城市轨道交通交路适用性分析——以西安地铁1号线为例

城市轨道交通交路适用性分析——以西安地铁1号线为例

王小虎1李琦2

（西安市轨道交通集团有限公司运营分公司  陕西省西安市  710016）

摘 要：列车开行计划作为城市轨道交通运输生产过程中最基本的运输计划之一，其编制质量直接关系到城市轨道交通的运营成本和服务水平。本文在分析一号线最大断面客流的基础上，结合一号线运营特点分析了西安地铁一号线大小交路模式的适用性。

关键字：交路；列车运行；大小交路；列车行车间隔

引言

城市轨道交通发展日新月异，地铁、轻轨等交通方式极大的方便了居民的出行。纵观全国的的线网平均客运强度，西安市日均客运量大、运营线路较少，总运营线路长度较短，体现在客运强度上，数值高达2.008万人次/公里日，居全国首位[1]。

随着西安地铁5号、6号、9号线路的开通，每条线路沿线城市布局及人口分布不断变化，线路的客流特点越来越多样化，为了使我们的运营管理模式更加适应多样化的客流，实时客流量与列车交路模式的关系是未来的研究方向[2]。因此，本文对于各种交路模式进行了简洁的介绍，以西安地铁一号线为实例，研究探讨各种交路模式的适用性。

1.列车运行交路的相关理论

单一交路是城市轨道交通系统中最基础的形式[4]。西安地铁的一号线和二号线目前采用的是这种交路模式。优点：①方便编制列车开行方案，运行过程出现异常也可以迅速做出调整，易于行车指挥。②全线直达性较高，减少单个乘客在途时间。缺点：①对于客流分布不均衡的线路会降低运营效率。②易造成大客流量区段的拥挤以及小客流量区段的运能浪费。

大小交路又称为嵌套交路。大、小交路在中间交路重合区段共线运行[5]。西安地铁三号线采用了该交路模式。其优点是在运能有限的情况下，通过增加小交路的发车频率，缓解客流较大区段的客流压力。但是增加了小交路区段外乘客以及跨交路出行的乘客的出行时间从而降低了服务水平。大小交路适用于客流分布不均衡，断面客流量有较为明显变化的城市轨道交通线路[6]。

2.线路客流特征分析

西安地铁一号线运营线路长30.866km，23个车站。一号线的早高峰最大小时断面通常产生于7:30-8:45通化门-康复路下行区间，其中早高峰最大小时断面客流值均大于晚高峰的，且早高峰的拥挤度远远高于晚高峰的。选取12月份的早高峰最大小时断面客流分析。明确一号线所使用的大小交路列车以均衡方式行车，即大小交路在全天的运行中各自的行车间隔均保持不变，各自的上下行行车间隔相同。大小交路中的列车车组的选型及编组方案相同，即具有相同的列车定员。

图2.1 一号线高峰小时断面客流图

从图2.1可知，一号线的断面客流为典型的梭型客流，上行与下行客流自西向东都是先上升后下降，峰值均大于2.2万人次。自五路口向西，上行客流均大于下行客流，自五路口向东正好相反。上行主要分布于三桥以西，康复路以东，下行主要分布在洒金桥以西，浐河到纺织城之间。全线断面客流呈现不均衡性，高于15万人次的断面客流上行方向主要集中于汉城路—五路口之间，下行方向主要集中于五路口—长乐坡之间，一号线断面客流呈现明显的双向不均衡性。

3.线路交路模式

西安地铁一号线属于标准的直线型线路，线型简单，无支线或交叉线路，因此只适用于研究单一交路、嵌套大小交路、运行模式。

3.1 单一交路

单一交路的运行与目前一号线的断面客流分布不匹配，当运能满足汉城路—长乐坡的高断面客流的区段时，沣河森林公园—后卫寨及长乐坡—纺织城低断面客流区段就产生了运能浪费。根据运能匹配设定交路需满足最大断面客流乘以拥挤度康复路—通化门运能需求，即单向小时运能大于2.29万人次即可。

图3.1一号线单一交路图

3.2 大小交路

西安地铁一号线有折返能力的车站共有6个，出于行车效率的考虑，大小交路的共同折返站为纺织城站，小交路的折返站是后卫寨，大交路的折返站为沣河森林公园站的交路模式。小交路的线路长度为24.807km，共覆盖了19个车站。该方案的共同区段为后卫寨站—纺织城站。交路详细设计如图3.3所示。

图3.2大小交路设计图

在大小交路方案一下，全线共需开行的列数为，由大交路开行列数和小交路列开行数两部分组成，即为。当小交路与大交路列车开行数量之比为k时，全线开行的列数与大交路的周期T(min)、小交路的周期t(min)、大交路的行车间隔和小交路的行车间隔之间的关系如式3.1所示。

                               （式3.1）

为了满足均衡行车的条件，需要对行车组织中的一些参数进行调整。调整方式主要有2种:①以大交路列车的开行为基础来调整小交路的运行；②以小交路列车的开行为基础来调整大交路的运行[9]。前者是指大交路的行车参数根据客流量需求来确定，进而对小交路行车参数进行调整；而后者的调整方式则与之相反。由于大交路的行车间隔一般交大，为了保证大交路的行车间隔控制在乘客可接受范围内（最大8min），本文采用以大交路列车的开行为基础来调整小交路的运行。

1.大交路行车间隔

首先根据非共线运行区间的最大断面客流量来计算大交路（沣河森林公园—纺织城）内需开行的列车对数，再据此确定大交路行车间隔。[10]一号线车辆采用B型车、6节编组，列车定员C=1468人/列，早高峰时段最大拥挤度设为95%。一号线的非共线区段的上下行最大小时断面通常产生于沣东自贸易-后卫寨下行区间。，取值为4对。大交路的行车间隔根据根据非共线运行区段的列车开行列数确定，同时我国目前城市轨道交通最小行车间隔一般为2min，乘客的最大耐心等待时间设置为8min。[11]故的取值范围为。由公式3.2计算。

                           （式3.2）

在旅行速度上下行均为33.58km/h时，单程运行时间上下行均为55分09秒（含停站时间14分钟），纺织城最小全折返时间,沣河森林公园最小全折返时间，故大交路的运行周期为，T=118min08s。是高峰时段的时长，由于选取的最大断面客流量为1小时的值，故，计算出，由公式3.2可知大交路的运行间隔时间取值为。

2.小交路行车间隔

调整小交路的行车间隔时，要先确定其取值范围，再根据大交路行车间隔来对小交路行车间隔进行调整。小交路的最大断面客流量，小交路需开行的列车对数与大交路计算方式一致，，取值为17对。小交路行车间隔的取值要在满足小交路内客流量的实际需求的前提下进行调整,同时要满足最大和最小行车间隔约束，其上限确定方法类似于。由此，可得出该间隔的取值范围为:

                      (式3.3)

小交路的两个折返站位沣河森林公园和长乐坡，假设一号线所有存车线的折返时间均为,则小交路的运行周期，小交路的线路长26.96km，旅行速度上下行均为33.58km/h，，,。。小交路的运行间隔时间取值最大为。

3.大小交路行车间隔的修正

大小交路列车在小交路内共线运行，在均衡行车的前提下，为了避免列车在上行线路中发生行车冲突，大交路的行车间隔应是小交路行车间隔的整数倍[12]，由此，得出关系式为，的取值为1,2,3,4。当时，则转换为单一交路。

为了满足列车运行图的周期性，可以推导出小交路行车周期应为大交路发车间隔时间的整数倍[9]，即。

根据和的数值计算大小交路各自所承担的那部分车组数。其中的优先级别高于。因为当小交路的折返站确定时，小交路的运行周期即为定值，大交路行车间隔时间由小交路和运行周期和最大断面客流量共同决定。在该方案中小交路周期为，大交路的最大行车间隔为交路的行车间隔，,下取整则。此时大交路的修正行车间隔为。时，小交路的修正行车间隔为。由于该数值大于小交路的最大行车间隔，故任然取值为。此时对，对。时，小交路的修正行车间隔为。此时对，对。时，小交路的修正行车间隔为。由于的值刚好等于2min，则小交路的列车对数大于24对，上线列车数大于单一交路的上线类车数，故不再分析。

3.3 交路比较

从车体数量来看，单一交路、大小交路方案一、方案二的上线列数分别为38列、31列、39列，故优先排除大小交路方案二。从乘客的舒适度来看，大小交路的西向直达性差。

表3.1 各交路模式对比表

说明：方案二与方案三的小交路区段相同，方案二的大小交路的行车间隔为2:1，方案三的大小交路的行车间隔为3:1，

上述对比综合考虑，方案二比较适用于西安地铁一号线，在该方案下大交路的行车间隔为8min,小交路的行车间隔为3min32s，合计上线列31列，但是该方案中大交路和小交路的覆盖车站仅4站。将乘客等待时间近似认为是行车间隔时间，则相较于单一交路，方案二的共线区段乘客等待时间增加了的25s，非共线区段的乘客的等待时间增加了近似5min，这大大降低了目的地为非共线区段乘客的舒适度，从而降低了服务水平。由于地铁是带有服务性和公益性的单位，出于对公众的服务,在运力充足的情况下（线路配备车体数量大于38列）应优先选择单一交路。

结论

本文分析了城市轨道交通交路运行模式相关概念及运行交路列车开行方案影响因素，对城市轨道交通列车运行交路的种类和优缺点进行了归纳和总结，为列车运行交路的深入研究奠下了基础。分析了安地铁一号线客流特征、线路配线、车体配置等客观条件后，计算了在一号线最大断面客流时选择不同交路时的行车间隔和需要的车体数量，并从乘客体验、行车指挥难度、安全性等方面分析了每一种交路的适用性，综合考虑得出在运力充足（线路配备车体数量大于38列）时，更适合选用单一交路。

城市轨道交通线路开通前期需根据线路预估客流确定交路，但是由于经济的快速发展及城市化的快速扩张，线路的预测客流数与实际客流数据有一定的差异性。故该论文旨在分析某一线路开通后客流是否与目前所采用的交路相匹配。

参考文献

[1] 中国城市轨道交通协会．中国城市轨道交通年鉴（2018）[R]．上海：上海书店出版社,2018

[2] 柳泽原. 基于大小交路模式的城市轨道交通列车开行方案优化模型研究[D].北京交通大学,2019.

[3] 张瞄. 基于大小交路方案的城轨列车运行图优化研究[D].北京交通大学,2019.

[4] 廖定芳. 城市轨道交通大小交路开行方案设计研究[D].长安大学,2019.

[5] 杨宇芳. 贯通运行条件下城市轨道交通列车开行方案优化研究[D].北京交通大学,2018.

[6] 薛彤. 城市轨道交通列车开行计划调整优化方法研究[D].西南交通大学,2018.

[7] 马潇然. 客流波动下城市轨道交通列车交路方案研究[D].重庆交通大学,2018.

[8]曾庆生. 客流不均衡情况下的多交路运输方案研究[D].暨南大学,2017.

[9]楼哲妮. 基于动态客流的城市轨道交通列车开行方案优化研究[D].北京交通大学,2016.