發(fā)表于《城市軌道交通研究》，1999（4），26-29
城市軌道交通容量的影響因素研究*章云泉摘 要 闡述了軌道交通容量的概念及其內(nèi)涵，對影響軌道交通容量的因素進(jìn)行了全面的分析，建議應(yīng)該從系統(tǒng)和乘客兩方面深入探討容量問題，從理論上找出最佳容量。
關(guān)建詞 城市軌道交通，容量，停留時(shí)間，發(fā)車間隔時(shí)間，信號(hào)系統(tǒng)，客流量1 軌道交通容量的概念 城市軌道交通容量通常指軌道在單方向每小明經(jīng)過某一點(diǎn)的所有列車營運(yùn)的乘客總和，單位為人次/h。軌道交通容量可分為實(shí)際容量、潛在容量和最大（設(shè)計(jì)）容量。實(shí)際容量指在某一段時(shí)間內(nèi)（如日、周、月、年）軌道交通實(shí)際所運(yùn)載的乘客人數(shù)的總和；潛在容量指未來可能從其他交通模式轉(zhuǎn)為軌道交通的客流量，可以作為規(guī)劃建設(shè)線路的依據(jù)，但它受到許多不確定性因素的制約；最大容量軌道交通在高峰期內(nèi)單向所能運(yùn)載的最大客運(yùn)量，也是設(shè)計(jì)容量。如果實(shí)際容量超過設(shè)計(jì)容量，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重超載現(xiàn)象。此種情況一般在高峰期或有重大活動(dòng)時(shí)發(fā)生。 軌道交通的容量實(shí)際上包含兩大部分：線路容量和列車/車廂容量。線路容量是指軌道交通單方向每小時(shí)經(jīng)過某一點(diǎn)的車輛數(shù)，其影響因素包括發(fā)車間隔和車站停留時(shí)間等。軌道交通系統(tǒng)的容量與線路容量成正比。列車容量指列車能容納的最大乘客數(shù)量，它主要與車廂尺寸、列車編組、車廂內(nèi)座位布置等因素有關(guān)。2 影響軌道交通容量因素分析 影響容量的因素眾多，主要包括乘客因素和交通系統(tǒng)因素兩個(gè)方面。它們的綜合作用決定了軌道交通系統(tǒng)的容量。2.1 發(fā)車間隔 發(fā)車間隔是一個(gè)反映發(fā)車頻度的指標(biāo)，理論上指一列車從車站出發(fā)到另一列車進(jìn)入該站之間的時(shí)間。一般而言，發(fā)車間隔與系統(tǒng)容量成反比，發(fā)車間隔時(shí)間越短，每小時(shí)經(jīng)過的列車數(shù)目越多，容量也越大。若發(fā)生間隔確定（如2min），則列車規(guī)格尺寸越大，容量也越大。最小發(fā)車間隔一般可由下式表示：Hmin=Tc+Td+2Xmin/Vmin 式中：Hmin為最小發(fā)車間隔，；Tc為列車從離開站臺(tái)到達(dá)正常運(yùn)行速度所花時(shí)間，min；Xmin為司機(jī)操作延誤時(shí)間，min；Td為車站停留時(shí)間，min；Xmin為列車相距最小距離，km；Vmin為列車運(yùn)行速度，km/h。 從上式可知，影響發(fā)車間隔的因素有車站停留時(shí)間、列車速度、列車間距、司機(jī)延誤等。由于“一果多因”，因子分析比較困難，特別是因子的權(quán)重常常難以確定。一般來說，即使在最糟糕的情況下，也不可能所有因素都同時(shí)起作用。由于絕大部分系統(tǒng)都在最大容量狀態(tài)下運(yùn)行，因此出現(xiàn)緊急情況時(shí)，如突然發(fā)現(xiàn)列車前方有事故或乘客、乘務(wù)員扳下緊急制動(dòng)閘等，還要考慮緊急停車時(shí)間對最小發(fā)車間隔的影響。2.2 車站停留時(shí)間 最小發(fā)車間隔可以看作是最小在線時(shí)間加上列車車間停留時(shí)間。車站停留時(shí)間是影響城市軌道交通容量的一個(gè)重要因素。停靠時(shí)間過長，不但直接影響列車流量，而且影響列車服務(wù)質(zhì)量，降低吸引力和客運(yùn)量，從而減少列車的容量。 影響停留時(shí)間的因素很多，主要有站臺(tái)高度和檢檢票方式，次要的有輪椅通道、車門寬度和位置、乘客沿站臺(tái)分布、車內(nèi)擁擠程度、交通管理政策等。例如，加拿大卡爾加里市的輕九系統(tǒng)和多倫多交通委員會(huì)（TTC）管轄下的地鐵系統(tǒng)，都要求在列車起運(yùn)前延遲幾秒鐘關(guān)門，以策安全。市郊鐵路的車站停留時(shí)間很大程度上受到國廂設(shè)計(jì)和國站設(shè)施的影響。美國新澤西洲的市郊鐵路，根據(jù)線路和車站的狀態(tài)，其列車停站時(shí)間定為0.88～8.00min。 站臺(tái)高度影響乘客上下車的快捷程度。地鐵和自動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)已經(jīng)普遍采用各具特色的高站臺(tái)，使站臺(tái)與車廂地板平齊，提高了乘客上下車的速度。輕軌和市郊鐵路采用商低站臺(tái)兩用車門以及繁榮昌盛降階梯的方式，以適應(yīng)不同車站的需要。目前，西歐一些國家已經(jīng)采用了低地板的新型輕軌列車，便于乘客們上下車，減少停留時(shí)間。據(jù)研究報(bào)道，在低載客量時(shí)每名乘客上車需2～3s，每名乘客下車需1.5～2.5s。檢票系統(tǒng)分為人工檢票和自動(dòng)檢票兩種方式，顯然人工檢票比自動(dòng)檢票系統(tǒng)耽擱時(shí)間更長。 人工檢票有司機(jī)監(jiān)視下的無人售票和售票員售票兩種情況。例如美國克利夫蘭的軌道交通紅線采用司機(jī)在車上檢票的方式，而在芝加哥市和其他市郊鐵路中采用售票員在車上售票，此時(shí)檢票并不影響停留時(shí)間。 所有新型軌道交通系統(tǒng)以及部分市郊鐵路都采用磁卡自動(dòng)檢票系統(tǒng)，極大地降低了停留時(shí)間。另外，自動(dòng)售票裝置也加快了售票速度，增加了客流量。 輪椅乘客上下車對停留時(shí)間影響相當(dāng)大，特別是需要升降裝置時(shí)尤為明顯。表1列出了北美部分軌道交通系統(tǒng)輪椅使用便利性情況。表1北美部分軌道交通椅易達(dá)性統(tǒng)計(jì)
| 軌道交通類型 | 線路數(shù) | 總計(jì) |
| 不方便 | 一般 | 很方便 |
| 輕軌 | 6 | 3 | 10 | 19 |
| 地鐵 | 3 | 8 | 7 | 18 |
| 市郊鐵路 | 2 | 9 | 5 | 16 |
| 自動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)（單軌） | 0 | 0 | 4 | 4 |
| 總計(jì) | 11 | 20 | 26 | 57 |
從表1可見，北美有5/6的軌道交通線路方便輪椅用戶使用，因而增加了殘疾人的乘車量。2.3 運(yùn)行速度 運(yùn)行速度指車站之間的行車速度，與站距和列車性能有關(guān)。運(yùn)行速度一般通過影響發(fā)車間隔時(shí)間來影響軌道交通系統(tǒng)容量。運(yùn)行速度一般在30～40km/h之間。當(dāng)運(yùn)行速度為44km/h時(shí)，最小發(fā)車間隔為71.2s，其中包括通常20s停站時(shí)間。 行車服務(wù)類型影響運(yùn)行速度。跳站停車（大站快車）可以減少軌道交通發(fā)生間隔時(shí)間。2.4 起始加速度 列車起動(dòng)時(shí)間是構(gòu)成最小發(fā)生車時(shí)間的一部分。在運(yùn)行速度范圍內(nèi)，若加速度大，則從停車到正常運(yùn)行速度所花的時(shí)間少，發(fā)車間隔時(shí)間短。但加速度必須符合一定的條件。加速度太高會(huì)使列車猛地向前沖，乘客站不穩(wěn)，影響乘車質(zhì)量，從而降低軌道交通的客流量。加速度太低，則列車起動(dòng)到勻速行駛需要的時(shí)間長，增加了列車發(fā)車間隔時(shí)間。2.5 線路類型 正線數(shù)目對系統(tǒng)容量的影響十分明顯。假設(shè)有足夠的乘客的話，雙線系統(tǒng)比單線系統(tǒng)的客流量多一倍。線路類型一般可以分為：全封閉隔離專用線、大部分路封閉隔離以及少部分/無封閉隔離三種。顯然，線路隔離程度越高，延誤時(shí)間越少，軌道交通的容量越大。 車站的布局與設(shè)計(jì)影響乘客的易達(dá)性。完善的換乘設(shè)施有助于吸引客量。 終點(diǎn)站列車折返時(shí)間是最小發(fā)車間隔的重要影響因素之一。一般來說，若想獲得最小折返時(shí)間，終點(diǎn)站的回路軌道必須足夠長。車站在線或離線線設(shè)計(jì)對后續(xù)列車的進(jìn)站產(chǎn)生影響。2.6 信號(hào)系統(tǒng) 信號(hào)系統(tǒng)對軌道交通系統(tǒng)正常運(yùn)行可謂是功不可沒，而且是最小發(fā)車間隔的有力保證。目前普遍使用的信號(hào)系統(tǒng)有三示象信號(hào)系統(tǒng)、四示象信號(hào)系統(tǒng)、代碼信號(hào)系統(tǒng)和可視化信號(hào)系統(tǒng)等。 對于信號(hào)系統(tǒng)，Barwell . F. T教授提出“快速反饋法則”。為了提高系統(tǒng)容量，四示象信號(hào)系統(tǒng)已經(jīng)被西歐一些城市之間的快速交通系統(tǒng)所采用，但成本比三示象高。傳統(tǒng)的交通信號(hào)系統(tǒng)簡單，但又不適用于現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)。2.6 調(diào)度控制 城市軌道交通系統(tǒng)在高峰期和非高峰期（平峰期）的容量相差懸殊。對比可以進(jìn)行調(diào)度控制：在高峰期增加發(fā)車頻率，以滿足高峰期客流量大的需求；在非高峰期，由于客流量下降，為了減少系統(tǒng)運(yùn)行成本，可縮短列車編組，適當(dāng)延長發(fā)車間隔。此外，對于有公交支線的軌道交通系統(tǒng)以及非全封閉和隔離的軌道系統(tǒng)來說，也必須根據(jù)實(shí)際客流量情況，制定相應(yīng)的列車運(yùn)行時(shí)刻表。2.8 列車長度 在發(fā)車間隔一定的條件下，列車越長容量就越大。我們認(rèn)為，軌道交通系統(tǒng)的容量是最大列車長度和最大發(fā)車頻率或最小發(fā)車間隔共同作用的結(jié)果。 根據(jù)英國Gill和Goodman，發(fā)車間隔理論值的數(shù)學(xué)模型是；H=V/2B+I/V, 其中：H為發(fā)車間隔；V為運(yùn)行速度；B為加速度；L為列車長度。 假設(shè)最大發(fā)車頻率為3600/H，當(dāng)dH/dV為零時(shí)，得到最小發(fā)車間隔的列車運(yùn)行速度Vop=2BL。 由于城市軌道交通容量一列車長度成正比，與發(fā)車間隔時(shí)間成反比，所以容量是列車長度的平方根的函數(shù)。 輕軌系統(tǒng)列車長度受街道閉塞區(qū)段長度限制，一般以1～4車廂編組。而其他城市軌道交通系統(tǒng)不受限制，一般以3～8車編組。2.9 座位布置 在車廂內(nèi)取得最大座位量有許多通用的方法，最簡單的是采用“2+3”座位編排法，即車廂內(nèi)每一行都設(shè)置五個(gè)座位（左二右三），而不是通常的四個(gè)座位的編排法。這在寬闊的鐵道列車車廂上十分易于實(shí)現(xiàn)，每節(jié)車廂可達(dá)到120座。然而，在必須考慮輪椅和自行車的地區(qū)，這一簡單的做法就得有所改變，“2+3”座位編排法限制了車廂內(nèi)通道的寬度，它給輪椅在車廂內(nèi)移動(dòng)帶來了麻煩。另外，并不是所有的列車都追求車廂最大座位量的。例如，很多城市的地鐵車廂都設(shè)計(jì)成車廂兩邊各一排單座位，以給乘客較大的站立空間和更大乘客容量。 另一個(gè)增加車廂容量的方法是在滿足限高的條件下采用雙層車廂，一般可布置150～160個(gè)座位。雙層車廂在芝加哥地鐵和多倫多GO系統(tǒng)中得到應(yīng)用。2.10 車門數(shù)量和尺寸 車門的數(shù)量和尺寸影響乘客的上下車速度或列車停留時(shí)間。一般軌道交通系統(tǒng)都采用車廂兩邊都布置車門的做法，而且車門盡量寬大，車門間距在2m左右。站臺(tái)上乘客分布也影響上下車速度。當(dāng)乘客在站臺(tái)上均勻分布時(shí)，上下車的阻礙最小。車內(nèi)乘客均勻分布也可減少列車停靠時(shí)間，增加車廂容量。門的尺寸以通過乘客量為100人次/m·min比較合適。2.11 乘客行為 城市軌道交通系統(tǒng)容量的大小，除了以上因素外，還必須考慮到乘客行為的主觀因素。對于乘客來說，選擇交通工具主要是考慮其安全性、便利性和舒適性。對于城市軌道交通來說，安全性通常經(jīng)較高；便利性由多方面決定，包括易達(dá)性、與其他交通工具的有效銜接、車站標(biāo)志、列車準(zhǔn)時(shí)等；舒適性包括車廂內(nèi)溫度、噪聲、列車啟動(dòng)或剎車的加速度、乘客密度、座位等。乘客密度一般可以分為舒適（2～3人/m2）、不舒服（5人/m2）和不能忍受（8人/m2）三種情況。站位與坐位影響乘車的舒適性，其空間設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見表2。 載客指標(biāo)應(yīng)根據(jù)人體工程學(xué)、軌道交通類型和地區(qū)差別統(tǒng)籌規(guī)劃和綜合考慮，并根據(jù)列車實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。表2 站立與座位空間設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
| 站立 | 設(shè)計(jì)空間/（M2/人） | 坐位 | 設(shè)計(jì)空間/（M2/人） |
| 徒手站立 | 0.13～0.16 | 座位最小空間 | 0.24～0.30 |
| 拿著公文袋 | 0.25～0.30 | 雙人座 | 0.36 |
| 扶著柱子 | 0.26 | 舒適型座位 | 0.54 |
3 結(jié)語 軌道交通容量一般指系統(tǒng)最大容量，具體說指列車在峰期單向每小時(shí)所能運(yùn)載的最大客流量，而不是指最大車流量。顯然，軌道交通容量與列車容量、乘客數(shù)量和時(shí)間有關(guān)。 列車容量一般是定值。而乘客數(shù)量與軌道交通系統(tǒng)的服務(wù)水平、吸引力、人口分布與密度、人口結(jié)構(gòu)、票價(jià)、便捷程度等有關(guān)，而且還受到氣候變化、生活方式和行為因素的影響。因此，客流量是一個(gè)波動(dòng)較大的變量。世界上大多數(shù)軌道交通這際客流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)測值的教訓(xùn)，應(yīng)當(dāng)引起我們的關(guān)注。時(shí)間因素涉及范圍很廣，如上面分析的發(fā)車間隔時(shí)間、停留和延誤時(shí)間、營運(yùn)速度、加速度、乘客出行時(shí)間（成本）、高峰期與平峰期等，均是影響容量的因素。 在研究軌道交通容量時(shí)，必須從軌道交通系統(tǒng)“硬件”和乘客“軟件”以及相互關(guān)系方面加以考慮，并在總成本（系統(tǒng)營運(yùn)成本和乘客時(shí)間成本）上統(tǒng)一起來，找到的總成本最小時(shí)的最佳容量。 我國天津地鐵的發(fā)車間隔時(shí)間很長，高峰期為15min，非高峰期為35min，這說明系統(tǒng)性能差，交通需求不足，容量低。廣州地鐵度營運(yùn)期間，發(fā)車間隔為12min，正式開通后逐漸減少到2min，按每列車最大載客1800人計(jì)，其系統(tǒng)容量為5.4萬人次/h。假使高峰期（小時(shí)）其客運(yùn)量占10%，則全天客運(yùn)量為54萬人次，大大低于預(yù)測值113萬人次。通過對城市軌道交通容量的影響因素研究，可以在系統(tǒng)和乘客兩方面找出容量不足的原因，設(shè)法消除影響系統(tǒng)延誤和停留的時(shí)間，提高發(fā)車間隔時(shí)間，充分發(fā)揮軌道交通快捷、安全、大容量的優(yōu)勢。參考文獻(xiàn)1 Parkinson, T. TCRP13, Rail transit capacity, TRB (US Transportation Reseach Board). 1996;56-892 Demety L W. Supply-side analysis and verification of ridership forecasts for mass transit capital projects. J American Planning Association, summer 1994:56-623 Fox G D. Light rail/traffic interface in Portland: The first five years, Transportation Research Record 1364, 1992:176-183
