地鐵重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)組織?綜合效益分析

0 引言

固定編組模式難以解決地鐵高峰期運(yùn)力不足、平峰期運(yùn)力虛糜的問(wèn)題，而靈活編組運(yùn)營(yíng)模式可以提高地鐵運(yùn)能的利用率，優(yōu)化運(yùn)力資源配置，還可以實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)營(yíng)效益及系統(tǒng)服務(wù)水平的最佳協(xié)同。然而，靈活編組運(yùn)營(yíng)需要技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的支持，不可避免地會(huì)增加建設(shè)期工程投資。

近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者就地鐵靈活編組運(yùn)營(yíng)組織模式及其相關(guān)問(wèn)題開(kāi)展研究。王冬海等[1]、雷曉瑜等[2]通過(guò)對(duì)比分析固定編組與靈活編組運(yùn)營(yíng)組織模式，分析地鐵靈活編組相比于固定編組的優(yōu)越性；陳斌等[3]研究同等運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平條件下，固定編組和靈活編組的車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)用及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的差異性；李正洋等[4]通過(guò)綜合考慮運(yùn)營(yíng)企業(yè)成本與乘客等待時(shí)間成本等相關(guān)要素，建立多交路多編組運(yùn)營(yíng)模式下地鐵列車(chē)交路計(jì)劃優(yōu)化的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型；方開(kāi)莎等[5]建立多交路多編組運(yùn)營(yíng)模式下城市軌道交通大小交路的多目標(biāo)優(yōu)化模型；鄭亞珺[6]通過(guò)對(duì)比分析城市軌道交通固定編組和多編組運(yùn)營(yíng)組織模式，分別建立以乘客出行成本和運(yùn)營(yíng)成本最小為目標(biāo)的固定編組方案優(yōu)化模型和多編組方案優(yōu)化模型及其求解算法，對(duì)比分析了2種運(yùn)營(yíng)模式下的經(jīng)濟(jì)效益；伍勇等[7]剖析城市軌道交通客流的特性，提出采取不同編組的運(yùn)營(yíng)方案，分析不同滿載率情況下列車(chē)牽引耗能；文妮[8]從擴(kuò)編技術(shù)、客流風(fēng)險(xiǎn)分析、車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)用、屏蔽門(mén)系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)等指標(biāo)，對(duì)比分析A型車(chē)的2種編組方案；唐玉川[9]分析城市軌道交通客流的特點(diǎn)，提出城市軌道交通靈活編組的運(yùn)營(yíng)方案及其關(guān)鍵技術(shù)；禹丹丹[10]研究分析靈活編組運(yùn)營(yíng)模式的特點(diǎn)及牽引能耗與滿載率的關(guān)系，構(gòu)建靈活編組條件下城市軌道交通列車(chē)開(kāi)行方案優(yōu)化模型及其求解算法。

上述研究成果對(duì)城市軌道交通靈活編組運(yùn)營(yíng)組織具有一定的參考價(jià)值，但仍有需要進(jìn)一步論證的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：①既有大多研究成果主要聚焦于城市軌道交通靈活編組運(yùn)營(yíng)組織方案的研究，缺乏對(duì)固定編組和靈活編組運(yùn)營(yíng)模式經(jīng)濟(jì)性的綜合對(duì)比分析；②部分研究成果在研究靈活編組運(yùn)營(yíng)方案的同時(shí)，雖分析了靈活編組的部分經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但主要以初期采用4輛或6輛編組，近遠(yuǎn)期采用6輛或8輛編組為主，很少系統(tǒng)性地研究重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式的經(jīng)濟(jì)性，且未考慮重聯(lián)編組產(chǎn)生的社會(huì)效益?；诖?，以平峰期3輛編組、高峰期6輛編組(以下簡(jiǎn)稱“3/6A重聯(lián)編組”)為例，從3/6A重聯(lián)編組與6A固定編組的主要成本指標(biāo)對(duì)比、3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下所需的新增投入2個(gè)方面，對(duì)比分析6A固定編組與3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式的經(jīng)濟(jì)效益性；從節(jié)約候車(chē)時(shí)間、減少碳排放2個(gè)方面，分析3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式的社會(huì)效益性。

1 地鐵重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益分析

重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式是運(yùn)用具有快速解編重聯(lián)功能的小編組地鐵列車(chē)，依據(jù)地鐵客流的時(shí)空特性，在滿足運(yùn)能需求的前提條件下，合理調(diào)配高峰、平峰等時(shí)段的編組大小，非高峰期采用小編組列車(chē)運(yùn)營(yíng)方案，高峰期通過(guò)重聯(lián)采用大編組列車(chē)運(yùn)營(yíng)方案，實(shí)現(xiàn)高峰、平峰時(shí)段內(nèi)運(yùn)力與客流相匹配的運(yùn)營(yíng)組織模式。重聯(lián)編組是靈活編組運(yùn)營(yíng)的類(lèi)型之一，能夠有效適應(yīng)地鐵客流時(shí)空分布不均勻的特點(diǎn)。3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)方案示意圖如圖1所示。3/6A重聯(lián)編組各階段主要成本指標(biāo)變化和新增投入如圖2所示。

圖1 3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)方案示意圖Fig.1 Schematic diagram of the 3/6A reconnection marshalling

圖2 3/6A重聯(lián)編組各階段主要成本指標(biāo)變化和新增投入Fig.2 Changes in key cost indicators and new inputs in each phase for 3/6A reconnection marshalling

1.1 重聯(lián)編組與固定編組的主要成本指標(biāo)對(duì)比分析

1.1.1 站臺(tái)建設(shè)費(fèi)用

地鐵站臺(tái)長(zhǎng)度根據(jù)車(chē)輛選編的情況計(jì)算設(shè)置，計(jì)算公式如公式 ⑴ 所示。

式中：L為站臺(tái)長(zhǎng)度，m；l為單個(gè)車(chē)輛長(zhǎng)度，m；m為車(chē)輛編組數(shù)，輛；E為停車(chē)誤差，有站臺(tái)門(mén)時(shí)取±0.3 m以內(nèi)，無(wú)站臺(tái)門(mén)時(shí)取1 ～ 2 m。

由于帶司機(jī)室的車(chē)輛長(zhǎng)度與不帶司機(jī)室的車(chē)輛長(zhǎng)度不同，3/6A重聯(lián)編組后的列車(chē)長(zhǎng)度與普通站臺(tái)長(zhǎng)度無(wú)法匹配，需要增加站臺(tái)長(zhǎng)度或減小車(chē)輛的長(zhǎng)度，以適應(yīng)3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)組織模式。3/6A重聯(lián)編組與6A固定編組條件下的站臺(tái)長(zhǎng)度對(duì)比如圖3所示。

圖3 3/6A重聯(lián)編組與6A固定編組條件下的站臺(tái)長(zhǎng)度對(duì)比Fig.3 Comparison of station length between 3/6A reconnection marshalling and 3/6A fixed marshalling

經(jīng)測(cè)算，以蘭州地鐵1號(hào)線為例，3/6A重聯(lián)編組列車(chē)比6A固定編組列車(chē)長(zhǎng)約3.2 m，考慮一定的安全余量及停車(chē)誤差需求，車(chē)站站臺(tái)部分及通道長(zhǎng)度土建工程按增長(zhǎng)4 m計(jì)算。蘭州地鐵1號(hào)線主要以12 m島式站臺(tái)為主，以東方紅廣場(chǎng)站為例，若采用3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式，站臺(tái)面積需在普通島式站臺(tái)基礎(chǔ)上擴(kuò)建38.4 m2，增加投資約30.72萬(wàn)元。同時(shí)站臺(tái)擴(kuò)建導(dǎo)致車(chē)站面積整體增加132.16 m2，增加投資152.34萬(wàn)元。蘭州地鐵1號(hào)線共設(shè)置20個(gè)車(chē)站，經(jīng)測(cè)算，20個(gè)站點(diǎn)土建工程共增加投資約2 000萬(wàn)元。站臺(tái)區(qū)計(jì)軸設(shè)備、信號(hào)機(jī)按照3/6A重聯(lián)編組列車(chē)長(zhǎng)度及站臺(tái)長(zhǎng)度調(diào)整位置，設(shè)置數(shù)量與6A固定編組一致，無(wú)需增加成本。

1.1.2 車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)用

地鐵列車(chē)總配置數(shù)按高峰小時(shí)最大斷面客流量進(jìn)行計(jì)算，目前鋁合金材質(zhì)A型車(chē)平均購(gòu)入成本約800萬(wàn)元/輛。為滿足3/6A重聯(lián)編組需求，車(chē)輛采購(gòu)招標(biāo)時(shí)，需要強(qiáng)調(diào)設(shè)備商為列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)(ATO)配置列車(chē)解編及識(shí)別功能。列車(chē)空氣壓縮機(jī)和SIV輔助電源的容量需要按6A固定編組設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)每輛車(chē)平均價(jià)格增加2.5% ～ 3%，約20萬(wàn)元左右。

以蘭州地鐵1號(hào)線為例，運(yùn)營(yíng)初期高峰小時(shí)最大斷面客流量為1.67萬(wàn)人次，按高峰期開(kāi)行12對(duì)/h、最小發(fā)車(chē)間隔為5 min的前提下使用運(yùn)用車(chē)計(jì)算初期車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)。6A固定編組與3/6A重聯(lián)編組的車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)對(duì)比如表1所示。

由表1可見(jiàn)，在客流、發(fā)車(chē)時(shí)間間隔一定的條件下，采用3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)方案初期車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)增加約0.34億元，重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)方案相比固定編組方案車(chē)輛購(gòu)置成本增幅不大。

表1 6A固定編組與3/6A重聯(lián)編組的車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)對(duì)比Tab.1 Comparison of vehicle acquisition costs between 6A marshalling and 3/6A marshalling

1.1.3 牽引耗電費(fèi)用

地鐵車(chē)輛的牽引耗電總額取決于列車(chē)走行公里、用電等級(jí)及電力單價(jià)，計(jì)算公式如公式 ⑵ 所示。

式中：C牽引為牽引耗電費(fèi)，元；d為一日內(nèi)運(yùn)營(yíng)距離，km；n為每日運(yùn)營(yíng)的車(chē)輛數(shù)，輛；w為電力單價(jià)，元 /(kW ·h)；e牽引為牽引用電量，kW ·h/(車(chē)·km)，一般取2.2 kW·h/(車(chē)·km)。

采用3/6A重聯(lián)編組方案，可以有效提高列車(chē)滿載率，從而降低能耗，減少動(dòng)力費(fèi)支出。在平峰期開(kāi)行3A固定編組達(dá)到100%滿載率的客流條件下，采用6A固定編組的能耗相比采用3A固定編組增加69.8%[7]。

以蘭州地鐵1號(hào)線為例，1號(hào)線一期工程運(yùn)營(yíng)里程為25.55 km，電費(fèi)取0.7元/(kW·h)，按照計(jì)算期30年(建設(shè)期4年、運(yùn)營(yíng)期26年)對(duì)牽引耗電費(fèi)用進(jìn)行折現(xiàn)可知，采用3/6A重聯(lián)編組方案相比6A固定編組方案可以減少牽引耗電費(fèi)約4.34億元。

1.1.4 車(chē)輛維修費(fèi)用

地鐵車(chē)輛的修理費(fèi)包括日常檢修和定期檢修。維修費(fèi)用總額由運(yùn)行車(chē)公里數(shù)與維修費(fèi)率決定，采用重聯(lián)編組節(jié)省的維修費(fèi)用測(cè)算如公式 ⑶ 所示。

式中：C修為車(chē)輛維修費(fèi)，元；n固定為固定編組方案下每日運(yùn)營(yíng)使用的車(chē)輛數(shù)，輛；n靈活為靈活編組方案下每日運(yùn)營(yíng)使用的車(chē)輛數(shù)，輛；e修為維修費(fèi)率，元 /(車(chē) ·km)。

3/6A重聯(lián)編組方案下，低峰期開(kāi)行小編組列車(chē)，產(chǎn)生的車(chē)公里數(shù)相比全日固定編組方案明顯減少，在車(chē)輛使用壽命期限內(nèi)可以減少相應(yīng)檢修工作量，有效降低運(yùn)營(yíng)成本。同樣以蘭州地鐵1號(hào)線為例，維修費(fèi)率按4.5元/(車(chē)·km)計(jì)算，在保持客流相同、發(fā)車(chē)間隔相同的情況下，按照計(jì)算期30年(建設(shè)期4年、運(yùn)營(yíng)期26年)對(duì)車(chē)輛維修費(fèi)用進(jìn)行折現(xiàn)可知，采用3/6A重聯(lián)編組方案相比6A固定編組方案的車(chē)輛維修費(fèi)可以節(jié)約8.88億元。

假設(shè)蘭州地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)期內(nèi)客流相同、發(fā)車(chē)間隔相同，對(duì)比6A固定編組與3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。6A固定編組與3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)費(fèi)用綜合對(duì)比如圖4所示。

圖4 6A固定編組與3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)費(fèi)用綜合對(duì)比Fig.4 Comparison of operation cost between 3/6A reconnection marshalling and 6A fixed marshalling

由圖4可知，3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下，由于投產(chǎn)的車(chē)輛數(shù)量下降，牽引耗電費(fèi)用和維修費(fèi)用大幅度降低，能帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上，按照計(jì)算期30年進(jìn)行折現(xiàn)測(cè)算，采用3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式牽引耗電量為2.58億元，車(chē)輛維修費(fèi)用為5.27億元；采用6A固定編組運(yùn)營(yíng)模式的牽引的耗電量為6.92億元，車(chē)輛維修費(fèi)用為14.15億元。不同運(yùn)營(yíng)組織方案能耗費(fèi)用及車(chē)輛維修費(fèi)用綜合比選如表2所示。

表2 不同運(yùn)營(yíng)組織方案能耗費(fèi)用及車(chē)輛維修費(fèi)用綜合比選Tab.2 Comprehensive comparison of energy consumption cost and vehicle maintenance cost of different operation organization schemes

從表2可以看出，采用3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)方案較6A固定編組運(yùn)營(yíng)方案在牽引能耗和車(chē)輛維修費(fèi)用2項(xiàng)指標(biāo)上可節(jié)省投資13.22億元，占6A固定編組運(yùn)營(yíng)方案中牽引能耗和車(chē)輛維修費(fèi)用的62.7%。

蘭州地鐵1號(hào)線一期工程(東崗—陳官營(yíng))總投資約為199.9億元，若土建投資按照一次性支出，采用3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式較6A固定編組運(yùn)營(yíng)模式車(chē)站投資增加約2 000萬(wàn)元，車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)按初期配屬車(chē)數(shù)一次性購(gòu)置增加約3 360萬(wàn)元，而計(jì)算期牽引耗電量及車(chē)輛維修費(fèi)用現(xiàn)值節(jié)省約13.22億元，投資效益顯著。

1.2 重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下新增投入分析

（1）信號(hào)系統(tǒng)及站臺(tái)門(mén)的改造費(fèi)用。3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下，不僅需要升級(jí)改造傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)，而且還要解決站臺(tái)門(mén)與車(chē)輛門(mén)不對(duì)位的問(wèn)題，需增設(shè)一套停車(chē)定位系統(tǒng)，同時(shí)信號(hào)系統(tǒng)需要向站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)提供到站列車(chē)的編組信息、停站位置的提示功能。如深圳地鐵5號(hào)線對(duì)信號(hào)系統(tǒng)與站臺(tái)門(mén)設(shè)備的升級(jí)改造投入，站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)接口的設(shè)計(jì)及硬件改造費(fèi)用，主控機(jī)及站臺(tái)端頭控制盒硬件及控制軟件的改造費(fèi)用60萬(wàn)元/站；主控機(jī)及站臺(tái)門(mén)操作指示盤(pán)監(jiān)控軟件的改造費(fèi)用60萬(wàn)元/站，共計(jì)120萬(wàn)元/站。

（2）列車(chē)自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)(ATP)升級(jí)費(fèi)用。3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下，要求地面ATP設(shè)備對(duì)3A編組和6A編組列車(chē)均能進(jìn)行防護(hù)，并滿足不同編組列車(chē)混跑的追蹤運(yùn)行和折返能力需求，預(yù)計(jì)增加成本為ATP軟件費(fèi)用的5%[8]，如深圳地鐵5號(hào)線進(jìn)行ATP設(shè)備功能升級(jí)工程的投入大約300萬(wàn)元。

（3）增設(shè)站線費(fèi)用。3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下，列車(chē)的解編、重聯(lián)等作業(yè)過(guò)程需要通過(guò)在線解編或離線解編來(lái)完成。在線解編相比離線解編，其土建費(fèi)用較高，會(huì)與正線存在行車(chē)干擾；但列車(chē)空走少，牽引動(dòng)力費(fèi)、維修費(fèi)相對(duì)較低。離線解編條件下土建投入低，安全性較高；但會(huì)額外增加進(jìn)出車(chē)輛段的牽引費(fèi)和維修費(fèi)。

在線解編需要設(shè)置一個(gè)或多個(gè)車(chē)站，要求每個(gè)車(chē)站具備解、編車(chē)能力以及存車(chē)條件。這就要求在正線區(qū)間除了設(shè)置日常使用的常規(guī)配線外，還需相應(yīng)增加滿足解、編和停車(chē)功能的配線[9]。到發(fā)線解編配線示意圖如圖5所示。

圖5 到發(fā)線解編配線示意圖Fig.5 Schematic diagram of receiving departure track unmarshalling line

由圖5可見(jiàn)，3和4兩條解編線為新增站線，由于解編列車(chē)的需要，每條站線均需要具備上下客功能，且車(chē)站配線需要延長(zhǎng)來(lái)滿足重聯(lián)運(yùn)營(yíng)作業(yè)的需求，工程投資較大。若采用多站解編方案，增設(shè)多個(gè)這樣的解編站，工程投資進(jìn)一步增加。

當(dāng)車(chē)站不具備設(shè)置解編線條件時(shí)，可以在除道岔區(qū)、ATP防護(hù)區(qū)域外的線路上進(jìn)行解編，常見(jiàn)于車(chē)站存車(chē)線，但該方式解編效率較低，增加了列車(chē)在車(chē)站的調(diào)車(chē)作業(yè)[10]。存車(chē)線解編配線示意圖如圖6所示。

圖6 存車(chē)線解編配線示意圖Fig.6 Schematic diagram of storage line unmarshalling line

除此之外，若運(yùn)營(yíng)初期采用全線大交路，可根據(jù)客流空間分布的不均衡性，采用分交路混跑運(yùn)營(yíng)模式，且運(yùn)營(yíng)初期沒(méi)有考慮預(yù)留或折返能力不足的情況下，在折返站點(diǎn)需要增設(shè)折返線或渡線。

設(shè)計(jì)部門(mén)在全線配線設(shè)計(jì)時(shí)，一般都會(huì)在部分站點(diǎn)設(shè)置具有折返功能的故障列車(chē)停車(chē)線來(lái)應(yīng)對(duì)不同的交路方案。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，可以根據(jù)停車(chē)線設(shè)置情況靈活選取小交路的折返點(diǎn)。

3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下，在折返站需增設(shè)折返線或折返渡線，此時(shí)，需要考慮折返線的設(shè)置位置及其長(zhǎng)度。盡端式站后折返站的折返線最佳長(zhǎng)度為遠(yuǎn)期列車(chē)長(zhǎng)度附加52 m防護(hù)制動(dòng)距離[11]，以6A編組為例，折返線設(shè)置187.2 m為最佳，增設(shè)費(fèi)用約為188萬(wàn)元，具體的設(shè)置長(zhǎng)度需要根據(jù)車(chē)站實(shí)際情況確定。

（4）重聯(lián)解編費(fèi)用。重聯(lián)解編費(fèi)用包括在線解編方案線路通過(guò)能力的折損和離線解編方案出入車(chē)輛段新增的費(fèi)用。線路通過(guò)能力計(jì)算公式如下。

式中：n線路為線路通過(guò)能力，對(duì) /h；t追蹤為追蹤列車(chē)間隔時(shí)間，s。

若采用在線解編方案，列車(chē)進(jìn)行解編作業(yè)會(huì)對(duì)正線行車(chē)產(chǎn)生一定干擾，從而造成通過(guò)能力的折減。根據(jù)實(shí)際調(diào)研，目前地鐵列車(chē)的解編作業(yè)1 min內(nèi)即可完成，連掛作業(yè)3 min內(nèi)即可完成。假設(shè)高峰期線路通過(guò)能力為24列/h，采用在線解編方案的同時(shí)為保證正線行車(chē)安全，線路通過(guò)能力上限為20列/h。

離線解編模式下，列車(chē)進(jìn)出車(chē)輛段進(jìn)行解編連掛會(huì)產(chǎn)生額外的空走里程，需要額外支出牽引費(fèi)和維修費(fèi)，每日新增費(fèi)用計(jì)算公式如下。

式中：C解為每日列車(chē)進(jìn)出車(chē)輛段空走費(fèi)用，元；e空為空走時(shí)每車(chē)公里支出的費(fèi)用，元/(車(chē)·km)。

以蘭州地鐵1號(hào)線為例，列車(chē)進(jìn)出車(chē)輛段單程距離約為1.598 km，供電費(fèi)取0.7元/(kW·h)，維修費(fèi)率取4.5元/(車(chē)·km)。假設(shè)每日集中3次對(duì)12列車(chē)在車(chē)輛段進(jìn)行解編作業(yè)，每年額外支出費(fèi)用152.19萬(wàn)元。

2 地鐵重聯(lián)編組的社會(huì)效益分析

地鐵的開(kāi)行會(huì)帶來(lái)較大的社會(huì)效益，包括地鐵沿線土地增值，乘車(chē)時(shí)間減少，乘車(chē)舒適度提高等，相比于6A固定編組，采用3/6A重聯(lián)編組能在節(jié)約候車(chē)時(shí)間與減少碳排放方面取得更高的社會(huì)效益。

2.1 節(jié)約候車(chē)時(shí)間效益

3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下，在客流規(guī)模顯著下降的平峰期間，以較小間隔開(kāi)行小編組列車(chē)的運(yùn)輸組織模式，不僅可以減少運(yùn)用車(chē)輛數(shù)量，也可解決傳統(tǒng)固定編組條件下增大平峰期開(kāi)行間隔時(shí)間而增加乘客候車(chē)時(shí)間的問(wèn)題，可減小乘客的在站等待時(shí)間[12]。

假設(shè)客流均勻到達(dá)站臺(tái)，乘客的平均候車(chē)時(shí)間為發(fā)車(chē)間隔的一半[13]，計(jì)算公式如下。

式中：T候車(chē)為乘客的平均候車(chē)時(shí)間，min；f為列車(chē)的發(fā)車(chē)頻率，對(duì)/h。

乘客的平均候車(chē)時(shí)間，在6A固定編組方案中，由高峰小時(shí)最大斷面客流量及列車(chē)選編方式?jīng)Q定；在3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)組織方案中，還與大小編組列車(chē)發(fā)車(chē)比例有關(guān)，發(fā)車(chē)頻率為大小編組列車(chē)的發(fā)車(chē)頻率之和。

節(jié)約候車(chē)時(shí)間的效益可以用當(dāng)?shù)爻鞘械娜司鲂袝r(shí)間價(jià)值來(lái)測(cè)算。地鐵乘客一般都在非工作時(shí)間出行，時(shí)間效益只有工作時(shí)間效益的50%。3/6A重聯(lián)編組方案下節(jié)約候車(chē)時(shí)間效益測(cè)算公式如下。

式中：B候車(chē)為節(jié)約候車(chē)時(shí)間產(chǎn)生的效益，元；Q年為地鐵年客運(yùn)量，萬(wàn)人次；t節(jié)為3/6A重聯(lián)編組開(kāi)行方案相比6A固定編組開(kāi)行方案，旅客單次出行節(jié)約的時(shí)間，h；G人為該城市人均出行時(shí)間價(jià)值，元/h。

以蘭州地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)初期為例，在客流相同的前提下，3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下平均每人每次出行節(jié)約候車(chē)時(shí)間0.65 min，1號(hào)線運(yùn)營(yíng)初期客運(yùn)量為32.01萬(wàn)人/d，人均出行時(shí)間價(jià)值為24.6元/h。經(jīng)測(cè)算，采用3/6A重聯(lián)編組相比6A固定編組每年產(chǎn)生的節(jié)約候車(chē)時(shí)間產(chǎn)生的效益達(dá)到1 552.1萬(wàn)元，隨著運(yùn)營(yíng)后期客運(yùn)量增長(zhǎng)和收入水平提高，效益會(huì)更加可觀。

此外，由于3/6A重聯(lián)編組方案下候車(chē)時(shí)間的縮短能提升系統(tǒng)服務(wù)水平，吸引更多沿線客流選擇地鐵作為出行方式，從而進(jìn)一步帶動(dòng)地鐵經(jīng)濟(jì)效益提升。

2.2 減少碳排放效益

從低碳效益來(lái)看，地鐵相比其他運(yùn)輸方式具有明顯的節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)，而在3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式下，平峰期小編組運(yùn)營(yíng)更可以充分利用運(yùn)能資源，進(jìn)一步減少碳排放。

不同行業(yè)關(guān)于碳排放的計(jì)算方法不同，自上而下法和自下而上法適用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，由于自上而下法所需的能源消耗總量需要從實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)獲取，無(wú)法用來(lái)測(cè)算3/6A重聯(lián)編組方案下的碳排放，因此采用自下而上法計(jì)算3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)方案下的碳排放，計(jì)算公式如下。

式中：C為碳排放總量，kg；N為開(kāi)行輛數(shù)，輛；S為走行公里，km；vi為單位公里燃料消耗，kW·h；ei為碳排放因子，我國(guó)城市電力碳排放因子為 0.95 kg/(kW ·h)[14]。

每噸CO2排放造成的溫室效應(yīng)需要治理費(fèi)用約607 ～ 1 498元，據(jù)此可以測(cè)算減少碳排放的效益。同樣以蘭州地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)初期為例，碳排放治理費(fèi)用取平均值1 052元/t，在客流特征相同的前提條件下，與6A固定編組相比較，3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)方案全年可節(jié)約的碳排放效益約682.59萬(wàn)元。6A固定編組與3/6A重聯(lián)編組的社會(huì)效益綜合對(duì)比如圖7所示。

圖7 6A固定編組與3/6A重聯(lián)編組的社會(huì)效益綜合對(duì)比Fig.7 Comprehensive comparison of social benefits reconnection marshalling and fixed marshalling

由圖7可見(jiàn)，不論是候車(chē)時(shí)間效益，還是碳排放治理費(fèi)用，3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)方案均小于6A固定編組運(yùn)營(yíng)方案。由此可見(jiàn)，3/6A重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)方案可以帶來(lái)更高的社會(huì)效益。

3 結(jié)束語(yǔ)

地鐵靈活編組運(yùn)營(yíng)組織模式通過(guò)變更不同時(shí)段的列車(chē)編組長(zhǎng)度合理優(yōu)化運(yùn)力資源配置，有效解決平峰期運(yùn)力虛靡、系統(tǒng)服務(wù)水平低下的問(wèn)題，能夠更好地適應(yīng)企業(yè)和乘客的需求。以3/6A重聯(lián)編組為例，對(duì)比分析了地鐵固定編組與重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式的經(jīng)濟(jì)效益性和社會(huì)效益性。分析結(jié)果表明，采用重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式需要增加建設(shè)期的建設(shè)規(guī)模及投資，付出比固定編組運(yùn)營(yíng)模式更多的建設(shè)成本，但與此同時(shí)，采用重聯(lián)編組運(yùn)營(yíng)模式可以縮減地鐵的牽引耗電及維修費(fèi)用支出，從而降低運(yùn)營(yíng)期的運(yùn)營(yíng)成本，并且能減少乘客候車(chē)時(shí)間，減少碳排放，帶來(lái)更高的社會(huì)效益。后續(xù)研究中，可以考慮重聯(lián)編組實(shí)施的運(yùn)營(yíng)組織難度及人力成本的變動(dòng)。