shù)，將線路在高峰時(shí)段列車的最大滿載率控制在100%以內(nèi)。而在客流的平峰時(shí)段和低谷時(shí)段應(yīng)優(yōu)化運(yùn)力安排，并重點(diǎn)優(yōu)化列車滿載率低于30%的運(yùn)營(yíng)時(shí)段的運(yùn)力，以提升其運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。

3.1.2 多種運(yùn)輸方式組合使用

1) 大小交路。合適的大小交路運(yùn)行方案能有效提升大客流區(qū)段的運(yùn)力，減少小客流區(qū)段的運(yùn)力浪費(fèi)。以廣州地鐵4號(hào)線為例，該線的23個(gè)車站中，黃村站—新造站8個(gè)車站區(qū)段合計(jì)的客流量約占該線總客運(yùn)量的80%，但因新造站未設(shè)有折返線，最近的具備物理折返條件的是距離新造站1.1 km的入場(chǎng)線。因該入場(chǎng)線為八字型設(shè)置，可將其改造，使其具備折返功能，因此，該線選取的小交路區(qū)間為黃村站—新造站，有效地提升了運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。

2) 不均衡運(yùn)輸。利用不均衡運(yùn)輸方式，在部分時(shí)間段單方向提升運(yùn)力，同時(shí)盡量減少所增加的上線列車數(shù)，以滿足單方向的客流需要。不均衡運(yùn)輸方式適用于具有明顯潮汐客流特征的線路。

3) 快慢車。車站內(nèi)設(shè)有越行線的線路，開行快慢車可以縮短部分列車的周轉(zhuǎn)時(shí)間。對(duì)于在早期建設(shè)時(shí)期未設(shè)有越行線的郊區(qū)線路，因線路的長(zhǎng)度較長(zhǎng)、列車單程旅行時(shí)間隨之也較長(zhǎng)，在行車間隔大于5 min時(shí)，對(duì)于客流量很小的部分站點(diǎn)，也可開行快車?？蓪⑸暇€列車分為X、Y兩組，車站分為A、B兩組，單方向組織X組列車載客越行通過A組車站，Y組列車載客越行通過B組車站，可以減少上線列車的總牽引和制動(dòng)損耗，加快列車周轉(zhuǎn)，節(jié)省上線列車數(shù)。如將車站編制成不同的越行站組，即：將1#站、2#站、3#站設(shè)為越行A組，將6#站、7#站、8#站設(shè)為越行B組；將第1列、第3列、第5列經(jīng)過的列車設(shè)為X組，將第2列、第4列、第6列經(jīng)過的列車設(shè)為Y組。每越站1次，列車周轉(zhuǎn)時(shí)間可減少50 s左右。

3.1.3 列車滿載率過低線路的運(yùn)輸優(yōu)化

城郊地鐵線路因客流的培育期較長(zhǎng)，線路開通初期的客流小，列車的滿載率低。此類型線路在開行方案上具有較大的優(yōu)化空間。

3.1.3.1 行車間隔不宜大于10 min

列車在運(yùn)營(yíng)時(shí)段正常運(yùn)行時(shí)，最大行車間隔不應(yīng)大于10 min，在早晚收發(fā)車時(shí)段的最大行車間隔不宜大于12 min。在客運(yùn)服務(wù)方面，應(yīng)通過手機(jī)應(yīng)用程序、張貼告示等方式，向市民公布各站的列車到站時(shí)間，以方便市民根據(jù)列車時(shí)刻選擇乘坐的列車，減少候車等待時(shí)間。

3.1.3.2 列車靈活編組

廣州地鐵13號(hào)線一期工程2021年的日均客運(yùn)量為11.2萬人次，該線列車采用8節(jié)編組A型車，早、晚客流高峰時(shí)段的行車間隔為8 min，列車的最大滿載率分別是54%、55%;其他運(yùn)營(yíng)時(shí)段的行車間隔為10 min，列車的滿載率低于15%，運(yùn)力浪費(fèi)較大。此類型線路在設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮列車的靈活編組運(yùn)行，即在客流高峰時(shí)段采用大編組或小編組高密度運(yùn)行，在其余時(shí)段采用小編組低密度運(yùn)行。

可以靈活編組運(yùn)行的地鐵線路，在設(shè)計(jì)、建設(shè)階段需要設(shè)置與之相符的條件：① 土建要按照最大列車編組數(shù)來設(shè)置站臺(tái)及輔助線的長(zhǎng)度；② 列車要具備在線上自動(dòng)解編、連掛的功能；③ 信號(hào)系統(tǒng)需配置與不同編組列車混跑的功能，以及與列車在正線和輔助線上全自動(dòng)解編、連掛等需求相匹配的功能；④ 站臺(tái)門應(yīng)能識(shí)別不同編組列車，并具備自動(dòng)開關(guān)對(duì)應(yīng)站臺(tái)門的功能；⑤ PIS(乘客信息系統(tǒng))、站臺(tái)乘客導(dǎo)引等客運(yùn)輔助措施需要根據(jù)不同列車編組到站情況予以實(shí)時(shí)切換。

3.2 對(duì)列車運(yùn)行圖進(jìn)行優(yōu)化

3.2.1 設(shè)計(jì)區(qū)間運(yùn)行節(jié)能曲線

在客流的平峰和低峰時(shí)段增加ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)的惰行時(shí)間，減少不必要的列車加減速，可以有效地達(dá)到節(jié)能效果。如圖9所示，可設(shè)計(jì)5個(gè)檔位的區(qū)間運(yùn)行時(shí)間，每檔位的時(shí)間差為5～15 s。其中：第1檔為全速運(yùn)行曲線，用以最大程度滿足列車提速的要求，此時(shí)列車采用全加速或全減速的運(yùn)行方式，站間運(yùn)行時(shí)間最短、能耗最高，該檔位應(yīng)用于客流高峰時(shí)段；第2檔至第4檔為中間運(yùn)行曲線，此時(shí)的列車加速度低于全速運(yùn)行曲線下的列車加速度，增加了ATO惰行時(shí)間，以達(dá)到節(jié)能效果，這幾個(gè)檔位可用于客流的高峰時(shí)段或平峰時(shí)段；第5檔為最慢運(yùn)行曲線，此時(shí)的列車加速度最小，站間運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)。

3.2.2 優(yōu)化停站時(shí)間

列車運(yùn)行圖設(shè)定的停站時(shí)間一般為30～60 s。高峰客流時(shí)段因客流較大，停站時(shí)間一般也較大?？土鞲叻鍟r(shí)段在地鐵線路的出城方向采用最小停站時(shí)間，以及客流平峰和低谷時(shí)段在線路兩個(gè)方向均采用最小停站時(shí)間，可以有效地節(jié)省全線的總停站時(shí)間。如果將每站節(jié)省的5～20 s停站時(shí)間用于增大臨近的站間運(yùn)行時(shí)間，則可以在單程運(yùn)行時(shí)間基本不變的情況下達(dá)到列車在區(qū)間節(jié)能運(yùn)行的效果。

此外，目前司機(jī)確認(rèn)車門和站臺(tái)門間無夾人夾物所需的時(shí)間較長(zhǎng)，每次作業(yè)平均耗時(shí)8 s，需要在車門和站臺(tái)門間增設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備，用以輔助司機(jī)判斷是否有夾人夾物的情況，減少司機(jī)確認(rèn)無夾人夾物的時(shí)間，提高監(jiān)測(cè)效率。在監(jiān)測(cè)設(shè)備功能完善的情況下，若每次停站時(shí)間可減少5 s，假設(shè)在1次全周轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)有40次站臺(tái)作業(yè)，則列車周轉(zhuǎn)1次可節(jié)省200 s。用減少后的列車周轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算上線列車數(shù)，在其他參數(shù)不變的情況下，上線列車數(shù)可減少1～2列。

3.2.3 優(yōu)化列車運(yùn)行圖的各項(xiàng)參數(shù)

在編制列車運(yùn)行圖時(shí)，原則上按客流高峰時(shí)段效率優(yōu)先、其余時(shí)段兼顧節(jié)能的原則來設(shè)置各區(qū)間運(yùn)行時(shí)間，在客流平峰時(shí)段和低峰時(shí)段列車一般使用中間檔位(第2檔至第4檔)運(yùn)行。在滿足旅行速度等指標(biāo)的條件下，應(yīng)對(duì)區(qū)間運(yùn)行時(shí)間和停站時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。以廣州地鐵13號(hào)線為例，與優(yōu)化前相比，采用優(yōu)化后的列車運(yùn)行圖，列車牽引能耗平均節(jié)約了11.6%，區(qū)間運(yùn)行時(shí)間增加了9.7%，列車旅行速度下降至48.15 km/h(降幅為7.1%)。

3.3 解決列車“扎堆”所帶來的問題

廣州地鐵3號(hào)線是典型的大客流、高密度線路，早高峰時(shí)段部分區(qū)段的列車最大滿載率達(dá)到130%。受潮汐大客流的影響，區(qū)間列車因等待進(jìn)站多次起停，列車“扎堆”等待較多。通過優(yōu)化編排交路，3號(hào)線2020年大幅度減少了列車“扎堆”問題，同時(shí)降低了約3%的列車牽引能耗。

3.3.1 列車晚點(diǎn)造成列車“扎堆”

正常情況下列車按照列車運(yùn)行圖運(yùn)行，其運(yùn)行間隔(2 min以上)均勻。當(dāng)發(fā)生晚點(diǎn)事件時(shí)，正常的運(yùn)行秩序被打亂，CBTC(基于通信的列車控制)信號(hào)系統(tǒng)允許后續(xù)列車最大限度地靠近前行列車，二者的最小距離可在30 m以內(nèi)。因此，一旦前行列車發(fā)生晚點(diǎn)停車，將導(dǎo)致后續(xù)列車在區(qū)間內(nèi)“扎堆”排隊(duì)等待，進(jìn)而造成列車在線路上分布不均，局部區(qū)域列車的運(yùn)行間隔小于2 min，而部分區(qū)域列車的運(yùn)行間隔大于4 min。

3.3.2 列車“扎堆”帶來浪費(fèi)

1) 線路擁堵導(dǎo)致區(qū)間內(nèi)多列車自動(dòng)停車，列車在排隊(duì)進(jìn)站和上下乘客過程中多次起動(dòng)和制動(dòng)，導(dǎo)致電能的浪費(fèi)。

2) 列車高速制動(dòng)的情況下，動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為電能并回饋至接觸網(wǎng)。而列車在低速運(yùn)行時(shí)的制動(dòng)大部分采用氣制動(dòng)形式，此時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能后消散在隧道中。

3) 列車正常運(yùn)行時(shí)，同一個(gè)供電臂內(nèi)的列車有牽引也有制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化的電流可同時(shí)被牽引的列車所利用，這樣既可以充分利用回饋電流，又可以有效防止制動(dòng)產(chǎn)生的電流抬高接觸網(wǎng)的電壓。而區(qū)間“扎堆”列車的反復(fù)起停，破壞了這種回饋電流利用的平衡。

3.3.3 解決列車“扎堆”的具體措施

1) 行車調(diào)度采取人工調(diào)整措施。行車調(diào)度將后續(xù)列車同時(shí)扣停在站臺(tái)，控制行車秩序，依次放行，避免區(qū)間多列車停車形成擁堵。與此同時(shí)，行車調(diào)度應(yīng)控制故障車前方3～4列車的運(yùn)行秩序，避免故障車與前行列車間產(chǎn)生大的運(yùn)行間隔，避免出現(xiàn)站臺(tái)候車乘客滯留,以及由此導(dǎo)致晚點(diǎn)進(jìn)一步增大的情況。

2) 信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)扣車功能。上述的人工操作可以有效地避免故障帶來的列車“扎堆”，但對(duì)人員操作的時(shí)效性要求較高，且操作時(shí)需要關(guān)注的細(xì)節(jié)較多，由此人工操作的誤差也較大。建議在地鐵信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)扣車的功能，參照行車調(diào)度的扣車操作，自動(dòng)限制可進(jìn)入?yún)^(qū)間的列車數(shù)量。如設(shè)置某區(qū)間允許的最大列車數(shù)為2列，當(dāng)達(dá)到該最大列車數(shù)時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)將自動(dòng)把列車扣停在后方站臺(tái)。行車調(diào)度可根據(jù)具體的晚點(diǎn)情況，選擇開啟、關(guān)閉該自動(dòng)扣車功能，或調(diào)整該功能的相關(guān)數(shù)值，此時(shí)信號(hào)系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整列車運(yùn)行秩序，以達(dá)到減少列車“扎堆”的目的。

4 結(jié)語

對(duì)地鐵線路運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性的考量，應(yīng)滲透到地鐵設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的全過程，以促進(jìn)地鐵的可持續(xù)發(fā)展。本文建議對(duì)地鐵運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性影響較大的四個(gè)方面予以重視：

1) 選擇合適的車輛選型。建議盡可能采用可靈活編組的A型車。當(dāng)近期客流和遠(yuǎn)期客流差距很大時(shí)，還應(yīng)考慮車輛具備大小編組混跑的能力。

2) 設(shè)計(jì)合理的軟件和硬件。合理設(shè)置與客流走向相匹配的各種輔助線，以最大限度地減少全線的運(yùn)營(yíng)車公里數(shù)；采用優(yōu)秀的信號(hào)軟件，以保證全線列車有序、均衡運(yùn)行，減少運(yùn)力浪費(fèi)。

3) 客流與運(yùn)力的精準(zhǔn)匹配。應(yīng)根據(jù)各時(shí)段的客流特點(diǎn)，編制經(jīng)濟(jì)適用的列車運(yùn)行圖，優(yōu)化上線列車數(shù)和運(yùn)營(yíng)車公里數(shù)。應(yīng)進(jìn)一步研究實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整列車上線數(shù)的具體措施，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的精細(xì)化運(yùn)輸組織。

4) 經(jīng)濟(jì)適用的運(yùn)營(yíng)策略能持續(xù)地節(jié)能。設(shè)備故障和乘客因素都可能擾亂正常的行車秩序，造成列車“扎堆”，采用有針對(duì)性的運(yùn)營(yíng)策略和解決措施，用以保障地鐵列車的通暢運(yùn)行，是行之有效的節(jié)能手段，這需要乘客的理解配合和地鐵從業(yè)人員長(zhǎng)期的努力。