有軌電車運(yùn)營模式與運(yùn)輸能力研究

宋嘉雯

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510010)

有軌電車運(yùn)營模式與運(yùn)輸能力研究

宋嘉雯

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510010)

在我國多個(gè)城市有軌電車的建設(shè)與運(yùn)營過程中，系統(tǒng)運(yùn)輸能力及其提高措施難以確定。結(jié)合國內(nèi)外已運(yùn)營線路的經(jīng)驗(yàn)與新線設(shè)計(jì)中的模擬分析，對有軌電車運(yùn)營模式、運(yùn)輸能力以及服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，探討運(yùn)輸能力影響因素與關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提出在半專用路權(quán)、路口開放的線路條件下，有軌電車的運(yùn)營模式應(yīng)靈活設(shè)置，路口控制周期控制在150 s以內(nèi)，最小發(fā)車間隔在高峰時(shí)段建議為3～6 min，舒適度標(biāo)準(zhǔn)建議采用5～6人/m2的站席標(biāo)準(zhǔn);提出優(yōu)化有軌電車運(yùn)輸能力的措施，如行車計(jì)劃與信號優(yōu)先系統(tǒng)匹配、提高有軌電車在封閉區(qū)間的運(yùn)行速度等。

有軌電車;運(yùn)營組織;信號控制周期;運(yùn)輸能力

1 有軌電車系統(tǒng)概述

根據(jù) CJJ/T 114—2007《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》［1］，有軌電車屬于低運(yùn)量系統(tǒng)，是適用于地面(獨(dú)立路權(quán))、街面混行或高架的軌道交通系統(tǒng)。系統(tǒng)線路最小曲線半徑為30 m，最大坡度不大于60‰，客運(yùn)能力為0.6萬 ～1.0萬人次/h，旅行速度為15～25 km/h。部分城市對有軌電車的定位為：是城市公共交通系統(tǒng)的重要組成部分，軌道交通系統(tǒng)的補(bǔ)充、延伸與加密;可提高公交舒適度，改善城市環(huán)境，兼顧旅游觀光［2］。

作為軌道交通的有軌電車，與常規(guī)地鐵的差異如表1所示。

由此可知，有軌電車的運(yùn)營特點(diǎn)主要是根據(jù)其線路及車輛特點(diǎn)，列車編組與運(yùn)行交路靈活，較常規(guī)公交提高其服務(wù)水平，適應(yīng)組團(tuán)客流特點(diǎn)，并與路口信號等因素匹配，提高運(yùn)營效率。

表1 有軌電車與常規(guī)地鐵系統(tǒng)特點(diǎn)差異

2 運(yùn)營模式關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

2.1 運(yùn)營模式

由于有軌電車可采用半專用路權(quán)或開放路權(quán)形式，多與其他線路平交，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)碾p線聯(lián)絡(luò)線，使其他線路與主線連通。在通過能力允許的情況下，不同列車運(yùn)行線可共線運(yùn)行。此外，兩條互不相交的線路，可通過與其連通的線路實(shí)現(xiàn)跨線運(yùn)行(見圖1、2)。

圖1 各線獨(dú)立運(yùn)營模式

圖2 共線/跨線運(yùn)營模式

獨(dú)立運(yùn)營模式與共線/跨線運(yùn)營模式差異如表2所示。

表2 有軌電車運(yùn)營模式差異

預(yù)留共線/跨線運(yùn)營模式應(yīng)驗(yàn)算共線段通過能力、路口通行相位設(shè)置是否合理，并利用輔助配線及相應(yīng)的信號設(shè)施保證其運(yùn)營安全與靈活。此外，由于部分線路有不同的實(shí)施時(shí)序，應(yīng)保證后續(xù)線路的施工過程對既有運(yùn)營影響最小。

2.2 運(yùn)輸能力

有軌電車的運(yùn)輸能力由車輛定員與列車通過能力決定。其中，列車通過能力可表達(dá)為路口、車站、配線等因素作用下的最小通過能力，有

系統(tǒng)運(yùn)輸能力=列車定員×min{路口通過能力，車站接發(fā)能力，配線能力}

2.2.1 路權(quán)、路口與運(yùn)輸能力的關(guān)系

在專用路權(quán)的情況下，有軌電車也可采用ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng))或ATP(列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng))保護(hù)的駕駛的信號制式;在半專用路權(quán)、路口平交情況下，線路的通過能力首先受路口通過能力的制約。

在不考慮車站列車到發(fā)能力的理想狀態(tài)下，有軌電車在路段的通行能力只受區(qū)間封閉程度、路口尺寸及有效通行信號的限制，其中有效通行信號受信號控制周期與有軌電車相位時(shí)長的影響。

此外，作為地面交通系統(tǒng)，有軌電車運(yùn)行間隔受路口影響會不均衡，甚至?xí)抨?duì)運(yùn)行。因此，受路口影響的運(yùn)輸能力應(yīng)分3種情況分析。

1)參考常規(guī)地鐵移動(dòng)閉塞行車，且路口每個(gè)有軌電車相位只能通行1組列車。

以雙向6車道(含路口拓寬及人行道寬度，共計(jì)48 m)的路口為例，一列8模塊有軌電車(70 m)從靜止啟動(dòng)至30 km/h通過路口，最長時(shí)間為18 s。同理，2模塊與4模塊的電車最長通過時(shí)間為12 s與14 s?？紤]司機(jī)在通行信號啟動(dòng)后5 s啟動(dòng)列車，并預(yù)留10 s的道路車輛清空時(shí)間，有軌電車在此類路口最長相位可取 33 s［2］。

當(dāng)一個(gè)信號周期只通過一個(gè)方向的列車，則信號周期與線路最大開行對數(shù)之間的關(guān)系為

因此，不同信號周期的有軌電車最大開行對數(shù)如表3所示。

從信號周期與最大開行對數(shù)(通過能力)間的關(guān)系可知，只有減少信號控制周期才能提高有軌電車的通過對數(shù)。

2)減少同向列車保護(hù)區(qū)段長度，實(shí)現(xiàn)列車排隊(duì)通過路口。

表3 參考移動(dòng)閉塞的有軌電車路口通過能力

若增加電車相位時(shí)長，減少保護(hù)區(qū)段長度，讓列車排隊(duì)通過路口，可增加路口通行對數(shù)。

在具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及行車組織中，還可通過減少列車長度的方式，減少列車通過路口時(shí)間來提高路口的通過能力。

雖然有軌電車排隊(duì)通過路口可提高通過能力，但減少列車保護(hù)區(qū)段，增加同一區(qū)間電車數(shù)量會導(dǎo)致列車追尾，出現(xiàn)干擾平交路口等安全隱患，在實(shí)際運(yùn)營中不應(yīng)忽視。因此，除提高司機(jī)行車安全培訓(xùn)外，還應(yīng)適當(dāng)控制有軌電車的運(yùn)行間隔(見表4)。

表4 有軌電車路口通過能力(4模塊電車)

3)采用信號優(yōu)先系統(tǒng)，增加路口有軌電車通行綠信比。

國內(nèi)有軌電車系統(tǒng)屬主動(dòng)優(yōu)先模式，普遍采用綠燈遲啟、紅燈早斷、相位插入、跳躍相位、相位倒轉(zhuǎn)、專用相位等措施［2］(見圖 3、4)。

通過提高有軌電車行車計(jì)劃與沿線平交路口的相位匹配程度，可增加有軌電車的有效綠信比，進(jìn)一步提高通過能力。

2.2.2 車站形式與運(yùn)輸能力的關(guān)系

圖3 有軌電車“綠燈遲啟”優(yōu)先通行原理

圖4 有軌電車“紅燈早斷”優(yōu)先通行原理

有軌電車通過能力還受車站接發(fā)車能力的影響。在單一站臺條件下，列車進(jìn)出站時(shí)間包括減速進(jìn)站、停站上下客及發(fā)車至列尾出清站臺?？紤]無路口影響的條件下，列車從區(qū)間最高運(yùn)行速度65 km/h進(jìn)入車站，停站30 s，再發(fā)車出清站臺，不同編組的列車，單一站臺的車站通過能力如圖5、表5所示。

圖5 8模塊有軌電車進(jìn)出站過程

表5 單一站臺的車站通過能力

由于列車路口的通行時(shí)間占路口所有相位時(shí)長之比實(shí)際為該相位的綠信比，因此，受路口影響的車站通過能力為

路口影響的列車通過能力=有效綠信比×無路口影響通過能力(對/h)

在完全允許左轉(zhuǎn)的路口，列車綠信比約為0.3～0.5，則有軌電車的通過能力約為14～28對/h。為提高車站接發(fā)車能力，可通過延長站臺長度形成多個(gè)子站，或增加停車股道提高車站能力(見圖6、7)。

圖6 延長站臺［3］

圖7 雙島四線車站［3］

2.2.3 配線能力對運(yùn)輸能力的影響

輔助配線的主要作用包括列車折返、停放、檢查、轉(zhuǎn)線及出入段/場作業(yè)等。受配線道岔限速較低(一般15 km/h)、半徑較小(50～100 m)等限速因素的影響，列車進(jìn)出輔助配線的走行時(shí)間較長。經(jīng)計(jì)算，列車在折返線折返時(shí)，受換端作業(yè)(如司機(jī)換端走行或系統(tǒng)換向)影響，折返時(shí)間至少延長45 s。列車側(cè)向通過道岔限速為15 km/h，若留有余量，以10 km/h通過，至少需要22 s。

因此，若需提高配線能力，應(yīng)減少列車通過道岔的走行路徑，減少換端作業(yè)，或?qū)Q端作業(yè)與停站作業(yè)同步(如站前折返)。此外，在車站土建規(guī)模允許的情況下選用較大的道岔，以提高側(cè)向通過速度。

2.3 服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

有軌電車主要服務(wù)于組團(tuán)內(nèi)居民出行以及組團(tuán)與交通樞紐的銜接，并兼顧旅游觀光的乘客。為體現(xiàn)公交優(yōu)先，應(yīng)采用比常規(guī)公交車更高的服務(wù)頻率與舒適度標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.1 通過能力

通過分析影響通過能力的因素，得到各條件下的有軌電車通過能力如表6所示。

表6 各運(yùn)營條件下的有軌電車通過能力

有軌電車的最大服務(wù)頻率由系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)通過能力確定。在半專用路權(quán)、信號非絕對優(yōu)先的條件下，有軌電車通過能力最高可達(dá)28對/h，發(fā)車間隔不小于2 min。但考慮有軌電車為人工駕駛，且受路口信號控制及交通延誤的影響，為提高行車安全與優(yōu)化路況，大部分國家有軌電車系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力不大于24對/h，如加拿大蒙特利爾有軌電車［3］。

因此，我國有軌電車在半專用路權(quán)、單一站臺的線路條件下，應(yīng)保持行車安全，參考移動(dòng)閉塞行車，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力不大于24對/h。

2.3.2 服務(wù)頻率

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，初期常規(guī)地鐵的服務(wù)頻率不應(yīng)大于6 min［4］;常規(guī)公交的服務(wù)頻率普遍為5～15 min，BRT(快速公交)的服務(wù)頻率最高可達(dá)3 min。

參考國外(如法國)有軌電車服務(wù)頻率［5］，運(yùn)營線路的最大服務(wù)頻率普遍為3～4 min。根據(jù)建議，系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力為24對/h，最小發(fā)車間隔應(yīng)不小于2.5 min。同時(shí)，為平衡行車安全、服務(wù)水平與道路交通秩序，并為運(yùn)營組織預(yù)留調(diào)整余量，高峰時(shí)段服務(wù)頻率建議為3～6 min，平峰時(shí)段服務(wù)頻率建議為6～12 min。

2.3.3 舒適度標(biāo)準(zhǔn)

舒適度標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)在列車定員標(biāo)準(zhǔn)，通過提高座位率降低列車乘客的站立密度。國外有軌電車的站席標(biāo)準(zhǔn)為4人/m2，國內(nèi)目前城市軌道交通的站席標(biāo)準(zhǔn)為6人/m2(主要針對車輛定員)，常規(guī)公交車的定員標(biāo)準(zhǔn)為8人/m2。為保證乘客出行舒適度，同時(shí)在客流波動(dòng)情況下為系統(tǒng)預(yù)留一定的適應(yīng)性，建議可采用5～6人/m2的站席標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 提高運(yùn)輸能力的可行措施

2.4.1 常規(guī)地鐵與有軌電車運(yùn)輸能力的差異

常規(guī)地鐵運(yùn)輸能力受列車定員、信號制式、區(qū)間追蹤能力、車站接發(fā)車能力、折返能力及列車出入段場能力的影響，與有軌電車運(yùn)輸能力的差異如表7所示。

2.4.2 提高運(yùn)輸能力采取的可行措施

有軌電車運(yùn)輸能力受路權(quán)、路口信號控制周期、車站形式、列車定員等因素影響，因此可通過優(yōu)化以上因素提高運(yùn)輸能力。

1)采用區(qū)間專用道，兩側(cè)設(shè)置隔離裝置。已進(jìn)入施工設(shè)計(jì)的海珠區(qū)環(huán)島新型有軌電車試驗(yàn)段，以及處于前期研究的增城有軌電車1號線，都推薦采用區(qū)間專用道，兩側(cè)設(shè)置綠籬(欄桿)，除路口外均為相對獨(dú)立線路，預(yù)留最高運(yùn)行速度為65 km/h。

經(jīng)列車牽引計(jì)算模擬，海珠區(qū)與增城有軌電車運(yùn)營旅行速度可分別達(dá)到 22、19 km/h［6－7］。若無綠籬阻隔，列車運(yùn)行需遵守道路限速，旅行速度降低至約15 km/h，與常規(guī)公交接近。

表7 常規(guī)地鐵與有軌電車運(yùn)輸能力對比

2)適當(dāng)提高通過路口速度，減少有軌電車相位及信號控制周期。根據(jù)道路設(shè)計(jì)規(guī)范，平面交叉口內(nèi)的設(shè)計(jì)速度為路段的 0.5～0.7倍［8］。以主干路最高限速60 km/h為例，有軌電車通過主干路路口的限速應(yīng)為30～40 km/h。經(jīng)牽引模擬計(jì)算，有軌電車以40 km/h通過路口的時(shí)間比30 km/h的通過時(shí)間減少11.1%，進(jìn)而減少了相位控制周期，提高了通過能力。

3)接發(fā)車作業(yè)的較多車站采用長站臺或多站臺形式。在增城有軌電車研究中，由于1、2號線遠(yuǎn)期分別開行15對、16對，考慮列車會同時(shí)到達(dá)共軌段的增城廣場站，因此該站采用雙站臺方案，以保證兩線列車進(jìn)站均能乘降(見圖8)。

4)折返站采用站前渡線折返或站后燈泡線折返，提高渡線過岔速度，減少換端作業(yè)時(shí)間。

圖8 增城廣場輔助配線［7］

3 結(jié)語

有軌電車在國外或我國部分城市已運(yùn)營多年，為部分城市帶來了新的交通方式。與國內(nèi)常規(guī)地鐵或公交相比，其運(yùn)營模式、行車組織、客流組織仍是新的挑戰(zhàn)。對于習(xí)慣常規(guī)地鐵或公交的乘客，其接受程度仍需運(yùn)營檢驗(yàn)。此外，對于路口的交通管理、信號控制，是否按系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)有軌電車的信號優(yōu)先、列車的救援模式等問題還需進(jìn)行深入細(xì)致的研究，以便為今后的運(yùn)營提供良好的保障。

［1］CJJ/T 114—2007城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007：4－5.

［2］廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州市交通規(guī)劃研究所，北京市城建設(shè)計(jì)研究總院，等.廣州市有軌電車線網(wǎng)規(guī)劃［R］.廣州，2013：173－175.

［3］consortium gENIVAR －sYSTRA(2009)pHASE 1：Analyse du Réseau initial de tramways，volume C1 － exploitation du système de transport Pour la Ville de Montréal［R］.Montréal，2009：9 －10.

［4］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2003：11 －12.

［5］ RIVOIRE M.Les transport en commun en site propre(TCSP)en France － Conception d’une base de donneés pour la société Egis Rail［D］.Lyon，2008：35 －36.

［6］廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司.海珠區(qū)環(huán)島新型有軌電車試驗(yàn)段工程初步設(shè)計(jì)［R］.廣州，2013：54－62.

［7］廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司.增城有軌電車一號線試驗(yàn)段項(xiàng)目建議書［R］.廣州，2013：5－10.

［8］CJJ 37—2012城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012：3－4.

Research on Operation Mode and Capacity of Tramways

Song Jiawen
(Guangzhou Metro Design ＆ Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 510010)

In the tramway construction and operation in several cities in China，the tramway capacity and its improvement are still undetermined.With the experience of operating the existing lines and simulation of new lines，some researches on the tramway operation，capacity and its service standard were carried out.By analyzing the influence factors and technical requirement，it shows the recommended tramway operational mode，which is preferred to be flexible;the intersections control cycle is not more than 150 seconds;the minimal interval is recommended between 3 to 6 minutes;and capacity standard is suggested between 5 to 6 persons/m2.Some improvement measures were put forward，such as the coherence between the operating schedule and the signal priority system，the increase of tramway velocity in the protected section，etc.

tramway;operation;intersection control cycle;capacity;minimal interval;signal priority system

U482.1

A

1672－6073(2014)02－0108－05

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.02.027

2013－09－27

2014－01－13

宋嘉雯，男，碩士，助理工程師，從事城市軌道行車組織與運(yùn)營管理研究，songjiawen@dtsjy.com

(

郝京紅)