有軌電車旅行速度影響因素分析及提升實(shí)踐

何利英

(1.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，201804，上海；2.上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，200125，上海；3.上海有軌電車工程技術(shù)研究中心，200125，上?！胃呒壒こ處?

根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布的《城市軌道交通2021年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告》，截至2021年年底，我國共有20座城市運(yùn)營有軌電車，線路長度共計(jì)503.6 km，占已運(yùn)營城市軌道交通系統(tǒng)的5.47%；17座城市在建有軌電車，線路全長為333.2 km，占在建城市軌道交通系統(tǒng)的5.47%；22座城市獲批有軌電車建設(shè)規(guī)劃，規(guī)劃線路全長為674.1 km，占規(guī)劃城市軌道交通系統(tǒng)的9.65%[1]。有軌電車已成為我國中運(yùn)量公共交通系統(tǒng)和低運(yùn)能軌道交通系統(tǒng)的主流制式。

旅行速度是指在正常運(yùn)營情況下，車輛從起點(diǎn)站發(fā)車到終點(diǎn)站停車之間的平均速度[2]，是衡量軌道交通運(yùn)營服務(wù)效率的關(guān)鍵指標(biāo)。有軌電車作為一種地面軌道交通系統(tǒng)，線路通常以地面敷設(shè)為主，在平面交叉口與道路上的其他交通方式共享路權(quán)，其旅行速度受交叉口信號控制策略、售檢票模式、限速等因素影響。統(tǒng)計(jì)顯示，國內(nèi)有軌電車線路的旅行速度除蘇州高新區(qū)兩條線路大于30 km/h外，其他具有專用路權(quán)輔以信號優(yōu)先的線路均在20～25 km/h左右，所有線路的平均旅行速度為20 km/h左右。相較于國際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)有軌電車的旅行速度總體偏低。本文主要圍繞有軌電車旅行速度的影響因素進(jìn)行分析，提出已運(yùn)營線路旅行速度提升的對策思路，為設(shè)計(jì)單位及運(yùn)營公司提升運(yùn)營效率提供參考與借鑒。

1 旅行速度的影響因素

有軌電車系統(tǒng)的旅行速度與線路設(shè)計(jì)最高速度、站間距、停站時(shí)間、交叉口通行時(shí)間、限速等因素相關(guān)。

1.1 線路設(shè)計(jì)最高速度

線路設(shè)計(jì)最高速度一般與車輛的最高運(yùn)行速度與路權(quán)相關(guān)。有軌電車車輛的最高運(yùn)行速度可分為70 km/h與100 km/h兩類。最高運(yùn)行速度為100 km/h的車輛一般用于具有市域功能的快線，如法國里昂的機(jī)場線、甘肅張掖有軌電車S1線等。有軌電車車輛依據(jù)走行方式可分為鋼輪鋼軌與膠輪導(dǎo)軌[3]。兩者的動力性能有所不同，并影響著旅行速度中的起停時(shí)分。不同類型的車輛動態(tài)參數(shù)如表1所示。

有軌電車的路權(quán)設(shè)計(jì)是前期研究與設(shè)計(jì)階段的重要設(shè)計(jì)內(nèi)容，與線路的功能定位、線路實(shí)施條件、交通管理策略等相關(guān)[4]，一般分為專用路權(quán)(部分封閉系統(tǒng))與混合路權(quán)(開放式系統(tǒng))兩類，以專用路權(quán)輔以信號優(yōu)先為主。作為城市骨干線、加密線、快線等采用專用路權(quán)的線路設(shè)計(jì)，通常其線路設(shè)計(jì)最高速度即為車輛最高運(yùn)行速度。若采用混合路權(quán)的線路或路段，線路設(shè)計(jì)最高速度與所在道路設(shè)計(jì)速度一致。由于受所處道路路段限速及交叉口限速等影響，有軌電車系統(tǒng)的旅行速度與其線路設(shè)計(jì)最高速度的比值一般為30%～35%。

1.2 站間距

站間距是影響有軌電車線路效率的關(guān)鍵要素。對國內(nèi)18座31條運(yùn)營線路的旅行速度、站間距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1所示。由圖1可知，采用混合路權(quán)的線路旅行速度為9～14 km/h，采用專用路權(quán)的線路旅行速度為20～25 km/h，旅行速度最高的兩條線路是蘇州高新區(qū)有軌電車，分別為32 km/h與33 km/h。

表1 有軌電車車輛動態(tài)參數(shù)表Tab.1 Dynamic parameters of tram vehicle

圖1 國內(nèi)已運(yùn)營有軌電車線路旅行速度統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistics of travel speed of domestic operating tramways

各條有軌電車運(yùn)營線路的站間距統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。站間距的統(tǒng)計(jì)顯示，站間距為400～600 m(不含)的線路占比為9.7%，站間距為600～800 m(不含)的線路占比為41.9%，站間距為800～1 000 m(不含)的線路占比為25.8%，站間距為1 000～1 200 m的線路占比為9.7%，站間距>1 500 m的線路占比為12.9%。其中，采用專用路權(quán)輔以信號優(yōu)先的線路站間距以600～800 m為主。

圖2 國內(nèi)已運(yùn)營有軌電車線路站間距統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 Statistics of station spacing of domestic operating tramways

站間距為400～600 m、600～800 m、800～1 000 m、1 000～2 000 m以及>2 000 m時(shí)，旅行速度與站間距的關(guān)系如圖3所示。由圖3可知，目前我國有軌電車線路中站間距為400～600 m的較少，其旅行速度均低于15 km/h，線路以混合路權(quán)為主；站間距為600～800 m的線路旅行速度為14～25 km/h，采用專用路權(quán)輔以信號優(yōu)先的旅行速度一般為18～22 km/h，其中深圳龍華線(620 m站間距+旅行速度20 km/h)、廣州海珠線(770 m站間距+旅行速度26 km/h)的運(yùn)行效率最高；站間距為800～1 000 m的線路旅行速度為20～24 km/h，這部分線路以新線為主，隨著運(yùn)營管理經(jīng)驗(yàn)的積累，旅行速度將有較大的提升；站間距為1 000～2 000 m的線路旅行速度一般為23 km/h左右；1 200～2 000 m之間的線路較少，以蘇州高新區(qū)有軌電車為代表，旅行速度可達(dá)32～33 km/h。

1.3 停站時(shí)間

停站時(shí)間是指車輛停止運(yùn)行并在站臺服務(wù)的時(shí)間總和，包括開關(guān)門和乘客上下車時(shí)間，與乘客上下車數(shù)量、票務(wù)支付方法、車門尺寸與數(shù)量、充電時(shí)間等因素相關(guān)，停站時(shí)間是決定系統(tǒng)通過能力的重要因素。研究表明[5]，當(dāng)停站時(shí)間為15 s、20 s、30 s、45 s、60 s時(shí)，對系統(tǒng)通過能力的影響分別為無影響、-20%、-40%、-60%、-70%。結(jié)合已運(yùn)營線路的具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)對與停站時(shí)間相關(guān)的售檢票模式、車門寬度，以及上下車位置、票務(wù)支付方式與售檢票流線、充電方式(若采用儲能式供電)等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

圖3 不同站間距對旅行速度的影響分析Fig.3 Influence analysis of different station spacing on travel speed

1.4 交叉口通行時(shí)間

有軌電車線路交叉口分為直行平面交叉口、小曲線半徑交叉口、立體交叉口和行人過街通道等，不同類型交叉口通行時(shí)間的影響因素如表2所示。

1.5 限速

限速除了交叉口通行時(shí)間中的交叉口限速外，還包括道岔限速、過站限速、區(qū)間限速等。

1) 道岔限速。有軌電車道岔種類較多，可根據(jù)不同的線路條件進(jìn)行選用，在計(jì)算旅行速度時(shí)需考慮不同道岔的過岔速度，如表3所示。

2) 過站限速。車站應(yīng)滿足預(yù)測客流的要求，為乘客提供乘降安全、疏導(dǎo)迅速的候車和乘車環(huán)境，且保證運(yùn)營列車的安全?？考巴ㄐ?。有軌電車通過站臺的運(yùn)行速度不應(yīng)大于40 km/h。

3) 區(qū)間限速。除特殊限制外，區(qū)間可按車輛最高運(yùn)行速度運(yùn)行。

2 運(yùn)營線路的旅行速度提升對策與實(shí)踐

由于有軌電車系統(tǒng)采用人工目視駕駛，在平面交叉口遵循交通信號控制，所以其旅行速度是一個(gè)動態(tài)的技術(shù)指標(biāo)，與城市道路交通管理、運(yùn)營公司管理均相關(guān)。對于已運(yùn)營線路來說，線路特征與車輛性能已基本穩(wěn)定，旅行速度的提升可以從提升限速管理、優(yōu)化乘客乘降時(shí)間、提高信號優(yōu)先實(shí)現(xiàn)率這3個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 提升限速管理

表2 不同類型交叉口通行時(shí)間的影響因素Tab.2 Influencing factors of passing time at different types of intersections

運(yùn)營公司為了保障有軌電車線路安全，通常在新線初期運(yùn)營階段會將區(qū)間最高運(yùn)行速度、機(jī)動車交叉口通過速度、行人過街通道通過速度等限制在較低的數(shù)值，交通安全設(shè)施限制較多(如設(shè)置過量的限速牌、限速區(qū)段過長等)。隨著運(yùn)營公司運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的積累、司機(jī)對線路的熟悉程度、市民對有軌電車系統(tǒng)運(yùn)行接納程度的提升，各項(xiàng)限速可以逐期提升至允許的數(shù)值?；窗灿熊夒娷囋趨^(qū)間限速分區(qū)段提升至50～70 km/h、交叉口限速提升至30 km/h后，旅行速度可由原來的22 km/h提升至25 km/h，提升幅度為12%。成都有軌電車蓉2號線經(jīng)過交叉口的管理限速從20 km/h提高到了30 km/h，人行過街開口的管理限速提高到了40 km/h，旅行速度由剛開通時(shí)的小于20.0 km/h提高到了23.5 km/h，提升幅度為17.5%。

2.2 優(yōu)化乘客售檢票模式

停站時(shí)間是影響旅行速度的重要因素。隨著運(yùn)營年限的增加，客流會逐期增多，隨之上下客時(shí)間會有所增加，且部分線路的站間距也會加密，停站總時(shí)間成為限制有軌電車旅行速度提升的主要原因。國內(nèi)有軌電車的售檢票通常采用車內(nèi)售檢票、車外售票+車內(nèi)檢票、車外售檢票這3種模式。蘇州高新區(qū)有軌電車采用車內(nèi)售檢票，中間車門上車、兩側(cè)車門下車，上車門門口設(shè)置自助購票箱，可刷卡或投幣，適合單一票制或者分級票制。廣州海珠線采用車外售票+車內(nèi)檢票模式，所有車門可以同時(shí)上下客，乘客購買紙質(zhì)二維碼車票后上車，在車載機(jī)器上掃碼檢票，持卡乘客在上車后刷卡，此模式適合單一票制。對于旅行速度要求較高的承擔(dān)骨干線或快線功能的線路，優(yōu)先采用車外售票模式，盡可能采用預(yù)付方式購票，依據(jù)票制優(yōu)化檢票方式?；窗灿熊夒娷嚱?jīng)過優(yōu)化，中間站的停站時(shí)間可縮短至15 s，起終點(diǎn)站以及換乘樞紐為30 s左右，大大提高了系統(tǒng)的通過能力與旅行速度。

2.3 提高信號優(yōu)先實(shí)現(xiàn)率

國內(nèi)的信號優(yōu)先技術(shù)與管理均處在磨合階段，通常受城市交通管理的限制，在線路初期運(yùn)營階段，有軌電車沿線的信號優(yōu)先實(shí)現(xiàn)率較低。線路初期通常采用交叉口定時(shí)信號控制策略，在此策略下，有軌電車與社會車輛信號燈時(shí)長均采用固定配時(shí)方案來確保車輛安全通過，信號不優(yōu)先策略導(dǎo)致平均延誤時(shí)間較長[8]。行人過街通道設(shè)置的信號裝置簡單采用行人優(yōu)先，行人按下過街按鈕，有軌電車需要根據(jù)信號燈減速甚至停車，未建立有軌電車位置與行人過街通道信號裝置的協(xié)同關(guān)系。依據(jù)設(shè)計(jì)提高信號優(yōu)先實(shí)現(xiàn)率是提升有軌電車旅行速度的核心技術(shù)，如蘇州高新區(qū)有軌電車1號線，通過提升信號優(yōu)先實(shí)現(xiàn)率，其旅行速度從原來的27 km/h提高到了32 km/h，提升幅度為18.5%。

3 結(jié)語

隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，建設(shè)高效低碳的公共交通系統(tǒng)成為各城市交通系統(tǒng)發(fā)展的主要目標(biāo)。有軌電車作為綠色、高品質(zhì)、運(yùn)量較大的地面公共交通系統(tǒng)，可為城市或新城提供安全、可靠、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的交通方式。由于其網(wǎng)絡(luò)化規(guī)模易于實(shí)現(xiàn)且運(yùn)營靈活，獲得了越來越多的城市交通管理者、建設(shè)者、使用者的重視和青睞。

有軌電車的旅行速度受線路設(shè)計(jì)最高速度、站間距、停站時(shí)間、交叉口通行時(shí)間、限速等因素的影響，需要在設(shè)計(jì)階段依據(jù)線路的功能定位、速度目標(biāo)、客流特征等做好站位、售檢票模式、交叉口信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)等工作，以發(fā)揮有軌電車系統(tǒng)的運(yùn)營效率。同時(shí)相關(guān)實(shí)踐證明，提升限速管理、優(yōu)化乘客售檢票模式及提高信號優(yōu)先實(shí)現(xiàn)率，可以大幅提升已運(yùn)營線路的旅行速度。