潘晓军

(北京市地铁运营有限公司,北京100044)

北京地铁1号线运输能力挖掘研究

潘晓军*

(北京市地铁运营有限公司,北京100044)

日益增长的城市轨道交通客流给既有线路的运营组织带来了巨大压力.本文分析了城市轨道交通提高运输能力的主要措施,发现北京地铁1号线通过扩大列车编组数量和缩短列车运行间隔的措施来挖掘运输能力的潜力较小,提出通过非正常的行车组织方式,采用插车方案来提高1号线的运输能力,该方案能够在早高峰时段提高10%左右的运力,使最大满载率由120%降至110%.经过试验,加开列车能够明显减少站台的滞留人数,实施效果良好,可以为其他线路挖掘运输能力提供思路和经验.

城市交通;北京地铁1号线;运输能力;追踪能力;插车方案

1 引 言

随着北京市轨道交通路网规模的不断扩大和低票价政策的实施,2007年以来,北京地铁客流以年增长率超过10%的速度大幅增长,部分骨干线路高峰时段供需矛盾突出,高峰小时列车满载率超过120%.日益增长的客流给既有线路的运营组织带来了巨大压力,既有线路的土建结构改造困难,因此,需要通过运营组织技术来充分挖掘线路的运输能力.

目前对于运输能力挖掘的研究主要集中在折返能力及车辆配型等方面,钱丽芳等[1]提出了通过优化限速条件和增加点式环线装置计算速度码来提高地铁运能的方法.王志海[2]分析了不同模式下的折返能力并结合实例,提出了在实际运营组织中利用既有站线提高折返能力的措施.赵晓丽和蔡林沁[3]以天津地铁4号线为例,从运能、乘车舒适度、投资、资源共享等方面对A型车6辆和B型车8辆两种编组方案进行了对比分析.付印平等[4]基于元胞自动机,对地铁列车的追踪运行进行了仿真,仿真结果为从发车间隔方面提高地铁的运输能力提供了参考.

本文首先分析了城市轨道交通提高运输能力的主要措施,结合北京地铁1号线的特点,研究了1号线的运输能力在扩大列车编组数量和缩短列车运行间隔方面存在的潜力,最后,提出了高峰时段非正常的行车组织方式,即利用插车来提高1号线运输能力的方案,并通过相关站台的滞留人数分析了方案的实施效果.

2 提高运力的主要措施

对城市轨道交通而言,运输能力一般指在既有车辆、设备条件下,线路单向高峰小时运送的最大乘客数量.运输能力取决于列车编组数量和最小行车间隔.其中,车站、车辆段土建规模及车辆数量决定了列车编组数量;信号、供电、线路等系统设备综合能力及列车停站时间决定了最小行车间隔.因此,地铁运输能力的提高应根据客流需求,通过采取扩大列车编组数量和缩短列车运行间隔等措施来实现,而这两种措施又受到诸多因素的制约,如图1所示.

图1 提高运力的主要措施Fig.1 The principal measures for improving transport capacity

2.1 扩大列车编组数量

扩大列车编组数量是提高运输能力最直接、最有效、最安全的手段.北京地铁1号线一期工程的车站站台长度、折返线及库线、车辆段存车线的长度均是按照6辆编组设计.

扩大列车编组数量的方案主要有6辆编组改7辆编组和6辆编组改8辆编组两个方案,经过对北京地铁1号线土建结构、线路条件及其他设备情况的研究,并通过现场踏勘,发现扩大列车编组数量的措施主要存在以下问题:

(1)6辆编组改8辆编组:八角、玉泉路、万寿路车站主体结构不满足需求,八角、玉泉路、公主坟纵断面竖曲线不满足《地铁设计规范》要求,部分站点主体结构扩建涉及地面建筑改移,风险极大,代价极高,方案基本不可行.

(2)6辆编组改7辆编组:方案基本可行,但须对车辆段、库线及部分车站进行改造和扩建,对相关设备系统进行改造升级.经初步测算,项目投资约30.3亿元,工期3.5年.由于上述改造和扩建将涉及车站设备机房、管理用房拆除和还建,地面建筑的拆除和还建,管线改移,地面交通导改等,施工风险极大,对1号线正常运营影响严重,甚至将以部分区段停运手段作为代价以完成改造工程.因此,该方案在短期内不具备可实施性.

2.2 缩短列车运行间隔

列车运行间隔主要取决于信号安全系统能力、供电系统的能力、车辆配置数量.北京地铁1号线目前使用的信号系统是上世纪90年代初进行改造后的信号系统,通过对列车运行速度的阶梯控制——即超速防护自动闭塞来实现对列车间隔的控制.1号线各系统设备经过多轮规模不等的改造,供电系统能力、车辆配置数量可支持110 s运行间隔,能否缩短列车运行间隔进一步提高运输能力主要取决于信号系统综合能力.

信号系统能力是列车在信号系统区间追踪能力、站停时分和折返能力三者综合能力的体现.通过对区间追踪能力的分析,除站停时分外,其他时间标准均与信号系统设计、线路条件、车辆性能直接相关,在不进行系统设备改造的情况下几乎没有调整的余地.而站停时分与客流大小和站台组织相关,现阶段已经通过优化司机操作流程、提高司机业务技能和加强站台组织的方式将折返时间(包括折返站站停时分)压缩到最小,折返能力基本没有再提高的空间.

可见,现阶段1号线信号系统能力已基本饱和,通过缩短列车间隔的方法来挖掘运输能力的可行性很小.

3 运力挖掘方案

北京地铁1号线既有的线路、信号、车辆条件很难在短时间内提高,无法通过正常的行车组织方式提高运力,因此,需要创新行车组织方式,采用非正常的行车组织方式,深入挖掘内部潜力,充分利用信号系统区间追踪潜力,进一步提高运输能力.

3.1 方案描述

高峰时段,1号线采取非常规行车组织方式,缩减相应限制车站站停时分,缩短列车追踪间隔,下行方向(四惠东至苹果园)从四惠车辆段直接安排列车至四惠站,由四惠站开始载客运行至古城站后清人回段,不进行折返作业,如图2所示.

图2 加车路径示意Fig.2 The routing sketch of inserting trains

3.2 方案实施

1号线目前正线追踪间隔为110 s,折返间隔为125 s,折返能力小于正线追踪能力.在正常行车组织模式下,线路行车最小间隔限制为125 s.考虑采用非正常行车组织模式,避开折返能力不足的限制条件,尽量消除折返能力对最小行车间隔的影响,使行车最小间隔最大程度趋近于正线追踪间隔110 s.

1号线下行方向采用插车方式,在正常交路下,由四惠车辆段加开s次列车,并直回古城车辆段,中途不参与折返作业,因此s次列车与前后列车的最小间隔仅取决于正线的追踪间隔.s次列车与s-1次、s+1次的行车间隔为110 s.

当图定列车与加开列车比例为x：1时,每x次折返列车后加开1列s次列车.则x+1次列车的总间隔为

平均行车间隔为

式中 a为正线追踪间隔;b为折返追踪间隔(折返车站到达追踪间隔、出入库追踪间隔、出发追踪间隔中最大值);ttot为一个插车循环列车总间隔; tave为一个插车循环列车平均间隔.

1号线正线追踪间隔a为110 s,折返追踪间隔b为125 s,因此,有

式中 x≥1.

通过函数可知,当x=1时,每折返1次列车后,插入一列加开列车,此时1号线下行平均最小行车间隔可以达到110 s.而当x逐渐增加时,既插车频率减少时,1号线下行平均最小行车间隔趋近于125 s.

由于四惠车辆段的连续出段能力为240 s,当s +2次列车过后才能继续进行插车作业,因此图定列车与加开列车最小比例为2∶1,即x最小取值为2.

虽然四惠东站折返能力限制为125 s,但发车追踪间隔为112 s,因此提出此方案:s-1至s+3为一个循环,即x=4,如图3所示.此时,四惠车辆段连续出段能力满足要求,且可以完全利用四惠东发车追踪间隔小于折返能力这一特性.

图3 列车间隔示意Fig.3 The sketch of train headways

从图3可以看出,插车循环总间隔时间为569 s,平均间隔113.8 s.通过此种方案,可以将1号线列车最小间隔缩短至110 s,尖峰时段平均列车最小间隔缩至113.8 s,运力提高10%,持续时间为9 min29 s.现阶段1号线早高峰下行客流尖峰时段为7:45～8:15,持续时间约为30 min,需要进行3次循环插车作业,持续时间可以达到28 min27 s,基本覆盖尖峰时段.另外,考虑到减少对图定列车正常行驶的影响,保证正线运营的稳定性,可以在第1次循环过渡适当时间后,再进行第二次循环,以便留出调整余量.

3.3 配套措施

为保证插车方案的实施,需从运营组织上采取以下配套措施.

(1)缩减相应限制车站下行站停时分.

大望路站下行、东单站上下行、复兴门站上下行、礼士路站上下行的通过能力是影响整条线路追踪能力的限制点.因此,要实现1号线下行追踪能力到达110 s,需对上述车站的站停时分进行调整.

列车间隔缩小后,列车满载率略有下降,可以在一定程度上降低乘客乘降难度,同时通过进一步加强站台乘降组织,部分车站的站停时分具备调整空间.

(2)早高峰时段严格限流.

继续执行1号线东端和西端共8座车站常态限流措施,严格控制进站人数和进站速度,并张贴温馨提示,引导乘客错峰出行.

(3)加强车站客运组织疏导与宣传.

全面完善车站客运组织方案,在车站步梯、扶梯、通道等重点部位增加值守人员,加强宣传、疏导.在站台加强组织力量,引导乘客分散上车,快下快上,有序乘降,提高终点站清车速度,确保列车站停时分.

4 实施效果

采用插车方案后,预计1号线尖峰时间段下行方向运力将提高到45 173人次/小时,运力提高10%左右,这一时段最大满载率将由120%降至110%.自2011年12月21日起,1号线早高峰下行方向开始进行试验,在1085次到四惠站后,四惠段至古城段下行加开1501次,在古城站清人后回古城车辆段.8:10～8:15尖峰时间段,列车最小运行间隔已达到110 s.有关车站在加开列车后,站台滞留人数的变化如表1所示.

表1 插车方案后站台滞留人数变化Table 1 The change of detained passengers after the implement of train-inserting scheme

四惠东站:加开列车(1501次)之前正常列车驶离后,站台滞留人数约为450人左右,由于1085次列车后需由四惠车辆段加开列车,因此1086次列车在四惠东站加长站停时分,1086次列车驶离后,站台滞留人数减少至300人左右,后续列车陆续驶离后,站台滞留人数逐渐恢复到450人左右.

四惠站:加开列车(1501次)之前正常列车驶离后,站台滞留人数约为600人左右.当加开的1501次列车驶离后,站台基本没有乘客滞留情况.在后续列车陆续驶离后,站台滞留人数逐渐增加,至后续第4列车驶离后,站台滞留人数又恢复到600人左右.大望路站与四惠站情况类似.

国贸站:由于加开列车(1501次)在大望路站上人后,车厢内已接近满载,且国贸站是换乘车站,上车的人数在一定程度上取决于下车人数,因此加开列车对减少站台滞留人数效果有限.

由试验结果可知,通过加开由四惠车辆段至古城车辆段的列车,使这一时段1号线下行方向多运送乘客1 600人左右,运力提高约10%左右,有效缓解了下行方向四惠站至国贸站区间的客流压力.因此,下一阶段将逐步考虑增加循环次数,以便完全覆盖下行方向的尖峰时段,进一步提高服务水平.另外,考虑在上行方向,采用同样方式,由52号站加开列车至四惠东站,清人后入南库线待命,不进行折返作业,待高峰过后再回段,以缓解上行方向尖峰时刻的客流压力.

5 研究结论

本文通过改进行车组织模式,深入挖掘运输潜力,提出了充分利用信号系统区间追踪能力缩小列车间隔的方案,针对北京地铁1号线,提出的插车方案能够在早高峰时段提高10%左右的运力,最大满载率将由120%降至110%.试验发现加开列车能够明显减少站台的滞留人数,乘车环境有了一定程度的改善,插车方案的实施效果良好.北京地铁1号线对运输能力挖掘的探索与成功实践为其他线路提供了可借鉴的思路和经验.

[1] 钱丽芳,谭喜堂,申朝旭.北京地铁1号线运能现状及提高措施[J].城市轨道交通研究,2012,15(2): 69-73.[QIAN L F,TAN X T,SHEN Z X.Present situation of the transport capacity on Beijing Metro Line 1 and improving measures[J].Urban Mass Transit, 2012,15(2):69-73.]

[2] 王志海.轨道交通终点站折返能力分析及改进研究[J].城市轨道交通研究,2012,15(4):86-89. [WANG Z H.Analysis and improvement of the turnback capacity at rail transit terminal[J].Urban Mass Transit,2012,15(4):86-89.]

[3] 赵晓丽,蔡林沁.天津地铁4号线扩能方案比较与分析[J].铁路工程造价管理,2011,26(5):10-12. [ZHAO X L,CAI L Q.Comparison and analysis of Tianjin Metro Line 4 revamping schemes[J].Railway Engineering Cost Management,2011,26(5):10-12.]

[4] 付印平,高自友,李克平.基于元胞自动机模型的地铁列车追踪运行研究[J].交通运输系统工程与信息,2008,8(4):89-95.[FU Y P,GAO Z Y,LI K P.Modeling study for tracking operation of subway trains based on cellular automata[J].Journal of Transportation SystemsEngineeringandInformation Technology,2008,8(4):89-95.]

Transport Capacity Excavation of Beijing Metro Line 1

PAN Xiao-jun
(Beijing Subway Company,Beijing 100044,China)

The ever-growing passengers of urban rail transit have resulted in a great difficulty for operation. The principal measures for improving transport capacity are analyzed.The potential in improving transport capacity is insignificant for Beijing Metro Line 1 via increasing marshalling coach numbers or declining headways.An unconventional train travel pattern naming train-inserting scheme is presented to improve the transport capacity of Beijing Metro Line 1.The scheme may increase the transport capacity by 10%and decrease the ridership from 120%to 110%during the morning peak period.In view of the practical test,the inserted trains are capable of reducing detained passengers on the platform strikingly.The good implementation might provide ideas and experience for the transport capacity excavation of other metro lines.

urban traffic;Beijing Metro Line 1;transport capacity;tracing capacity;traininserting scheme

U121Document code: A

U121

A

1009-6744(2013)04-0200-05

2013-03-05

2013-05-11录用日期:2013-05-27

潘晓军(1959-),男,辽宁旅顺人,高级工程师.

*通讯作者:panxiaohun59@hotmail.com