多网融合背景下轨道交通网间互联互通适用性研究

王悦欣

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082）

1 引言

轨道交通按照服务半径、技术标准等可以划分为干线铁路网、城际铁路网、市域快线网和城市轨道交通网4个层次[1]。不同层次轨道交通之间的衔接关系直接影响整个系统的运行效率，而运行效率主要体现在乘客的换乘过程优化和轨道交通自身的线路廊道利用。随着城市群的发展，轨道交通通勤、公务等常规客流的出行距离远大于过去，乘客出行频率也较过去有所增加，因此乘客往往需要至少一次换乘才能到达目的地。如果不同层次网络的轨道交通线路实现互联互通，可以减少跨线客流的换乘次数，但实现互联互通需要统筹工程建设投入以及运营成本等因素，因此实现起来并不容易。国外一些国家的轨道交通采用直通运营、共线运营等不同层次轨道交通互联互通的方式，其中，日本东京的直通运营效果最为突出，也常作为我国轨道交通互联互通研究的主要案例。但东京轨道交通采用直通运营的背景与我国轨道交通的发展现状不同，需要分析两者的异同后再进行合理借鉴。因此，对于多网融合轨道交通线路之间是否进行互联互通，需要根据具体连通线路的实际情况并综合技术经济分析再进行判断。

2 东京轨道交通直通运营案例分析

东京轨道交通主要包括地铁、私铁和日本铁路公司（JR）线，其中私铁和JR线主要承担着市郊铁路的角色。东京的轨道交通发展历程与我国不同，是“先外后内”——先在关东大地震后基本形成现在外围轨道交通线网格局（当时以山手线为界，外围依靠铁路、内部依靠有轨电车），随着铁路货运的衰败，逐步转换角色，承担城市客运服务[2]，而在第二次世界大战后地铁才开始快速建设（主要由于经济恢复与发展导致职住分离加剧，同时小汽车数量激增导致道路资源紧张，促使城市内部拆掉有轨电车改建地铁），这种形式造成中心城和外围新城轨道交通线路的物理分离，同时由于外围私铁缺少与中心城线网的多点衔接，增加山手线的换乘压力。因此，山手线的旧式火车站在高峰时难以承担巨大的换乘客流冲击，相关线路运营公司就将部分中心城地铁与外围私铁进行改造，形成郊区与中心城主客流通道之间的直连[3]。东京的直通运营很大程度上是由于轨道交通发展遗留下来的问题而采取的1种弥补手段——即使2条线路具备连通的物理基础，由于改造需要投入大量资金，同时会增加后期运营的难度，但为改善当时轨道交通“通勤地狱”的局面，这些改造和后期运营投入被认为是可以接受的。

而我国轨道交通建设起步较晚，由于借鉴国外早期轨道交通建设经验，我国轨道交通从建设初期规划理念就已经转变，城市轨道交通建设规划主要从中心城开始，依据城市形态向外辐射，因此中心城与外围新城的主客流廊道上极少在建设时出现物理隔断，而目前正在快速建设的市域快线或市郊铁路线路也在规划时尽量深入中心城线网，形成多点换乘，分散换乘客流压力，增加线网可达性。因此，我国大城市的轨道交通线路极少存在这种后期改造连通的需要，对于新建线路之间是否要进行互联互通，应该根据客流需求、廊道资源统筹[4]、建设与运营成本等综合研判。

3 不同网络层次线路互联互通条件研究

不同层次的轨道交通线网中的线路形成互联互通，需要满足土建条件、主要设备条件[5]、运输组织条件和运营协调等要求。

3.1 土建条件

（1）线路线型和站场需按照方向别连通。多条线路在车站形成互联互通，为避免跨线列车切割正线，保证节点通过能力，需要将各条线路的左右线分别连通，车站通常采用方向别的站场布置形式[6]。但按照方向别布置，外侧线路需要在车站两端进行立交疏解，引起线路局部展长，可能会恶化线型条件，同时也会增加车站周边的“三角地”。同时车站配线复杂，站场规模增加，车站面积增加。

（2）站台、配线长度及限界应包容不同的车辆选型及编组。2条线路的车辆选型和编组可以不同，但车站的有效站台长度、配线长度及限界必须要能同时满足两线的列车运营，即按最大限界和最长编组进行设计。

因此，互联互通车站相比于普通换乘站，整个车站的土建工程复杂，规模和投资大，尤其对于地下车站，投资增幅更大。

3.2 主要设备条件

（1）供电系统要一致。国内城市轨道交通主要采用1 500 V直流供电，铁路主要采用25 kV交流供电，如果2条线路进行互联互通，则需要采用相同的供电制式，若受条件限制无法实现统一，跨线列车采用双流制，兼容2种供电制式。

（2）信号系统需兼容。国内轨道交通信号控制系统主要有基于通信的列车自动控制系统（CBTC）和中国列车控制系统（CTCS）2类，如果2条线路进行互联互通，最好采用相同的信号控制系统，如果受有关条件限制无法实现统一，就需要保证跨线列车车载2套系统，同时兼容两线的信号控制系统。

（3）站台门包容各线车型。目前轨道交通车站站台都加装站台门，线路互联互通实现跨线运营后，若两线车辆选型不同，列车车门的位置并不完全对应，站台门需要进行特殊设计或者退台设置，满足不同列车的乘客正常乘降。

3.3 运输组织条件

（1）行车方向统一。我国铁路采用左侧行车，城市轨道交通采用右侧行车，区域快线及市郊铁路则根据具体技术标准的选用更偏向于哪种轨道交通制式来确定行车方向[7]。因此，如果在行车方向不一致的线路间形成互联互通，需要统一两线的行车方向。

（2）两线发车间隔不宜过小。如果两线中至少1 条线在高峰时段的平均发车间隔很小且列车满载率较高，例如，其中1条线路的最小平均发车间隔已经小于3 min，没有富裕能力开行跨线列车或者仅能开行少量跨线列车，那么跨线列车的平均发车间隔将大于15 min[8]，其运输能力和服务水平无法满足跨线客流的需求。

（3）两线速度差不宜过大。如果互联互通的线路最高设计速度相差过大，在发车间隔较小的情况下，当“低速”列车跨线至“高速”线路时，会由于区间运行速度低而拉大与前车的追踪间隔，从而影响区段的通过能力；反之，当“高速”列车跨线至“低速”线路时，需要降速运营，车辆的速度优势无法发挥。

3.4 运营协调

不同层次的轨道交通线网的运营主体一般不同，当两线互联互通进行跨线运营时，运营单位之间需要进行大量的沟通与协调工作，包括统筹编制两线运行图、划定管理与责任界面等。

3.5 小结

综上所述，不同线路之间设置互联互通存在诸多条件要求和限制[9]，土建条件需要根据具体的线路走向确定工程实施代价，而设施设备条件与运输条件对于不同层次的轨道交通线路间的连通要求是普适的，两个层次的轨道交通技术标准越相近，连通后对线路的运营效果影响越小。

4 网间互联互通适用性分析

对于同一层次的轨道交通线路，互联互通主要受制于车站土建条件和运营条件（例如，城市轨道交通发车间隔小，互联互通对线路通过能力影响较大），由于技术标准一致，相较于不同层次的线路，互联互通较易实现。而不同层次的轨道交通线路，在设施设备、运营组织等方面差异大，需要综合考虑经济性与合理性，前期工程与后期运营的投入与最终获得的客流效益、线路资源共享是否匹配。

4.1 换乘客流量大

线路连通的一个主要目的是减少乘客的换乘次数，提高乘客出行效率，提升出行体验，减轻换乘客流对车站的瞬时冲击，所以当两线换乘客流量大时，互联互通带来的跨线换乘效益越大。但两线换乘客流量越大，说明两线运能越饱和，根据上文所述，互联互通后列车跨线运营对各线的运能影响也越大，尤其是在高峰时段，会降低单线运输效率，这也是需求与能力供给的矛盾，需要权衡连通的代价与取得的效益。

4.2 通道能力富裕

当某一廊道上的客流量较小，线路在经过该廊道的区段能力需求较低，运能较为富裕，可以将该廊道内的物理线路整合，即多线在此廊道内利用1条通道实现共线运营，减少新线的建设，充分发挥单线能力，集约廊道资源[10]。共线运营就要求在共线段两端的节点设置连通条件，但不同层次的线网技术标准存在差异，线路设置连通条件的投资与运营成本增加也需要与廊道资源集约带来的经济效益进行对比，确定线路互联互通区段共线运营的必要性。

4.3 小结

不同层次轨道交通线网的轨道交通服务半径不同，客流构成不同[11]，网间互联互通可以实现功能衔接的高效和平顺，通过跨线运营减少部分乘客的换乘次数， 提高线路部分区段的利用效率，提升轨道交通的服务水平和效益。但是线路互联互通需要满足多项技术与管理条件，建设投资和运营成本增加，单线运能受到影响，如图1所示。因此，当2条线路各自的客流需求远未达到系统运能，线路能力尚有富裕时，对于两线换乘节点客流占比较大的情况，进行互联互通设计较为合适。

但当不同层次的轨道交通线路技术标准相差较多或土建条件无法满足互联互通要求，亦或连通的经济性较差、严重影响线路系统功能实现时，可以采用同台换乘方式[12]。这种方式下两线工程相互独立，车站布置形式相对灵活，只需要满足车站站台平行设置的土建条件，同时根据两线的预测客流以及发车间隔预留足够的站台宽度，在后期运营过程中做好列车时刻表的协同，增加两线列车的接续效率，但不影响各线自身的运输能力，也可以满足主要客流方向的乘客快速换乘衔接。

5 结语

不同层次轨道交通线路之间的衔接关系影响整个系统的运行效率，互联互通看似是最直接的优化方式，但需要根据实际情况具体分析连通的适用性。轨道交通之所以分为不同的层次，主要因为不同的线路辐射范围和服务对象不同，需要采用不同的系统制式和运输组织模式满足不同的出行需求。如果让不同层次的轨道交通具备文中所述所有条件实现互联互通，会影响运营效率或者增加建设投资，并且也与轨道交通分层的初衷矛盾。因此，互联互通适用于技术标准较为相近且节点换乘客流量较大的线路，或者在各线能力没有饱和的情况下，通过共线运营可以整合廊道资源，提高线路使用率的情景。根据目前我国轨道交通发展趋势，城际铁路和市域快线是最具备互联互通条件的2张网，但也应慎重考量连通需求，并从技术、经济和体制等方面统筹考虑连通的必要性和代价。