城市軌道交通新線開通對(duì)既有線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的影響

汪 波 戰(zhàn)明輝 魯 放

(1.北京市軌道交通指揮中心 北京 100101;2.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院 北京 100044)

根據(jù)北京城市軌道交通(以下簡(jiǎn)稱“軌道交通”)發(fā)展規(guī)劃，從2010年到2015年，每年都有多條軌道交通新線陸續(xù)開通［1］，新線對(duì)既有線網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)影響將是一個(gè)長(zhǎng)期問題［2］。因此，在新線開通前，結(jié)合新線的運(yùn)營(yíng)條件和既有線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，評(píng)估新線接入后既有線網(wǎng)在設(shè)備設(shè)施配置、行車組織、客運(yùn)組織和工程建設(shè)等方面受到的影響，提出針對(duì)性的整改建議，對(duì)保障新線的順利開通、線網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)具有積極的意義。

1 研究方法

新線開通對(duì)既有線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)影響的研究遵循如下方法:結(jié)合新線實(shí)際開通條件，修正新線設(shè)計(jì)時(shí)的客流預(yù)測(cè)，根據(jù)既有線網(wǎng)客流分布特征、運(yùn)力運(yùn)量匹配、換乘站設(shè)備設(shè)施現(xiàn)狀，從運(yùn)輸能力和設(shè)備能力兩方面分析新線開通后對(duì)既有線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的影響。

1.1 新線客流預(yù)測(cè)及修訂方法

1.1.1 提取“工可研”情況

《工程可行性研究報(bào)告》(簡(jiǎn)稱“工可研”)中的預(yù)測(cè)客流是研究新線對(duì)既有線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)影響的基礎(chǔ)，但由于目前新線開通試運(yùn)營(yíng)實(shí)際條件與“工可研”預(yù)測(cè)時(shí)有所偏差［3］，因此首先要對(duì)“工可研”預(yù)測(cè)客流進(jìn)行修訂，以保證預(yù)測(cè)值更貼近開通后的實(shí)際客流量，使研究更具科學(xué)性。

“工可研”提取研究所需的內(nèi)容主要有:1)客流預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，包含年客運(yùn)量、日均客運(yùn)量(平日客運(yùn)量和雙休日客運(yùn)量)、全日及分時(shí)進(jìn)出站量、全日及高峰小時(shí)換乘比例及換乘量、全日及高峰小時(shí)斷面客流量;2)影響客流預(yù)測(cè)的相關(guān)因素，包含社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、沿線土地規(guī)劃及利用性質(zhì)、線路開通時(shí)間、線路開通里程、票制票價(jià)水平等，判斷這些因素與新線實(shí)際開通年試運(yùn)營(yíng)條件是否一致，確定存在偏差的因素。

1.1.2 對(duì)“工可研”預(yù)測(cè)客流修訂

根據(jù)新線開通試運(yùn)營(yíng)時(shí)的實(shí)際條件，并對(duì)新線沿線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘和出行調(diào)查，在“工可研”預(yù)測(cè)客流的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到新線各區(qū)間斷面客流量的修正值和全日客運(yùn)量修正值。

1)確定新線實(shí)際開通條件，包括開通時(shí)間、開通里程、開通車站、票制票價(jià)政策等，為修訂客運(yùn)量奠定基礎(chǔ)。

2)對(duì)新線沿線土地利用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、出行特征進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，對(duì)軌道交通高峰斷面客流量進(jìn)行修訂，具體步驟為:

第一步，調(diào)查新線早高峰期間(7∶00—9∶00)高峰斷面的道路交通情況，包括小汽車流量及其平均載客人數(shù)，公交車數(shù)量、車型及其滿載率，其他交通方式及其數(shù)量。

第二步，調(diào)查新線周邊土地利用性質(zhì)及情況，包括全線1 km范圍內(nèi)住宅區(qū)的數(shù)量、規(guī)模及入住情況，大型工廠、商業(yè)及娛樂場(chǎng)所的客流吸引情況，交通樞紐等情況。

第三步，估算斷面交通流總量。依據(jù)上述調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果可估算新線開通初期、沿線高峰期間最大斷面交通流總量。

第四步，計(jì)算交通分擔(dān)率。根據(jù)交通工具的運(yùn)輸產(chǎn)品效用值，計(jì)算不同交通方式的分擔(dān)率［4］，交通方式效用值計(jì)算公式如下:

式中:θ——交通方式;

X——效用值;

v旅——旅行速度。

由此可以計(jì)算軌道交通通車后，不同交通方式的分擔(dān)率和斷面客流量，計(jì)算公式分別如下:

式中: ρθ——不同交通方式的分擔(dān)率;

n高峰斷面——高峰斷面交通流總量。

3)根據(jù)“工可研”全日客運(yùn)量預(yù)測(cè)值、開通時(shí)間和開通里程等條件，結(jié)合沿線現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，對(duì)新線全日客流信息進(jìn)行線性修訂。

1.2 新線客流在線網(wǎng)的分配

結(jié)合既有線網(wǎng)進(jìn)站客流時(shí)空分布情況，對(duì)新線換入既有線網(wǎng)的客流時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行分析，將新線客流按此規(guī)律分配到線網(wǎng)各區(qū)間斷面，以便分析既有線網(wǎng)的運(yùn)力運(yùn)量匹配情況。本文僅研究高峰期間新線客流對(duì)既有線網(wǎng)的影響。具體步驟如下:

第一步，確定新線客流在線網(wǎng)的分配比例。依據(jù)歷史客流分布特征，確定高峰期間既有線網(wǎng)中，新線換乘站進(jìn)站客流在線網(wǎng)各區(qū)間的分配情況，得到新線對(duì)既有線網(wǎng)影響的客流分配比例，計(jì)算公式如下:

式中:ρ區(qū)間——高峰期間新線客流在既有線網(wǎng)各區(qū)間的客流分配比例;

第二步，確定新線換入既有線網(wǎng)的客流。根據(jù)與新線線路走向、客流吸引范圍相似的既有線的客流特征，得到新線銜接的換乘站高峰期間換乘量占全日客運(yùn)量的比例，計(jì)算新線換入既有線網(wǎng)的換乘量

第三步，將新線客流與既有線網(wǎng)客流疊加，確定新線接入既有線網(wǎng)后各區(qū)間的斷面客流量，計(jì)算公式如下:

1.3 新線開通后對(duì)線網(wǎng)運(yùn)力運(yùn)量匹配的影響

新線開通后對(duì)線網(wǎng)運(yùn)力運(yùn)量匹配的影響可用高峰小時(shí)滿載率的變化來表示。根據(jù)新線接入后既有線網(wǎng)各區(qū)間的客流量和運(yùn)力，計(jì)算新線開通后各區(qū)間的高峰小時(shí)滿載率，計(jì)算公式如下:

式中:η——區(qū)間高峰滿載率;

N運(yùn)力——既有線運(yùn)力。

依據(jù)設(shè)定的滿載率閾值(高峰期間一般取120%)，找出運(yùn)力運(yùn)量矛盾的區(qū)間及持續(xù)時(shí)間。

1.4 新線開通后對(duì)線網(wǎng)設(shè)備設(shè)施的影響

新線開通后，對(duì)既有線網(wǎng)的進(jìn)站、出站和換乘都有較大影響，其中，換乘帶來的影響最大，對(duì)設(shè)備設(shè)施的要求也較高?？梢岳密囌究土鞣抡嫫脚_(tái)，開展新線接入既有線網(wǎng)后換乘站換乘客流與設(shè)施能力匹配的影響分析。

在仿真平臺(tái)中，將換乘站的換乘量與新線接入后的新增換乘量疊加，并與換乘站的換乘能力進(jìn)行比較，當(dāng)換乘量大于換乘能力時(shí)，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)乘客在部分換乘通道擁擠、站臺(tái)滯留等情況，說明此時(shí)安全運(yùn)營(yíng)有較大隱患，應(yīng)考慮采取相應(yīng)客運(yùn)組織措施或者對(duì)換乘設(shè)備設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造。

1.5 新線開通對(duì)既有線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)影響的對(duì)策

新線開通后對(duì)既有線網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在運(yùn)力運(yùn)量矛盾、設(shè)備設(shè)施能力不足等方面，因此可以從4個(gè)方面提出相應(yīng)的對(duì)策:1)提升既有線網(wǎng)運(yùn)輸能力，緩解運(yùn)力運(yùn)量矛盾;2)對(duì)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造，提升換乘站等設(shè)備設(shè)施能力;3)加強(qiáng)客運(yùn)組織工作，減緩大客流對(duì)軌道交通系統(tǒng)的沖擊;4)優(yōu)化軌道交通線網(wǎng)結(jié)構(gòu)和開通時(shí)序，合理引導(dǎo)客流的分配，保證線網(wǎng)高效、均衡運(yùn)輸。

2 北京軌道交通15號(hào)線一期東段案例

北京市軌道交通15號(hào)線是一條城市東北部銜接順義區(qū)與城市中心軌道交通線網(wǎng)的重要干線，計(jì)劃2013年開通，開通里程38.3 km。15號(hào)線一期中段工程(望京西站—后沙峪站)已于2010年底開通，15號(hào)線一期東段(后沙峪站—奉伯站)是其東延長(zhǎng)線(見圖1)，計(jì)劃于2011年底開通，在望京西與既有線網(wǎng)的13號(hào)線換乘。一期東段開通后，因可吸引順義新城的居民，仍有較大客流增長(zhǎng)空間，并可帶動(dòng)沿線土地的開發(fā)利用，提高遠(yuǎn)郊線路的輻射范圍，客流聚集效應(yīng)明顯。

圖1 北京軌道交通15號(hào)線一期線路

2.1 客流預(yù)測(cè)及在線網(wǎng)的分配

15號(hào)線一期工可研中的數(shù)據(jù)顯示，其全日客運(yùn)量為43.6萬人次，高峰斷面客流量為1.78萬人次/h，發(fā)生在早高峰下行望京—望京西區(qū)間［5］。通過對(duì)15號(hào)線一期東段的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，15號(hào)線一期東段沿線居民主要選擇公交、軌道交通(15號(hào)線一期中段)、自駕車等方式出行，調(diào)查及計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 15號(hào)線(一期東段)沿線斷面客流調(diào)查表

考慮到15號(hào)線一期東段吸引大量順義城區(qū)的客流，且大部分乘客早高峰期間會(huì)去往城區(qū)方向，因此推算早高峰期間，15號(hào)線一期最大斷面仍然發(fā)生在望京→望京西區(qū)間，修正后15號(hào)線一期的全日客運(yùn)量為12.0萬人次，高峰斷面客流量為1.20萬人次/h。

根據(jù)15號(hào)線一期東段的客流構(gòu)成并參考15號(hào)線一期中段進(jìn)站客流分布特征，15號(hào)線一期經(jīng)望京西站換入既有線網(wǎng)的客流分布情況，如圖2所示。通過計(jì)算得到，高峰期間15號(hào)線一期下行換入13號(hào)線的客流為1.1萬人/h，其中8000人將去往13號(hào)線下行方向，3000人將去往13號(hào)線上行方向，分流至10號(hào)線和2號(hào)線的乘客約分別為1700人和4800人。

圖2 望京西站平日早高峰換乘客流去向

2.2 運(yùn)力運(yùn)量匹配影響分析

15號(hào)線一期全線開通后，客流的增長(zhǎng)將導(dǎo)致13號(hào)線下行望京西至東直門4個(gè)區(qū)間的滿載率增長(zhǎng)較快，增幅均超過30%，10號(hào)線、2號(hào)線等其他線路滿載率雖然有所增長(zhǎng)，但增幅均未超過6%。由于目前13號(hào)線下行高峰期間下行列車滿載率均未超過100%，因此除望京西—芍藥居，列車滿載率將增至111%，其他各區(qū)間滿載率均未達(dá)到100%。

2.3 換乘站換乘能力影響分析

15號(hào)線一期與既有線網(wǎng)唯一的銜接點(diǎn)是與13號(hào)線換乘的望京西站。15號(hào)線一期客流進(jìn)入13號(hào)線后，還會(huì)影響13號(hào)線與10號(hào)線的換乘站芍藥居站。因此，下面重點(diǎn)對(duì)望京西和芍藥居進(jìn)行仿真分析。

2.3.1 望京西換乘站

望京西站是銜接15號(hào)線一期和13號(hào)線的唯一換乘站。根據(jù)預(yù)測(cè)，15號(hào)線一期東段開通后，在早高峰期間乘坐15號(hào)線一期到達(dá)望京西站的乘客中，每小時(shí)有1.1萬人換入13號(hào)線。仿真實(shí)驗(yàn)顯示，雖然換乘通道較長(zhǎng)，瞬時(shí)較大的客流壓力使換乘通道內(nèi)的樓梯和扶梯的負(fù)荷度較高(圖 3 中 5、6、8、9)，但均不足 0.8，尤其是上行扶梯處出現(xiàn)乘客排隊(duì)較長(zhǎng)的現(xiàn)象。

2.3.2 芍藥居換乘站

圖3 望京西站平日早高峰換乘仿真結(jié)果

芍藥居站是銜接13號(hào)線一期和10號(hào)線的換乘站，平日早高峰期間，13號(hào)線在芍藥居站換乘10號(hào)線的乘客較多，換乘能力的瓶頸位于13號(hào)線換乘10號(hào)線的通道(見圖4中9)。15號(hào)線一期東段開通后，平日早高峰期間，13號(hào)線換乘10號(hào)線的乘客將近每小時(shí)1.2萬人。仿真實(shí)驗(yàn)顯示(見圖4)，換乘通道極易出現(xiàn)乘客堵塞現(xiàn)象，乘客走行速度緩慢，最大負(fù)荷度將達(dá)到1.15，換乘設(shè)備設(shè)施能力明顯不足;另外，由于換乘10號(hào)線下行乘客較多且10號(hào)線下行列車滿載率已超過120%，將導(dǎo)致10號(hào)線芍藥居站站臺(tái)在早高峰期間出現(xiàn)嚴(yán)重的乘客滯留情況，有較大的安全隱患。

圖4 芍藥居站平日早高峰換乘仿真結(jié)果

2.4 新線客流對(duì)13號(hào)線運(yùn)營(yíng)影響的應(yīng)對(duì)措施

15號(hào)線一期開通后，將大量的遠(yuǎn)郊客流匯集到城區(qū)的主干線路上，為應(yīng)對(duì)其對(duì)既有線網(wǎng)帶來的運(yùn)營(yíng)影響，根據(jù)影響的程度和解決的難度，提出如下應(yīng)對(duì)措施:

1)盡量提升10號(hào)線運(yùn)輸能力。為緩解15號(hào)線一期的新增客流對(duì)10號(hào)線產(chǎn)生的壓力，需將10號(hào)線的最小行車間隔由目前的3 min縮短到2.5 min，并新增10號(hào)線列車和提高車輛段存車能力。

2)加快車站設(shè)備設(shè)施升級(jí)改造。芍藥居站目前換乘客流密度較大，因受到換乘設(shè)施布局、站臺(tái)狹窄等限制，15號(hào)線一期東段通車后，增加的換乘客流將會(huì)使換乘通道存在安全隱患。高峰期間，由于10號(hào)線芍藥居站站臺(tái)滯留乘客較多，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，換乘通道內(nèi)客流較擁擠，需抓緊時(shí)間研究提升芍藥居換乘通道能力的設(shè)施改造方案。

3)加強(qiáng)換乘站客運(yùn)組織。15號(hào)線一期東段開通后，如不增加10號(hào)線高峰期間運(yùn)力，必要時(shí)應(yīng)增加10號(hào)線芍藥居站站臺(tái)的客運(yùn)疏導(dǎo)人員，以保證運(yùn)營(yíng)安全、有序。

2.5 新線開通后實(shí)際客流與預(yù)測(cè)客流對(duì)比

15號(hào)線一期開通后，截至2012年3月，實(shí)際客流與預(yù)測(cè)客流的對(duì)比情況如表2所示。

從表2結(jié)果看，15號(hào)線一期實(shí)際客流偏低于預(yù)測(cè)客流，考慮到新線剛剛開通3個(gè)月，且從歷年客流規(guī)律看，通常年初客流處于偏低水平，預(yù)計(jì)2012年下半年客流將達(dá)到預(yù)測(cè)水平。

表2 15號(hào)線一期實(shí)際客流與預(yù)測(cè)客流對(duì)比

3 結(jié)論

1)本文提出的方法適用于研究不穿越市中心的放射型新線開通對(duì)既有線網(wǎng)產(chǎn)生的影響，能取得較為實(shí)用的研究結(jié)果。

2)本文理論研究的核心，是以既有線網(wǎng)局部區(qū)域進(jìn)(出)站在線網(wǎng)的時(shí)空分布為參考對(duì)象，對(duì)新線預(yù)測(cè)客流在線網(wǎng)的時(shí)空分布進(jìn)行了分析。

3)掌握客流是開展新線開通對(duì)既有線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)影響分析的重要基礎(chǔ)，由于“工可研”的預(yù)測(cè)條件和時(shí)期與新線開通當(dāng)年的實(shí)際情況有一定偏差，為了提高客流預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確性，必須通過實(shí)地調(diào)查和量化分析相結(jié)合，對(duì)“工可研”數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

4)本文通過定量與定性分析相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地提出了在新線開通前，對(duì)新線接入既有線網(wǎng)后產(chǎn)生的運(yùn)營(yíng)影響分析方法，以及從客運(yùn)組織、行車組織、設(shè)備設(shè)施改造等方面提出具體對(duì)策的思路。因此，下一步研究可將結(jié)論性的理論和方法做成專家評(píng)估系統(tǒng)，為今后開展新線接入既有線網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)評(píng)估工作提供系統(tǒng)化、科學(xué)化、規(guī)范化的決策依據(jù)。

［1］汪波.北京城市軌道交通線網(wǎng)末班車調(diào)整研究［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2010(1):41-44.

［2］汪波.北京城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)初探［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2011(4):14-7.

［3］北京市軌道交通指揮中心.北京軌道交通2010年新開通線路對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)影響分析報(bào)告［R］.北京，2010.

［4］馬波濤，張于心，趙翠霞.運(yùn)用Logit模型對(duì)高速客流分擔(dān)率的估計(jì)［J］.北方交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，27(2):66-69.

［5］北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司，北京市城建設(shè)計(jì)總院.北京市軌道交通15號(hào)線工程可行性研究報(bào)告［R］.北京，2010.