城市軌道交通系統開行“短列”可行性分析


提　要: 分析我國城市軌道交通系統客流特點, 以及非高峰運營時段列車運行的虛糜現象, 論證開行編掛輛數少的“短列”的可行性和經濟效益。關鍵詞: 城市軌道交通; 行車組織; 短列; 可行性分析

1　概述
我國是一個人口眾多的國家, 隨著國民經濟蓬勃發展, 各地城市化在加速發展, 城市人口和車輛急速增長, 致使城市道路交通堵塞日趨嚴重, 加重了城市空氣污染。為解決這些問題, 貫徹執行“ 公交優先”的政策, 大力發展快速、安全、潔凈、準時的大容量城市軌道交通系統已成為社會各界的共識。近年來, 北京、上海、廣州等城市先后建成“ 復八”線、上海一號線、上海二號線、上海明珠線及廣州一號線, 其它地鐵項目仍在建設中。此外, 天津、深圳、武漢、大連、長春、成都、西安等許多城市的城市軌道交通項目在建設和規劃之中。由于城市軌道交通項目社會效益顯著、投資大、投資回報周期長等特點, 籌集建設項目建設基金困難, 這是影響城市軌道交通建設發展的主要因素。如何降低工程造價、降低地鐵運營成本、提高項目的投資效益、更好地融資建設城市軌道交通項目, 目前已成為地鐵建設研究的重點。本文通過分析城市軌道交通客流特點, 提出在非高峰運營時段開行“ 短列”編組的列車方案, 克服列車運行虛糜現象、減少列車牽引能耗、降低列車運營成本, 從而提高建設項目運營的經濟效益、提高建設項目的融資能力。
2　地鐵客流的特點及現行的運行組織
1.2. 1　客流的特點
2.2. 1. 1　日客流的特點

城市軌道交通系統每日的客流同沿線居住小區人口數量、居民出行強度、沿線道路交通情況所導致交通方式的分擔比例、土地使用開發規劃, 以及沿線政治、經濟、文化設施的分布相關。不同的城市, 不用的線路, 產生的日客流量也不同。但是, 相同的工作時間、相似的作息時間和生活方式, 使得各個城市軌道交通系統日客流量的時間分布比例基本相同, 其特點如下:
(1) 雙高峰客流
我國城市居民出行產生的原因有上班、上學、出差、購物和娛樂等, 其中主要客流是由上班和上學產生的。由于我國各大城市居民上班、上學的時間都是早晨7: 30～ 8: 00, 中午絕大多數單位和企業的休息時間為1h 至1. 5h, 通常居民中午不回家, 在單位就餐, 下午5: 00～ 5: 30 下班。因此, 產生全日兩大高峰客流時段, 第一次高峰產生在早晨上班時刻的前后各兩個小時, 第二次高峰在下午下班時刻的前后兩小時。第一次客流高峰時段的客流, 因居民出行集中, 產生全日最大高峰客流, 經我國各大城市統計, 最大單位小時客流占全日客流的15%～ 20% ; 第二次高峰客流時段因各單位工作性質不同, 居民外出購物、娛樂等原因, 居民回家產生的客流較第一次離散度大, 產生的單位小時高峰客流沒有早晨的高。

(2) 平峰客流和低谷客流
在第一次高峰和第二次高峰之間的客運時段, 除下午1: 00～ 2: 00 時段產生部分近距離的居民上班客流, 客流有所回升外, 其它時段沒有上班和上學的客流, 產生的客流主要有居民購物、出差、旅游及娛樂等, 其特點是客流平穩, 通常單位小時客流在全日客流的4% 左右。
在城市軌道交通運營的第一個小時及全日第二個高峰后的4 個小時的運營時段, 由于時間太早或偏晚, 客流稀少, 單位小時客流量占全日客流量的2% 左右, 全日運營時段客流占全日客流比率詳見下圖:

圖1　
2. 1. 2　初、近期客流的特點
城市軌道交通系統建設的設計年限分初期、近期和遠期, 初期為建成通車后第3 年, 近期為第10 年, 遠期為第25 年。區間通過能力、車站的形式和規模、通風系統及牽引供電系統按遠期高峰客流要求設計。車輛按初期要求購置, 近期、遠期根據運量增加。由于客流預測的不確定性和城市軌道交通系統客流變化的客觀規律, 初期和近期的實際客流較預測客流往往相差很大, 有的項目經運營后調查預測與實際值相差50% 以上, 遠低于設計的運量, 這樣按照原設計的編掛輛數運營, 列車在非高峰時段運行時, 每輛車所乘載的乘客很少, 列車虛糜現象突出。
2. 2　現行的行車組織
目前設計實施的行車組織計劃是根據日客流分布時段的客流量, 計算開行相應的列車對數, 全線按照日單位小時最大客流量配屬車輛運營車數, 當每天城市軌道交通系統運營到非高峰時段, 將列車從運營線路上退下來, 撤到車輛段中進行修理和停放。當客流量下降到一定值時, 配屬的列車編掛輛數不變, 車上乘客很少, 列車就會出現運行虛糜的現象。在這種情況下, 行車組織設計有兩種方案, 其優缺點如下:
(1) 減少列車對數
當客流量降到一定值時, 為了減少列車虛糜, 減少列車開行對數, 加大列車開行的間隔, 例如每小時開行2 對～ 3 對。此運行方案的優點是減少列車運行虛糜, 但減少列車對數, 增加了乘客的侯車時間, 降低了整個運營系統的服務質量。
(2) 開行最低列車對數

另一種運營方案, 也是現行的列車開行方案, 是在全日非高峰運營時段, 開行最低列車對數, 將列車的最大間隔定為10m in 或12m in, 也就是每小時開行6 對或5 對列車。此運行方案是確保了整個系統的服務質量, 但由于列車編掛輛數不變, 車輛的空載率很高, 相當于部分車輛在無效地運行, 增加了城市軌道交通系統的運營能耗。
如果在非高峰運營時段開行編掛輛數少的“ 短列”, 就可以實現開行最低列車對數, 保證列車的最大間隔時間不超過合理的時間10m in 或12m in, 確保整個系統的服務質量。同時, 減少編掛輛數的列車, 又不存在車輛運行的現象, 降低系統的運營能耗。
3　開行“短列”的必要性及經濟性
3. 1　節約能源降低運營成本
城市軌道交通系統列車的牽引能耗與系統的線路特性、每日的開行列車對數、列車的編掛輛數、車輛特性和客流量等因素有關。不同的線路, 其噸公里耗能也不相同, 以鐵一院設計的某城市軌道交通系統為例, 初期為60 對、近期有48 對、遠期有30 對車可行“ 短列”, 初期每年可節約電費143 萬元, 近期節約115 萬元, 遠期節約71 萬元。在30 年的車輛壽命期內, 全線可節約電費2 660 萬元, 如果線路運營里程長, 其節約的費用將更加可觀。
3. 2　減少車輛走行距離, 減少維修次數
由于采用了編掛輛數少的“ 短列”, 提高了車輛的使用效率, 同現有運營方案比較, 減少了車輛的走行距離, 按車輛30 年的使用壽命計算, 仍以上述某城市為例, 全線可節約走行公里543. 12 km, 減少5 個大修和架修, 以及相應的定修和月修工作量。
3. 3　增加車輛維修時間
由于線路上運行的“ 短列”是通常列車一列分解成兩列或兩列分解成三列的, 這樣原來在線路上運行的其它車輛就可以更多地從線路上退下來, 從而增加了車輛的維修及非運營時間, 便于車輛段組織維修整個系統的車輛。
3. 4　高峰時段充分利用遠期運能
對于初期、近期編掛輛數為6 輛, 遠期編掛輛數為8 輛的城市, 因車站和牽引設施是按照遠期客流及編掛輛數設計的, 還可開行編掛4 輛的“ 短列”, 高峰小時客流時段, 可合二為一, 組成編掛輛數為8 輛的列車。充分利用遠期運能, 滿足高峰小時客流對運力的要求, 減少高峰小時客流時段的列車對數。
4　開行“短列”的可行性
4. 1　車輛選型的可行性
目前, 我國絕大部分城市軌道交通系統都是采用6 輛編組, 根據不同的線路情況, 列車編組有動拖結合的單元式編組和拖動動相結合的編組。前者可采用兩列6 輛編組的列車改編成三列4 輛編組“ 短列”; 后者可采用一列6 輛編組的列車分解成兩列3 輛編組的列車。兩種方案均需在原編組列車中, 增加兩輛帶司機室的車輛, 增加司機室, 對于車輛牽引動力及控制系統不產生影響, 只增加部分儀表和控制元件, 國內有成熟的技術, 在一次性購車時, 增加上述部分, 對車輛購置費影響不會很大。對于列車解編使用的自動車鉤, 目前車輛上都使用了自動車鉤, 完全能夠滿足技術要求, 在購車時車輛購置費不會增加。
4. 2　運行方案的可行性及實施方案
“ 短列”列車在早晨投入運營以后, 當列車運營至高峰客流時段, 二合一的列車可直接在折返線上連接, 變成大列投入高峰運營, 三列合成二列的列車返回到車輛段進行連接作業, 再投入到高峰客流的運營, 待高峰客流運營完成以后, 一列分成二列的分解作業可在折返線上完成, 二列分解成三列的作業可返回到車輛段完成。在下午的高峰運營時, 當客流量不需要“ 短列”合成大列時,“ 短列”車可返回車輛段進行檢查維修, 再投入到晚間非高峰時段的運營; 當需要合面大列時, 仍可按上述方法進行連接, 第二次高峰客流運營后, 再分解投入到晚間的非高峰時段的運營, 待夜間收車后, 返回車輛段進行檢查和維修, 以保證第二天的正常運營。
為保證上述運營方案能夠可靠的實施, 需要有6 對“ 短列”投入運營, 即需要2 對或3 對的大列。考慮到檢修, 實際需要3～ 4 對的可分解的大列列車。
通過上述的分析, 在行車組織上, 開行“ 短列”是可行的, 能夠滿足全天乘客運輸的要求。新建城市軌道交通系統時, 可在初期購車時, 購買帶駕駛室且可分解的列車。在既有城市軌道交通線上實施時, 可在客流增長需要購買新車時實施, 也可在舊車需要更新時實施。
5　需要研究的問題
當城市軌道交通系統采用自動駕駛A TO 系統時, 需要處理軌邊設備和列車上的設備接口問題。在大列變成“ 短列”時, 應根據現場情況, 確定是否需要改變或確定改變的數據。
6　結論及建議
通過上述分析, 在我國城市軌道交通系統中非高峰時段, 開行“ 短列”列車是可行的, 能夠滿足運輸乘客的要求, 該方案可以應用在現有城市軌道交通系統中, 也可以在新建項目上實施。建議城市軌道交通系統的管理部門給予重視和研究, 開行“ 短列”的經濟效益是顯著的。