北京軌道交通路網(wǎng)典型交路模式研究

張文哲

（北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司運(yùn)營(yíng)三分公司，北京 100082）

0 引言

擁擠的道路交通嚴(yán)重影響著城市發(fā)展，以地下鐵路和地上輕軌為主的城市軌道交通體系越來越成為解決城市交通擁堵問題最有效的途徑。人們熟知的地鐵系統(tǒng)，有著種種地上交通系統(tǒng)沒有的優(yōu)勢(shì)，如速度快，載客量大，到達(dá)時(shí)間準(zhǔn)確，安全性高，環(huán)保等。大中型城市的發(fā)展，離不開軌道交通的支持，軌道交通的運(yùn)營(yíng)里程、運(yùn)營(yíng)線路的增加，也逐漸迎來客運(yùn)和列車運(yùn)營(yíng)組織方式的升級(jí)，尤其是針對(duì)不同交路模式的組織方式。以客流特征和流量為主要依據(jù)，合理安排列車運(yùn)行計(jì)劃，既能提高出行服務(wù)水平，同時(shí)還可以有效降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，這對(duì)于我國(guó)城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 國(guó)內(nèi)外軌道交通發(fā)展與現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀

世界上首條地下鐵道建于英國(guó)倫敦，全長(zhǎng)約6.5km，所用機(jī)車為蒸汽機(jī)車，1906年倫敦市內(nèi)開通的地鐵全數(shù)電氣化。自此以后，世界上主要大中型城市和地區(qū)也逐漸意識(shí)到地鐵的重要性，并加速建設(shè)，1897年波士頓地鐵開通，1900年巴黎地鐵開通，1904年紐約地鐵開通，1927年?yáng)|京地鐵開通。經(jīng)過100 多年發(fā)展，截止到2020年底，全世界共有77 個(gè)國(guó)家和地區(qū)的538 座城市開通城市軌道交通，營(yíng)運(yùn)里程達(dá)到33346 公里，車站數(shù)超過34220 個(gè)。如紐約、倫敦、東京、首爾、上海、北京、廣州等全球特大型城市基本都具備較為完善的軌道交通系統(tǒng)，可以在很大程度上減輕城市地上交通的負(fù)擔(dān)，提升城市整體客運(yùn)質(zhì)量。一些城市的地鐵客運(yùn)量，已經(jīng)超過了地上交通的客運(yùn)量，比如俄羅斯的莫斯科地下軌道交通系統(tǒng)，就分擔(dān)了整個(gè)莫斯科一半以上的客運(yùn)，還有的甚至超過八成，比如東京。東京地鐵擁有13 條地鐵線路，總長(zhǎng)312.6km，每天要運(yùn)送超過八百萬人通勤，這就占了東京每日客運(yùn)量的八成左右。

1.2 國(guó)內(nèi)軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀

回顧我國(guó)首都北京的地鐵發(fā)展，早在建國(guó)初期，我們就開始規(guī)劃并建設(shè)北京地鐵。1969年的國(guó)慶，一個(gè)所有地鐵人都銘記的日子，北京地鐵一號(hào)線正式通車。截至2021年5月，我國(guó)已有超過40 個(gè)大中型城市，包括北上廣深、天津、重慶、大連、青島、廈門等在內(nèi)的很多大中型城市，包括大部分省會(huì)城市，都已經(jīng)建設(shè)了包括地下鐵路和地上輕軌的城市軌道交通系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)里程，含規(guī)劃里程，早已超過10000km。建設(shè)規(guī)模、里程規(guī)模、線路規(guī)模以及包括客運(yùn)規(guī)模，已躍居世界第一。北京作為新中國(guó)第一個(gè)擁有軌道交通系統(tǒng)的城市，1971年開始試運(yùn)營(yíng)。經(jīng)過50年的發(fā)展，北京已建成通車運(yùn)營(yíng)線路共計(jì)24 條，運(yùn)營(yíng)總里程達(dá)到727km，年客運(yùn)量達(dá)到45 億人次，車站428 座，疫情前日均客運(yùn)量超過1000 萬人次。上海地鐵是繼北京、天津之后內(nèi)地第3 個(gè)擁有軌道交通系統(tǒng)的城市，上海地鐵1 號(hào)線始建于1990年初，1995年4月建成通車。隨后上海地鐵飛速發(fā)展，截至2020年底，上海軌道交通共開通線路19 條，車站459 座，全網(wǎng)運(yùn)營(yíng)總里程達(dá)772km，在世界城市軌道交通線路長(zhǎng)度排名當(dāng)中高居榜首。

2 北京地鐵主要交路形式優(yōu)缺點(diǎn)分析

隨著客流壓力不斷增加，城市軌道線路的客運(yùn)量在各個(gè)區(qū)間通常會(huì)出現(xiàn)不均衡分布的現(xiàn)象，部分區(qū)間會(huì)出現(xiàn)運(yùn)力緊張、乘客擁擠程度較高，部分區(qū)間又呈現(xiàn)運(yùn)力萎靡，列車資源配置過剩的現(xiàn)象。那么，分析與研究如何在運(yùn)用相同數(shù)量列車的情況下，針對(duì)不同線路特點(diǎn)，制定合理的列車運(yùn)行交路方案，提高列車在大客流區(qū)段的運(yùn)輸頻率，減少該區(qū)段乘客的候車時(shí)間，降低列車的擁擠程度，顯得尤為重要。列車交路是城市軌道交通中的運(yùn)行模式，是地鐵或輕軌運(yùn)行線路的區(qū)間，是城市軌道交通線路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。想要使地鐵現(xiàn)有資源得到充分利用，想要成本低量化，想要提高客戶的滿意程度，并且提升效率，包括運(yùn)營(yíng)效率和車輛調(diào)度效率，那么一種優(yōu)化的、高效的列車交路形式是必不可少的。這種列車交路形式既要縮小運(yùn)能損失，又要在應(yīng)急情況下，如故障、極端天氣下，快速調(diào)整，準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為正常狀態(tài)。列車運(yùn)行交路與列車運(yùn)行圖密切相關(guān)，根據(jù)總客運(yùn)量和高峰小時(shí)斷面客流密度確定列車開行對(duì)數(shù)，制定列車運(yùn)行交路計(jì)劃。

列車運(yùn)行交路從形式上分為以下幾種形式：?jiǎn)我涣熊嚱宦贰⒋笮×熊嚱宦?、環(huán)形運(yùn)行交路、分段運(yùn)行交路和交錯(cuò)運(yùn)行交路等形式，本文針對(duì)北京地鐵最常用的三種交路模式的優(yōu)缺點(diǎn)即適用特點(diǎn)進(jìn)行分別分析和討論。

2.1 單一列車運(yùn)行交路優(yōu)缺點(diǎn)分析

單一列車運(yùn)行交路形式最為簡(jiǎn)單，是指列車在線路兩個(gè)終點(diǎn)站間運(yùn)行，到達(dá)線路終點(diǎn)站后再折返運(yùn)行，目前大部分線路運(yùn)營(yíng)初期大多采用單一運(yùn)行交路的形式，如北京地鐵1 號(hào)線、9 號(hào)線，其優(yōu)點(diǎn)在于，運(yùn)營(yíng)組織容易，乘客引導(dǎo)方便，運(yùn)營(yíng)秩序紊亂時(shí)，調(diào)整壓力小，可快速利用就近道岔進(jìn)行折返，恢復(fù)常態(tài)運(yùn)行快。缺點(diǎn)是當(dāng)全線客流分布不均勻時(shí)，會(huì)造成運(yùn)力損失，不利于客流大的區(qū)間快速疏散乘客，因此單一運(yùn)行交路適用全線客流比較均勻，無明顯客流斷點(diǎn)的情況。

2.2 大小列車運(yùn)行交路優(yōu)缺點(diǎn)分析

大小列車運(yùn)行交路，即大小圈車套跑形式，大交路全線運(yùn)行，小交路為在某區(qū)段通過運(yùn)行，如北京地鐵6 號(hào)線及4 號(hào)線與大興線。6 號(hào)線2021年早高峰時(shí)刻，正常列車從始發(fā)金安橋站至終點(diǎn)潞城站全線均停車上下乘客，大站快車為褡褳坡至北運(yùn)河?xùn)|站，通過不停車其目的，一是保證首都副中心通勤效率，二是列車折返后，快速補(bǔ)充下行去往中心城區(qū)運(yùn)力。4 號(hào)線在工作日以大小交路的模式運(yùn)營(yíng)，按一定比例開行安河橋北至新宮站的小交路車次；在雙休日，除列車回庫(kù)需要，4 號(hào)線所有下行列車均運(yùn)行至大興線以天宮院為終點(diǎn)站。

當(dāng)城市發(fā)展處于中心城區(qū)主導(dǎo)格局下時(shí)，中心城區(qū)內(nèi)部出行的客流量非常大，郊區(qū)段的客流相對(duì)較小，某區(qū)段斷面客流量有明顯差距，開行相對(duì)密度的小交路可以滿足郊區(qū)段以及穿城區(qū)的客流需求。以適用于各區(qū)段客流不均衡情況，更好地適應(yīng)市區(qū)客流與郊區(qū)客流密度分布不均。

2.3 環(huán)形列車運(yùn)行交路優(yōu)缺點(diǎn)分析

環(huán)形列車運(yùn)行交路如北京地鐵2 號(hào)線、10 號(hào)線。其優(yōu)點(diǎn)是列車無須折返，提高運(yùn)力，單邊故障時(shí)另一側(cè)運(yùn)力不受影響，但環(huán)形交路若出現(xiàn)故障事件，因?qū)?cè)車輛處于飽和狀態(tài)，列車無法通過就近道岔進(jìn)行折返變?yōu)樾〗宦愤\(yùn)行，因此恢復(fù)運(yùn)營(yíng)組織難度大，需要較長(zhǎng)時(shí)間恢復(fù)運(yùn)營(yíng)秩序。

2.4 其他交路形式對(duì)北京地鐵交路形式運(yùn)用的啟示

分段列車運(yùn)行交路適用于高峰小時(shí)斷面客流量不均衡情況，但在每一個(gè)區(qū)段有典型的向心聚集客流，是在城市發(fā)展過程中市區(qū)的持續(xù)近郊化及郊區(qū)城市化形成的。分段運(yùn)行交路由若干小交路銜接而成，列車只在自己小交路運(yùn)行，優(yōu)點(diǎn)是可以保證每個(gè)區(qū)段具有較高的運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平，但是去往線路另一端的乘客必須進(jìn)行換乘，增加出行時(shí)間。

交錯(cuò)運(yùn)行交路，適用于郊區(qū)至市區(qū)的客流。郊區(qū)客流出行比例相對(duì)于大小交路的郊區(qū)客流明顯增大，所以開行低密度的大交路無法適應(yīng)郊區(qū)客流增長(zhǎng)的需求，如果開行高密度的大交路將會(huì)導(dǎo)致線路載客能力降低。當(dāng)客流呈現(xiàn)明顯的向城區(qū)單峰客流時(shí)，開行兩端郊區(qū)至城區(qū)的小交路可以滿足不斷增長(zhǎng)的郊區(qū)到中心城區(qū)的客流需求，兩個(gè)小交路在城區(qū)交叉重疊，可以滿足中心城區(qū)內(nèi)部出行需求。但是這種交路形式行車組織難度極大，特別是對(duì)于中心城區(qū)重疊線路的占用率幾乎達(dá)到飽和，一旦發(fā)生故障等特殊情況，無法迅速調(diào)整運(yùn)營(yíng)秩序，目前北京地鐵沒有采用上述兩種交路模式的地鐵線路。但如果設(shè)備到位、技術(shù)成熟，安全條件均符合的情況下，北京地鐵有可能會(huì)逐步引入這些復(fù)雜的交路運(yùn)行模式。

3 對(duì)既有線路運(yùn)行交路形式的優(yōu)化建議

通過上述對(duì)于各種列車交路形式的分析，結(jié)合北京地鐵目前既有線路交路形式及實(shí)際行車組織采取的方式，提出一些優(yōu)化建議，以北京地鐵8 號(hào)線北段為例。該線呈單一交路運(yùn)行，沿途經(jīng)過奧林匹克旅游區(qū)、南鑼鼓巷步行街、回天居住區(qū)，全長(zhǎng)28km，日均客運(yùn)量39.9 萬人次。8 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)采用全路通公司的CBTC 移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，2012年開始改造使用，經(jīng)過多年的探索與磨合，8 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)平穩(wěn)且高效。8 號(hào)線平日列車運(yùn)行圖最小間隔已經(jīng)達(dá)到3 分鐘列車追蹤運(yùn)行，最高上線運(yùn)用車35 組，日均開行468 列，雙體圖最小間隔5 分07 秒，運(yùn)用車21 組，開行379 列，雖然單一交路行車組織方式很簡(jiǎn)單。但是由于8 號(hào)線高峰期列車間隔達(dá)到3 分鐘，育新、永泰莊、回龍觀東大街、霍營(yíng)、朱辛莊等大客流車站，遇大客流換乘時(shí)主要采取人工限流或者延長(zhǎng)換乘距離的方式來增加乘客換乘距離，使乘客分散于站臺(tái)、通道內(nèi)、出入口的方式緩解站臺(tái)壓力。

根據(jù)列車交路運(yùn)行方式，結(jié)合北京地鐵高峰客運(yùn)量（采用樣本為疫情前2019年4月30日和2019年9月30日最具代表性的節(jié)前兩日早高峰7∶00～9∶00 進(jìn)站客流總量及疫情前2019年5月2日和2019年10月2日9∶00～11∶00 節(jié)日進(jìn)站客流高峰總量作為參考依據(jù)）。

3.1 8 號(hào)線平日?qǐng)D交路形式優(yōu)化建議

8 號(hào)線早高峰乘客進(jìn)站量最高區(qū)間為永泰莊站至朱辛莊站，此區(qū)域?yàn)榛佚堄^、霍營(yíng)大型居住區(qū)，客流屬性為典型郊區(qū)段至城中心通勤特點(diǎn)，在編制平日列車早高峰運(yùn)行圖時(shí)可以考慮使用大小列車運(yùn)行交路形式。大交路依然為朱辛莊至美術(shù)館站全線運(yùn)行。為緩解北部車站候車客流壓力，結(jié)合站場(chǎng)圖最優(yōu)方案為森林公園南門站至回龍觀東大街站開行小交路。因?yàn)檫@兩站均有存車庫(kù)線，且列車在運(yùn)用小交路運(yùn)行在該站清人完畢后，可以順向進(jìn)行列車折返作業(yè)，減小出庫(kù)所需時(shí)間，降低對(duì)其他列車運(yùn)行的影響。通過此方法可以快速緩解永泰莊至回龍觀東大街站臺(tái)候車乘客壓力。

3.2 8 號(hào)線雙體圖交路形式優(yōu)化建議

遇與挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代化的軌道交通不應(yīng)局限于機(jī)車、信號(hào)、通信等技術(shù)裝備水平，更應(yīng)該包括現(xiàn)代化的運(yùn)輸理念、服務(wù)理念。未來軌道交通運(yùn)營(yíng)更應(yīng)該從提高管理理念、服務(wù)水平以及節(jié)約成本等方面考慮，制訂更加科學(xué)、高效、節(jié)能的運(yùn)營(yíng)方案，充分發(fā)揮現(xiàn)有潛能，滿足日益增長(zhǎng)的運(yùn)營(yíng)需求。目前，北京地鐵中心線路的列車間隔已經(jīng)很小，進(jìn)一步縮小列車間隔的可能性不大，在這種前提下，如何利用各種列車運(yùn)行交路形式，合理控制不均衡的客流分布顯得更為重要。本文基于客流模型及客流分布特點(diǎn)，分析了主要交路模式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，并以8 號(hào)線為例，進(jìn)一步優(yōu)化了現(xiàn)有交路模式的運(yùn)行效率。相信通過制定出更加合理、高效的列車運(yùn)行方案，可以使整個(gè)線網(wǎng)的承載能力不斷提高、運(yùn)力不斷增加，不但從客運(yùn)組織和運(yùn)營(yíng)效率上得到優(yōu)化，更在乘客乘車體驗(yàn)上有明顯提升。

8 號(hào)線節(jié)假日高峰乘客進(jìn)站量最高區(qū)域?yàn)橛捞┣f站至朱辛莊站，結(jié)合上述交路方式，編制節(jié)假日運(yùn)行圖時(shí)，仍然可考慮采取大小列車運(yùn)行交路的形式，根據(jù)站場(chǎng)圖實(shí)際情況，最優(yōu)方案為從永泰莊站至朱辛莊開行小交路運(yùn)行列車，大交路運(yùn)行列車依然為朱辛莊至鼓樓全線運(yùn)行。通過此方法可以快速緩解霍營(yíng)、朱辛莊等大客流換乘站站臺(tái)候車客流壓力。

3.3 運(yùn)用新理念、新成果、新視角助力地鐵新發(fā)展

通過以上分析可以看出，雖然技術(shù)手段可以提高乘客出行服務(wù)質(zhì)量，但理念上的創(chuàng)新更加重要。結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和軌道交通運(yùn)營(yíng)理念的更新迭代，未來可以從三方面助力北京地鐵運(yùn)營(yíng)發(fā)展：第一方面，當(dāng)今社會(huì)智能手機(jī)普及化程度很高，手機(jī)客戶端可以開發(fā)更便捷的軟件，利用實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能讓乘客隨時(shí)了解地鐵列車車廂擁擠程度、出行最短路徑、突發(fā)故障情況、采取限流措施情況，使用APP 推送功能，讓乘客及時(shí)獲取相應(yīng)信息，自我掌控出行選擇，減少因地鐵故障造成的負(fù)面影響。第二方面，可以通過改造地鐵現(xiàn)有設(shè)備來提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率，比如升級(jí)信號(hào)系統(tǒng)，提高信號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，優(yōu)化列車運(yùn)行圖，減少人工調(diào)度干預(yù)，全自動(dòng)列車折返，進(jìn)一步縮短列車間隔，降低故障率，提升乘客出行舒適度。第三方面，利用大數(shù)據(jù)和智能數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，更加清楚地研判各主要線路客運(yùn)情況，幫助決策者決定更加合理的交路方式。不久的將來，諸如大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 傳輸、虛擬現(xiàn)實(shí)、區(qū)塊鏈、量子通信等尖端技術(shù)一定能夠應(yīng)用到城市軌道交通各個(gè)領(lǐng)域，為乘客提供更加優(yōu)質(zhì)的軌道交通出行服務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，北京地鐵網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)2025年底運(yùn)營(yíng)里程將達(dá)到1600km 以上。隨著新技術(shù)、新理念、新需求的不斷涌現(xiàn)，北京軌道交通將面臨新的機(jī)