（交通运输规划与管理专业论文）杭州地铁1号线“Y”型线路运输组织相关问题研究.pdf

摘要 摘要 随着我国经济的飞速发展，城市化进程的不断加快，城市交通状况日益恶化。 轨道交通以其运量大、快速、准时、无污染等优势，成为各大、中城市解决城市 交通问题的首选方案。 随着城市轨道交通的不断建设和发展，逐步形成网络，而城市轨道交通网络 初步形成之后，尤其是连通型网络出现后，必将给列车运营组织提出新的课题。 本文以杭州地铁l 号线为背景，研究了城市轨道交通“y ”型连通网络的运输组 织的相关问题。 本文研究城市轨道交通网络的结构与特点，给出了基于网络线路连接形式的 连通型和非连通型城市轨道交通网络的定义、分类及其特点；研究了影响列车开 行方案的各种因素，运用概率论的方法分析了不同线路列车开行比例下网络的通 过能力以及通过能力适应性问题。并以杭州地铁1 号线为背景，进行了列车开行 方案的实证分析研究。 关键词：连通网络、共线运营、列车交路、能力适应性 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dp r o g r e s so f u r b a n i z a t i o n ，t h es i t u a t i o no fu r b a n t r a f f i ca g g r a v a t e dm o r ea n dm o r e u r b a nm a s st r a n s i tb e c o m e st h eb e s ts o l u t i o nt o m o s tt r a f f i cp r o b l e m sf o ri t sa d v a n t a g e ss u c ha sg r e a tc a p a c i t y , h i 曲s p e e d ，p u n c t u a l i t y , n o n - p o l l u t i o na n ds oo n 。 i tw i l lc o m ei n t ob e i n gu r b a nm a s st r a n s i tn e t w o r ka l o n gw i t ht h ec o n t i n u o u s l y c o n s t r u c t i o no ft h eu r b a nr a i l o n c et h eu r b a nm a s st r a n s i tn e t w o r k , e s p e c i a l l yt h e c o n n e c t i v en e t w o r k ，i sf o r m e d , s o m en e wt a s k su p o nh o wt oe f f i c i e n t l yo r g a n i z e o p e r a t i o nf i l e u n d e rc o n s i d e r a t i o n i nt h i sp a p e r , s o m ep r o b l e m sa b o u tr u n n i n g o r g a n i z a t i o nb a s e do n y ”s t y l ec o n n e c t i v en e t w o r ki nh a n g z h o um e t r oa r es t u d i e d b ys t u d y i n gt h es t r u c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i co fu r b a nt r a i lt r a n s i tn e t w o r k ，t h i sp a p e r g i v e st h ed e f i n i t i o n ，c l a s s i f i c a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i co f c o n n e c t i v ea n dn o n c o n n e c t i v e u r b a nt r a i lt r a n s i t ，w h i c hb a s e so nt h en e t w o r kl i n ec o n n e c ts t y l e i nt h em e a nt i m e ， t h ea d a p t a b i l i t yo ft r a n s i tc a p a c i t ya n di n f l u e n c i n gf a c t o r so nt r a i no p e r a t i o ns c h e m e a l ed i s c u s s e d t h ep a p e re x p l o r e st h en e c e s s a r yc o n d i t i o no ft r a i nw o r k i n gp r o g r a m t h a ti st h ec a p a c i t ya p p l i c a b i l i t y t h ea l g o r i t h mo fc a r r y i n gc a p a c i t yi sa l s op r o v i d e d ， i n c l u d i n gt h ea l g o r i t h mo fm a xc a r r y i n gc a p a c i t yl o s s f i n a l l y , ap r a c t i c a lt r a i nw o r k i n g p r o g r a mi sa n a | y t i c a l l ys t u d i e db a s e d o nh a n g z h o um e t r o k e yw o r d s ：c o n n e c t i v en e t w o r k ，t r a i no p e r a t i o nm a n a g e m e n t , t r a i nw o r k i n gp r o g r a m ， 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： ， 矶年弓月f 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 年月 日 学位论文作者签名：占群人 2 。h 埔阵弓月( 莎b 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 躲髫地 p 。n 艚；月防蛔 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 1 绪论 1 1 研究背景 自从1 8 6 3 年伦敦第一条地铁开通以来，城市轨道交通在世界范围内发展十 分迅速。世界上许多大城市纷纷建立了各自的快速轨道交通系统。历史资料表明， 第二次世界大战结束时，全世界只有2 0 座城市有地铁，而目前已有1 0 0 多个城 市建设了地铁系统，线路总长度超过了7 0 0 0k m 。很多大城市的地下都已构筑起 一个上下数层、四通八达的地铁网。 城市轨道交通系统是一种大运量、快速、准时、舒适的客运交通系统，为缓 解城市交通拥挤、运输能力不足的问题提供了极为有效的途径，国外已建成轨道 交通系统的城市，其城市中心轨道交通出行比重( 东京5 8 、纽约2 9 、巴黎 2 6 、伦敦1 9 ) 已经证明这一点。 随着社会经济的发展、城市规划建设的进行，城市轨道交通线网将进一步完 善，轨道交通的优势会得到充分的发挥，成为城市客运交通的骨干甚至主体，它 的重要地位和作用是其它交通方式无法替代的。 我国约有4 0 座城市归类为大城市，人口超过1 0 0 万，其中8 个城市人口超 过3 0 0 万。大城市的交通拥挤状况十分严重，既妨碍了城市经济的发展也影响了 社会活动的正常秩序以及居民的日常出行。大城市车流不畅、交通堵塞、严重污 染造成的经济损失，日益成为制约经济发展的重要因素，全国因城市交通不畅造 成的经济损失已达上千亿元。 为解决这些问题，贯彻执行“公交优先”的政策，大力发展快速、安全、洁 净、准时的大容量城市轨道交通系统已成为社会各界的共识。进入2 1 世纪，我 国首次将“发展城市轨道交通”列入国民经济第1 0 个五年计划发展纲要，并作 为拉动国民经济，特别是大城市经济持续发展的重大战略。 近年来，北京、上海、广州等城市先后建成“复八”线、上海一号线、上海 1 、2 、3 、4 、5 、6 、8 、9 号线及广州l 、2 、3 、4 号线等一系列轨道交通线路， 武汉、大连、南京的轨道交通线路也相继投入了运营。此外，杭州、深圳、长春、 沈阳、苏州、宁波、成都、西安等许多城市的城市轨道交通项目在建设和规划之 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 中。这么大规模的轨道交通工程，建成前需要运输组织规划，建成后需要高效的 运输组织，这都需要高效、合理的运输组织规划方案。 我国的城市轨道交通起步较晚，至今才有三十几年的发展历史。与国外城市 一百多年的城市轨道交通历史相比，无论从线网密度还是从承担的旅客运输量都 较低，世界几个大城市轨道交通所占公交的比重如图1 1 所示。从图中可以看出， 当今世界的大城市和特大城市中，轨道交通已在公共交通系统中处于骨干的地 位。 图1 1世界大城市轨道交通所占公交比重 从世界范围内城市轨道交通发展的历史看，欧美国家的城市轨道交通发展经 历了初始期、集中期和稳定期，目前进入了成熟期，轨道网络规模基本处于稳定 之中，增长缓慢。而我国与欧美国家的城市情况迥异，大多数城市轨道交通还处 于发展的初始期，北京、上海、广州等城市实力强、资金投入多，规划平均每年 轨道交通线路建设几十公里，步入了城市轨道交通的集中发展期。 杭州近几年来人口越来越密集、中心城区交通越来越拥挤，城市人口、机动 车数量快速增长，交通需求大大超过了道路系统的供给能力，建设大运量的城市 轨道交通系统是解决杭州城市公共交通问题的必然选择。 1 2 问题的提出 杭州轨道交通的总体规划为：杭州轨道交通网络体系由8 条线路组成，总长 为2 7 8 公里，到2 0 5 0 年杭州地铁网有8 条线路，估算总投资在1 0 0 0 亿元。2 0 0 7 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 年3 月2 8f 1 开工建设轨道交通一期工程，2 0 1 1 年底之前建成1 号线部分、2 号 线部分和钱江新城试验段，并争取开工建设钱江新城至东站交通枢纽( 4 号线部 分) 、至萧山国际机场( 7 号线部分) 连接线，形成杭州轨道交通骨干线路。在 2 0 11 年一2 0 2 0 年，建成1 号、2 号、3 号、4 号、5 号线和7 号线部分，形成杭 州轨道交通基本网络系统。而到2 0 2 0 年- - 2 0 5 0 年，建成6 号线、7 号线、8 号 线，形成较为完善的轨道交通网络体系，成为杭州城市公共交通的骨干网络。 杭州地铁一期工程线路总长6 8 7 9 k m ，由地铁1 号线、地铁2 号线和地铁4 号线部分线路组成。地铁一期工程中地铁1 号线长度为4 7 9 7 公罩、，线路呈“y 型，如图1 2 。地铁2 号线一期工程东段长度为1 6 6 公里，地铁4 号线钱江新城 地下空间连接工程4 2 2 公里，总投资3 4 9 3 6 亿元。一期工程自2 0 0 7 年一季度陆 续动工，预计2 0 11 年底建成通车。地铁一期工程建成后，将初步形成轨道交通 网络。 图1 2 杭州轨道交通网络规划 “y ”型网络结构具有强连通性，为树状连通型城市轨道交通网络。“y ”型的 轨道交通网络在我国的城市轨道交通网络中很少见，这种网络结构的列车运营组 织非常复杂，运营组织具有较大的难度，在我国缺少成熟的理论、方法和经验。 “y ”型线路的形式决定线路运营方案的多样性，部分车站形成共线运营，列 车运行相互影n 向火，同时列车交路及其组合方式多，运营组织具有较大的难度。 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 采用共线运营的方式，共线段通过能力将决定整条线路的通过能力，同时在共线 运营条件下，为最大限度地满足乘客需求和运营需要，线路和车站的相关配套设 施的优化配置也显得十分重要。 因此，为提高叩型线路运营组织可靠性、运输能力和安全水平，满足市民 出行需要和提高服务质量，对杭州地铁1 号线的y ”型线路运输组织的研究十分 重要和迫切。 1 3 研究成果及文献回顾 从城市轨道交通形式出现到现在，国内外就城市轨道交通运输组织进行了大 量的研究。随着城市轨道交通建设的不断发展，关于列车编组方案、通过能力、 预测客运量以及现状客运量分析等方面逐渐成为了研究的热点。在城市轨道交通 运输组织方面，刘丽波( 刘丽波，陈立群世界典型城市轨道交通环线的运营方 式分析 j 】城市轨道交通研究2 0 0 6 ( 3 ) ：5 2 5 4 ) 分析了城市轨道交通环线运营的类 型分别对采用环线独立运营、共线运营和组合运营方式的几个典型城市的轨道交 通环线进行了剖析，指出其不同的特点。周建军( 周建军，顾保南国外市域轨 道交通共线运营方式的发展和启示【j 城市轨道交通研究2 0 0 4 ( 6 ) ：7 5 7 7 ) 介绍了 国外轨道交通共线运营的概况。从制式分类方面可将共线运营方式分为不同投资 主体的线路共线运营，制式不同线路的共线运营，岔线形态的不同线路共线运营 三种，并分析了在市域轨道交通实施共线运营方式的利弊，还提出上海市域轨道 交通线路规划应充分考虑共线运营的可能性和适用范围。王振海( 王振海欧洲 城市轨道交通及对中国的借鉴意义 j 】地铁与轻轨2 0 0 2 ( 5 ) ：5 7 6 1 ) 介绍了巴黎地 铁14 号线采用小编组、高密度的行车方式；维也纳2 号线列车采用6 节编组( 4 动 2 拖) ，但可根据需要解编为4 节，通过改变列车编组，加上调节行车密度可以适 应不同时期和不同时段客流量变化的需要，是提高城市轨道交通运行效率的有效 途径。袁博晖( 袁博晖，王英涛针对断面客流量差异的行车组织适应性探讨【j 】 城市轨道交通研究2 0 0 4 ( 5 ) ：3 2 3 3 ) 从城市轨道交通的客流有小时客流不均衡和不 同区段上的断面客流不均衡两个特点入手，分析了改变行车组织方式的条件，并 对运营中如何采用灵活的行车组织方式以适应客运需求提出相应的方法，以节省 旅行时间为目标，建立了采用分站停车的行车组织方式满足乘客需求的数学模 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 型。针对莫斯科地铁的通过能力达到了4 0 对，东京地铁3 2 对，香港地铁近几年 花了7 亿港元资金改造信号设备，也只达到了3 4 对，梁广深( 梁广深地铁设计 中几个热点问题的探讨 j 】城市轨道交通2 0 0 2 ( 2 ) ：1 5 ) 研究了关于4 0 对通过能力 问题，并认为通过能力达4 0 对只是一个奋斗目标，还不是可以实现的实际生产 力。王印富( 王印富，雷厚志城市轨道交通行车组织方法的探讨【j 】铁道工程学 报2 0 0 1 ( 4 ) ：5 9 6 3 ) 研究了在城市轨道交通建设前期按快车和慢车组织进行设计， 快车满足卫星城与卫星城以及与中心城之间旅客的出行需求，慢车满足沿线乘客 的出行需求的行车组织方法。陈浩然( 陈浩然用于城市轨道交通的小编组高密 度列车运行方案【j 】城市轨道交通2 0 0 1 ( 5 ) ：4 4 - 4 6 ) 剖析了我国城市轨道建设与运 营现状，提出采用最小列车运行间隔和最大行车密度，h p ，j , 编组、高密度列车运 行方案，改进折返站线路布线，采用先进的信号系统等，可以缩小城市有轨交通 工程建设规模，为大幅度降低工程投资和运营开支创造条件。 目前上海三、四号线的共线运营方案( 徐瑞华，马兴峰，宋键上海轨道交 通明珠线共线运营方案 j 】同济大学学报2 0 0 3 年第3 1 卷第6 期：6 8 2 6 8 6 ) 可以为 本论文的研究提供一定指导，但由于上海三、四号线的线路特点，客流分析以及 线路功能定位的不同，与杭州地铁l 号线的运输组织方案又存在很大的不同。对 于y ”型线路的城市轨道交通网络还没有形成完整的系统理论与方法体系。 1 4 研究内容及研究意义 对于叩型线路的运营组织优化以及相关配套设施适应性的研究，一方面我 们要研究在已经设计和建设的基础设施的条件下，合理可行的运营组织方案及其 设施过程中可能存在的薄弱环节和应对措施；另一方面，要从未来杭州城市轨道 交通网络形成后，满足客运需求、具有可操作性的网络运营方案，在此基础上， 进一步从满足运营需要的角度出发，深入研究相关配套设施的适应性以及改进、 预留和建设方案。 本研究成果将为未来杭州地铁1 号线的运营提供具有可操作性的“y ”型线路 运营组织方案，将在理论和方法上填补我国y ”型线路运营组织方面的空白。因 此本项目的成果具有重要的理论和实践意义。 通过对运输组织方案的研究，还可以在建设期与设计阶段对线路的线路配 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 置、信号制式、列车编组等方面的优化提供重要的参考。 满足“y ，型运营组织的相关配套设施改进、预留和建设方案研究成果，对未 来的运营组织的顺利进行将提供保证，同时对有关部门合理规划和控制用地、减 少重复建设等都将起到极为重要的指导作用。 本论文的研究成果可以充实我国城市轨道交通复杂网络的运输组织理论与 方法，同时本文的研究结论对杭州地铁的规划设计，杭州地铁1 号线的信号配置、 线路配置等方面具有重要的理论指导作用，另外，本论文的研究可以对地铁1 号线开通后运输组织方案的制定具有实际的参考价值。 6 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 2 城市轨道交通的网络结构 城市轨道交通系统是指服务于城市客运交通，通常以电力为动力，轮轨运行 方式为特征的车辆或列车与轨道等各种相关设施的总和。根据基本技术特征的不 同，轨道交通系统主要有地铁、城市铁路、轻轨、独轨及新交通系统等多种模式， 可以建在地上、地下和架在空中。 2 1 城市轨道交通系统主要设备 1 线网及车站 线网是城市轨道交通服务网络的基础，车站则是对外服务的“窗口 。 我国的城市轨道交通线( 钢轨钢轮系统) 一般设计为双线，上下行分线行驶， 正线及辅助线多采用9 号单开道岔。 2 车辆及车辆段 城市轨道交通系统各线采用的车辆类型虽然有差别，但都有以下两个共同特 点：列车由电动车组成，采用电力牵引方式；车辆有动车和拖车之分。 城市轨道交通车辆段( 停车场) 是车辆运用、停放、检查、整备、检修和管 理的场所。为提高效益和统一管理，常将综合维修中心、材料总库和培训中心与 车辆段建设在一起，形成综合维修基地。 3 通信系统 城市轨道交通通信系统是一个可靠性高，独立而完整的行车指挥内部专用通 信网，它包括调度指挥通信系统、公务数字电话交换系统、闭路电视监控系统、 无线通信系统以及车站广播系统等。 4 信号系统 信号系统是保证列车运行安全和提高线路通过能力的重要设备。城市轨道交 通信号采用了现代信号系统，其主要特征是采用了列车自动控制系统( a u t o m a t i c t r a i nc o n t r o ls y s t e m ，a t c ) 。由于a t c 与通过能力关系密切，这里作一简单介 绍。 ( 1 ) a t c 系统组成 当前a t c 系统一般包括三个子系统： 7 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 列车自动监控系统( a u t o m a t i c t r a i ns u p e r v i s i o n ，a t s ) ，主要作用是监督 列车运行状态，实现列车运行管理自动化； 列车自动防护系统( a u t o m a t i ct r a i np r o t e c t i o n ，a t p ) ，主要作用是实现 列车的间隔控制，超速防护和进路的安全监控，保证列车安全； 列车自动运行系统( a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o n ，a t o ) ，主要完成站间自 动运行和定位停车，并能接收控制中心的运行调整指令，实现列车运行自动调整， 适应列车高速、高密度运行的需要。 三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，可以保证行车安全，提高运行 效率，缩短行车间隔，提高通过能力。 ( 2 ) 不同闭塞方式的a t c 系统 a t c 系统按闭塞方式可分为以下三种： 固定自动闭塞：指基于轨道电路的固定自动闭塞方式的a t c 系统。闭塞 方式一旦划分将固定不变，列车以闭塞分区为最小行车间隔，列车速度采用台阶 式速度分级控制，如上海地铁一号线； 准移动闭塞：采用报文式数字轨道电路，辅之环线或应答器，动态传递信 息，信息量大，可靠性高，列车仍以闭塞分区为最小行车间隔，列车速度采用速 度一距离模式曲线控制，如上海地铁二号线和三号线； 移动闭塞：线路不再固定划分闭塞分区，列车间隔是动态的。采用先进的 地一车双向移动通信，通过地面交叉感应线缆，应答器等车载设备传递信息。列 车速度采用速度一距离模式曲线控制，如广州地铁三号线。 ( 3 ) 过渡信号系统 我国城市轨道交通新线实践中，在a t c 信号系统尚未安装、调试完成之前， 有时在试运营过渡期采用临时信号系统即过渡信号。当前的上海地铁三号线即为 此例。其系统构成有如下特点： 列车的运行组织采用调度集中； 车站行车值班员办理闭塞，按人工排列进路方式开通进路、接发列车及显 示信号； 采用双区间闭塞法，即两个闭塞区间内只允许一列车运行，列车运行间隔 较长。 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 5 供电 城市轨道交通设立独立的供电系统，一般有集中式、分散式和混合式三种供 电方式。对于集中式供电，主要设备有主变电所、牵引供电系统、动力照明配电 系统、牵引网系统、电力监控系统等。 6 环控系统 为保证城市轨道交通具备良好的乘车环境，特别是为保证地下线的正常运营 和安全，需要设立完善的环控系统，包括通风与空调系统。 7 给排水及消防系统 一般利用城市的上下水系统，建立轨道交通必备的给排水及消防系统。 8 自动售检票系统 由计算机集中控制轨道交通各站的自动售票，自动检票，实现票务管理、财 务管理，客流量统计分析的自动化管理。 9 防灾报警系统和设备监控系统，对轨道交通可能发生的灾害与环境质量进行 自动监视与控制。 2 2 城市轨道交通网络基本结构形态 城市轨道交通系统网络从广义上讲，是由上述各种轨道交通线路组织的综合 性整体网络。从整体网络形式看，其形态多种多样，与各自的城市结构相互适应 又相互影响。轨道交通网的规模与形态虽然各不相同，但其基本结构形态可归纳 为5 种不同运输特性的类型，如图2 1 所示。 1 星形结构是指线网中所有线路只有一个交点的结构，如图2 1 ( a ) 。其唯 一的换乘站多位于市中心的客流集散中心，如德国的汉诺威城市轨道交通系统 ( 图2 2a ) 。这种结构由于所有的线路都通达市中心，市郊与市中心的联系便利， 所有线路问都可以实现直接换乘，是换乘次数最少的一种形式。但同一换乘站上 客流过于集中，换乘客流间相互干扰也大，容易引起混乱与拥挤。而且市郊之间 的联系不便，必须经过市中心换乘。 2 树状结构是指n 条线路只有n 1 个交叉点且在网络中没有网格的结构， 形同树枝状，如图2 1 ( b ) 。这种结构连通性差，线路问换乘不便，多数线路问至 少要换乘2 次才能实现互通。这种线路上客流分布不均，同一线路上换乘站之间 9 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 的路段因为担负着大量的换乘客流，客流量明显比换乘站外侧路段为高，给线路 的行车组织带来困难。如美国亚特兰大市轨道交通系统( 图2 2b ) 。 ( a ) 星形结构 l ( b ) 树状结构 一 ( c ) 栅格网状结构 b ( d ) 放射网状结构( e ) 放射环状网状结构 图2 1城市轨道交通线网的五种基本类型 3 栅格网状结构是指线路( 至少4 条) 大多成平行四边形交叉、所构成的 网格多为四边形的线网结构，形同棋盘，如2 1 ( c ) 。这种结构的线路在中心城内 分布比较均匀，结构连通性好，乘客换乘的选择较多，线路平行分布，能提供很 大的输送能力，线路和换乘站上的客流分布得比较均匀。但平行线路之间的换乘 至少需两次，而且由于没有通达市中心的径向斜线，市郊到市中心的出行不便， 如日本大阪城市轨道交通系统( 图2 2c ) 。 4 放射网状结构是指线路( 至少3 条) 多为径向线，且线路交叉所形成的 网格多为三角形的路网结构，如图2 1 ( d ) 。线路在市中心区发生三角形交叉，市 中心线路和换乘站密集而均匀，网络连通性好，乘客换乘方便。这种结构各个方 向都有线路通达市中心区，市郊到市中心的出行方便，缺点是市郊间发生联系时 必须到市中心的换乘站换乘，如德国汉堡城市轨道交通系统( 图2 2d ) 。 5 放射环形网状结构是在放射网状结构的基础上增加环线而形成的路网结 构，如图2 1 ( e ) ，常见于一些规模很大的系统，如莫斯科( 图2 2e ) 、巴黎、东 京等。这种结构具有放射网状结构的全部优点，环线与所有径向线都能直接换乘， 整个网络的连通性更好，线路问换乘更方便，而且能有效地缩短市郊间乘客利用 轨道交通出行的行程和时间。 1 0 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组- f h 关问题研究 ( a ) 汉诺威 ( c ) 大阪 ( b ) 亚特兰大 ( d )汉堡 ( e ) 莫斯科 图2 2国外部分城市轨道交通系统 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 2 3 非连通型城市轨道交通网络 在城市轨道交通网络中，采用不同技术设备和运输组织方式的轨道交通线路 之间往往具有相对的独立性，而在采用相同技术设备和运输组织方式的线路中， 则存在相互连通的可能性。据此，文献 9 将城市轨道交通网络分为连通型和非 连通型两种结构。 非连通型城市轨道交通网络是指由不同技术设备条件和采用不同运行组织 方式的轨道交通线路所组成的城市轨道交通网络。由于这些不同的轨道交通线路 相对独立，相互之间不存在直接联系，列车不能跨线运行，而采用分线独立运行。 在非连通型城市轨道交通网络中，不同线路上的列车独立运行，相互之间不 存在交叉干扰，这种能力研究较为简单，在本文不作详细讨论。在下文中如无特 别说明，所有的轨道交通网络均指连通型轨道交通网络。 2 4 连通型城市轨道交通网络 连通型城市轨道交通网络是指由相同技术设备条件和采用相同运行组织方 式的轨道交通线路所组成的城市轨道交通网络。这些轨道线路通过联络线在交汇 站相互接轨，线路之间存在直接联系，列车可以跨线运行。 根据连通型城市轨道交通网络的线路形式，可进一步将连通型城市轨道交通 网络分为树状、环状连通型城市轨道交通网络。 2 4 1 树状连通型城市轨道交通网络 图2 3 为一树状结构的连通型城市轨道交通网络的线路结构示意图。图中a 、 b 、c 、d 为线路的接轨站，a a 、c a 、f b 、d c 分别在接轨站a 、b 、c 与线路b e 接轨，g - d 在接轨站d 与线路d c 接轨。在这样的连通型网络上，若列车采用在 共线段a - b 上共线运行，则a 、b 、c 往e 方向的客流无需换乘，即可到达目的 地；而d 、e 、f 、g 往b 方向的客流也无需换乘，即可到达目的地。 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 图2 3 树状连通型城市轨道交通网络结构示意图 图2 4 是美国亚特兰大市的轨道交通线网平面图，从图中可以看出，该线网 结构属于典型的树状连通型网络结构。该网络两端四条线路分别连接不同的城市 小区，两端旅客出行均不需换乘即可到达市中心或另一端所连接的城市区域。 图2 4 亚特兰大城市轨道交通线网平面图 2 4 2 环状连通型城市轨道交通网络 b 图2 5 环状连通型城市轨道交通网络结构示意图 图2 5 所示为环状结构的城市轨道交通网络的线路结构示意图。图中a 、b 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 为线路的接轨站，a a 、b b 分别在这些接轨站与环线接轨。在这样的连通型轨 道交通网络上，若列车采用在环线上部分区段( 如左半环) 共线运行，则共线运 行区段到非共线区段( 如右半环和两条尽头线) 的客流可通过环线上共线运行的 列车，无需换乘，即可到达目的地。 图2 6 是上海轨道交通3 号线和4 号线组成的轨道交通线网平面图，从图中 可以看出，该线网结构属于典型的环状连通型网络结构。 图2 6 上海轨道交通3 、4 号线网平面图 2 5 国内外城市轨道交通网络特点 城市轨道交通与城市的发展关系非常密切，轨道交通在促进大城市卫星城发 展和加强与卫星城之间联系方面具有巨大的优势。而建设过多的穿越市中心的轨 道交通线路投资大、难度高，而且还会对城市中心的建设与发展造成影响。因此， 大多数城市在发展轨道交通的过程中，会逐步形成部分轨道交通线路相互连通， 列车在部分区段共线运行( 指在连通型城市轨道交通网络中，组织不同线路上的 列车通过接轨站运行，形成不同线路运行的列车跨线运行，并在部分线路的部分 区段共线运行) 的方式，这样既能满足市民出行的需求，而且由于共享设施和资 源，还能节省建设投资和运营成本，如德国汉诺威( 图2 2a ) ，汉堡( 图2 2d ) ， 美国的亚特兰大( 图2 4 ) 等。 杭州地铁的1 号线的“y ”型结构具有强连通性，属于树状连通型城市轨道交 通网络。“y ”型线路的形式决定线路运营方案的多样性，部分车站形成共线运 营，列车运行相互影响大，同时列车交路及其组合方式多，运营组织具有较大的 1 4 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 难度。采用共线运营的方式，共线段通过能力将决定整条线路的通过能力，为最 大限度地满足乘客需求，运输组织就显得十分重要。 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 3 列车开行方案理论研究 3 1 影响列车开行方案选择的因素 3 1 1 列车编组 根据对国内外城市轨道交通线路列车开行方案现状的分析，列车编组大致有 以下三种情形：大运量快速轨道交通线路，高峰小时最大断面客流在5 万人以上， 采用6 辆以上编组；中运量快速轨道交通线路，高峰小时最大断面客流在3 - - - 5 万人间，采用4 - - - , 6 辆编组；小运量快速轨道交通，高峰小时最大断面客流在3 万人以下，采用2 - - - 4 辆编组。我国大部分地铁线路在运营初期选择4 - - , 6 辆编组， 而一些轻轨线路则因为客流较小，选择2 - - - , 4 辆编组。 应该指出，从国外的城市轨道交通列车编组情况看，存在编组辆数逐渐增加 的趋势。究其原因，除为了适应客流增长外，还有提高乘座舒适度方面的考虑。 例如，东京地铁列车编组辆数由4 辆增加到6 辆、8 辆、9 辆、l o 辆和1 2 辆；汉 城地铁列车编组辆数由6 辆增加到8 辆、1 0 辆等等。 l 、确定列车编组的主要依据 确定列车编组涉及的因素包括：客流分布特征、列车开行间隔、车辆选型、 站台长度、车辆使用经济性、日常列车运行组织和乘客服务水平等。列车编组辆 数确定的主要依据是高峰小时最大断面客流量、高峰小时开行列车数或列车开行 间隔和车辆定员人数等，计算公式如下： 聊：鳖 ( 3 1 ) ，z 高峰p 车 式中m 一列车编组辆数( 辆) ： p 。一高峰小时最大断面客流量( 人) ； 峰一高峰小时开行列车数( 列或对) ； 1 6 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 p 生一车辆定员( 人) 。 ( 1 ) 客流分布特征 由于列车编组大小是影响运输能力的主要变量之一，因此列车编组必须适应 客流量的状况。从这个意义上说，客流分布特征是影响列车编组的主要因素之一， 根据不同的客流条件可以考虑采用不同的列车编组方式。 固定编组 固定编组是指列车在运营时间内采用相同辆数的列车编组方式。在线路的分 时最大断面客流比较均衡的情况下，一般应考虑采用固定编组方式。在线路的分 时最大断面客流不均衡程度较大的情况下，如果线路的客流量较小，也可考虑采 用编组辆数较少的固定编组方式，这样可使非高峰时间的行车间隔不至于过大而 降低对乘客的服务水平。 大小混编 大小混编是指列车编组在高峰小时采用大编组、非高峰时间采用小编组的列 车编组方式。在线路的分时最大断面客流不均衡程度较大的情况下，为提高车辆 满载率，还可考虑采用大小混编的编组方式。例如，在高峰小时采用6 节编组列 车，在平峰时段采用4 节编组列车。这种列车编组方式存在列车需要重新编组、 解体的问题，增加了日常运营组织的复杂程度。 ( 2 ) 列车开行间隔 在需要运输能力一定的情况下，列车开行间隔与列车编组大小存在相互制约 的关系，列车开行间隔直接决定列车编组辆数。为完成同样的运能，在列车开行 间隔较小，即单位时间内开行列车数较多时，列车编组可以小些；而在列车开行 间隔较大，即单位时间内开行列车数较少时，列车编组则应大些。但是，列车开 行间隔的缩短受到最小和最大的列车开行间隔的制约，因此列车编组大小的调整 也是有条件的。 最小列车开行间隔 最小列车开行间隔是追踪列车间隔时间与最小折返出发间隔时间的较大值， 即 瑟= m a x h ，h 折) ，最小列车开行间隔取决于列车运行控制方式、停站时间标 准、列车折返设备及折返方式的影响。 在客流量比较大的情况下，列车折返能力往往会成为限制最小开行间隔的环 1 7 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 节。表3 1 的数据表明：在典型的站前折返站或站后折返站，最小折返出发间隔 时间均大于追踪列车间隔时间，并随着列车编组辆数的增加而更为明显。因此， 最小列车开行间隔的缩短通常会受到列车折返能力的限制。 表3 1不同列车编组时的追踪列车间隔和折返出发间隔时间 列车编组辆数( 辆) 468 追踪列车间隔时间( s e e ) 7 88 08 2 最小站后折返出发间隔时间( s e e ) 1 0 91 2 11 3 2 最小站前折返出发间隔时间( s e e ) 9 09 91 0 7 最大列车开行间隔 由于列车开行间隔直接影响乘客的候车时间，关系到城市轨道交通系统对乘 客的服务水平。因此，对于列车开行间隔应确定一个上限。一般而言，位于市区 段的轨道交通线路的列车开行间隔，在高峰小时不宜超过5 分钟，在平峰时段不 宜超过1 0 分钟。 在上述最小和最大的列车开行间隔范围内，根据客流的空间分布特征确定合 理的列车开行间隔，进而确定列车编组辆数。 ( 3 ) 车辆选型 车辆定员也是影响列车编组的主要因素之一。在需要运输能力及开行列车数 一定的情况下，列车编组辆数与车辆定员成反比关系。 目前我国轨道交通线路使用的客车有a 型车、b 型车和c 型车三种，每车额 定载客量分别为3 1 0 、2 3 5 和2 f 1 8 人，每车超员载客量分别为4 1 0 人、3 0 5 和2 9 0 人。在不同的运输能力需求、以及小时开行列车数分别为2 0 或3 0 对时，三种车 型的列车编组辆数见表3 2 。 表3 2 各种车型编组辆数与运输能力的关系 运输能力( 人次小时) 列车编组( 辆) 2 0 对d , 时3 0 对d , 时 1 8 6 0 02 7 9 0 03 a 2 4 8 0 03 7 2 0 0 4 型 3 1 0 0 04 6 5 0 0 5 m 3 7 2 0 05 5 8 0 06 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 1 4 1 0 02 1 1 5 0 b 3 1 8 8 0 02 8 2 0 0 4 型 2 3 5 0 03 5 2 5 05 车 2 8 2 0 04 2 3 0 06 1 3 0 8 0 1 9 6 2 0 c 3 1 7 4 4 0 2 6 1 6 04 型 2 1 8 0 03 2 7 0 05 车 2 6 1 6 03 9 2 4 06 根据线路客流量的不同，目前国内大部分地铁线路采用a 型、b 型车，如上 海地铁1 、2 、3 号线和广州地铁l 、2 号线；轻轨线路采用c 型车或b 型车，如 大连轨道交通3 号线采用的是b 型车，上海轨道交通5 号线采用的是c 型车。 2 、列车编组对线路建设、运营的影响 列车编组辆数是轨道交通线路设计的主要参数，由此确定车站长度、供电和 通风设备的容量、系统的运输能力，以及检修车库的长度等。列车编组辆数的合 理性既关系到快速轨道交通系统设计参数、建设成本，也关系到轨道交通线路开 通后的运营成本，以及对乘客的服务水平。 ( 1 ) 对车站建设规模的影响 在设计轨道交通车站规模时，远期列车长度是确定站台有效长的主要因素。 此外，在列车编组辆数较多时，要求车站规模增大，从而要求供电和通风设备的 容量也相应增大。 ( 2 ) 对检修车库长度的影响 远期列车编组辆数是确定检修车库规模的主要参数，检修车库的长度应满足 远期列车长度的要求。 ( 3 ) 对车辆使用经济性的影响 不同的列车编组对车辆使用的经济性有不同的影响。在客流量一定的情况下， 采用小编组列车可以在客流的高峰小时和非高峰时间以不同的开行间隔运行，这 样可以在保持一定服务水平条件下提高车辆的载客率。但由于增加了列车开行密 度，会使带司机室车辆及车载信号系统，以及乘务组的数量有所增加。采用大编 组列车，车辆的满载率在运营非高峰时间内一般较低。 ( 4 ) 对列车运行组织的影响 1 9 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 在客流需求与车辆选型一定的情况下，列车编组辆数与列车开行对数成反比 关系。由于列车密度与列车运行调整和通过能力适应性有密切关系。在小编组、 高密度行车的情况下，为了保证列车运行安全及调度指挥的高效，对列车运行控 制系统有更高的要求。此外，由追踪列车问隔时间的分析计算可知，列车的长度 也是一个影响线路通过能力的变量。 ( 5 ) 对车站作业组织的影响 在采用大编组列车的情况下，列车到站下车人数较多，要求车站的通道、升 降设备和出站检票机，以及环控设备等具有较高的通过能力或容量。 ( 6 ) 对乘客服务水平的影响 前已提及，在客流量与车辆选型一定时，列车编组辆数的增加会减少列车开 行对数，从而延长列车开行间隔、增加乘客候车时间、降低对乘客的服务水平。 因此，在线路运营初期、客流量不大的情况下，可以考虑采用小编组、高密度的 列车开行方案，缩短非高峰时间的乘客候车时间。 3 1 2 列车交路 在列车开行方案中，列车交路规定了列车的运行区段、折返车站和按不同列 车交路运行的列车对数。在线路各区段客流量不均衡程度较大的情况下，采用合 理、可行的列车交路组合，能在不降低服务水平的前提下提高车辆运用效率，避 免运能虚靡，使运营组织做到经济合理。 列车行车交路的设计总体性很强，涉及到客流及其分布、车站站位、车辆段 及综合维修基地等诸多因素。由于各区间断面客流量一般是不均衡的，个别线路 甚至相差很大，因此，应视线路的具体情况采用不同的交路形式，以提高列车和 车辆的运用效率，降低运营成本，避免运能虚糜，同时给乘客带来方便，列车交 路形式主要有单一交路和特殊交路两种形式。 一、单一交路 全线单一交路模式是指列车在线路的两个终点站间运行，为全线提供服务。 这种交路模式列车运行组织简单，对中间折返设备要求不高，适用于全程客流均 匀、无明显客流断点的情况，全程的所有区段运能的浪费情况不大。常规的全线 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 单一交路模式和有支线的全线单一交路模式如图3 1 和图3 2 所示。 图3 1 全线单一交路模式图3 2 有支线情况下全线单一交路模式 二、特殊交路 特殊交路又可分为混合交路和衔接交路两种。 1 混合交路 混合交路组合的模式是指线路上大小交路并存的形式。这种组织方案既能满 足运输需求，又能提高运营效益，适用于各区段客流量不均衡程度较大、有明显 客流断点的情况。但这种大小交路组合的形式实际运输组织的难度较大，运输能 力也会有所降低。因此交路的数量应该适当控制，否则会给列车运行组织、乘客 等候时间、运输能力利用等方面带来不利之处，几种大小交路组合的模式如图 3 3 图3 5 所示。 图3 3 大小交路组合的模式 图3 4 多种组合情况并存的人小交路组合模式 2 l 杭州地铁一号线“y ”型线路运输组织相关问题研究 图3 5 有支线情况下的大小交路组合模式 2 衔接交路 相互衔接的小交路模式是指列车在线路的某一区段内运行，在指定车站折返， 它可为某一区段旅客提供服务，能够适应不同客流区段的运输需求，运输组织方 便，运营比较经济，但要求中间折返站具备两个方向的折返能力和方便的换乘条 件。从乘客的角度看，部分长距离出行的换乘次数有所增加，乘客服务水平有所 降低。相互衔接的小交路模式如图3 6 所示。 图3 6 相互衔接的小交路模式 混合交路列车开行方案既能适应不同客流区段的运输需求，又能减少车辆运 用、提高运营效益。因此，在线路各区段客流量不均衡程度较大的情况下可以考 虑采用以长交路为主、短交路为辅的混合交路，组织列车在线路上按不同的密度 行车。如果线路上运营高峰期间的客流分布比较均匀、而非运营高峰期间客流分 布相差悬殊时，也可以在非运营高峰期问采用混合交路列车开行方案，组织开行 部分在中间站折返的短交路列车。采用混合交路的关键是共线运行区段的线路通 过能力是否适应。此外，采用混合交路时的行车组织比较复杂，以及因