既有城市轨道交通线路开行大站快车影响因素及方案研究

于德涌

（深圳地铁建设集团有限公司，广东深圳 518027）

近年来，随着我国经济的发展，一、二线城市规模不断扩大，从单一中心城区逐步向“一核多中心”的模式发展。为支持市域周边组团的可持续发展，满足主城区和市域组团间客流通勤、通学的出行需求，城市轨道交通线路也逐步向市域范围延伸，许多既有线路承担了较多的市域客流运输功能。其中绝大多数线路采用站站停的列车运营模式，这些线路在运营中通常存在运营速度偏低、列车运行时间长、部分车站乘降量小等问题。为解决上述问题，本文探讨在既有城市轨道交通线路开行大站快车，采用快慢车结合的行车组织方式，以满足不同人群对交通出行的不同需求，提高服务质量。

1 大站快车运营模式及优缺点分析

1.1 大站快车定义及特点

大站快车（以下简称“快车”）是指仅停靠线路中客流量较大车站的列车，是相对于停靠所有沿途车站的站站停列车（以下简称“慢车”）而言的[1]，这2种列车的停站示意图如图1所示。由于快车停站次数比慢车少，因此其旅行速度更高。相关研究表明，对于常规城市轨道交通线路（最高运行速度为80 km/h的线路），快车减少1次停站可节约1 min左右，具体包含起停附加时间约30 s，停站时间约30 s[2]。

图1 快慢车停站示意图

1.2 运营模式

采用快慢车结合的行车组织方式时，快车的具体运营模式有2种：①快车越行模式；②快车不越行模式。快车越行模式是指慢车在越行线避让，快车越行慢车的运营模式，如图2a所示；而快车不越行模式是指快车不越行慢车，快慢车追踪运行的运营模式，如图2b所示。

图2 快慢车结合时的快车运营模式示意图

1.3 优缺点分析

当采用快车越行模式时，需要在线路中间的部分车站设置越行线，以方便慢车在此避让从正线快速通过的快车，因此会带来慢车“更慢”的问题。此外，还需要在线路上设置部分越行站，越行站的布置方式一般有双岛正线外侧（方式1）、双岛正线内侧（方式2）、单岛正线外侧（方式3）及双侧正线内侧（方式4）4种，如图3所示。其中，方式1和方式3适用于地下车站，方式2和方式4适用于高架或地面车站。在方式1和方式2中，快车利用正线快速通过车站，越行线是慢车避让线。这2种方案的优点是配线功能全面，快车在不越行时可在正线停车上下乘客，而且快车和慢车使用的到发线固定，便于乘客识别；缺点是车站规模较大，而且由于正线临靠站台，快车通过站台时需限速。方式3和方式4的优点是车站规模较小，正线不临靠站台，快车通过车站时无需限速；缺点是快车无停站条件，运营的灵活性不强。由此可见，若既有城市轨道交通线路采用快车越行模式，需要对车站进行工程改造，导致土建工程投资大幅增加，因此在客观上限制了此运营模式在既有城市轨道交通线路上的推广。

图3 越行站布置方式示意图

而采用快车不越行模式时，由于慢车不需要避让快车，因此不会出现慢车“更慢”的问题；而且不需要设置越行线或越行站，省去了车站工程改造方面的投资。因此，该模式将成为我国既有城市轨道交通线路开行大站快车的首选模式。

2 既有线路开行快车的影响因素分析

2.1 客流特点

从运输需求的角度看，停站方案是否符合客流空间分布特征是判定其适应性的基本依据，其中最关键的因素是各站点的上、下车客流量。每条线路上各站点的上、下车客流量分布并不是绝对均衡的，其空间分布特征可用不均衡系数和标准偏差2个指标进行描述。实践证明，各站点上、下车客流量不均衡程度较高的线路（尤其是长距离乘客出行比例较大且某些车站直达客流较多的线路）适合开行快车，可较好地发挥其客流集散的作用。

根据上、下车客流量的不均衡程度，可以确定快慢车的开行比例。通常情况下，不均衡程度越高，快车的开行比例应越大。但从保障服务水平的角度考虑，快慢车开行比例的确定还应兼顾乘客平均运距，对于乘客平均运距较短的线路，增加慢车数量能够最大限度地满足短距离乘客的出行需求。因此，在实际操作中，应对两者进行综合考虑。

2.2 线路通过能力

城市轨道交通线路通过能力是指在采用一定车辆类型、信号设备及行车组织方式的条件下，城市轨道交通线路各项固定设备在单位时间内所能通过的最大列车数[3]，可通过下式计算：

式（1）中，Nmax为单位时间（1 h）内线路某方向通过的最大列车数，列/h；I为列车最小行车间隔（取列车追踪间隔时间和列车最短折返发车间隔时间中的最大值），s。

2.3 开行快车产生的线路通过能力损失

理论研究[4-8]发现，开行快车将会对线路通过能力造成损失。开行快车后，线路单位时间（1 h）内可开行的列车总对数N通过下式计算：

式（2）中，I为列车最小行车间隔，min；t节约为快车不停站所节约的时间，min/站；n快为单位时间（1 h）内快车开行对数，对/h。

由式（2）可知，开行快车数量越多，线路通过能力损失越大；同时，快车不停站所节约的时间越长，线路通过能力损失也越大。因此，高峰小时最大断面客流量越大，需要开行的列车对数越多，则可供开行快车的线路通过能力就越小。

2.4 车辆配属数

车辆配属数也是影响线路开行快车的重要因素。通常城市轨道交通建成投入运营时的车辆配属数是根据线路开通后第3年（初期）全日开行计划要求确定的。目前，国内城市轨道交通线路初期购置的车辆数量一般可满足列车按3～5 min的追踪间隔时间运行，而后续再购置车辆则需要经过立项、研究、审批、招标、采购、生产、交车等一系列流程，通常需要3～5年甚至更长的时间。因此，可以考虑在线路初期还存在较大运输能力富余的情况下，充分利用配属车辆组织开行快车。

3 快车开行方案及其优化

本节以在建深圳地铁14号线为例，根据其客流预测数据及设计线站位，研究其初、近、远期的快车开行方案[9-10]。

3.1 线路概述

深圳地铁14号线工程起自福田中心区岗厦北站，终于坪山区沙田站，串联福田中心区、清水河、布吉、横岗、龙岗大运新城、坪山中心区、坑梓、沙田等区域，覆盖深圳市东部地区南北向交通需求走廊，是联系深圳市中心区与东部组团的城市轨道交通快线。线路全长50.3 km，并预留进一步延伸至惠州的条件；设站18座，均为地下站；最高设计速度为120 km/h；车辆采用A型车8辆编组；设计最小行车间隔为2 min；初、近、远期的列车高峰小时开行对数分别为14、24和27对；考虑到深圳市轨道交通网已较为成熟，初期车辆按满足18对/h的开行计划进行采购；线路没有设置越行站和越行线的条件。

14号线现已全面开工建设，计划于2022年底投入运营。

3.2 客流特征

根据客流预测分析，14号线早高峰小时断面客流量大于晚高峰，客流量较大的方向为沙田站至岗厦北站方向，初、近、远期早高峰小时断面客流量及车站乘降量数据如图4所示。由图可知，初、近、远期高峰小时最大断面客流量分别为2.22、3.89和5.37万人次/h，均位于布吉站—清水河站区间；乘降量较小的车站为六约北站、肿瘤医院站、宝龙站及坪山广场站4座车站。

图4 14号线初、近、远期客流特征

3.3 快车开行方案

由于14号线没有设置越行站或越行线的条件，因此只能按照不越行模式开行快车。由3.2节的客流预测分析可知，该线有4座车站的乘降量较低，可作为快车不停靠车站。根据模拟牵引计算结果，快车不停站共可节约运行时间约5.3 min。若当前可实现的列车追踪间隔时间为2 min，则快车扣除系数为4（相当于开行1对快车，占用了4对慢车的通过能力），据此可以计算出初、近、远期快慢车高峰小时允许开行对数，计算结果如表1所示。

由表1可知，在实现2 min列车追踪间隔的情况下，初期高峰小时可组织开行5对快车、9对慢车；充分利用初期配属的18对列车则可开行3对快车、15对慢车；近、远期由于高峰小时列车开行对数的逐步增加，线路的富余通过能力减小，分别仅可开行2对和1对快车。

表1 初、近、远期快慢车高峰小时允许开行对数计算结果（追踪间隔2 min）

若考虑运营初期各系统需要磨合及运营管理水平有待提高等因素，将列车追踪间隔时间设置为2.5 min，则初、近期（当远期最小追踪间隔时间为2.5 min时，线路通过能力不足，故不讨论）快慢车高峰小时允许开行对数计算结果如表2所示。

由表2可知，当列车追踪间隔时间为2.5 min时，初期高峰小时可开行5对快车、9对慢车；充分利用初期配属的18对列车则可开行3对快车、15对慢车；近期无富余通过能力开行快车。

表2 初、近期快慢车高峰小时允许开行对数计算结果（追踪间隔2.5 min）

若希望进一步提高快车的旅行速度，则需要跳停更多的车站。假设跳停车站增加到6个，则快车的旅行时间与慢车相比可缩短8 min，按2 min的列车追踪间隔时间计算，快车扣除系数将达到5。计算可得，初期高峰小时列车开行总对数为14对时，可组织开行4对快车、10对慢车；充分利用初期配属的18对列车则可开行3 对快车、15对慢车。

3.4 优化方案

3.3 节中的方案均以慢车为主，快车为辅，这些方案有利于满足不同距离乘客的不同出行需求，但却难以提升线路的通过能力。若线路条件允许开行多种快车并采用以快车为主的行车组织模式，则会有不同的方案，并产生优化的效果。

下面将以开行慢车和2种快车（快车A和快车B）的行车组织模式为例进行分析。假设快车A停靠车站1、3、5、7、9、10，快车B停靠车站1、2、4、6、8、10，而且快车B追踪快车A运行，其停站方案如图5所示。

图5 停站方案示意图

经测算，当慢车与快车的开行比例为1 : 2（具体行车组织模式为快车A追踪慢车，快车B追踪快车A，慢车追踪快车B，如图6a所示）时，快车相对于慢车的扣除系数为3。然而，当慢车与快车的开行比例为1 : 4（具体行车组织模式为快车A追踪慢车，快车B追踪快车A，快车A追踪快车B，快车B追踪快车A，慢车追踪快车B，如图6b所示）时，快车相对于慢车的扣除系数为2。

图6 不同快慢车开行比例下的行车组织方案

在此种行车组织模式下，快车B追踪快车A时，这2种快车之间不会产生通过能力的占用关系，不会发生扣除；快车A追踪快车B时，扣除系数很小；扣除主要在快车A与慢车间产生。随着快车开行对数的增加，快车相对于慢车的扣除系数将逐步减小。由此可知，此种行车组织模式有利于开行更多的快车，在线路条件允许时，可大幅提升行车组织效率和乘客服务水平。

以深圳地铁14号线为例，仅从运输组织角度考虑，若慢车与快车开行比例为1 : 2，快车A和快车B交替停靠相邻站点，按快车不停靠6座车站、列车追踪间隔时间2 min计算，14号线目前的线路条件最多可允许开行8对慢车、16对快车，线路通过能力将显著提高。

4 结语

本文对既有城市轨道交通线路开行快车方案进行了研究。研究结果表明，城市轨道交通线路在开通运营初期列车开行对数不多、部分车站乘降量持续较低的情况下，具备开行快车的条件和可行性。采用快车不越行的运营模式，无需对线路的土建工程进行改造，而且可满足不同人群对交通出行的不同需求，提高城市轨道交通的服务质量，可为实现城市轨道交通的高质量运营提供参考和借鉴。