成都軌道交通環(huán)線客流特征分析及運營模式研究

趙 壹，譚小土，陳福貴，曹世超，張遷凡，湯 玨

(1.中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031；2.成都市交通運輸委員會，成都 610000)

1 概述

環(huán)線在軌道交通網絡中具有特殊的地位和作用，對其客流特征、運營模式等問題的探討長期以來備受關注[1]。截至2016年6月底，全球約有32座城市共41條環(huán)形線路開通運營。其中倫敦、莫斯科、東京分別有2條環(huán)線，馬德里、新加坡有3條環(huán)線。目前環(huán)線的平均長度約為20 km，長度從3 km(邁阿密，芝加哥)到57 km(北京)不等[2-4]。

截止至2017年4月，在我國，北京市軌道交通線網(運營規(guī)模573.9 km)中有2條環(huán)線(10號線、2號線)[5-6]，上海市軌道交通線網(運營規(guī)模618.3 km)中有1條環(huán)線(4號線)[7]，廣州、沈陽、武漢等城市的軌道交通線網規(guī)劃中均設有環(huán)線。經調查，目前國內外環(huán)線多采用內外環(huán)獨立運營的運營模式[8]。

根據《成都市城市軌道交通線網規(guī)劃修編》(2016年版)[9]，成都市遠景推薦線網由46條線路組成，總長約2 450 km。其中環(huán)線包括7號、9號線。本文將重點分析這兩條環(huán)線的功能作用以及客流特征，在此基礎上對其運營組織模式進行研究，以期對后續(xù)其他城市環(huán)線的設計提供一定的借鑒意義。

2 成都軌道交通環(huán)線規(guī)劃概況

鑒于成都市餅狀的城市空間結構[10]，成都軌道交通線路的布設多以放射狀展開，在主城區(qū)范圍內各條放射狀線路形成“一對一”或“一對二”換乘節(jié)點。為緩解各條放射狀線路外圍之間的客流交換壓力，成都市軌道交通線網規(guī)劃根據城市空間結構、線網形態(tài)，規(guī)劃了7號、9號線兩條環(huán)形線路[11]，如圖1所示。

圖1 7號線、9號線與遠景線網關系示意

7號、9號線的設置分別緩解了城市中心區(qū)和外圍區(qū)兩個層面上的放射狀軌道線路間客流交換的壓力；兩條環(huán)形線路的設置，滿足了城市中心區(qū)軌道交通主干線及加密線間客流轉換功能，是發(fā)揮成都市軌道線網整體功能作用的重要組成部分。

7號線位于成都市2.5環(huán)附近城市核心區(qū)，敷設于成都市居住用地最密集地帶的環(huán)形交通走廊上。7號線具有換乘客流所占比例大、換乘系數大、全日客流量大、負荷強度高、全日及高峰小時客流斷面較均衡的客流特征，擬采用內外環(huán)獨立運營且開行對數相同的運營模式。該運營模式服務水平較高，能適應7號線高峰小時內客流斷面較均衡的客流特點。目前，7號線正在建設中，計劃于2017年底通車試運營[12]。不同于中心區(qū)環(huán)線7號線，9號線是位于成都市三環(huán)、四環(huán)間的多中心環(huán)線，位于中心城區(qū)的邊緣片區(qū)及南部CBD區(qū)域，因此其客流特征、運營模式均有別于7號線。重點針對以上2條環(huán)線的客流特點，對其運營模式進行深入研究。7號、9號線項目概況見表1。

表1 成都軌道交通環(huán)線7號線與9號線項目概況

3 成都軌道交通環(huán)線客流特征分析

3.1 客流總體指標分析

根據成都市部分先期建設線路客流總體指標(表2)的對比可以看出，不同于放射性線路，7號、9號線具有以下幾個顯著的客流特征。

表2 成都市部分先期建設線路客流總體指標對比

注：資料來源見文獻[11]。

(1)換乘客流所占比例大

換乘客流量占全日客流量比例：7號線為58.4%，9號線為50.0%。換乘比例均高于其他放射性軌道交通線路(一般為25%左右)。

(2)換乘系數大

遠期的換乘系數：7號線為2.4，9號線為2.0。換乘系數均高于其他放射性軌道交通線路(一般為1.3左右)。

(3)負荷強度高

遠期全日負荷強度：7號線為3.87萬人次/km、9號線為3.58萬人次/km。均高于其他放射性軌道交通線路(一般為2.5萬人次/km)。

3.2 客流斷面分布特征分析

在常規(guī)的城市軌道交通放射性線路的客流特征分析過程中，客流斷面分布情況通常用“魚刺圖”表示，如圖2所示。

圖2 9號線遠期早晚高峰小時客流斷面示意

該表達方式針對環(huán)線直觀性不強，提出通過環(huán)形客流斷面(圖3、圖4)表示客流斷面分布情況，該法巧妙適應環(huán)線線路走向，客流特征表達更直觀。

據圖3可以看出，7號線全線的全日、高峰小時客流斷面均較均衡。

圖3 7號線遠期客流斷面示意

圖4 9號線遠期客流斷面示意

據圖4，可以直觀發(fā)現9號線客流斷面特征如下。

(1)全日客流斷面較均衡

9號線全線的全日客流斷面較均衡。

(2)內外環(huán)客流量級差異大

遠期早高峰最大客流斷面值外環(huán)5.33萬人次/h>內環(huán)3.85萬人次/h；遠期晚高峰最大客流斷面值內環(huán)4.54萬人次/h>外環(huán)3.49萬人次/h。

(3)內外環(huán)高峰斷面客流區(qū)段不對稱

遠期早高峰外環(huán)客流較大區(qū)段，對應內環(huán)客流較小區(qū)段；遠期晚高峰內環(huán)客流較大區(qū)段，對應外環(huán)客流較小區(qū)段。

(4)客流重心偏西半環(huán)。

3.3 環(huán)線9號線與7號線客流斷面分布特征對比分析

(1)相同點

全日客流斷面分布較均衡，這與放射性線路一般是兩端低、中間高的形態(tài)有明顯差異。

(2)差異情況

7號線早、晚高峰客流斷面分布均較均衡，主要是因為7號線作為中心區(qū)小環(huán)，設置在城市核心區(qū)，沒有明顯的向心客流，周邊土地開放強度較高。

9號線早、晚高峰斷面客流波動性較大，則主要是因為9號線作為多中心大環(huán)，設置在城市核心區(qū)邊緣，沿線周邊土地利用不平衡性明顯。

4 成都軌道交通環(huán)線運營模式選擇研究

4.1 7號線運營模式情況

圖5 7號線列車運行交路示意

根據7號線的線路特點及客流特征，在項目前期研究及設計過程中，經充分論證，采用最高運行速度80 km/h的A型車6輛固定編組，運營模式采用內外環(huán)對稱方案，各設計年度的交路如圖5所示[12]。

目前7號線項目已經進入緊張的設備安裝階段，將于2017年底開通試運營，因此，以下重點針對9號線的客流特征進行運營模式比選分析。

4.2 9號線運營模式研究

相比7號線而言，9號線平均站間距較大(2.0 km)，客流量級較大(5.33萬人次/h)，因此，經研究，推薦9號線采用最高運行速度100 km/h的A型車8輛固定編組[3]。

基于9號線內外環(huán)客流量級差異大、各區(qū)段分布不均衡、客流重心偏西半環(huán)的客流特征及配線設置情況，提出了以下4種運營模式方案，如圖6、表3所示。

圖6 遠期早高峰列車運行交路方案示意

表3 列車運行交路方案對比

注：運營成本初步按20元/車公里進行測算。

經研究，4個方案的適應性及優(yōu)缺點如下。

(1)方案1

該方案各區(qū)段通行能力均等，適應于高峰時段環(huán)線各區(qū)段客流分布較均衡、且內外環(huán)客流量級相當的線路。

該方案服務水平最高，運營管理最為簡單，但車輛購置費最高，運營成本最高。

(2)方案2

該方案內外環(huán)通行能力不均等，適應于高峰時段環(huán)線各區(qū)段客流分布較均衡、但內外環(huán)客流量級相差較大的線路。

該方案服務水平較高，運營管理較為簡單，且車輛購置費最低，運營成本較低。

(3)方案3

該方案通行能力呈階梯狀，適應于環(huán)線高峰時段各區(qū)段客流分布不均衡的線路。但由于設置小交路折返，會導致部分乘客選擇性乘車或者二次換乘，對環(huán)線客流的出行選擇不利。

該方案車輛購置費較低，運營成本較低，但運營管理較復雜。

(4)方案4

該方案內外環(huán)通行能力不均等且呈階梯狀，適應內外環(huán)高峰時段客流量級相差較大且各區(qū)段客流分布不均衡的情況。

該方案車輛購置費較低，運營成本最低，但運營管理較復雜。

考慮到環(huán)線9號線沿線有大量的待開發(fā)區(qū)域，規(guī)劃發(fā)展存在一定的不確定性，為了應對今后客流風險，確保足夠的列車配置規(guī)模，故在設計階段推薦采用方案1內外環(huán)對稱方案。該方案最具有包容性，在今后的實際運營過程中，可靈活采用其他比選方案，有效節(jié)省運營成本。

5 結語

環(huán)線客流有別于放射性線路具有以下客流特征：(1)換乘客流所占比例大；(2)換乘系數大：(3)負荷強度高；(4)全日客流斷面均衡。但同一城市不同位置的環(huán)線，由于所處位置用地性質等差異，早、晚高峰客流斷面分布特征也存在明顯差異：中心區(qū)環(huán)線較均衡；多中心環(huán)線不均衡。運用環(huán)形客流斷面圖反映環(huán)線客流特征，直觀性大幅度提高。針對環(huán)線客流特征，本文提出了內外環(huán)對稱、內外環(huán)不對稱、大小交路、單向收發(fā)車4種運營模式，在具體項目應用時可采用環(huán)形斷面圖來分析其客流特征，運營組織模式應結合實際線路沿線站點情況及客流特征進行進一步研究比選。

隨著我國城市化進程的加快，各大城市的軌道交通建設已逐步進入網絡化格局時代，基于自身城市發(fā)展格局和軌道交通線網建設需求，將會有更多城市在軌道交通線網中規(guī)劃和建設1條或多條環(huán)線[13-15]。同一城市、不同位置的環(huán)線，功能作用、客流特征有共通之處，也具有差異性，對不同環(huán)線運營組織方案，應開展更廣泛的課題研究，以更好地發(fā)揮環(huán)線在軌道交通線網中的骨架作用。

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