现代有轨电车最小发车间隔及相关指标研究

张海军 胡军红 杨 敏

（1.苏交科集团股份有限公司，210017，南京；2.南京工业大学交通运输工程学院，210009，南京//第一作者，高级工程师）

现代有轨电车最小发车间隔及相关指标研究

张海军1胡军红2杨 敏1

（1.苏交科集团股份有限公司，210017，南京；2.南京工业大学交通运输工程学院，210009，南京//第一作者，高级工程师）

最小发车间隔是确定现代有轨电车开行密度和运输能力的参数。现代有轨电车作为一种新型的中低运量的地面快速轨道交通系统，其最小发车间隔的确定与地铁、BRT（快速公交）等其他交通方式均有所差异。通过对道路交叉口、列车停站、列车折返及区间长度等影响因素分析，研究了现代有轨电车最小合理发车间隔，并对其运输能力与车辆配属进行了探讨，为现代有轨电车规划建设提供决策参考。

现代有轨电车；发车间隔；运输能力；影响因素

0 引言

发车间隔是决定现代有轨电车开行密度和车辆配置数的主要参数，既取决于线路的客流预测结果和客流的时空分布特征，又取决于车辆制动性能、车辆模块编组、停站时间、交叉口通行延误、折返时间等因素的影响［1］。目前，国内外城市现代有轨电车发车间隔长短不一。国外城市如德国柏林、法国巴黎等地有轨电车发车间隔相对较短，高峰期为3～5 min，平峰期为 8 ～ 10 min［2］。我国城市如上海、天津、大连等地有轨电车发车间隔相对较长，高峰期为5～10 min，平峰期为10～15 min，甚至有的达到20 min以上，发车频率低，旅客等待时间长，远未达到社会公众对现代有轨电车服务效率的期望。现代有轨电车运输能力大小受车辆发车间隔与车辆定员的影响。在CJJ/T 114—2007《城市公共交通分类标准》中，其合理的运输能力界定为0.6万～1.0万人次/h［3］，而国内开通并运营的现代有轨电车线路，实际的高峰小时客流都不大于0.5万人次/h，远未达到标准界定的范围。

因此，针对我国城市客流的分布特征和现代有轨电车技术和行车组织特点，如何科学地确定现代有轨电车最小发车间隔与最大运输能力，并根据线路实际情况选择合适的发车密度和车辆配置数量，是进一步提高我国现代有轨电车运行服务效率的关键。本文在对现代有轨电车与地铁、BRT（快速公交）运行组织的差异性分析基础上，深入分析影响现代有轨电车发车间隔的关键性因素，针对不同模块编组及相交道路条件，按线路开通运营的初期及远期两个阶段，探讨了现代有轨电车的最小合理发车间隔，并分析计算其合理运输能力范围及车辆配属标准。

1 现代有轨电车与地铁、BRT运行差异

地铁系统是采用完全独立路权、固定闭塞或移动闭塞信号控制的轨道交通系统。设计最高运行速度为80 km/h，最大加速度为0.9 m/s2，最大减速度为0.9 m/s2，车辆停站时间为19 s，司机换端走行时间为48 s，车辆折返时间为60 s，A型车车辆长度为21～24 m，B型车车辆长度为19～21 m，C型车车辆长度为15～19 m。区间长度、停站及折返时间是影响地铁最小发车间隔的主要因素，如式（1）所示，其最小发车间隔可达到2 min［3］。

地铁最小发车间隔=max{区间行驶时间、车站停站时间、列车折返时间} （1）

BRT系统是采用路面行驶、道路交通信号控制的道路交通系统。设计最高运行速度为60 km/h，交叉口通过速度为30 km/h，最大加速度为2 m/s2，最大减速度为2.5 m/s2，车辆长度为9～18 m。道路交通环境及车辆性能是影响BRT最小发车间隔的主要因素。由于BRT车辆加速度值大、制动距离较短，同时可以利用其他车道进行超车和并行，其发车可以可采用高密度发车方式，最小发车间隔可达到1 min。

现代有轨电车系统采用半独立路权形式，设计最高运行速度为70 km/h，交叉口通过速度为35 km/h，最大加速度为1.0 m/s2，最大减速度为1.2 m/s2，车辆停站时间为30 s，司机换端走向时间为45 s，列车折返时间为22 s，5模块列车长度为33 m，7模块列车长度为44 m。

现代有轨电车虽然采用专用轨道行驶，但正线运行却主要依靠司机瞭望驾驶，且大多线路的道路交叉口采用信号控制的混行方式；同时，由于其具有加减速控制以及行驶轨迹固定等特点，设计和运营良好的现代有轨电车，其最小发车间隔理论计算为4.2 min［1］。

2 最小发车间隔的影响因素

现代有轨电车一般采用半独立路权，在交叉口通常按照信号控制与社会车辆共享路权，因此，影响其最小发车间隔的主要因素包括道路交叉口、列车停站、区间运行和列车折返等。

2.1 道路交叉口的影响

交叉口是现代有轨电车和社会车辆混合行驶的区域。与城市主干路、次干路相交的交叉口，相交道路的车道数（4～8车道）是影响现代有轨电车发车间隔的关键；而流量较小的支路和沿线主要出入口，由于采用“右进右出”的交通出入方式，因此影响较小。假定现代有轨电车通过交叉口时，列车以35 km/h的速度匀速或由静止起动运行通过交叉口，通过交叉口所需时间如表1所示。

道路交叉口信号控制方式有交叉口定时信号控制策略、信号相对优先策略与信号绝对优先策略3种形式。绿信比是一个信号相位的有效绿灯时长与信号周期之比。本次研究取值为0.2～0.3。

2.1.1 交叉口定时信号控制策略

表1 现代有轨电车直接通过交叉口所需时间表

定时信号控制策略即不实施信号优先。在现代有轨电车与城市主干路等交通流量大的道路相交时，为了保证地面交通的良好运转，减少对被交道路交通影响，现代有轨电车与社会车辆信号灯时长均采用固定配时方案来确保交叉口车辆安全通过。

在定时信号控制策略情况下，受道路交通的影响，现代有轨电车的发车间隔不能小于2个信号周期。最小发车间隔如表2所示，最不利条件下的最小发车间隔为6 min。

表2 定时信号控制下现代有轨电车最小发车间隔

2.1.2 交叉口信号相对优先策略

现代有轨电车与城市主干路、次干路交叉，在被交道路交通流量相对较小的情况下，为提高其运营效率，一般可以采用信号相对优先策略。

通过延长现代有轨电车绿灯相位或缩短现代有轨电车红灯相位来实现信号相对优先。延长绿灯相位：当现代有轨电车在绿灯相位快结束到达交叉口时，延长该绿灯相位，实现不停车直接通过交叉口。缩短红灯相位：当现代有轨电车在红灯相位到达交叉口时，提前开启绿灯相位，最大限度减少车辆停车等待时间，实现优先通过。在最不利的情况下，现代有轨电车需要等待半个红灯信号才能通行，当列车由静止起动通过路口时，假定路口清空时间为10 s，司机反应时间为5 s，最小发车间隔如表3所示，最不利条件下的最小发车间隔为4.2 min。

表3 信号相对优先下现代有轨电车最小发车间隔

2.1.3 交叉口信号绝对优先策略

通过插入现代有轨电车专用相位来实现信号绝对优先。当现代有轨电车在红灯相位到达交叉口时，在红灯相位中插入一个现代有轨电车专用相位，实现现代有轨电车不停车直接通过交叉口，待现代有轨电车完全通过后，按照原有相位顺序继续运行。

在交叉口信号绝对优先策略的情况下，现代有轨电车以35 km/h的速度不停车直接通过交叉口，列车运行不受交叉口信号的影响。

2.2 列车停站的影响

停站时间也是影响现代有轨电车发车间隔的因素。停站时间由列车减速进站时间、列车上下客时间（包括开关车门时间）及列车加速出站时间组成。假定现代有轨电车以区间行驶速度70 km/h匀减速进入车站，在车站停车上下客，最后以匀加速驶出站台至正常行驶速度。不同模块列车停站时间计算结果如表4所示，列车停站延误时间在45～52 s之间，由停站时间控制的现代有轨电车最小发车间隔在1 min左右。

表4 现代有轨电车停站时间

2.3 站间距的影响

现代有轨电车站间距为站点与站点之间的距离，城市内部站间距一般取500～800 m；城市外围，由于沿线客流小、城市功能节点分布相对较少，站间距一般相对较长，一般在1 000 m以上。为保证现代有轨电车运营安全，每个方向的每个区间上仅允许一列列车运行。列车在不同长度的区间所需花费的时间如表5所示，由列车在区段运营时间制约的最小发车间隔在2 min以内。

表5 现代有轨电车区间运行时间表

2.4 列车折返的影响

折返是列车到达终点站后，通过折返线与渡线转换至对向轨道的过程，是现代有轨电车运行的重要环节，也是制约其发车间隔的因素之一。

折返时间包括司机换端走行时间45 s与列车折返时间22 s。因此，现代有轨电车受折返时间制约的最小发车间隔不应小于其折返总时间67 s。

3 现代有轨电车最小发车间隔的计算

综合考虑交叉口延误、车站停站、区间运行和列车折返时间等因素的影响，现代有轨电车最小发车间隔应为不同影响因素所需时间的最大值，如式（2）所示。

最小发车间隔=max{交叉口延误时间、车站停站时间、区间行驶时间、列车折返时间} （2）

通过上述分析可知，对于交叉口信号绝对优先策略，折返和区间运行时间是影响现代有轨电车最小发车间隔的主要因素，当区间长度大于1 000 m时，区间运行时间是主要影响因素；当区间长度小于1 000 m时，折返时间是主要影响因素。因此，在交叉口信号绝对优先策略的情况，考虑到现代有轨电车运营安全，建议最小发车间隔不低于2 min。

对于交叉口信号相对优先策略与交叉口定时信号控制策略的情况，道路交叉口通行延误时间是决定现代有轨电车最小发车间隔的最主要因素。在定时信号控制策略、被交道路为8车道和绿信比为0.2最不利条件下现代有轨电车的最小发车间隔为6 min（见表2）；在信号相对优先的策略下，最不利情况下的最小发车间隔为4.2 min（见表3）。

根据以上计算分析，综合考虑城市道路交通组织、运营效益和行车安全等因素，在信号相对优先条件下，现代有轨电车最小发车间隔不宜大于4 min，建成初期高峰时段最小发车间隔不宜大于8 min，平峰时段的最大发车间隔不宜大于12 min；远期高峰时段最小发车间隔不宜大于5min，平峰时段最大发车间隔不宜大于10 min。

4 运输能力

现代有轨电车运输能力为单位小时能够运送的旅客人数，不但与最小发车间隔有关，还与列车的最大载客量有关。具体关系如式（3）所示。

单向运输能力（万人次/h）=列车最大载客量（万人次）×（60/最小发车间隔） （3）

不同模块的列车，最大载客量不同。当采用6人/m2的站立标准时，5模块、7模块及5+5模块列车的额定载客量分别为300人、400人及600人。

基于以上分析，现代有轨电车不同运行条件下的运输能力如表6所示。

在采用信号绝对优先策略下，5模块有轨电车运输能力为0.9万人次/h；7模块为1.2万人次/h。绝对信号优先策略相当于全线独立路权，实际应用较少。

在采用信号相对优先策略下，5模块有轨电车运输能力为0.5万 ～0.8万人次/h；7模块为0.7万～1.0万人次/h。信号相对优先是现代有轨电车交叉口控制常用的策略，既能保障有轨电车的旅行速度，又能提高运输能力。

在采用定时信号控制策略下，5模块有轨电车运输能力为0.35万 ～0.54万人次/h；7模块为0.45万～0.70万人次/h。因此，在定时信号控制下，现代有轨电车的运能较小、运输效率较低，其运输能力仅相当于道路公交。

此外，5+5模块对社会交通影响较大，一般应用也较少。现代有轨电车在采用信号相对优先策略下的运输能力为0.5万～1.0万人次/h。

5 车辆配置数

车辆配置数是现代有轨电车行车组织的重要参数，不仅关系到工程造价，还影响到车辆基地规模及运营维护的成本。因此，合理配置车辆不但能够节省车辆采购费用，还能节约土地资源。

现代有轨电车车辆配置数通常包括运用车辆数及备用车辆数和定期维修辆数。运用车辆数与旅行速度和发车间隔有关，具体关系式如式（4）所示。备用车辆数与定期维修辆数通常取运用车辆数的20%～25%.

表6 现代有轨电车最大运输能力计算表

由式（4）可以看出，单公里（单向）运用车辆数与旅行速度和发车间隔成反比。根据最小发车间隔，在不同的旅行速度下，最大的运用车辆数如表8所示。

表8 不同旅行速度与发车间隔下运用车辆数

根据以上计算，初期高峰时段最小发车间隔按照8 min、旅行速度为20 km/h时，单向单公里车辆配属为0.38辆；远期最小发车间隔为5 min，旅行速度仍保持20 km/h时，单向单公里运用车辆数为0.6辆。

6 结语

影响现代有轨电车最小发车间隔的因素较多，本文从交叉口通行延误、车站停站、区间行驶、车辆折返时间等考虑，在信号相对优先策略下，现代有轨电车建成初期高峰时段最小发车间隔不宜大于8 min，平峰时段的最大发车间隔不宜大于12 min。远期高峰时段最小发车间隔不宜大于5 min，平峰时段最大发车间隔不宜大于10 min。

基于现代有轨电车最小发车间隔分析，当全线采用信号相对优先策略时，5模块列车合理的运输能力为0.5万 ～0.8万人次/h；7模块列车的最大运输能力不高于1.0万人次/h。

基于不同的旅行速度及发车间隔，在旅行速度为20 km/h、初期高峰时段最小发车间隔为8 min时，单向单公里配车数为0.38辆，当远期最小发车间隔调整为5 min时，单向单公里运用车辆数为0.6辆。该指标将更加切合行车组织的实际需求，同时有利于减少车辆基地用地资源，节约工程投资。

［1］ 张海军.现代有轨电车适应性关键指标研究［R］.南京：苏交科集团股份有限公司轨道交通设计院，2015.

［2］ 马永红.欧洲现代有轨电车发展启示［J］.世界轨道交通，2012，104（7）：36.

［3］ 苏交科集团股份有限公司.城市有轨电车工程设计规范（征求意见稿）［R］.南京：苏交科集团股份有限公司，2014.

［4］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范：GB 50157—2012［S］.北京：中国计划出版社，2011.

［5］ 宋嘉雯.有轨电车运营模式与运输能力研究［J］.都市快轨交通，2014，27（2）：108.

［6］ 薛美根，杨立峰，程杰.现代有轨电车主要特征与国内外发展研究［J］.城市交通，2008，6（6）：88.

［7］ 李胜，杨晓光.现代有轨电车与道路交通的协调控制方法［J］.城市轨道交通研究，2005（4）：43.

On the Minimum Departure Interval of Modern Tram and the Relevant Indexes

ZHANG Haijun,HU Junhong,YANG Min

The minimum departure interval of modern tram is a parameter to define the density and the maximum transport capacity.As a new ground rail transportation system with medium and low traffic volume，modern tram is different from subway，BRT and other rapid rail traffic in terms of the minimum departure interval.Through analyzing the impact of road intersection，tram stop，re-entry,interval length and other aspects related to tram operation，the minimum departure interval，the maximum transport capacity and vehicle attachment are studied，providing a reference for the traffic planning and organization of modern tram.

modern tram；the minimum departure interval；transport capacity；influencing factor

First-author′s address JSTI Group Co.，Ltd.，210017，Nanjing，China

U292.4+1∶U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.12.007

2015-11-08）