北京大兴国际机场轨道交通专线延时运营方案设计研究

刘晓庆，孙继营，杨晓飞，金艳萍，周 彤，戚建国

（1.北京市轨道交通运营管理有限公司 运营支持部，北京 100068；2.北京市轨道交通运营管理有限公司 运营控制中心，北京 100068；3.北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044)

随着我国城市轨道交通的发展，尤其是北京、上海、广州、深圳等一线城市轨道交通逐渐从扩张期向平稳发展期过渡。改善运营服务质量、提升运营效率将成为城市轨道交通下一阶段发展的主题，其中运营时长是城市轨道交通运营服务质量中重要的考量标准[1]。大兴机场线作为北京大兴国际机场的轨道交通专线，面向国内外旅客具有对标航空的高品质配置，线路一期工程为北航站楼至草桥段，正线土建工程全长41.36 km。大兴机场线具有列车运行速度高、乘车舒适性高、车站附带城市航站楼功能的特点[2]。在确保运营安全的前提下不断提升线路运营服务品质和运营效率，是线路运营追求的目标[3]。随着北京大兴国际机场航班换季，机场夜间航班量增加，机场夜间地面交通接驳的客运需求不断增长。为了兼顾线路夜间检修任务和运营需求，结合大兴机场线当前运营情况，探讨线路末班车延时运营对线路检修、客运以及成本的影响，通过对比分析得到适用于大兴机场线的延时运营方案，能够为后续线路延时运营工作的开展提供重要支撑。

1 北京大兴国际机场及轨道交通专线现状分析

1.1 北京大兴国际机场陆侧交通情况

北京大兴国际机场陆侧交通呈“五纵两横”的综合交通网。“五纵”是指机场地区通往北京市中心城区的交通线路，包括京开高速公路、京台高速公路、大兴机场高速公路，轨道交通有地铁大兴机场线、京雄城际铁路；“两横”指大兴机场北线高速和城际铁路联络线。“五纵两横”开通后，形成集航空、高速铁路、城际铁路、地铁、公路等多种交通方式为一体的“环首都1 小时”综合交通运输体系，将很好地满足北京大兴国际机场周边交通需求，构建京津冀交通一体化主骨架。北京大兴国际机场陆侧交通情况如图1 所示。

图1 北京大兴国际机场陆侧交通情况Fig.1 Landside traffic situation of Beijing Daxing International Airport

1.2 北京大兴国际机场地面各类交通方式占比情况

北京大兴国际机场的客流主要为机场航空旅客客流，还包括旅客接送客流、机场办公人员客流以及其他客流。机场轨道交通方式在进场交通中的载客量比例多为10% ～ 55%不等，常见的载运比在30%左右[4]。根据北京大兴国际机场公共区管理部信息，北京大兴国际机场地面各类交通方式占比为：私家车57%，地铁25%，出租车13%，大巴车4%，铁路1%。地铁在公共交通出行方式中比例最高，大兴机场线对于北京大兴国际机场客流的集散发挥着重要作用。

1.3 大兴机场线首末班车现状

2020 年大兴机场线上下行首班车时间均为6 : 00，末班车均为22 : 30[5]。草桥站目前是大兴机场线唯一的换乘站，能够与地铁10 号线实现换乘。地铁10 号线草桥站双向最早的首班车时间为上行(外环) 5 : 24，最晚的末班车时间为下行(内环—终点站巴沟) 23 : 40。对于草桥站换乘，大兴机场线上行到达草桥站的首班车能够与10 号线进行换乘，由10 号线首班车换乘至机场线下行需要等待30 min 左右(换乘时间约6 min)。对于末班车换乘，由于北京大兴国际机场夜间主要为进港航班，客流主要去往市区方向，大兴机场线上行末班车22 : 51到达草桥站能够与10 号线进行换乘。

根据国内机场轨道交通运营时间，香港机场快线末班车时间最晚，双向末班车时间均晚于00 : 30；内地主要服务于机场的轨道交通线路末班车时间在22 : 00—23 : 10 之间。综合通勤等功能的机场线路末班车时间相对较晚，约在22 : 30—23 : 55 之间。与国际大型机场的轨道交通相比，我国机场轨道交通运营结束时间明显较早，存在航空客流抵港后无法搭乘机场轨道交通的情况。

2 大兴机场线延时运营必要性分析

2020 年底，北京大兴国际机场日均航班量约704 架次，航班分布时间为6 : 00 至次日2 : 00，日均旅客量约8.2 万人次，而大兴机场线日均客运量为2.78 万人次，大兴机场线客流与机场航空客流之比约为1 : 3，两者客流走势基本一致。2020 年11 月大兴机场线客流量与机场进出港旅客量情况如图2 所示。

图2 2020 年11 月大兴机场线客流量与机场进出港旅客量情况Fig.2 Passenger flow of Daxing Airport Express and the airport in November 2020

2020 年底，大兴机场线上行最大断面客流发生在11 月8 日16 : 40—17 : 40 大兴机场站至大兴新城站区间，最大断面客流2 052 人次，最大满载率为28%，线路运力满足客运需求。北京大兴国际机场航班时间分布如图3 所示。从图3可以看出，北京大兴国际机场进港航班高峰为22 : 00—次日01 : 00。根据航空旅客出行习惯，近机位旅客从落地到乘车一般需要用时30 ～ 60 min[6]，大兴机场线覆盖进港航班时段为5 : 00—21 : 30，无法覆盖的进港航班约占进港总量的29%。大兴机场线运营结束后进京方向依然存在较大的客运需求。大兴机场线分时最大断面客流与满载率情况如图4 所示，运营结束前，线路断面客流依然较高。如遇航班晚点，将会导致机场夜间出现客流需求短时激增的现象，此时大量的客流在地铁停运后不得不转向出租车或网约车等其他交通方式[7]。

图3 北京大兴国际机场航班时间分布Fig.3 Flight schedule distribution of Beijing Daxing International Airport

图4 大兴机场线分时最大断面客流与满载率情况Fig.4 Maximum time-sharing section passenger flow and loading rate of Daxing Airport Express

随着机场航班换季，北京大兴国际机场夜间进港航空旅客量进一步增长。为满足夜间客运需求，线路需延长夜间运营时间，为航空旅客进北京城区提供更多的出行选择[8]。

3 大兴机场线延时运营影响及延时方案分析

3.1 大兴机场线延时运营影响分析

3.1.1 地铁线路夜间维修需求

地铁线路的运营时长受多方因素影响，包括行业规定、交通管理部门的相关规范要求，以及线路检测维修工作量和客运需求等[9]。地铁线路的安全运营依托于规范化、计划性的检查和维修制度。为保障日常运营安全，大兴机场线夜间实施的作业种类主要包括轨道巡视、道岔维护、区间配电检查、通信线缆巡视、车辆设备维护检修等作业，区间相关施工全年合计3 164 项，2020 年大兴机场线维修作业统计如表1 所示。

表1 2020 年大兴机场线维修作业统计Tab.1 Maintenance operation statistics of Daxing Airport Express in 2020

3.1.2 延长运营1 h 对维检修的影响分析

如前所述，航班换季后，北京大兴国际机场进港航班高峰集中在22 : 00至次日1 : 00，如果地铁运营将该时段全部覆盖，则大兴机场线至少需要延时运营至次日2 : 00，此时维修天窗时间仅1.5 h。天窗时间缩短，相关专业维修时间减少，夜间工作密度的增加需要通过增加维修人员数量或工时，以及增购工具器具等方式进行弥补，并且需要对多个专业工作时间和工作人员数量、检修作业及检修程序进行调整。此外，部分维修项目不能通过增加检修人数来减少检修时间，如道岔维修作业，以及更换钢轨、更换尖轨、更换辙叉等部分修复性维修作业。因此，线路运营时间延长至次日2 : 00 将极大地增加线路设备故障风险和安全运营风险。

以线路延时运营1 h 为例，即大兴机场线末班车时间由22 : 30 延至23 : 30，回库时间由23 : 20 延至次日00 : 20，分析由此对设备检修带来的影响。大兴机场线延长运营1 h 对设备设施专业检修的影响如表2 所示，实际检修作业时间由3.4 h 缩短至2.4 h，维修时间压缩约30%，相应地夜间日检修量减少约30%。

表2 大兴机场线延长运营1 h 对设备设施专业检修的影响Tab.2 Impact of one-hour extension of Daxing Airport Express on maintenance of equipment and facilities

线路延时运营还需考虑该时段的客运需求。以大兴机场线延长运营1 h 为例，上行末班车发车时间为23 : 30，到达草桥站的时间为23 : 51，而地铁10 号线末班车时间为23 : 41，由延时运营而增加的上行列次50%能够与地铁10 号线进行衔接。线路延时运营时段22 : 30—23 : 30 将覆盖机场全天进港航班量的7.5%，线路的运营效率得到保障。延时运营后线路覆盖机场出港航班时段为8 : 30—次日02 : 00，覆盖进港航班时段为5 : 00—22 : 30。其他方面，假设该延长运营时段行车间隔为15 min，则线路上下行需各增加4 列次。全年运营里程增加约89.54 万车公里，其牵引电耗和动力照明电耗增加约526.37 万kW·h/a。因延时运营，线路的人力成本、电耗成本和设备维护成本等将随之增加。

3.1.3 线路延时运营成本增量分析

城市轨道交通具有较强的公益性。轨道交通的运营成本构成项目众多，根据不同要素，其分类不同。从城市轨道交通运营成本与运营工作量的关系分析，运营成本可以分为可变成本和固定成本2部分[10]。可变成本是随着运营工作量变化的成本，如人员工资、动力消耗和车辆维修费；固定成本是不随运营工作量变化的成本，如运营过程中固定的管理费用和固定设备的维修费用。主要分析不同延时方案下其可变运营成本的变化情况。

延时可变运营成本分为人工成本、电耗成本、维修维护成本。人工成本增加包括因员工数量和员工工时(包括外委人员)增加而导致的成本增加；电耗成本增加包括牵引电耗和系统设备电耗的增加；维修维护成本增加主要包括相关设备维护及零件更换费用增加，根据协议中不同年份平均每车公里增加的维修维护费用计算。延时运营增加的成本计算公式如下。

式中：C i为方案i每年增加的运营总成本，元；Li为方案i每年增加的人工成本，元；P i为方案i每年增加的电耗成本，元；Ri为方案i每年增加的维修维护成本，元。

各项成本计算如下。

结合线路夜间延时运营的影响，对多个延时运营方案进行对比分析，包括各方案压缩的天窗时间，与其他线路的换乘情况以及营运成本的增加等。通过对各方案的比选得到较优的延时运营方案。延时运营方案比较如表3 所示。

表3 延时运营方案比较Tab.3 Comparison of different operation extension plans

表3 中延时运营成本的增加不包括因运营里程增加而导致车辆架修大修频次增加的成本，以及线路因运营时长增加导致的设备折旧费用。以方案1为例，每日设备及运营专业相关岗位工时增加合计约127 h，每年增加工时成本约325 万元；安检、保洁、列车乘务管理员等承包商每日工时增加合计约71 h，每年成本约73 万元；每年牵引及系统设备电量增加约218.6 万kW·h，电耗成本增加约162 万元；每年维修维护成本增加约108 万元。方案2、方案3 的运营成本增加计算方法同理。测算的延时运营成本仅针对于大兴机场线，轨道交通制式、运营管理模式、区域人工成本等方面的不同都会导致运营成本方面的较大差异。

3.2 大兴机场线延长运营时间建议

北京大兴国际机场夜间航班主要为进港航班，故大兴机场线夜间客流主要去往北京市区方向。在运力运量匹配方面，通过预测延时阶段的客流，计算延时运营所增加列车的满载率，方案1 约为27%，方案2 和方案3 约为14%。如果线路上、下行同时延长运营，将会导致下行方向运力浪费。通过对比以上各方案，方案1 延长运营时间最短，增加的车次其列车满载率最高，同时增加运营成本最低，采用方案1 单向延长上行运营时间将更具有实际意义。

2020 年大兴机场线末班车运行图如图5 所示，上下行列车完成运营后将放空运行回车辆段，上下行各放空3 列。由于大兴机场线车辆段位置靠近线路中间站，与草桥站距离约13 km，与大兴机场站距离约25 km。故上行放空运行距离较长，可合理利用此部分运力，建议将上行回空车作为载客列车运行至草桥站后再放空至车辆段。按照方案1，设定行车间隔15 min，上行延长运营时间30 min，一定程度上缓解了部分客运需求。

图5 2020 年大兴机场线末班车运行图Fig.5 Last-train working diagram of Daxing Airport Express in 2020

大兴机场线上行延长运营30 min 后的末班车运行图如图6 所示，增加的车次列车均在草桥站放空回车辆段，避免了列车在长大区间放空运行造成的运力浪费。

图6 大兴机场线上行延长运营30 min 后的末班车运行图Fig.6 Last-train working diagram of extended operation for 30 min in the up-direction of Daxing Airport Express

4 结束语

城市轨道交通线路运营时长是运营服务水平的重要体现。目前城市轨道交通因各项条件制约，需要通过分析、对比、评估设计符合线路条件的延时方案。以大兴机场线为背景的延时方案设计研究，为机场轨道交通专线延时运营方案的制订提供参考。随着城市轨道交通检修水平的不断提升，以及全自动无人驾驶线路、智慧车站的不断建设和推广应用，城市轨道交通的安全性、稳定性将得到更有力的保障，延时运营的成本有望不断下降，延时运营方案设计空间将得到扩展。