（交通运输规划与管理专业论文）基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究.pdf

北京交通大学颐士学位论文 摘要 摘要 轨道交通以大容量、高速度、低能耗的特点成为解决城市交通问题的有效途径，而 与轨道结构相适应的运输组织则是轨道交通作用充分发挥的保证，是轨道交通运输生产 的核心。 我国城市轨道交通线路数量较少、关系单一，对运输组织重视不足，忽略了路网形 成后它将成为影响城市轨道交通系统效率的关键。因此对路网结构下轨道交通运输组织 的研究具有前瞻性和深远的意义。 运输组织与路网结构密切相关，论文从路网中最基本的线路关系入手，抽象出五种 典型的城市轨道交通路网结构，为研究路网运输组织做铺垫。 论文在研究轨道交通运输能力时，将“缓冲时间”引入列车时间间隔，修正了轨道 交通的线路通过能力，同时将“距离”纳入影响能力的因素之中，提出了轨道交通“路 网能力”，并分析了其内涵、特性和影响因素。 在研究路网的运输组织问题上，论文以客流作为切入点，在阐述路网客流与单线客 流区别的基础上，分析了轨道交通路网客流的时空变化特性，进一步研究了不同客流特 性情况下轨道交通系统行车组织方法和原则。同时将线路特征作为研究的另一个突破 口，以“放射式环状”路网为背景，将线路分为中心线和市郊线两部分，针对中心区线 路，引入。乘客可接受时间”，以环线上的列车间隔为一周期，单位乘客换乘等候时间 最小和换乘站运营成本最小为目标函数，分别建立了针对市中心换乘线路的协调模型； 针对市郊线，以采用“非等速行车”方案后乘客节省时间的最大值为目标函数，建立了 最佳停车方案模型。并利用上述研究对b 市轨道交通运输组织行车策略进行了初步探 讨。 论文最后分析了特殊情况下轨道交通运行组织的原则和采取的特殊行车组织方案。 关键词：轨道交通网络运输组织策略 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t r a i lt r a n s i ti sa l le f f i c i e n tw a yo fs o l v i n gu r b a nl m n s p o r t a t i o nw i t ht h ec h m a c t c f i s t i c so f b i gc a p a b i l i t y , h i g hs p e e da n d l o we n e r g yc o n s u m i n g a tt h es a m et i m e ，o r g a n i z a t i o no f t r a i n o p e r a t i o na st h ec o r eo ft h er a i lt r a n s p o r t a t i o np r o d u c i n gc a nm a k es u r et h er a i lt r a n s i tb r i n g i n t op l a y , o w a d a y s , t h en u m b e ro ft h er a i lt r a n s i t sl i n ei ss m a l la n dt h es t r u c t u r ei sv e r ys i m p l e ， e s p e c i a l l yt h eo r g a n i z a t i o no ft r a i no p e r a t i o ni s n tt h o u g h tm u c ho f m u c hp e o p l ed o n t r e a l i z et h ek e yi n f l u e n c eo ft h eo r g a n i z a t i o no ft r a i no p e r a t i o nf o rr a i s i n gu r b a nr a i lt r a n s i t q v s t e m se f f i c i e n c y t h e r e f o r e ，t h es t u d yo f t b eo r g a n i z a t i o no f t r a i no p e r a t i o ni sq u i tf o r w a r d a n d p r o f o u n d n 圮o r g a n i z a t i o no ft r a i no p e r a t i o nm u s tm a t c ht h es t r u c t u r eo fr a i lt r a n s i t s ot h i sp a p e r c o n s i d e rt h eb a s i cl i n er e l a t i o n sa st h ef o u n d a t i o ni nt r a m cn e t w o r k ，a n da b s t r a c t sf i v e c t m r a c t e d s t i cs t r u c t u r e so fu r b a nr a i lt r a n s i t , w h i c hl a y st h ew a yo ft h er e s e a r c hi nt h e o r g a n i z a t i o no f t r a i no p e r a t i o ni nr a i ln e t w o r k t h e nt h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p to ft h e b u f f e rt i m e ”i n t ot h et r a i ni n t e r v a l sf o r r e s e a r c h i n gt h et r a n s p o r tc a p a c i t yo fr a i lt r a n s i t , a n dm o d i f i e st h ec a r r y i n gc a p a c i t yo fr a i l t r a n s i t a tt h e 鞠m et i m et h ec o n c 哪o f d i s t a n c e i sb r i n gi n t ot h e 删t y , i tp u t sf o r w a r d t h et 睫f f i cn e t w o r kc a p a c i t yo fr a i lt r a n s i t , a n da n a l y s i st h ec h a r a c t e r s t i c sa n di n f l u e n c e f a c t o r s i ns t u d y i n gt h eo r g a n i z a t i o no ft r a i no p e r a t i o ni n 蛐cn e t w o r k t h i sp a p e rt a k e st h e p a s s e n g e rt r a i j f i ca sa ne n t r yp o i n t ，a n dt h r o u g he x p l a i n i n gt h ed i f f e r e n c e so f p a s s e n g e rt r a f f i c b e t w e e nt r a f f i cn e t w o r ka n ds i n g l el i n e , a n a l y z e dt h et i m ea n ds p a c ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e p a s s e n g e rt r a 伍ci nr a i lt r a n s i tn e t w o r k t h e n , s t u d yt h em e t h o d sa n dp r i n c i p l e sa b o u tt h e o r g a n i z a t i o no ft r a i no p e r a t i o nu n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo fd i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so f p a s s e n g e rt r a f f i c t h e nt a k et h el i n e sc h a r a c t e r i s t i c 罄a n o t h e re n t r yp o i n t a n dd i v i d et h el i n e si n t oc e n t e r l i n e sa n ds u b u r bl i n e si nr a d i a t ea n dr i n gl i n e sn e t w o r k f o rt h er i n gl i n e s ，p a p e ri n t r o d u c e s t h ec o n c e p to fp a s s e n g e ra c c e p t a b l et i m e ，s e e st h er i n g st r a i ni n t e r v a la sn c y c l e ，t h e nt a k e s t h em i n i m n n lw a i t i n gt i m eo fat r a n s f e rp a s s e n g e ra n dt h em a x i m u mo p e r a t i o nc o s to fa t r a n s f e rs t a t i o na st h eo b j e c tf u n c t i o n st ob u i l du pt w om o d e l s f o rt h es u b u r bl i n e s , p a p e r p u t sf o r w a r do r g a n i z a t i o no ft r a i no p e r a l i o np r o j e e tu s i n gn o n - e q u a lr u n n i n gs p e e d ，a n ds e t u pam o d e lt a k i n gt h em a x i m u mt i m eo fp a s s e n g e rs a v e ds u i n gt h i sp r o j e c ta st h eo b j e c t f u n c t i o n , t h e nt a k et h er a i lt r a n s i to p e r a t i o ni nf a c ti nt h ec i t yo f bf o ri n s t a n c e ，t a l ka b o u tt h e 吼谢c e g yo f o p t i m i z i n go r g a n i z a t i o no f t r a i no p e r a t i o ni nr a i lt r a n s i t i nt h ee n do f , p a p e ra n a l y s i st h ep r i n c i p l e sa n dt h e s t r a t e g yu n d e rt h es p e c i a l c i r c u m s t a n c c s k e y w o r d s ：r a i lt r a n s i t n e t w o r k o r g a n i z a t i o no f t r a i no p e r a t i o ns t r a t e g y 北京交通大学硕士学位论文致谢 致谢 本文是在导师周磊山教授的悉心指导下完成的，对导师在此期间给予的指导表示衷 ，r ，感谢! 两年半的时光转眼即逝，但是导师从本科时期开始对我的谆谆教诲始终铭记于心， 我的进步凝聚着导师的心血，我永远不会忘记导师对我学业上的指导和生活上的帮助， 导师用他严谨务实的治学精神，精益求精的工作作风，乐观豁达的生活态度，孜孜不倦 的事业追求，时时刻刻感染着我，教育着我，他永远是我学习、工作、生活的榜样! 感谢乐逸祥师兄两年多来的教诲，让我记得永远不要停下学习的脚步； 感谢孙琦师兄在思想上的帮助，让我知道自己该做些什么，使我更快地成熟起来； 感谢吴晓东师兄、秦胜师兄、陈雍君师兄在学业上的指导，让我在各方面有了进步； 感谢胡猛师兄、姚敏师姐在生活上的关心，让我感觉到集体的温暖； 感谢夏明同学在两年多的时间里对我学习、生活上无私的帮助； 感谢8 6 0 1 实验室的师弟师妹们给我带来的最美好时光! 北京交通大学硬士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 第一部分论文背景及意义 第一章绪论 1 1 城市轨道交通概述 城市交通系统作为城市的基本设臆，是城市中物流、人流高效运转的基础，是城市 不可分离的重要组成。城市的结构形态能影响城市交通系统，而完善的交通系统又能促 进城市的发展，两者相互关联、不可分割。 随着经济高速发展，我国城市化水平进一步加快，城市规模不断扩大，城市人口逐 年攀升，城市居民的出行量和出行强度增长迅速，对出行质量的要求越来越高，这些都 对城市交通系统提出了更高的要求。国内外的实践表明，单纯依靠拓宽道路、修建高架 等措旌已经不足以解决城市的交通问题，甚至有可能加速城市资源消耗，威胁城市环境， 造成更严重的影响，而轨道交通凭借着大容量、高速度、低能耗的优势，在多年的发展 中已经成为各国解决城市交通问题的有效途径。 经历了城市发展的不同历史时期，城市公共交通系统经历了马车时代、有轨电车时 代、公共汽车时代，正步入城市快速轨道交通时代。一般而言，城市轨道交通是以轨道 运输为主要技术特征，在城市公共客运交通系统中具有中等以上运量的轮轨交通系统 ( 有别于道路交通) ，主要为城市内( 有别于市际铁路，但可涵盖郊区及大都市圈范围) 的公共客运服务，是一种在城市公共客运交通中起骨干作用的现代化立体交通系统。根 据构筑物形态、车辆类型、运输能力等方面的不同，可以有如下分类： l 、按照建筑物形态和轨道相对予地面的位置划分： ( 1 ) 地下铁路：位于地下隧道内的那部分称为地下铁路 ( 2 ) 地面铁路：位于地面的铁路称为地面铁路 ( 3 ) 高架铁路：位于地面之上的高架桥的铁路称为高架铁路 2 、按运能范围和车辆类型划分 主要有地铁、轻轨、独轨、有轨电车、客运自动轨列车、自动导向交通、微型地铁、 胶轮地铁、索道，其中前四种最为常见。 ( 1 ) 地铁：单方向运量在3 万人次h 以上的城市轨道交通系统，一般来说线路封 闭，全部或大部分位于地下，具有大容量、高速度、低成本、安全、准时、舒适等优点， 北京交通大学磺士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 但一般应修建在人口超过百万的城市。 ( 2 ) 轻轨：起源于有轨电车，运输能力在1 5 3 万人次h ，它的车辆轴重较轻， 相对于轨道的负荷较小，运量大、乘坐舒适、运行经济、建设成本比地铁低廉。根据路 权的不同也可分为多种形式，常见的是具有专用路权的“快速轻轨交通”。 ( 3 ) 独轨：称为“单轨”，有跨座式和悬挂式两种形式。由于轨道梁狭窄，对城市 景观的影响较小。独轨系统噪声低、震动小、轨道曲线半径短、爬坡能力强，但是运量 小、速度慢、能耗大。适用于较为狭窄的街道以及与城市相连的大型场所。 ( 4 ) 有轨电车：运营速度可达2 0 k m h ，单向运能可达2 万人次h ，通常采用地面 形式，有时有专门的路基和轨道。现代有轨电车和轻轨有些接近，只是车体尺寸较小。 1 2 选题背景、内容及意义 1 2 1 选题背景 西班牙工程师索里亚经典的“线状城市”理论阐述了轨道交通在城市发展中的重 要作用，强调了城市交通应先于城市规划的重要原则。 目前，我国轨道交通滞后于城市规划，它是在现有城市形态的基础上依据客流特点 和城市发展要求而建设的。随着城市的发展，形成了新的客流需求，继续规划建设，如 此反复。 从效果来看，这样建设成的轨道交通路网缺乏条理和规律，难以形成一个清晰明了 的路网结构，不利于后期路网条件下的运输组织。同时，由于我国轨道交通处于发展阶 段，因此很多城市的轨道交通线路结构简单，大规模的轨道交通路网还没有形成。 城市轨道交通的高速发展必然使其线路向大规模、网络化方向迈进，我国城市轨道 交通线路结构简单，适应性而不是指导性的规划使之在整体结构上较为混乱。因为线路 结构的简单，运输组织也较为单一，虽然能满足目前的运输需求，但不可能适应今后大 规模的路网结构。 1 2 2 研究内容 线路规模化、网络化是我国城市轨道交通发展的必然趋势，而现今针对单一结构的 运输组织方式不可能适应今后大规模的路网结构，需要有与路网结构相适应的运输组织 方式。因此本文以“放射式网状”结构为背景，研究成网条件下城市轨道交通的运输组 策略。轨道交通结构和运输组织密切相关，因此线路结构是轨道交通运输组织的依据， 2 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨遥交通运输组织行车策略研究 运输组织需要针对不同的线路结构来展开。 由于运输组织涉及的面多、范围广。面面俱到的概述既繁琐也不实际，因此文章主 要从运输能力、客流条件、线路条件、非正常情况下的轨道交通行车组织等方面研究了 路网结构下城市轨道交通的运输组织问题。 ：2 3 研究意义 城市轨道交通要发挥预期的作用，需要前期合理地规划、中期标准地建设和后期高 效地运营，三者缺一不可。规划和运营是轨道交通最重要的两方面，前期规划要考虑到 j l l 期的运营情况，后期的运营管理要符合前期规划，两者相辅相成。 轨道交通为城市居民提供出行服务，运输组织的优劣会直接影响到城市轨道交通功 能的实现、作用的发挥。因此研究轨道交通路网下的运输组织问题对轨道交通功能的发 挥具有如下重要意义； ( 1 ) 合理的运输组织是降低轨道交通运营成本的有效途径 合理的运输组织能合理地安排车流计划、车流进路，减少运输企业的支出，用最少 的设备创造出最大的经济效益。 ( 2 ) 合理的运输组织是吸引城市客流、满足出行需求的重要手段 合理的车流计划能满足不同层次的乘客需求，最大程度地吸引客流，提高城市轨道 交通的服务能力，体现城市轨道交通在公共交通中的重要地位。 ( 3 ) 合理的运输组织是发挥城市轨道交通网络效益的关键 运输组织是路网发挥规模效应的重要环节，没有合理的运输组织，即使最优的路网 结构也发挥不出最大的功效。因此，运输组织的优劣不仅影响到轨道交通企业的盈亏， 影响到轨道交通的运输效率，影响到城市居民的出行时间，还影响到城市轨道交通功能 的发挥。 因此，特别是在我国大规模路网还没有形成的今天，研究路网条件下的运输组织闯 题具有相当的前瞻性，对城市轨道交通功能的发挥具有相当重要的作用。 1 3 相关问题的国内外研究现状 国外对城市轨道交通的系统研究始于六十年代，如今已取得了一系列成果： 在轨道交通网络结构方面，早期以最佳换乘为目标，研究路网的布局形式，得出了 许多经典的轨道结构。后期则在路网基础上结合客流分布，以建设、运营、出行费用最 北京交通大学硕士学位论文 基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 小化为目标，研究线路间距的优化；而我国主要是以定性分析为主，研究网络结构的特 点和适用情况。嘲叫1 吲 在运输组织研究方面，巴黎、莫斯科、东京等城市规模庞大、线路复杂的轨道交通 的成功运营说明了国外路网下轨道交通的运输组织已经具有相当的经验。先进的自动化 运营管理信息系统的开发更是提高了路网下城市轨道交通的运输组织水平，例如日本开 发了针对复杂路网的城市轨道交通运营管理信息系统，该系统包括列车运营计划编制、 信息统计、责任监督安排、信息检测等功能，为整个城市轨道交通的安全和通畅提供了 必要的技术支持。 我国的轨道交通研究水平总体上落后于国外吼”。由于观念上的误区，对轨道交通 的研究重“硬件”，轻“运营”，将研究的重点集中于客流预测、路网规划、车站设计、 车辆控制等方面，从运输组织角度研究城市轨道交通的却很少，即使对单条线路运输组 织的研究也没有形成一种完善、全面的理论体系，纯粹的城市轨道交通运输组织理论专 著并不多。有的甚至没有意识到运输组织对提高城市轨道交通效率、经济性的作用，对 路网条件下的运输组织的研究几乎空白。 就已有研究成果看，对简单线路的运输组织的研究主要集中在以下几方面： ( 1 ) 以客流特点为突破口，通过对客流特点的分析制定不同的运输组织策略。 文献 8 9 e i o i i 分析了客流的时间分布特点和空间存在的特点， 1 2 提出y 4 , 编组、高密度的列车运行方案，同时采用先进的信号系统，改进折返段布置，以达到最 优的运输组织。 1 3 1 分析了像“世博会”这种大规模客流的城轨交通运输组织方案。 1 4 提出了以各站的旅客需求量作为地铁列车开行依据的运营模式。 1 5 以客流为基础，用 模拟的方法，研究了运营可控变量调整下的方案选优问题。 ( 2 ) 通过改变现有的线路和设备，开行速度不同、密度不同的列车，达到行车组 织优化。 文献 1 6 提出开行快、慢车的组织方法，让慢车满足沿线乘客的上下要求，快车满 足卫星城与卫星城以及与中心城之间长距离旅客的上下要求，以缩短在途时间。 1 7 分析了客流的小时不均衡和区段断面不均衡两大特点，提出长短交路混跑和快慢车并行 的运输组织方式，及与之适应的运营条件，讨论了运营中如何采用灵活的行车组织方式 以适应客运需求的方法。 ( 3 ) 以线路需要的车体最少为目标，通过建立相应的数学模型，达到运营的最优 化。 4 北京交通大学硕士学位论文基于路两的城市轨道交通运输组织行车攘略研究 文献 1 8 研究了城市轨道交通多个循环区段线路上列车最优开行方案的计算机自 动编制问题，给出各种循环方式下，运用车底数下界的数学计算公式。建立了使列车实 载率达到最大的列车日班次运行计划的优化模型，并讨论了计算机求解算法。 1 9 在总 圮l 胁使用的城市轨道交通运用车计算方法的基础上，分析了上海市城轨l 号线和3 号 州w 电茸情况，提出基于功能和定位的新的计算思路，并提出初步的计算方法。 ( 4 ) 在能力计算方面借鉴国铁能力计算公式，没有专门的能力计算方法。 文献 2 0 2 1 儿2 2 2 3 儿2 4 中的计算也仅仅是针对轨道线路的能力，没有一种针对 i j l j h 路网能力的计算方法。 总的说来，这些研究成果都是以现有简单的线路条件为研究背景，很少涉及到大规 模网络条件下轨道交通的运输组织。 1 4 文耄的整体思路及独特处 1 4 1 总体思路 圈1 文章总体思路图 ( 1 ) 城市轨道交通包含前期规划、中期建设、后期运营。前期的规划不仅要考虑 到与城市的适应性，也要考虑到后期的运营。 ( 2 ) 轨道交通结构是轨道交通规划的重要内容，又是轨道交通运输组织的依据， 凶此轨道结构可以作为研究运输组织的切入点。 ( 3 ) 研究了作为运输组织基础的城市轨道交通运输能力问题，提出了“路网能力” 概念，并以放射性环状线路为研究背景，通过对路网条件下线路客流特点和线路特点的 分析，研究了不同客流条件、不同线路情况下的运输组织问题。 5 北京交通大学硕士学位论文 基于路两的城市轨道交通运输组织行车策略研究 ( 4 ) 除了正常情况下的运输组织，本文还分析了非正常情况下的城市轨道交通运 输组织。 1 4 2 文章的独特之处 ( 1 ) 以线路关系作为研究路网关系的切入点，通过对线路关系的分析归纳了现今 典型的五种轨道交通路网。 ( 2 ) 在城市轨道交通运输能力研究中，将“缓冲时间”引入列车间隔时间中，修 正了城市轨道交通线路通过能力，缓解了因特殊情况而造成的列车无序运行。同时将“距 离”引入城市轨道交通能力之中，提出了轨道交通路网能力，分析了其内涵，研究了路 网能力的特征及影响因素。 ( 3 ) 在分析路网客流特点时，从时间、空间的角度阐述了路网客流的特性，进一 步研究了在不同客流特性情况下轨道交通系统行车组织方法和原则。 ( 4 ) 运用系统工程的思想，从城市形态与轨道交通关系、线路形状、覆盖区域等 方面将“放射式环状”路网结构的线路划分为市中心线路和市郊线路两部分。 ( 5 ) 在市中心的运输组织行车策略上，引入乘客换乘的“可接受时间”这一概念， 分别以单方向上所有乘客等候时问最小和总费用最小为目标，建立了两个针对市中心换 乘组织优化的协调模型，应用这种思路，可以解决不同线路间列车、客流的协调问题。 ( 6 ) 在市郊线路的运输组织行车策略研究上，根据线路的特点研究了“非等速行 车”的运输组织方案，以采用混行方式后乘客节约时间的最大化为目标，建立了快车停 站方案的数学模型，由此可以解出快慢混行列车的最优停站方案。 ( 7 ) 以b 市城市轨道交通的运营实际为背景，运用上述的理论，研究了路网条件 下的运输组织行车策略。 6 北京交通大学硕士学位论文基于路同的城市轨道交通运输组织行车策略研究 第二部分城市轨道交通路网结构研究 线路是路网的基本构成单位，再复杂的路网也是由若干条简单线路构成。因此研究 线路的关系是了解、掌握路网构成的基础，是研究路网上不同线路性质和作用的前提。 矽部分从简单的轨道交通线路关系出发，通过线路基本关系的分析，归纳出了现今 世界上使用最广泛的五种大规模的城市轨道交通结构，深入地分析了各种不同路网结 构，了解路网的形态特点，掌握路网上线路的构成、线路的布设原理，为路网下运输组 易 的研究作铺垫。 第二章城市轨道交通路网布局研究 2 1 城市轨道交通线路类型 依据形态的不同嘲，城市轨道交通线路可分为： 1 、单行线：单行直线和单行曲线，其中以单行曲线最为常见。列车在这类线路上 来回运行，在线路的端点进行必要的作业，这类线路在路网中最为常见。 2 、环线：首尾两点相交的线路类型，列车可在其上反复运行。它是路网线路的基 本组成线型。 3 、扩展类型线： ( 1 ) 枝形线：由两个及其以上的单行线组成，线路有交叉点。交叉点式列车运行 的分界点。 ( 2 ) 枝环线：由单行线和环线组成，环线一般位于单行线的端点处，列车在此类 线上运行只需在单行线的一个端点掉头即可。 单行直线，单行曲线 o c 刍 环行线枝形线枝环线 图2 单行，环形，枝行、枝环线简图 扩展类型线是由单行线和环线组成，根据单行线和环线数量的不同可以有多种扩展 形式，枝形线和枝环线最为基本。整个轨道交通网络就是有若干得简单的单行线和环线 组成，即使是最复杂的线路也可以分割成最简单的线型。 7 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 2 2 城市轨道交通线路的基本关系 线路间的关系是指线路的位置关系，它是研究路网结构的前提，本节主要从线路布 置方式和线路问交叉点的数量两方面来讨论线路关系。 2 ，2 1 依据线路的布置方式分析路网的关系 线路布置主要指线路在空间上的位置关系。据此，可将现有的线路分为两种类型： 1 、线路在同一平面内相交：所有线路、交叉点都在同一平面内，交叉点间用道岔 连接。线路间的换乘都在同一个平面上完成，这样的路网称为“联合式路网”。 2 、线路投影在同一平面内相交：即并非所有线路都在同一平面上，交叉点处使用 “立体交叉”，因此路网中的线路一般相对独立，线路上列车不能互通，乘客想要到达 路网上的其他位置要通过电梯之类的立体的换乘设备，这类路网称为“分离式路网”。 i i 联合式路网分离式路罔 图3 联合、分离式路网结构简图 相比而言，分离式路网优点明显，被大多数城市采用，如纽约、伦敦、北京、上海、 广州。它能在保证安全的情况下使发车频率最大，保持运营的高密度、大运量，但需要 高效的换乘设施，且线路的发展余地不大。也有一些城市使用的是包含分离式和联合式 的混合路网，主要线路方向上相互分离，而在支线上相互联系，如马德里，这样能充分 发挥联合式和分离式路网的优点。 2 2 2 依据线路的交叉点数来分析路网的关系 两条线路从交叉点数量的不同可以分为三种形式，没有交叉点、一个交叉点、两个 及多个交叉点。 1 、线路间没有交叉点 没有交叉点的线路主要有这几种情况：一是线路平行或是大致平行，如曼哈顿的轨 道线路；二是线路间距较远，在城市的范围内不相交；三是由于河流、山川的阻隔无法 s 北京交通大学硕士学位论文基于路两的城市轨道交通运输组织行车策略研究 相交，如武汉路网中的一些线路。在这三种情况下，乘客无法直接换乘，转移不便，必 须通过第三条线路来实现相互的联系。 图4 布鲁塞尔、武汉城市轨道交通网中的平行线路和不相交线路 2 、线路间有一个交叉点 即线路交叉一次，两条线路存在一次换乘。根据线路交叉角度的不同又呈现出不同 的形态，例如：。十”字交叉，“x ”字交叉、“t ”字交叉、“y ”字交叉等。“十”字交叉 常用于像北京地铁式的网格式路网；“x ”字交叉用于三角形放射路网，“t ”字交叉、“y ” 字交叉则常见于一些树状路网，例如阿姆斯特丹的轨道交通。 xt 丫 十字交里x 宇觳 t 字交x件交卫 图5 单交叉点线路结构简图 图6 北京地铁网络中十字交叉和阿姆斯特丹地铁路同中的y 形交叉 9 北京交通大学硕士学位论文基于路同的城市轨道交通运输组织行车策略研究 交叉点的存在有利于不同线路客流问的换乘，但也会对线路的运输组织造成一定的 影响。 3 、线路间有两个及多个交叉点 根据线路走向的不同，相交两次及其以上就会形成两个及其以上的交叉点。通常有 以下几种形式： ( 1 ) 鱼形交叉：两条线路在市中心的两端相交，交点和线路之间构成一个小环形， 形状如鱼，称为“鱼形交叉”。它能将两条线路汇集的客流引向两端地位相同的换乘站， 线路上各点也能分流客流，缓解市中心的交通压力，保持结构的稳定。这种形式出现在 里约热内卢、多伦多、罗马、里尔等城市的轨道交通中，甚至成为世界上许多城市轨道 交通的基本构成。 ( 2 ) 弧弦交叉：这种形式是单形线和环线交叉的代表。在城市轨道交通中表现为 穿越市中心的辐射线与市中心的环线相交。它的位置一般由环线确定，其作用在于方便 乘客的换乘，最大程度的减轻中心区的过境客流，从环线上转移辐射线上的客流。例如 北京地铁路网( 环线直线) 。 ( 3 ) 连续交叉：指两条线路在某一段相距较近或者重合，在这一段上存在交叉， 设置车站，而在车站的外侧，线路的走向是分离的。这种形式常见于客流量的交通走廊， 例如伦敦地铁的p i c c a d i l y 线和d i s t r i c t 线问的交叉。当一条线路的某些地段客流特 别大时，一个换乘站无法满足需求时，也常使用连续交叉的方式，例如香港的荃湾线与 观塘线在太子、旺角和油麻等三处的连续交叉。 孕窜一i 了 1 0 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 图8 里尔轨道交通鱼形交叉和香港地铁的连续交叉 当线路数量超过两条时，交叉点的数量也会随之增加，不过其特征都是以上形式的 组合，例如，三角交叉、“日”字交叉、“下”字交叉、“大”字交叉等形式。 廿下六 三角交叉日字变夏下字交夏大字交叉 图9 多条线路交叉简图 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 第三章城市轨道交通典型路网特征分析 不同线路构成了轨道交通的路网，不同的路网结构呈现出千差万别的形态。线路越 多，路网就越复杂，形态就越不相同。日本的学者就世界上存在的路网形态进行抽象、 归纳，总结出了1 8 种典型的路网形态蚴。这些路网形态都向外辐射，越往外部，线路 越少，越稀疏；中心区的轨道交通线路数量大密度高，一般是以三角形、四边形为基本 单位的网络结构。 单从这些路网的形状来看，可以归纳出最基本、使用得最广泛的五种城市轨道交通 路网结构啪椭儿伽“”。 3 1 网格式路网 网格式路网( 棋盘式路网) 的各条线路纵横交错，形成方格网，呈格子状或是棋盘状。 线路走向比较单一、相互交叉次数少，基本线路关系多为平行或十字交叉两种。采用这 种路网的典型的城市有墨西哥城、大阪。 图l o 墨西哥城和大阪市轨道交通的网格式线网 网格式路网适合于市区成片状发展、街道成较为规则的网格式布置的城市，相对而 言，这种路网的分布较为均匀，客流吸引范围比例较高，常用于人口密度较大的内城区： 线路走向单一，水平或是垂直，因此便于乘客出行；在路网上换乘车站较多，能够分散 布置，线路间的换乘方便；线路的顺直性强，易于施工。 但单一的横纵走向，使线路间的相互联系较差，客流换乘需要通过第三线来完成， 1 2 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 平行线路阃的换乘比较麻烦，一般要换乘两次以上；由于没有贯通市中心的径向斜线， 对角方向的出行需要绕行，市中心和郊区的出行需要换乘。 3 2 星形结构路网 星形结构是指路网中所有线路只有一个交点( 换乘站) 的路网结构。唯一的换乘站一 般位于市中心，因此市中心成为客流集散地，如布达佩斯地铁网。 图1 1 布达佩斯市和罗马市城市轨道交通的星形结构线网 这种结构中所有线路间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大，容易引起拥挤与混乱。此外，这种换 乘站的设计与施工难度也较大，一般多采用分层换乘，使得车站的埋深加大，建设费用 增加，乘客换乘时间延长，车站通风、排水及运送旅客的运营费用也会有所增加。 3 3 树状结构路网 树状结构是指n 条线路共有n 1 个交叉点( 换乘站) 且在网络中没有网格的结构，它 能引导城市呈带状中心区结构发展。这种结构连通性差，线路之间换乘不便，多数线路 间至少要换乘两次才能实现互通，线路上客流分布不均，主干路承担着大量的客流，对 行车组织的要求高。阿姆斯特丹、阿拉斯加、奥斯陆、洛杉矶等城市都使用此种网络。 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 图1 2 臭斯陆和阿姆斯特丹的城市轨道交通的树状结构线罔 3 4 放射状路网 该类型路网一般是以城市中心为核心，由穿过市中心的直径线或是从市中心出发的 射线构成，逐渐扩展、加密，呈全方位或扇形放射发展。 放射状路网的突出优点是方向可达性高，整个区域到中心点的绕弯程度最小，城市 各点到中心点的距离最短，符合一般城市由中心区向边缘区土地利用强度递减的特点。 由于各条线路交叉，只需一次就可以实现任意两条线路间的换乘，缩短了出行时间。 这些放射线不仅能有效地将市郊居民出行引向市中心，还能提高城市轨道交通沿线 居住密度，形成居住的带状分布。这种结构有利于城市形成一个强大而密集的市中心， 促使城市土地密集开发，有利于节约土地资源，防止城市向周围“摊大饼”式的蔓延。 但是所有的线路在市中心相交，大量的客流在市中心换乘，使得客流过于集中，市 中心换乘压力较大，同时所有的线路都与市中心相连，城市外围区之间的联系不便。 因此在线网规划时，要避免市中心区的线路过多，中心轨道网交叉点要分散处理； 在放射线的线型选择上，对于全方位的放射型线网而言，以采取直径线为宜，因为半径 线需在市中心区进行大量的换乘，除非在工程特别或者是受自然因素影响严重的地方。 根据放射线的方向和对称性的不同，可将放射状路网分为扇形放射、两翼放射、多 翼放射三种形式。这三种形式的形成大多是受地理因素的影响。 1 、扇形放射：路网集中在以市中心为圆心，一定角度的扇形区域内，呈扇形发展。 1 4 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 例如芬兰城市赫尔辛基的轨道路网。 图1 3 芬兰赫尔辛基的扇形放射式线网结构图 2 、两翼放射：这种形式主要是受自然条件的影响，使路网集中在相互对称的区域。 受水域影响，斯德哥尔摩市分为南北两部分，城市轨道交通也就向南北方向发展，呈现 出“两翼”形式，如下图所示。 图1 4 斯德哥尔摩的两翼放射式线羼结构图 3 、多翼放射：多方向的放射形式，例如俄罗斯的圣彼得堡。 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 图1 5 圣彼得堡的多翼放射式线罔结构图 3 5 放射式环状路网 放射式环状结构是在放射线网状结构的基础上增加环线而形成的路网结构，是对放 射状线网的改进。 放射线是放射式环状线网的主要线路，它条数较多，走向多样，常常在市中心多点 交叉。因此它具有放射式线网的基本特征和优点：高密度的市中心和向城市四周伸展的 发展轴。 环线是指其线路呈环形，列车在其上循环运行的交通线。它的存在使放射式环状路 网与放射式路网显著不同，在布置上一般与所有的径向线交叉，能加强中心区边缘客流 集散点的联系，又能截流外围区之间的客流，减轻中心区交通压力，克服了放射式线网 周边地区方向交通联系不便的缺点。环线的作用根据距市中心位置的不同可以有如下两 种情况： 1 、环绕中心商务区( c b d ) 周围的环线 这种路网的环线距离商务中心距离近，除了有一般轨道交通线的作用外，还可截流 到市中心换乘的客流，并将其引到c b d 附近的环线上，以减少市中心区的地面客流，缓 解市中心的交通状况。如莫斯科和北京的地铁环线。 这种环线位于网络覆盖范围内，提高了网络和换乘站的密度，从而更加刺激了市中 心区的高密度开发。 1 6 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 2 、环绕市中心区的环线 一般布置在市中心区的外围，并穿过城市的建成区，可引导城市副中心的形成与发 展。在环线与径向线的交叉处轨道交通可达性好，客流密度高，距离c b d 较远，容易形 成新的副中心。例如巴黎地铁在环线上形成了共和国广场、戴高乐广场和巴士底狱广场 三个城市副中心。 总的说来，放射式环状结构具有放射网状结构的优点，能保证中心与市区的边界联 系，有效地吸引市中心客流，有利于维持强大的市中心；环线的存在，使城市边缘各地 区之间联系便捷，增强了整个网络的连通性，减少了市中心的客流换乘和过境客流对市 中心造成的干扰与交通压力，方便了不同方向线路之间的换乘，使任意一条线路上的乘 客只需换乘两次就能到达其它轨道交通线，缩短了市郊间乘客利用轨道交通出行的里程 和时问。因此这种线网适用于有强大市中心的城市，例如莫斯科、东京、巴黎、伦敦、 汉城。 图坫东京轨道交通的放射式环状线两 1 7 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车簧略研究 图1 7 莫斯科轨道交通的放射式环状线两 图1 8 伦敦轨道交通的放射式环状线网 北京交通大学硕士学位论文基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 第三部分路网条件下城市轨道交通运输组织行车策略研究 适宜的路网结构是轨道交通为市民提供高质量出行服务的前提，没有与城市形态结 构相适应的路网结构，即使再先进的管理方式也无法充分发挥轨道交通的作用，实现其 最大价值，适应于轨道交通结构的运输组织策略又是体现其作用的保证，没有与路网相 配套的运输组织，即使再适宜的路网结构也不可能满足居民出行需求。 因此合适的路网结构以及与之配套的运输组织策略是轨道交通发挥功能、实现价值 的基础。只有与城市相适应的路网才有可能最大程度解决城市的交通问题，只有与轨道 路网相适应的运输组织，才能最大程度的发挥城市轨道交通的作用。 总体说来，目前我国城市轨道交通线路数量少、结构简单，但随着轨道交通的建设， 大规模路网的形成是必然趋势，届时对运输组织将提出更高要求，运输组织的作用也将 更加突出。铁路几十年的运营为城市轨道交通提供运输组织的成功经验，但是轨道交通 的运输组织的调车作业很少，基本上是从事列车运输组织和接发车工作，由调度所和车 站两级完成，这些特点使得与铁路的运输组织有所差别。因此研究网络条件下城市轨道 交通的运输组织对于充分发挥城市轨道交通的作用具有重要意义。 第四章路网下城市轨道交通运输组织概述 城市轨道交通运输组织是在运输生产过程中，为完成旅客运输所进行的一系列与运 输相关的工作。城市轨道交通耗资巨大，修建时间长，系统能否实现其目标，完成预期 任务，运输组织是一个关键因素，可以说运输组织是整个轨道交通运输生产的核心。衄1 路网与单条线路的运输组织都有相同的基本内容，如确定列车运行的最小间隔时 间、停站时间、折返方式、折返时间、列车运行速度、通过能力、列车编组等，都需要 制定相应的运输计划，如客流计划、行车计划、车辆配备计划。但是它们问的最大不同 在于路网下的运输组织不再是局部的线路运输组织最优，而是全局的运输最优。即在各 条线路满足客流的情况下，通过线路间的协调，发车间隔、频率的配合达到路网的运输 效率最大。 因此，路网下的运输组织可以看成是单线运输组织的扩展，虽然两者的内容基本一 致，但路网下的运输组织是站在一个更高的层面来保证全局的最优。 北京交通大学硕士学位论文 基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究 4 1 路网条件下轨道交通行车组织涉及的基本内容 ( 1 ) 最小列车间隔时间 最小列车间隔时间可用于计算线路最大运输能力、编制列车时刻表，它受到信号、 车辆、折返能力、停站时间等多种因素的制约。缩短行车问隔时间可以减少旅客在车站 的候车时间，有利于提高服务质量，增大对乘客的吸引，也有利于减少列车编组辆数， 节省投资。 ( 2 ) 停站时间 停站时间的长短取决于旅客乘降的需要、车站乘客的集散、车辆车门数、座位与疏 导。停站时间过长会降低列车的旅行速度，有时为了更好组织列车运行，提高应用效率， 可以考虑不停车通过、隔站停车等不同的停站方式。 ( 3 ) 折返方式 列车的折返首先涉及到是否所有的列车都在线路上全线运行的问题。由于各区间断 面的客流的不均衡，开行一种列车容易造成资源浪费，因此应视线路的情况，采用长短 交路相结合的行车组织策略。 短交路的起止点车站一般为中间折返站，中间折返站的设置要考虑两端客流的差 异。列车在折返站要进行折返作业，根据折返线的不同有站前折返、站后折返、混合折 返等形式。不同的折返形式，需要的折返时间不同，受列车长度、制动力、信号设备等 因素影响。 ( 4 ) 列车运送速度 在实际工作中常常把速度分为运行速度、技术速度和旅行速度。 运行速度是在列车运行时间中扣除加减速附加时间和在站停车时间所得；技术速度 是在列车运行时间中扣除在站停车时间所得：旅行速度是列车在区段和线路内的平均运 行速度。列