基于网络化运营的城市轨道交通规划思考

牛建华

(通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070)

1 概述

进入21 世纪以来，国内轨道交通项目建设迅速开展，以北京、上海、广州等特大城市为代表的轨道交通先行者迅速带动了国内其他大中城市轨道交通项目建设。截至2018 年底，我国已开通运营的轨道线路约187 条，覆盖了35 个城市，运营线路里程达5 766.6 km。另据中国城市轨道交通协会统计，“十三五”期间，我国年均新建开通轨道交通线路长度达700 多千米。预计2020 年我国城市轨道交通将覆盖55 个城市，运营线路里程超过7 000 km。我国城市轨道交通建设已进入高速发展阶段。

国内轨道交通大规模建设起步晚，采用的装备起点高，但由于技术标准不统一，限制了城市轨道交通网络化运营的发展。目前网络化运营已在日本、美国等国家广泛采用，国内建设及运营模式仍呈现单线独立建设、独立运营的方式。

伴随着轨道交通的快速发展，轨道交通各项技术及运营管理水平也在同步革新。轨道交通各项技术从发展初期的大量国外引进，已发展至如今关键装备均已实现自主化或国产化，随着中国城市轨道交通协会《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统（CBTC）互联互通团体规范》的发布，使得CBTC制式下的互联互通成为可能，为网络化运营铲平了最后一道技术障碍，轨道交通的运营模式也从传统的单线独立运营向网络化运营模式转变。

2 国外网络化运营案例

美国旧金山湾区地铁（BART）是采用网络化运营的典型样本。旧金山市区（The City of San Francisco）与其东部的东湾（East Bay）之间有着密切的人员往来，旧金山地形特殊，市区与东湾被水隔开，BART 地铁线路通过内河码头（Embarcadero）站与西奥克兰（West Oakland）站之间的线路，将市区与东湾相联。BART 线路全长162 km，全线设置45 个车站。BART 的所有线路形成一张覆盖旧金山湾区的捷运网络，在整个线网基础上，设置多个相互关联的共线运行交路，其中4 个交路共用内河码头站与西奥克兰站之间的跨海线路，充分发挥线路资源潜力，实现网络化运营，方便旅客出行，如图1 所示。

图1 旧金山湾区网络化运营交路示意图(2019年工作日交路)Fig.1 Schematic diagram of network operation routes in the San Francisco bay area (weekday routes in 2019)

BART 线路不只是将线路简单的连接起来，而是采用了一体化的设计，在线路及配线、牵引供电、车辆、信号等方面做了统一规划。以东湾麦克阿瑟（MacArthur）与西奥克兰（West Oakland）、梅里特湖（Lake Merritt）之间的线路设计为例，该部分线路综合了客流密度、行车能力等因素，在空间布局上合理安排线路布置，在各交路交错的情况下保障列车在不同交路间穿插时互不影响。采用统一的车辆制式，每列车由4 辆或5 辆编组，根据不同区域、不同时段的客流密度，可在车辆段或在正线特定区域灵活编组为8 辆、9 辆或10 辆编组列车。采用统一的牵引供电及信号制式，在临近梅里特湖站的控制中心利用一套能够覆盖全部线路的控制设备统一指挥全线网列车运营，如图2 所示。

图2 BART线路接驳示意图Fig.2 Schematic diagram of BART line connection

3 网络化运营的意义

传统轨道交通采用单线独立运营模式，可不考虑与其他线路间的运营联系，建设及运营相对简单。但从整个城市线网建设考虑，其建设及运营成本相对较高，服务水平相对较低，单线独立运营未能发挥出城市线网规划及网络化运营的优势。

网络化运营模式下，要求各系统之间能够实现互联互通，多条线路的轨道交通系统设备及基础设施能够相互兼容，实现列车相互跨线运营。网络化运营具有以下意义。

1）有利于实现资源共享。对于网络化线路，其列车资源可实现资源共享，运营线路间可根据各自客流大小灵活调配各线路的用车需求；同时各线可从线网整体考虑共用线路、车辆基地、试车线、控制中心、培训中心等，进一步降低项目建设成本。

2）有利于线路延伸及扩展。据不完全统计，国内约50%的线路采用分段、分期、甩站开通的建设方式，目前已开通线路中已有多条线路启动线路增车工作。由于存在技术限制，增车或延伸项目均采用既有供货商的产品或系统进行项目建设。而网络化运营线路采用统一的建设标准和系统制式，可解决后期项目建设受制于先期开通项目供货商的技术垄断问题，后期项目招标可实现公平竞争，有利于工程实施。

3）有利于运营效率提升。打破了传统单线独立运营模式，可实现线网灵活组织运营。对于在线路建设初期根据城市规划及客流预测规划的运营组织交路，可在运营期间根据客流需求跨线灵活组建运营交路，改善乘客出行的乘车体验，提高轨道交通整体服务质量。

4）有利于运营组织及维护。改变了传统“一线一系统、一线一界面”的运营使用方式，网络化运营线路采用统一标准的运营管理体制及操作方式，便于运营的标准化作业流程体系建设，可进一步提高运营服务质量。

4 网络化运营规划思考

国内城市轨道交通建设还处于高峰期，越来越多的城市加入到了城市轨道交通建设中，随着轨道交通建设和运营经验的大量积累，对于轨道交通处于起步阶段的城市，有着得天独厚的条件在规划初期进行网络化运营的顶层设计。网络化运营是一项系统性工程，需在线网规划阶段，合理规划线路配线、限界设计、车辆制式、供电制式、信号制式、运营管理体制等决定性关键环节，最终确定线网规划方案。

4.1 线路配线

线路配线的合理设置是列车安全行车、正常及高效运行和提高运营管理应变能力的重要保证。传统轨道交通在线路配线规划设计时需要综合线网规划、列车运行交路、线路分期实施计划、场段位置、线间资源共享、运营组织方案等多项因素，而要实现网络化运营，则还需特别考虑两线联络线的设置方式与跨线运营组织方式协调一致。

以往城市轨道交通各线路独立运行，线路之间选择合适的位置设置联络线，用于线路间临时车辆调度，实现多线间共建综合车辆维修基地、资源共享、节约城市土地资源。考虑到土建及工程造价等因素，传统线路间联络线仅在车站上行或下行线选择一处设置联络线。

网络化运营实现线网间的跨线运营，在客流较为密集的区域考虑共用线路，也可考虑采用联络线方式将线路连接，两线间上、下行均需设置联络线。联络车站的配线设计位置、长度、道岔型号等均需满足跨线运营能力要求。同时需结合互联互通线路各线的运营能力，合理定义跨线运行时的行车间隔。确保各线运营能力与跨线运行时的行车间隔相匹配。以某互联互通联络车站为例进行说明，如图3 所示。

图3 某互联互通联络车站信号平面布置示意图Fig.3 Schematic diagram of signal plane layout in a connecting station

L1 线与L2 线两线分界点设置在上、下行联络渡线之间，当列车A、列车C 在L1 线下行线运行，列车B 从L2 线进入L1 线下行线，插入列车A 与列车C 之间运行。则跨线运行流程为：

1）列车A 在本站按信号指示发车；

2）列车A 尾部越过JZ3 后，L1 线办理列车B进入L1 线的接车进路，L2 线办理列车B 进入L1 线的发车进路；

3）列车B 按信号指示跨线运行，列车尾部越过JZ3 后，L1 线为列车C 办理进路；

4）列车C 在本站按信号指示发车。

对于L1 线追踪运行的本线列车而言，由于非折返进路可以被后车重复车征用，其间隔将考虑前车位置，并确保后车不发生因前车导致的降速。根据上图示例，对于跨线列车而言，其间隔考虑的因素较多，例如：

1）B 车追踪A 车的间隔，需考虑列车A 尾部越过JZ3 时办理进路，L1 线办理列车B 进入L1 线的接车进路（X3 至X4）、L2 线办理列车B 进入L1 线的发车进路（X1 至X3）的进路办理时间，以及列车B不发生因X1 未开放导致的降速造成的走行时间；

2）C 车追踪A 车的间隔，需考虑列车B 尾部越过JZ3 时办理进路，L1 线为列车C 办理进路的时间（X2 至X4），以及列车C 不发生因X2 未开放导致的降速造成的走行时间。

综上分析，与L1 线的最小追踪间隔相比，当列车B 从L2 线进入L1 线运行时，列车B 与列车A、列车C 与列车B 的最小追踪间隔都会增加，因此在进行线网规划时，应考虑该因素对线路运能的影响，行车、线路和轨道专业共同研究，设置合理的道岔号和配线形式，确保插车时的最小追踪间隔小于最小运营间隔，并留有一定余量。

4.2 限界、车辆及供电

限界是限定车辆运行及轨道区周围构筑物超越的轮廓线，分为车辆限界、设备限界和建筑限界，其中车辆限界是两线能否互联互通的限制条件。能够互联互通的线路，其车辆应满足双方车辆限界要求，如A 线采用A 型车，B 线采用B 型列车，此种情况下仅能实现B 线列车在A 线跨线运行，不能实现A 线列车在B 线的跨线运行，但由于站台边缘距线路中心的距离不一致，B 线列车在A 线也无法载客运营。因此在限界规划设计时，应充分考虑线网互联互通规划，对于需要网络化运营的线路，需考虑采用一种车体宽度确定本线网限界。

与限界同理，车辆型号、列车编组也是实现互联互通的限制因素，车辆型号决定限界大小，列车编组决定线路、辅助线及车站站台的长度。在车辆规划设计时，也应统筹考虑线网互联互通需求，合理规划车辆型号、各线列车编组及旅客信息提示方式，在车辆限界统一的基础上，各客室门之间的间距应保持一致。可考虑采用灵活编组方式，在高峰采用长编组列车运行，平峰采用短编组列车运行，以便在平峰时，在不加大运营间隔的情况下，运能与客流需求相匹配。

车辆的牵引供电方式一般分为架空接触网供电及接触轨供电两种，供电电压有DC750 V、DC1 500 V 和AC25 kV 三种。网络化运营线路建议选择统一的供电方式及供电电压，以便标准化车辆供电类型，减少车辆及轨旁供电设备的工程投资。若因条件受限采用不同的供电制式，则可采用双流制车辆，车辆兼容直流及交流供电制式，同时在两线接轨线路段设置供电重叠区，并通过与信号系统接口，实现车辆在两线间运行时牵引供电方式的自动切换。

4.3 信号

城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全、实现行车指挥和列车运行现代化、提高运输效率的关键系统设备。以往各线不同型号信号系统仅通过简单的线间接口信息实现降级跨线运行，不能以CBTC模式跨线运行，无法实现列车在线网间的高效运行。近年来，轨道交通信号系统完成了由国外进口向全自主化的成功转变，随着自主化信号系统技术的不断发展，信号系统互联互通也已具备实施条件，国内重庆、北京、长沙、青岛等多地已开展了信号系统互联互通的研究及工程实施，重庆已率先开通运营。

4.4 运营管理

运营管理是轨道交通能够安全、有序、高效运营的基础保障，包括行车组织管理、客运组织管理、设备设施维护管理及安全运营管理等方面的工作。

单线独立运营时，运营管理以每条线路为单位进行开展，各线相互独立。随着互联互通技术的不断发展与成熟，轨道交通已具备网络化运营条件，城市中的多条线路乃至全部线路可以以线网为单位进行运营管理。对于考虑采用网络化运营的城市，可考虑将云计算、大数据、信号互联互通等新技术与传统技术深度融合，由传统的多线多中心方式向多线单中心方式演进，制定中心与车站设备的标准接口协议，将线网上的所有线路纳入同一中心调度指挥，通过统一界面、统一指挥提高线网的运营水平和应急处置能力。利用云平台高性能计算优势统筹协调计算资源，以满足线网中不同系统对计算资源的需求，也为今后运营及维护数据的挖掘、分析和再利用提供了技术保障。

随着网络化运营模式的到来，轨道交通的运营管理也进入标准化时代。线网共用一套运营管理体系，与标准化的系统设备及基础设施相配套，将使得运营管理更加便捷、高效。当下，运营尽早介入新线建设过程，把乘客和运营的需求贯彻建设过程始终，建立运营和建设的无缝对接机制，已成为各城市地铁建设的经验共识。因此，尽早建立标准化运营管理体系，在线网规划阶段指导和规范工程建设，在网络化运营模式下的现代城市轨道交通中将变得更加意义深远。

5 结束语

线网规划，重点在“网”。如何实现轨道交通多线之间资源共享、使轨道交通各线相互协作运行、发挥线网运营的最大优势，是目前轨道交通需重点考虑的问题。笔者从网络化运营角度出发，提出了对城市轨道交通线网规划需重点考虑的环节。除此之外，规划者仍需结合城市发展规划、客流预测等信息综合分析，合理规划城市轨道交通线网。