轨道交通多编组列车运行组织可行性研究.docx
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轨道交通多编组列车运行组织可行性研究
轨道交通多编组列车运行
组织可行性研究
摘要
城市轨道交通系统是城市公共客运交通网络中的骨干,是解决大城市客运交通问题的重要途径。
城市轨道交通建设不仅能够缓解城市的交通堵塞问题,并且对于城市发展也有着巨大的社会经济效益,其中包括刺激内需,拉动经济增长,拉动房地产投资等。
因此,大力发展轨道交通,对于提升城市结构,解决城市发展中面临的经济与社会矛盾,实现可持续发展战略,具有特别重要的意义。
轨道交通线路具有线路长、客流分布不均匀等特点。
这样的线路必然会开行多种交路,在满足运能需求的前提下,部分线路还有可能开行不同编组的列车。
研究了城市轨道交通运输组织方式的基本原则、列车交路形式和编组方式的相关理论,以及大小交路条件下,列车固定和非固定运用的对比分析;并以上海城市轨道交通线路为例,进行了多编组列车混合运行的可行性分析。
借鉴国外的先进经验,将上海的轨道交通网络发展壮大,跻身于世界前列。
关键词:
城市轨道交通,多编组列车,节省运能
ThemixedrunningmodeanalysisofUrbanRailTransit
inShanghai
ABSTRACT
Theurbanrailtransitsystemisthebackboneinthecitypubicp-tranfficnetwork,italsosolvesthep-trafficquestionwhichistheimportantwayincosmopolitancities.Theconstructionofurbanrailtransitnotonlycanalleviatethiscity’squestionwhatistrafficjam,itsaysregardingthehugesocialeconomybenefitintheurbandevelopment,thatincludingstimulatingneed,movingeconomicgrowth,drawingtherealestateinvestmentandsoon.Therefore,itisparticularsignificancethatvigorouslydevelopingrailtransportation,enhancingurbanstructure,toaddresstheurbandevelopmentintheeconomicandsocialcontradictions,achievingsustainabledevelopmentstrategy.
Withthecharacteristicsoflongdistanceandasymmetricpassengerdistribution,theregionalurbanrailtransitlinesshallcarryoutthemulti—mutingmodes,inwhichsomelineswilloperatethedifferentmarshallingmodes.Thearticlestudiesthebasicprindplesofurbanrailoperationorganization,theformsofthemutingmodesandthetheoryofmarshallingmodes,makesacontrastiveanalysisoffixed—unfixedapplicationsonthelong-shortroute.Finally,thispaperanalysesthequantityofoperatingtrainsandtherequirementsoftheswitchbackstationsunderthemixedrunningmode.Weshouldlearnfromtheadvandcedexperienceofforeigncountriestodevelopoururbanrailtransitsystem,thanmakeitstandinthefrontaloftheword.
Keyword:
urbanrailtransit,organizationoftrainoperation,mixedrunning
0引言
城市轨道交通的建设承担了大量的客流,在城市的公共交通中发挥了重要作用。
随着城市轨道交通网初具规模,公共交通运量的比重将大幅增加。
同时城市轨道交通的建设与发展拉动了内需,是土地增值,促进了沿线的开发,加快了城市总体规划的实施,促进了城市的发展。
面对日益增多的客流量,地铁在交通运输中所占的比重将越来越大,而其安全、准点、高效的运营模式也会被更多的人所接受。
世界发达国家在实现工业化过程中,都经历了交通建设的高潮。
在发展旅客运输过程中经历了市场竞争,促使了客运企业的改革和旅客运输的现代化。
无论是铁路、公路、航空还是水运,都充分体现了快速便利、安全舒适的特点和高速化、智能化、大力提倡公共交通的发展趋势。
目前国内许多正在进行轨道交通规划、设计的城市普遍遇到的一个较为敏感的问题,就是关于列车的编组形式,即初期、近期、远期列车编组辆数的确定。
列车的编组形式直接决定了拟建地铁工程的规模,包括车站和车场的规模,以及线路、行车组织、系统运能等条件的确定。
列车的编组形式首先要满足客流量的需求,同时还应考虑到服务水平、列车满载率、工程投资、运营成本及运营管理等因素,因此在确定一条地铁线甚至整个线网的列车编组形式时,要进行多方案的综合分析、比较,才能使设计达到科学、合理,并符合建设节约型轨道交通的原则。
目前上海轨道交通部分线路已经形成了一条线路多种列车编组分段运营的格局。
通过对车站设备布置、信号与车辆制式、车站管理模式等方面的分析,提出不同编组列车全线混合运行组织的可行性方案,有利于实现列车资源共享。
以上海轨道交通2号线为例,通过分析比较上海轨道交通车站的信号设备、行车组织、客运组织、设备管理、故障救援的各项数据资料,结合国内外轨道交通系统的比较分析,对不同编组列车运能的合理运用、故障处理及运营管理模式等方面进行可行性分析研究。
1绪论
1.1研究背景
城市轨道交通运量大、速度快、能耗低、污染小、安全、准点、方便经济、节省土地,是承担大流量交通走廊客流的最佳选择。
此外,轨道交通与汽车交通构成的复合型交通走廊往往也是构成城市空间结构生长发育的基础,是组织城市空间结构、构成城市空间秩序的中枢系统,城市可以在生长轴方向有控制的发展。
因此,城市轨道交通已成为大城市解决交通拥堵,优化城市布局的主要手段,在当今城市发展中倍受青睐。
随着经济发展的需要,我国越来越多的城市开始发展轨道交通。
由于轨道交通具有投资大、建设期较长、投资回收较久的特点,而且从世界各大城市地铁运营情况可以看出,大部分城市车票的收入只够运营支出的50%,除少量商业收入补贴外,剩余一半运营支出需政府补贴。
因此在轨道交通的投资建设上要十分谨慎,倘若决策者能够在日后的运营过程中采用合理的列车运行方式,并且通过技术改进与成本降低来减少投资风险,那么在一定程度上就能保证轨道交通的顺利发展。
本文通过分析比较上海轨道交通车站的信号设备、行车组织、客运组织、设备管理、故障救援的各项数据资料,结合国内外轨道交通系统的比较分析,对不同编组列车运能的合理运用、故障处理及运营管理模式等方面进行可行性分析研究。
实现列车安全、高效、经济地运行。
目前在上海轨道交通运营线路中,2号线东延伸段初期将采用四节编组的列车运行,形成了一条线路多种列车编组分段运营的格局。
通过对车站设备布置、信号与车辆制式、车站管理模式等方面的分析,提出不同编组列车全线混合运行组织的可行性方案,将有利于实现列车资源共享,更加合理使用运能以及在非正常情况下全线联动处置。
对轨道交通网络化运营也具有一定的借鉴意义。
1.2背景
上海是我国重要的经济中心、工业基地、最大的港口和国际航运中心之一,是科技、信息、文化中心之一和国家的历史文化名城。
新一轮上海市城市总体规划、发展目标是:
2020年,初步建成国际经济、金融、贸易和航运中心之际,基本确立国际经济中心城市的地位,发挥国际、国内两个扇面辐射转换的纽带作用。
进一步促进长江三角洲和长江经济带的共同发展。
总体规划按照城乡一体、协调发展的方针提出了中心城—新城—中心镇—一般镇的市域城镇体系的空间布局,为了的上海市的城镇发展,将构筑梯度辐射、层次分明、各具特色、功效互补的城镇体系。
上海市建设的战略目标是:
抓住世纪之交的历史基于,经过若干年的努力把上海建设成为经济繁荣、科技先进、文化发达、布局合理、交通便捷、信息灵敏、环境整洁的现代化大都市。
城市交通是城市建设的基础设施,将以公共交通为主体,轨道交通为骨干,建设立体化、网络化、大容量的城市综合交通体系。
彻底改变交通基础设施薄弱的局面,是居民出行条件得到进一步改善。
对于上海这样一个具有超量交通需求的国际化大都市,发展公共交通、适度控制私人交通工具,无疑是一项基本的交通政策。
公交系统以各
种手段并存,尤以大运载量的轨道交通作为骨干体系,承担大部分的客运任务。
并且轨道交通具有线路长、客流分布不均等特点,因此,多编组列车运行方式的建设将是上海轨道交通发展的一个重要组成部分。
1.3本文主要研究内容
本文首先对国内外的城市轨道交通多编组运营现状做了一定的分析,从中得出了在上海轨道交通存在的某些问题,然后通过分析比较上海轨道交通车站的信号设备、行车组织及设备管理等各项数据资料,分析了影响多编组列车运行的因素,并结合其他一些运行方式的仿真分析,提出了一些对上海轨道交通多编组列车运行有利的建议,最终得出上海多编组运行是可行的这一结论。
本文主要是通过对不同编组列车运能的合理运用、故障处理及运营管理模式等方面进行可行性分析研究,实现列车安全、高效、经济地运行。
多编组列车运行方式在国外已经相当成熟了,它不仅在很大程度上可以节省运能,同时也可以根据客流需要,合理安排列车运行,大大提高运营效率,而使用不同编组的列车,又能让乘客的舒适性得到一定的提高,增加轨道交通的社会效益,并且在结合了其它的运行方式之后,能使上海的轨道交通向网络化的运营模式更迈进一步。
2国外轨道交通多编组运营现状
2.1维也纳
维也纳地铁车辆段是负责维也纳地铁2号线和3号线车辆的维修和运行工作的一个车辆段,其地铁列车的编组可以调节,6节编组可以快速解编为4节编组。
维也纳2号线列车为6节编组,但可根据需要解编为4节。
该列车为4动2拖,两端的1号车和6号车为拖车,不设动力装置,但设列车操作台(控制室),2号到5号车均为动力车。
2号车与3号车之间、4号车与5号车之间用车钩连接,其余为固定连接。
解编后由4动2拖改为2动2拖,解编的作业并不复杂,其中摘挂钩工作仅需要5min,其他连接工作(电、气等通道)及甩车调车等加在一起也只要1h,说明6节编组的列车可以灵活改编为4节编组。
维也纳的列车很多都可以根据实际需要而改变编组数,再加上调节行车密度以适应不同时期和不同时段客流量变化上的要求,是提高地铁运行效率的有效途径,值得我们学习和借鉴。
[6]
2.2法兰克福
乘坐法兰克福的地铁,可以担当多条线路在同一站台上实现换乘,而且在站台上发现有长、中、短列车标识。
这是同一线路在不同时间根据客流情况,可以有长列(9节)、中列(6节)、短列(3节)不同长度的列车运行,既满足乘客的需求,也保证了一定的车辆利用率。
[7]
欧洲城市轨道交通的一个显著特点是多线共用站台,除了法兰克福外,柏林、科隆、维也纳等也经常采用多线路共用一条轨道,车站也是多线共用,这既充分挖掘了线路的运能,又方便了乘客的换乘。
这给了我们一个重要的启示,即多线路混合运行是安全可靠的,另外加上法兰克福等众多城市的实际验证,说明了不同编组的列车同样可以在一条线路上行驶,而且是安全而可行的,这种运行方式对疏散大客流段紧张状况和方便偏远地区乘客有重要意义。
[6]
2.3东京
我国采用多编组运行方式的时间还很短,但这种形式在国外已经使用了很长时间了。
东京是世界上地铁发展水平领先的国家之一。
就拿东京的京成线来说,它起始于东京都上野城市副中心,终止于东京成田国际机场。
线路全长69.3km,共设42座车站,平均站间距为1.7km。
它的全日客流分布明显不均衡,而且京成线上运营着几种列车,分别是普通站站停慢车,快速车、机场快速车,通勤特急车,早晚高峰特急车,直达车。
而且不同种列车它的编组数量也是不相同的,一些客流较小的车站,一般都使用小编组列车,而大客流车站则使用大编组的列车。
[3]
东京地铁同时也采用了快慢车这一运营组织方式,一方面可以保证大多数乘客缩短出行时间的需求,另一方面也可以保证全线有较高的服务水平。
京成线上几种列车停站不同,编组也不相同,普通列车有4辆和6辆编组,特急、通勤和直达列车均为8辆编组[3],而且直达列车为全程对号入座,充分体现了以人为本的思想,同时也提高了列车满载率,节约了运营成本。
由此可见,东京地铁的多编组运营组织方式不仅可行而且是相当成功的,它既满足了多数乘客减少旅行时间的要求,同时又为沿线小站的乘客提供了便捷的出行机会,增加了线路的客流吸引能力。
这方面的运营组织方法是很值得上海地铁学习的。
2.4国外多编组运营所带来的启示[6]
国外的多编组列车运行技术已经发展得很成熟了,并且他们将多编组运行技术与其它技术结合使用,如列车的灵活编组、快慢车运行、换乘与多线共用站台等等,这样做不仅没有减弱多编组的运行效果,而且还更好的发挥了它的特性,对降低地铁造价、提高运营效率具有重要的意义。
此外先进的技术和产品依靠的是科技进步和技术创新,在我国地铁建设造价的构成中,主要的设备如车辆和信号系统等都依赖于进口,致使地铁造价大幅上升,严重制约了地铁建设的发展,而且后期运营和维护费用也十分昂贵,所以我们除了在运营方式上采用节省耗能的多编组运行方式外,也要不断提高技术水平,做到设备的国产化运营。
3上海轨道交通多编组运营现状
在上海轨道交通运营中,客流的不均衡性是客观存在的,有一条线路上不同区段的运量不等(有所谓的最大断面流量);同一区段不同时间的运量也不同(有早高峰、晚高峰);在地铁的整个发展过程中,初、近、远期的运量也在随时间而增长着。
以前我们都是按远期最大断面区间的高峰小时运量来设计地铁,继而购置设备。
在运营中能采取的调节手段单一,仅仅靠不同的行车密度来适应不同的运量。
通过分析发现,可以有很多种运输组织措施来适应运量的不同要求:
①可以灵活编组,改编列车的长度;②在中途折返,开行区间列车,实行“套跑方案”;③采用多编组结合快慢车运行方式,节省运能;
可以多条线路在繁忙区段共线运行,以满足运量的要求等。
在我国的地铁建设和运营中,加强运输管理科学的研究尚有很大的空间。
国外很多城市都已经在地铁线路上使用了多编组列车运行的技术,但他们除此之外还以快慢车的列车车开行方式来协助多编组运营,比如在客流较多的两个车站间开行大编组的直达快车,又或是在大交路上采用小编组的站站停慢车运行,使其达到更好的效果,真正起到降低列车能耗、节省运能、提高运行效率的作用。
下面就以上海轨道交通2号线东延伸段为例,谈一下上海的多编组运行现状,提出自己的一些建议:
3.12号线概况及作用意义
3.1.12号线概况
根据《上海市轨道交通系统规划》,轨道交通2号线(R2线)是上海市轨道网络中构成线网主要骨架的4条市域线之一,是一条东西向的直径线,连接青浦、虹桥机场、市中心、浦东机场和铁路浦东客站,它由既有的2号线、以及后续建设的西延伸段和东延伸段三大部分构成。
该线建立起市中心和两个国际机场之间的便捷客运通道,连接市区的主要活动中心和大型客流集散点,如中山公园地区、静安寺地区、花木城市副中心等地区,并且带动张江、唐镇、川沙等沿线重要地区发展。
规划线路总长116km,在城市交通中发挥了重要作用。
3.1.22号线的作用意义
其中2号线东延伸段的顺利建成将形成城市东西向的发展轴和快速客运交通走廊,促进浦东、浦西的联动发展,实现浦东、虹桥的两个国际机场的连接,促进国际航空枢纽的形成,进一步提高2号线的运营效益,同时对沿线地区的土地开发利用和经济发展也具有重要意义。
为了构筑国际化大都市的现代化交通体系,上海从九十年代开始大力发展轨道交通,以促进经济社会发展,改善投资环境,提高市民生活质量,缓解交通拥挤。
轨道交通2号线东延伸段是轨道交通网中重要的组成部分,它的建设具有重要意义。
3.22号线运营组织特征及主要存在的问题
轨道交通2号线作为一条超长距离的市域轨道交通线,综合考虑该线的线路特点、客流特征等多方面因素,目前运营线路采用8节编组列车,东延伸段采用四节编组的列车进行运营,为充分发挥该市域轨道交通线的功能、满足客流需求、经济合理地使用列车车辆和信号制式,在该线的运输组织中还需研究以下问题:
(1)2号线全线线路长,按照常规的城市轨道交通运营组织模式,则列车全程旅行时间长,因此需要研究通过合理的列车编组形式和运输组织优化,提高列车旅行速度,缩短乘客旅行时间以及提高车辆运用效率问题;
(2)2号线全线客流密度变化大,特别是东延伸段区段客流与市区段相比相对较小,为保证较好的服务水平和车辆运用效率,根据2号线的客流特点,研究2号线列车运行交路、列车编组方式、开行数量,重点研究采用4、6、8编组列车固定车底混跑的可行性问题;
3.32号线的运输组织方式的选择
随着城市的迅速发展和人们生活水平的不断提高,工作和生活节奏加快,时间价值观念增强,人们对出行提出了更高的质量要求,人性化、捷运化、信息化和生态化成为了上海减少城市交通空间的目标。
2号线作为上海城市轨道交通网络中一条主要市域快速轨道交通线路,具有大容量、长距离、快速度的特点,可以承担城市范围的乘客长距离出行需求。
因此以人为本,方便、快速和安全地组织旅客运输,使2号线能最大承担地吸引客流,满足乘客的出行需求,同时又能合理地设计、安排和使用各项设备的运输能力,保证市域快速轨道交通线路良好的经济效益和社会效益,是研究运输组织方式的前提。
合理的运输组织方式,将直接关系到2号线的能力、效益和安全。
市域快速轨道交通线的运输组织方式主要指在一定的技术设备和客流条件下,列车开行方案的确定、车站设施的配置和使用等问题。
具体内容主要包括:
列车开行的交路形式、列车开行种类和数量、列车编组和开行间隔以及车底运用方案等。
而交路形式和列车编组是运输组织方式中的重点,因此下面将重点分析2号线的交路形式和列车编组方式。
3.3.1运输组织方式应遵守的基本原则
2号线的运输组织方式应遵守以下几点基本原则:
(1)客流是决定运输组织方式的基础,客流特点和结构的不同决定了运输组织方式的不同。
客流按其产生和消失的地点可分为本线客流和跨线换乘客流;按其旅行距离的长大可分为短途客流和长途客流。
这些客流的构成和特点都会直接影响运输组织方式。
运输组织方式的确定必须以最大限度地满足客流需求为主要目标,满足不同层次、不同类别客流的各自需要。
合理的运输组织方式应能满足长途客流,兼顾短途客流,方便跨线换乘客流。
对于2号线而言,跨区长途客流、短途客流、向心客流、换乘客流量的大小及客流的潮汐式变化等特点都将对运输组织方式起到十分重要的影响。
(2)充分发挥2号线快速度、长距离的优势,提高列车旅行速度和客运服务质量
与其它城市轨道交通线路相比,2号线的最大特点是快速度、长距离,连接两个机场,全线客流分布不均,因此在运输组织中,既要考虑运输组织的方便,又要充分发挥市域快速轨道交通线的特点和优势,采用不同的列车编组形式和开行交路,开行的列车应能覆盖主要的客流区段,并尽可能提高列车的旅行速度,减少旅客的出行时间和换乘次数,提高服务水平。
3.3.22号线列车交路方案
(1)列车交路的形式
合理、可行的列车交路能够充分利用有限资源、降低运输成本,在不降低服务水平的前提下提高通过能力和车辆运用效率。
根据市域快速轨道交通线路长、客流分布不均衡的特点,列车交路可采用以下几种类型。
1)全线单一交路模式
全线单一交路模式是指列车在线路的两个终点站间运行,为全线提供服务。
这种交路模式列车运行组织简单,对中间折返设备要求不高,适用于全程客流均匀、无明显客流断点的情况,这样,全程的所有区段运能的浪费情况不大。
鉴于2号线的线路和客流特点,采用此种方案的可能性较小,如下图3.1:
图3.1
2)相互衔接的交路模式
相互衔接的交路模式(如下图3.2)是指列车在线路的某一区段内运行,在指定车站折返,它可为某一区段旅客提供服务,能够适应不同客流区段的运输需求,运输组织方便,运营比较经济,但要求中间折返站具备两个方向的折返能力和方便的换乘条件。
从乘客的角度看,部分长距离出行的换乘次数有所增加,乘客服务水平有所降低。
图3.2
3)大小交路嵌套模式
大小交路嵌套模式(如下图3.3)是指线路上大小交路并存的形式。
这种组织方案,既能满足运输需求,又能提高运营效益,适用于区段客流量不均衡程度较大、有明显客流断点的情况。
但这种大小交路嵌套的形式实际运输组织的难度较大。
因此全线交路的种类和数量应该适当控制,否则会给列车运行组织、乘客等候时间、运输能力利用等方面带来不利之处。
图3.3
在开行大小交路嵌套模式时,大交路列车与小交路列车需要严格按照一定的比例关系(如1:
1,1:
2,2:
3)开行,另外如果大小交路列车的编组和信号制式相同,则可以考虑大小交路车底套跑运用,这样不仅有可能减少车底的运用数量,也可以提高列车运用的灵活性。
从客流的角度考虑,采用多种组合交路更能适应断面客流变化,节省运用车辆,而单一交路可以使全线保持较高服务水平;但当断面客流中间大,两端小,差异较大,若采用单一交路将造成部分区段运能浪费,因此根据目前2号线的客流特点,不推荐采用单一交路模式,而适合采取多种交路衔接、大小交路嵌套或相互组合的模式。
由于多种交路衔接模式条件下,不同交路区段列车运行相互独立,影响较小,因此,在该模式下的各项指标类似于单一交路,但是开行衔接交路时,对衔接车站配线要求非常高,衔接站的配线不仅要能满足两端交路折返的要求,也要考虑两交路贯通运营需要。
在大小交路嵌套模式的条件下,大小交路列车运行相互影响。
相互制约,同时存在两个交路列车编组不同的情况,运营组织的难度较大。
(2)列车编组[18]
列车编组数量是快速轨道交通设计的主要参数,由此确定系统的车站长度、供电和通风设备的容量、系统运输能力,以及检修车库的长度等。
列车编组数量的合理性即关系到快速轨道交通系统设计参数,建设成本,也关系到线路开通时运营部门的运营成本。
同时也关系到对乘客的服务水平。
1)单一编组
这样的列车编组方式是指列车全部采用4辆、6辆或8辆编组,高峰和非高峰时段采用不同行车间隔。
这种列车编组方式运营难度较小。
采用单一列车编组方式,无疑会造成运能的浪费或是不足。
如统一采用大编组的列车,那么在线路的平峰或低峰时段必定会造成运能的浪费,就拿6号线来说,在低峰时段,整列车一共也就十来个人,如果开行的是8节编组的列车,这难道不是在浪费么?
还有上海的8号线,采用的是6节编组的小型车,但目前来看,它的客流量正在日益上升,在高峰时段多少会有些运能不足的现象,所以说面对上海日益增多的客流量,
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