区域轨道交通综合运能匹配评价方法研究

蒋洁滢

（西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031）

1 概述

区域轨道交通多种制式并存，主要包括高速铁路、普速铁路、城际铁路、市域铁路以及城市轨道交通五大类。区域轨道交通多制式发展能够充分发挥区域性城市群的整体效益，缓解区域交通日益增长的客流压力。在多制式轨道交通一体化背景下，探讨区域内各制式间的运能匹配情况，是区域轨道交通基础设施能力合理利用与加强的前提，更是区域轨道交通网络运输能力协调优化的基础。

目前，轨道交通运能匹配研究主要集中在2个方面：一是从枢纽场站设施设备布局和运营组织方法角度，研究客运枢纽的换乘协调问题。周华[1]研究了枢纽内换乘设施设备布局及旅客流线的合理性；南天伟[2]将铁路枢纽作为整体，研究对所吸引外部公路交通的疏散情况。二是研究城市轨道交通运力运量供需匹配。李思杰等[3]提出了城市轨道交通运行图能力与客流需求匹配度的概念及计算方法，综合评价了运行图能力与乘客需求的匹配情况；田婉琪[4]构建了综合考虑区间列车运力利用及车站乘客服务水平的多层次协调匹配评价指标体系。

既有研究多围绕单一轨道交通制式的运能供需匹配展开，其中又以城市轨道交通居多，单一制式研究方法并不适用于多制式轨道交通一体化背景下的综合运能匹配研究。优化枢纽运输组织是铁路运输能力挖潜增效的有效途径[5]，因此，现有多种交通制式能力匹配研究均立足于枢纽层面，但枢纽只是多制式区域轨道交通系统的一部分，其自身换乘设备能力满足客流需求不足以反映整个系统运能匹配情况。

立足多制式轨道交通一体化背景，从区域轨道交通系统枢纽及线路层面，分析区域轨道交通综合运能匹配内涵，分别构建运能匹配度评价模型，最终形成“点+线”的区域轨道交通综合运能匹配评价体系。在此基础上，重新定义区域轨道交通综合运能匹配评价指标，并以成都东客站为例，进行区域内各制式轨道交通运能匹配整体评估。

2 区域轨道交通综合运能匹配评价

整体而言，区域轨道交通运能匹配包括“点”“线”2个层面，因此，进行区域轨道交通综合运能匹配评价时，采取以下思路：首先分别对区域内枢纽和线路进行运能匹配研究，在此基础上构建复合指标，形成区域轨道交通综合运能匹配评价体系。

2.1 运能匹配概念

区域轨道交通运能匹配是指区域内枢纽和枢纽衔接线路能力的高效利用，保证区域轨道交通系统内枢纽及枢纽衔接线路能够提供的最大运能在满足当下旅客运输需求的同时，能够有效应对突发客流的增长。区域轨道交通枢纽运能匹配是指在一定时间内，区域轨道交通某制式能够提供的旅客运输量与旅客对该制式的换乘需求达到平衡。定义区域轨道交通枢纽运能匹配度为：单位时间内，枢纽内某一轨道交通制式所承担的换乘客流与该制式旅客运输能力的比值。区域轨道交通线路运能匹配则指在一定时间内，枢纽衔接线路的最大运能供给与旅客运输需求的平衡。用现有旅客运输能力表征旅客运输需求，线路承载能力表征线路最大运能供给，二者比值即为区域轨道交通线路运能匹配度。

定义区域轨道交通综合运能匹配评价指标Kmatch为：

式中：H为区域轨道交通枢纽运能匹配度；L为区域轨道交通线路运能匹配度；θ为区域轨道交通运能匹配经验最优值。

Kmatch反映了区域轨道交通枢纽及线路运能匹配度偏离经验最优值的程度，Kmatch越小，说明区域轨道交通综合运能匹配度越接近于最优指标，即区域轨道交通综合运能匹配情况越好。H和L为适度指标，即指标值并非越大或越小越好，而是在适度范围内，越接近区域轨道交通系统运能匹配经验最优值越好。

2.2 运能匹配影响因素

对于区域轨道交通枢纽而言，其匹配度由换乘客流量和枢纽旅客运输能力决定。换乘到某一制式的客流总量则与枢纽内其他制式衔接方向、高峰时段通过和终到列车性质以及枢纽内各制式间的换乘比例有关；某一制式旅客运输能力则与枢纽内该制式衔接方向以及高峰时段通过及始发列车性质有关。

对于区域轨道交通线路而言，其匹配度则由枢纽衔接线路现有旅客运输能力与该线路最大承载能力决定。定义线路最大承载能力为高峰时段该线路所能运输的最多旅客人数，其与线路通过能力以及列车性质有关。

2.3 运能匹配度计算

2.3.1 枢纽运能匹配度

在区域轨道交通枢纽内部，某一轨道交通制式所承担的换乘客流是其他轨道交通制式换乘到该制式的客流量总和，而各制式能够提供的最大旅客换乘能力则等于枢纽内各制式始发与途经列车的旅客运输能力之和。

区域轨道交通枢纽内第j种轨道交通制式所承担的旅客换乘量Qj为：

式中：φ为高峰时段到达枢纽的旅客换乘轨道交通的比例；aji为高峰时段第i种制式换乘至第j种制式的客流占第i种制式总换乘量的比例；Qi为高峰时段到达枢纽内的第i种制式需要换乘的客流总量；Ni为枢纽内第i种制式衔接的方向数；n为第i种制式在枢纽内衔接的第n个方向（n=1，2，…，Ni）；qizn为高峰时段枢纽内第i种制式衔接第n个方向的终到列车数，qitn为高峰时段枢纽内第i种制式衔接第n个方向的通过列车数，城市轨道交通的这2个变量可由高峰时段时长与列车平均到达间隔时间的比值确定，而其他轨道交通制式则由枢纽具体情况而定；Pi为第i种制式车辆的定员；Pin为高峰时段枢纽内第i种制式衔接第n个方向的列车途经该枢纽时的平均下车人数；Jizn为高峰时段枢纽内第i种制式衔接第n个方向的终到列车平均编组数；δizn为高峰时段枢纽内第i种制式衔接第n个方向的终到列车平均载客率。

此外，枢纽内第j种制式的旅客运输能力Uj为：

其中，

式中：Usnj为枢纽内高峰时段第j种制式衔接第n个方向的始发列车旅客运输能力；Utnj为枢纽内高峰时段第j种制式衔接第n个方向的通过列车旅客运输能力；qsnj为高峰时段第j种制式衔接第n个方向的始发列车数，城市轨道交通该变量可由高峰时段时长与始发列车平均到达间隔时间的比值确定，其他轨道交通制式由枢纽具体情况而定；Jjsn为高峰时段枢纽内第j种制式衔接第n个方向的始发列车平均编组数；δjsn为高峰时段枢纽内第j种制式衔接第n个方向的始发列车平均载客率；qtnj为高峰时段第j种制式衔接第n个方向的通过列车数，城市轨道交通该变量可由高峰时段时长与通过列车平均到达间隔时间的比值确定，其他轨道交通制式则由枢纽具体情况而定；Jtnj为高峰时段枢纽内第j种制式衔接第n个方向的通过列车平均编组数；δtj为途经枢纽的第j种制式列车车辆的极限满载率；δtnj为高峰时段枢纽内第j种制式衔接第n个方向的通过列车下客后平均载客率。

则区域轨道交通枢纽第j种制式的运能匹配度为：

2.3.2 线路运能匹配度

区域轨道交通线路运能匹配度由高峰小时枢纽衔接线路现有旅客运输能力与该线路最大承载能力决定。其中，线路最大承载能力，即线路最大能够运输的旅客人数与线路通过能力[6]以及列车性质有关。假设研究区域内所有列车均追踪运行，则第j种制式衔接线路最大承载能力Cj为：

式中：T为轨道交通高峰时段时长，min；Ijn为第j种制式衔接第n个方向列车追踪间隔时间；Sjn为第j种制式衔接第n个方向客流区段长度，km；Vjn为第j种制式衔接第n个方向列车平均运行速度，km/h；Jjn为第j种制式衔接第n个方向列车平均编组数；δjn为第j种制式衔接第n个方向车辆定员，对城市轨道交通而言为最大满载率；kjn为第j种制式衔接第n个方向列车在该枢纽车站停站上下旅客的概率。

需要注意的是，由于普速铁路线路存在严重的客货混跑现象，因此对于普速铁路而言，其衔接线路最大承载能力由客流区段历史最大值确定。

则区域轨道交通第j种制式的线路运能匹配度为：

2.3.3 综合运能匹配评价指标

由式（1）可知，区域轨道交通综合运能匹配评价指标Kmatch反映的是区域轨道交通枢纽及线路运能匹配度偏离经验最优值的程度。关于运能匹配度经验最优取值，田婉琪[4]将城际铁路运力运量匹配度≥0.6作为最优匹配状态；赵德[7]对不同制式的换乘运能匹配度进行了分级，认为最优匹配度＞0.9，其次为0.7～0.9；欧阳展[8]则认为铁路与城市轨道交通最优换乘运能匹配度应处于0.78～0.83；彭其渊等[9]认为线路（区段）通过能力利用率超过0.8则需研究能力加强方案以避免出现运能不匹配的情况。综合上述分析，将区域轨道交通运能匹配经验最优值定为0.78。则区域轨道交通第j种制式综合运能匹配评价指标Kjmatch为：

越大，区域内该轨道交通制式综合运能匹配性越差，说明该制式枢纽或线路匹配度严重超出或低于经验最优值。当指标严重超出经验最优值，表示综合运能无法满足区域内旅客对轨道交通的需求，具体表现为枢纽内旅客无法及时疏散、旅客换乘或候车时间增加或列车内过度拥挤等，此时应当适度增加基础设施配备或进行运输组织优化以解决运能不匹配的情况；当指标严重低于经验最优值，则存在运力浪费，应当寻找非供需因素产生的原因，尝试从运输组织角度重新制定区域内轨道交通枢纽及线路（或通道）的分工方案。

3 案例分析

以成都东客站为例，该站多制式轨道交通并存，包括普速铁路、高速铁路、城际铁路以及地铁4种，高峰时段轨道交通各制式间换乘比例参考我国典型轨道交通枢纽换乘比例[10]并结合成都东客站实际情况确定（见表1）。

表1 成都东客站轨道交通制式间换乘比例 %

取18：00—20：00为成都东客站高峰时段，该时段接发列车种类及性质见表2。普速铁路列车平均编组数量为16辆，平均每节车厢（包括软卧、餐车、宿营车等）定员为89人，高峰时段终到列车平均载客率为71%，始发列车平均载客率为75%，通过列车平均每列车下车人数为215人；高速铁路列车最小追踪间隔时间为5 min，高速铁路和城际铁路8辆编组列车定员为600人，16辆编组列车定员为1200人；高速铁路列车高峰时段终到列车平均载客率为70%，始发列车平均载客率为80%，通过列车平均每列车下车人数为80人，在成都东客站停站概率为0.82；城际铁路列车高峰时段终到列车平均载客率为75%，始发列车平均载客率为85%，通过列车平均每列车下车人数为110人，在成都东客站停站概率为0.95。此外，成都东客站为成都地铁2号线和7号线车站，成都地铁2和7号线18：00—20：00时段内行车量分别为34对和26对、下车总人数约为8190人，平均6辆编组，每列车定员为1440人，列车最大满载率为119%，运行至成都东客站后的平均载客率分别为73.5%和61.1%。成都东客站换乘地铁2和7号线客流比例为1.8∶1.0，最小发车间隔时间分别为2 min 40 s和3 min 50 s。

本案例中，φ取0.71，则成都东客站普速铁路、高速铁路、城际铁路以及地铁枢纽运能匹配度分别为1.68、0.94、0.64和0.86，线路运能匹配度分别为0.26、0.35、0.61和0.82，综合运能匹配指标分别为0.73、0.32、0.16、0.06。

表2 高峰时段成都东客站接发列车种类及性质

由以上分析结果可知，成都东客站地铁综合运能最为匹配，其次是城际铁路，匹配指标较差的为高速铁路和普速铁路。结合枢纽和线路运能匹配度指标可知，成都东客站普速铁路和高速铁路在高峰时段18：00—20：00枢纽运能匹配度过高，而线路运能匹配度过低，说明高峰时段成都东客站运能难以满足区域内旅客的换乘需求，即高峰时段上述2种制式轨道交通会出现客流无法及时疏散、旅客换乘或候车时间过长等问题；而线路层面则存在运力浪费现象。究其原因，主要是该时段终到列车数量较多，始发和通过列车数量及编组辆数较少造成的。

4 结束语

区域轨道交通综合运能匹配评价方法能够覆盖枢纽和枢纽衔接线路，全面把握区域内各种制式轨道交通运能匹配情况。结合枢纽运能匹配度、线路运能匹配度和综合运能匹配评价指标3个评价结果，能够清晰反映区域轨道交通运能匹配的薄弱环节，进一步分析产生的原因，有助于促进区域轨道交通基础设施能力的合理利用，充分发挥区域轨道交通的整体效益。