（交通运输规划与管理专业论文）城市轨道交通运营组织相关问题研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着社会经济的持续快速发展，我国城市化进程加快，机动化进程加深，导致我国 大中城市交通量的快速增加，城市交通问题日益突出，已经成为国民经济发展的瓶颈， 并成为各级政府和普通民众广泛关注的社会焦点问题。发展快速城市轨道交通是解决 这一问题的有效途径。科学合理的轨道交通运营组织是充分发挥城市轨道交通能力的 核心问题，本文针对城市轨道交通运营组织的几个主要问题进行了研究。 本文对城市轨道交通运营组织的影响因素进行了分析，重点研究了交路方案、停站 方案及编组方案，在此基础上建立了城市轨道交通运营方案评价模型。 本文在充分借鉴相关研究成果的基础上，系统总结了各种交路方案的特点及其适用 条件。对城市轨道交通各种停站方案进行了分析，对各种停站方案的优缺点进行了论 述，并探讨建立了以乘客出行时间最短、车底运用数最少为目标的多目标优化模型， 并给出了相应算法。 在交路方案、编组方案、停站方案及相关影响因素的研究基础上，建立了以输送 能力、速度、车底运用、经济效益、服务为指标的城市轨道交通运营评价方案。探讨 建立了一种结合层次分析法、模糊评价法及灰色系统理论的综合方法对城市轨道交通 运营方案进行评价。 关键词城市轨道交通；交路；停站；运营组织；评价 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n t a ls t e a d yr a p i d i t yo ft h ee c o n o m y , t h ea c c e l e r a t i o no ft h eu r b a n i z a t i o n p r o c e e d i n g s ，a sw e l la st h ed e e p e n i n go f t h em e c h a n i z a t i o n ，h e r ec o m e sas i g n i f i c a n tr i s e i n t h eh e a v yt r a f f i ci nl a r g ea n dm e d i u m - s i z e dc i t i e sa n dc o m e su pt h ei n c r e a s i n g l ys e r i o u s p r o b l e m s ，w h i c hh a ss e tb a c kt h en a t i o n a le c o n o m ya n db e c o m et h es o c i a le x t e n s i v ef o c u so f a l lr a n k so ft h eg o v e m m e n ta n dt h ec o m m o n s h e n c e ，d e v e l o p i n gt h eu r b a nm a s st r a n s i t ( u m t ) b e c o m e st h ee f f h c i e n ta c c e s st or e s o l v i n gi t t op r o g r a m m es c i e n t i f i c a l l ya n d r a t i o n a l l yt h eo p e r a t i o no ft h eu m t i st h ec r u xo ft h em a t t e ro fg i v i n gf u l lp l a yt oi t t h i s t h e s i s ，i nt h el i g h to ft h ep r o b l e m so ft h eo p e r a t i o np r o g r a mo ft h eu m t , c o n d u c t sr e s e a r c h a n a l y s i so ft h i st h e s i si ss e to nt h ef a c t o r sa f f e c t e db yt h eo p e r a t i n go ft h eu m t , a n dm a i n s t r e s si sp l a c e do nt h es c h e m eo fl o c o m o t i v ew o r k i n gs y s t e m ，s t o pa n dt h et r a i nf o r m a t i o n , o nt h eb a s eo fw h i c ht h em o d e lo ft h eo p e r a t i o ns c h e m eo ft h eu m ti sc o r r e s p o n d i n g l y e s t a b l i s h e d t h i st h e s i s ，o nt h ef o u n d a t i o n o ff u l l yd r a w i n go nt h e e x p e r i e n c eo fr e l e v a n ts t u d y , s y s m a t i c a l l yc o n c l u d e st h e s el o c o m o t i v er o u t i n g s f e a t u r e sa n dt h e i ra p p l i c a t e dc o n d i t i o n s ， a n db yu t i l i z i n go ft h ea h pa n df u z z ym e t h o ds e t su pt h ea l t e m a t i v em o d e l s a n dt h e n ，t h e a u t h o ra n a l y z e ss o r t so ft h es t o pp r o g r a m m e s ，d i s c u s s e st h em e r i t sa n df a u l t s ，a n dc o n s t r u c t s t h em u l t i p l yt a r g e t e d o p t i m i z e dt h em o d e l ，a i m e da ts a v i n gm o s tt i m ef o rp a s s e n g e r sa n d c o s t i n gl e a s tt r a i n s ，g i v i n go u tt h ec o r r e s p o n d i n ga l g o r i t h m s a f t e rr e s e a r c h i n gt h el o c o m o t i v er o u t i n g s ，t h ef o r m a t i o ns c h e m e ，t h es t o ps c h e m ea n da l l r e l e v a n ti n t e r f e r i n gf a c t o r s ，s y s t e m sd i s t i n g u i s h e db yt h ei n d e x ：d e l i v e r yc a p a c i t y , v e l o c i t y , t r a i nu t i l i z a t i o n ，e c o n o m i cb e n e f i t s ，a n ds e r v i c e ，i sb u i l t t h et h e s i se s t a b l i s h e ss u c ha c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i n gs y s t e mo ft h ea h pm e t h o d ，f u z z ym e t h o da n dt h eg r e ys y s t e m t h e o r yt oe v a l u a t ea n da l t e rt h eo p e r a t i o ns c h e m eo f t h eu m t k e yw o r d s ：u r b a nm a s st r a n s i t ；l o c o m o t i v er o u t i n g s ；s t o p ；o p e r a t i o no r g a n i z a t i o n ； e v a l u a t i o n 西南交通大学曲南父遗大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密囤，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：新毛法 日期：1 q 。- 3 一蔼蔷乏 指导老师签名：7 l 每嫁 日期：1oi o ， 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1 充分借鉴相关研究成果的基础上，总结、分析了各种交路方案的特点及适用条 件。 2 通过对城市轨道交通停站方案的分析，建立了以乘客出行时间最短、车底运用 数最少为目标的多目标优化模型，并给出了相应算法。 3 通过对城市轨道交通运营组织影响因素的分析，建立了城市轨道交通运营方案 指标评价体系，并运用层次分析法、模糊评价法及灰色系统理论的综合方法对城市轨 道交通运营方案进行评价。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 锄钇怯 勿一多 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 城市轨道交通的诞生和发展已有1 0 0 多年历史。1 0 0 多年来，随着世界政治、经济、 文化活动的发展，大城市数量的不断增加，城市流动人口及道路车辆也不断增加，城 市交通需求与运能之间的矛盾日益突出，这些已成为直接制约城市经济发展的一个重 要因素。当前，全国大中城市普遍存在道路拥挤、交通秩序混乱的现象n 3 。另外，环境 问题也愈来愈引起人们的重视。在这样的背景下，各国普遍认为发展城市轨道交通是 解决城市交通的必由之路，因此各国竞相发展城市轨道交通，试图通过立体化的城市 轨道交通来解决日益恶化的城市交通问题，我国也在积极发展城市轨道交通。 城市轨道交通系统具有诸多优点，大运量、高速度、高密度、独立专用，是解决 大城市交通问题的一个重要手段，毫无疑问，轨道交通系统在城市综合交通系统中占 据骨干地位。 据统计，截止至2 0 0 8 年底，我国已有1 0 个城市拥有共2 9 条城市轨道交通运营线 路，运营里程达到7 7 6 公里，年客运总量达2 2 1 亿人次。从2 0 0 3 年底开始，北京、 上海、深圳等有关城市开始编制和申报轨道交通建设规划，目前已有1 5 个城市上报了 建设规划报告。深圳、杭州、哈尔滨、广州、上海、成都等城市的规划己通过国家审 批。根据2 0 0 7 年中国城市轨道交通行业投资分析统计，1 5 个城市在近期规划建设 6 5 条线路，线路里程达到1 7 0 0 公里，投资规模约6 0 0 0 亿元口。 1 2 研究意义 城市轨道交通客流量大，阶段性高峰明显，同时又具有站间距短，交路种类较多、 车站配线少等特点，与铁路行车组织不尽相同。如，在列车种类方面，铁路运输分为 客货两类，鉴于城市轨道交通的特点，城市轨道交通只有客运一种类型；在设计年度 方面，城市轨道交通设计年度分为初期、近期、远期三类，初期为建成通车后的第3 年，近期为通车后的第1 0 年，远期为通车后的第2 5 年口们，与铁路运输有较大区别； 在运行图方面，铁路运输一般采用非平行运行图，城市轨道交通采用平行运行图；运 营时间方面，铁路运输实行2 4 小时不间断运营，城市轨道交通营运时间一般为5 ：0 0 2 3 ：0 0 。可见，城市轨道交通在运行图、运营时间、运输任务等方面与铁路运输运 营组织方面不同，有着自身的特点与复杂性。 随着我国城市轨道建设的快速发展、通车里程的逐年增加，列车开行数量的逐年 增加，如何保证运营质量、如何高效、合理地运营组织就显得更加重要。为此，有必 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 要在深入研究客流时空分布的基础上，对城市轨道交通的运营方案进一步研究，优化 运营组织方案，更好的为旅客服务，更好的提高运输企业的经济效益。 目前的研究成果主要集中在各种方案的优化模型方面，如停站方案优化模型、编 组方案优化模型、车底运用优化模型等。迄今为止，我国对城市轨道交通运营方案评 价主要考虑线路的输送能力、折返能力、车底运用数量等方面的指标，且各评价指标 间基本上相互独立，未能从城市轨道交通运营方案所涉及的影响因素，全方面构造一 个行之有效的、综合的评价指标体系，以便较为全面地对运营方案优劣进行评价。另 外，国内也有很多专家学者从运输企业的角度出发，研究城市轨道交通运营方案的经 济效益，但考虑运输服务质量以及运输产品的市场竞争力方面较少，尚缺乏一套完整 的、涵盖运营方案特点的综合评价体系。为此，有必要在充分研究城市轨道较运营方 案的影响因素基础上建立一个系统的评价体系，为比选运营方案提供参考。 1 3 研究现状 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营组织、优化方面进 行了大量研究，成果层出不穷。随着城市轨道交通建设的快速发展，关于列车编组方 案h 吲、通过能力睁3 、预测客运量n 2 叫5 1 、现状客运量分析口5 1 以及列车运行交路n 6 q 钔、运 营方案评价等方面逐渐成为了研究的热点。 截至目前，国内外就城市轨道交通运营组织管理的研究层面主要体现在：一、从 宏观角度分析，内容主要包含城市轨道交通所有制、建设和运营费用的融资形式；二、 对客流预测的研究，运用不同的方法，通过改进、优化模型，建立精度较高的客流预 测模型；三、从技术层面出发，主要包含旅客运输服务、运营保障等方面，主要目的 是在城市轨道交通运营期间，提高效率，充分体现快速、舒适、安全、准时和便利的 特点。本文的研究重点放在第三种研究模式，以期提高城市轨道交通的运营效率。 在城市轨道交通运营组织方面，1 9 9 8 年，季令、张国宝啪1 主编的城市轨道交通 运营组织，首先对城市轨道交通运营组织进行了全方位的研究和阐述，而后2 0 0 3 年， 何宗华、汪松滋乜妇等人编写的城市轨道交通运营组织，2 0 0 6 年，毛保华池3 等人编写 的城市轨道交通系统运营管理，他们结合城市轨道交通的发展，对行车组织、车站 客运组织、运输计划、列车运行图编制、系统运输能力等方面进行了系统分析和研究。 西南交通大学田福生娩5 1 的硕士论文城市轨道交通行车组织的相关问题研究心司 中从能耗的角度分析了列车编组方案，研究了列车开行交路方案与空间客流与空间客 流分布形态的关系，列车在中间折返时的通过能力适应性，研究了列车班次计划，建 立了最优班次计划数学模型。但，列车编组方案的研究中主要考虑了能耗最低化，对 提供优质服务、实现效益最大化方面考虑较少，当然也没有对编组方案的初期、近期、 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 远期予以综合考虑。 西南交通大学的坚宾硕士论文将层次分析法运用于城市轨道交通的车辆选型， 提出了按比例开行长短交路套跑的交路方案。但层次分析法尽管可以较好地解决一些 无法定量研究的问题，但由于主观因素的影响，精度相对不高，在分析交路方案时分 析还不够深入，只是通过简单的假设举例分析了套跑方案中长短交路1 ：2 的比例比1 ： 1 的所需列车数少，没有具体分析实质问题。 东南大学严波啪1 的硕士论文城市轨道交通运营组织优化研究中较深入地研究 了城市轨道较运营中的相关问题，并建立了车辆编组优化模型、行车间隔时间优化模 型，建立了评价体系，对运营方案进行了评价。虽然研究比较深入，也对问题的实质 进行了较深层次的分析。但运营方案的评价体系中准则层中只涉及了社会效益、运营 成本指标，指标层中共涉及了1 1 项指标，评价指标体系还不够全面，运营支出的重要 影响因素，即车底运用数没有涉及，优质服务相关指标也不够深入，另外，在评价计 算方案的选择上运用了层次分析法进行了评价，能够解决定量、定性交织问题，但还 不够深入，主观影响较大。 另外，西南交通大学王青亚川、北京交通大学的方吉祥啪3 、王红梅位7 1 、东、河海 大学的陈伟强乜町等人在他们的硕士论文的研究中对运营组织相关问题也进行较为深入 的研究，如交路问题、客流预测问题、运营方案问题、计算机在运营组织中的应用等， 取得了一定的成果。 1 4 研究内容 城市轨道交通运营组织方案的核心问题是客流时空问题，客流在时空上的分布情 况决定运输组织的全日行车计划、列车交路安排、列车编组方案等。 影响城市轨道交通运营的因素主要有交路方案、编组方案、停站方案等，要对运 营组织进行研究就必须对这些问题予以分析、研究。本文拟通过对城市轨道交通交路 方案、编组方案、停站方案等问题的详细分析、研究、优化，确定城市轨道交通的运 营方案。 城市轨道交通的运营方案会直接影响实际运营效果，因此，必须对运营组织方案 予以评价。为此，需在相关主要要素的研究基础上，建立运营方案评价体系，对运营 方案予以评价，根据评价结果对运营方案进行决策或调整。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 曼皇_ _ = m m m 一一i i i i i i i , i 一 一i l i m i l i 鼍曼蔓曼曼! 皇 搜集相关资料 上 分析已有相关客流情况 上 i 列车编组方案 交路方案停站方案 l l 城市轨道交通运营方案 i城市轨道交通运营综合评价体系 图1 - 1 研究技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章运营组织组成要素及影响因素分析 城市轨道交通的建设目的是为乘客的出行提供快速、舒适、便捷的服务，良好的 运营组织是提供优质服务、实现运输企业效益最大化的前提和保证。运营组织一方面 要从乘客的角度出发，充分满足乘客对出行的需求，另一方面也要从运营企业的角度 出发，争取以最小的投入获得最大的社会效益和经济效益。 轨道交通的运营组织主要包括车辆选型、车辆编组辆数、行车间隔时间、列车交 路方案、车站工作组织、调车工作组织、列车运行图编制等很多方面。本章将对轨道 交通运营组织中的车辆选型、车辆编组、列车运行交路、停站方案予以分析。 2 1 运营组织方案的内容 城市轨道交通运营组织方案的主要因素涉及六个方面，如图2 1 所示。 图2 1 城市轨道交通运营方案内容 1 列车编组方案 列车编组方案包括车型选择、编组数量和编组方式三个问题。城市轨道交通根据 客运需求规模的大小选择彳型车、占型车或f 型车。而不同型号的车辆又可以由不同数 量的车辆组成车组，一定范围内的客流量可以由4 辆彳型车承担，也可能由6 辆口型 车承担，而且不同规划期的客流需求也不同，这些都是编组数量方面的考虑。此外， 同样是6 辆编组的口型车，也会因动车和拖车的不同组合方式而不同，这些都是编组 方式要考虑内容。 2 全日行车计划 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 全日行车计划的内容是根据各个规划期的断面客流数据、车型选择和编组方案， 具体制订运营时间内各个时段开行的列车对数。 3 列车交路方案、停站方案 列车交路方案和停站方案又可以合称为列车运行计划。列车交路方案的内容是根 据线路断面客流和编组方案，选择合理的折返区段，使得轨道交通系统的运行效率最 高，乘客出行最方便。目前，尽管多数城市轨道交通的停站方案为站站停方式，但并 不意味着必须每一个车站都停车的，为了提高列车的旅行速度，可以有不同的停站方 案。特别是针对特大城市的超长线路，对不同区域的线路实行不同的停站方案也是非 常必要的。 4 车辆运用计划 车辆运用计划的内容包括线路和线网应该保有的各类车辆数及其相应的运用安排 计划。针对全日行车计划和编组方案，按计划从车库或者停车线派出相应的车辆。城 市轨道交通客流一般在全天会出现早高峰和晚高峰，高峰期和平峰期的客运需求相差 很大，因此就要求在高峰小时到来之前派出大量的车辆，并依据区间断面客流的需求 合理分布在相应的交路区段，而高峰过后就要把运力过剩的车辆按计划退出运行线路， 存到车场去。此外，为保证轨道交通系统的安全高效运营，必须有计划地对车辆进行 保养与检修，这个也是车辆运用计划的主要内容。 5 列车运行图 列车运行图则是根据以上的全日行车计划、列车交路方案、停站方案和车辆运用 计划，对每个区段、每个时刻的列车动作及状态进行总体安排，并以图表的形式表现 出来。列车运行图是整个运输组织的集中体现。 2 2 影响因素分析 影响城市轨道交通运输组织的所有因素当中，最重要的一个是客流，按流开车是 制定运营方案时基本的和必须遵守的规则。客流首先决定了是否修建城市轨道交通， 同时，客流在时间上和空间上的规模与分布直接决定了运输组织的规模与形式。其中， 客流在时间上的分布情况决定运输组织的全日行车计划，客流在空间上的分布情况决 定运输组织的列车交路安排以及车辆运用计划。除了客流之外，还有其他的一些影响 因素，且所涉及到的各个子模块的影响因素各不相同，现分述如下。 2 2 1 列车编组方案 列车编组辆数将直接关系到系统输送能力和服务水平，并影响车站规模，应综合 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 - - 。|1|i m 。i m z 。皇! 鼍! 毫 考虑多方面因素研究确立。列车编组方案的影响因素有：高峰小时最大断面客流量、车 辆载客标准、车辆动力参数、车辆连挂方式等。 如前所述，客流是编组方案的基础。车辆的电气参数，如电压制式、调速方式等 应该与城市轨道交通的整体规划相协调；车辆的动力参数，如最高运行速度、最大起 动加速度、制动加速度等必须满足规划期高峰小时的运输要求；车辆载客标准是确定 车型和编组辆数的关键；车辆的连挂方式，主要是因车辆是否带司机室以及车钩类型 的不同而不同，这个是选择编组方式时需要考虑的问题。 另外，在考虑列车编组方案时，还应考虑不同规划期的客流需求也不同、各时期 的编组之间的协调问题、不同的编组方案要考虑改装费等相关问题等等，尽量减少费 用支出。 2 2 2 全日行车计划 全日行车计划是营业时间内各个小时开行的列车对数计划，全日行车计划根据营 业时间内各小时的最大断面客流量、列车定员人数和车辆满载率、以及希望达到的服 务水平综合确定n 引。 全日行车计划的影响因素有：营业时间、客流时段分布( 分时最大断面客流量) 、车 辆选型结果( 列车定员) 、线路断面满载率、最低服务水平要求。根据营业时间段内的 分时最大断面客流量，车辆选型结果所确定的列车定员和线路断面满载率就可计算出 分时段的行车对数，进而得到各个时段的列车发车时间间隔。此外，还需考虑以下两 个因素：在高峰时段，最小发车时间间隔必须满足信联闭设备的要求；在平峰时段， 特别是客流的低谷，为保证一个最低服务水平下限，需要确定一个最大的发车间隔。 运用该约束条件对发车间隔时间修正，得到全日行车计划。 2 2 3 列车交路方案 合理的列车运行交路不仅能够方便乘客，同时也要考虑提高车辆运用效率，降低 运输成本。 列车交路方案的影响因素有：区间断面客流分布、列车编组方案、车站线路条件。 区间断面客流分布情况是确定列车交路的关键。 2 2 4 停站方案 影响停站方案的因素主要还是客流的空间分布特征。客流的空间分布，如客流区 间分布、换乘客流的分布情况是影响停站方案确定的关键因素。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 曼鼍曼兰量皇皇曼曼曼皇曼皇皇皇曼曼曼皇暑! 詈! 曼皇曼皇皇皇鼍皇! 苎鼍曼! 皇曼皇! 曼曼皇曼皇皇曼曼! 皇! ! ! i i 詈! 皇皇! 皇! ! 曼曼! ! 皇! 曼曼! ! 鼍曼! 詈曼! ! 曼! ! ! 曼曼 2 2 5 列车运行图 列车运行图是城市轨道交通运输组织的一个综合性计划，是城市轨道交通行车组 织的基础。列车运行图的编制过程考虑的因素有列车不同时段的行车间隔、线路布置 条件、折返站布置形式、列车交路、车场分布等因素。 在列车运行图中，一般有工作日、周末和节假日三种类型。对于不同类型的列车 运行图，其编制的重点考虑也不同，尤其是工作日列车运行图，一天中不同运行时间 间隔的时间段比较多，且高峰时间段和非高峰时间段的发车间隔差别很大，会出现频 繁的列车出入库，因此编制过程也最为复杂。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第3 章列车运行交路方案研究 列车运行交路是城市轨道交通运营组织的重要技术指标之一，也是运营组织方案 的重要组成部分。实际上，交路方案的确定也往往确定了列车运行区段、折返站、停 站方案等相关问题。合理的列车交路既能提高列车的车辆运用效率，避免运能虚靡， 降低运输成本，又能给乘客以较大的方便。因此，采用不同列车交路相结合的列车运 行方式，能使行车组织做到经济合理m 3 。为此对交路方案进行充分的研究是非常必要 的，也是确定城市轨道交通列车运营组织问题的关键。 3 1 列车运行交路设计主要原则 1 交路设置是以客流预测为依据的，客流量反映了乘客的出行需求，是制定交路 方案的基础，即常说的“按流开车”。 2 把握乘客的出行心理，掌握乘客的出行需求，充分结合客流分布及客流出行特 点，方便乘客在不同时段、区段出行要求，保持较好的服务水平。 3 考虑折返站能力，列车运行的交路的终端需进行折返作业，折返能力对线路的 通过能力有影响，设置交路方案应使折返能力与线路通过能力相协调。 4 在满足运营组织需求的前提下，尽量减少运用车，降低运营成本，提高运营效 益。 5 初、近、远期结合，全线统筹考虑，交路设置尽可能保持连续性，要考虑运营 管理的可操作性和运营组织的灵活性。 3 2 交路方案类型 目前，交路方案的类型说法不一，不同的研究者都给出了不同的交路方案名称， 本文借鉴相关研究者的成果总结，认为有以下类型。 1 单一交路 单一交路是指列车在线路起、终点站间运行，到达线路终点后折返的一种交路类 型，如图所示。 图3 一l 单一交路 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 采用单一交路，列车在线路起、终点间按最大需要开行数量拉通运行的列车。该 交路的特点是运行组织简单，但增加停站次数，增加了长途旅客的旅行时间，适用于 整条线路客流都比较均匀的情况，城市轨道交通运营初期的线路多采用该类交路形式。 2 长短嵌套交路 长短嵌套交路是指列车运行区段分成多个，长短交路的列车在部分区段共线运行， 长交路列车在到达终点后折返，短交路列车在规定的中间站折返的一种交路形式，如 图所示。 图3 2 长短嵌套交路 采用该类交路，可根据客流需求，组织不同编组、不同开行对数的列车在对应的 区段运行，满足不同乘客的需求。适用于客流不均衡，在长交路到达短交路区段和越 过短交路区段断面客流量相差不大，且长、短交路重叠区段客流量较大的情况。该类 型交路需考虑小交路中间站折返能力的问题，运营中若出现车辆短缺而造成的运能紧 张问题，应根据实际情况制定合理的行车方案，在优先满足成熟区段、客流压力较大 区段乘客需求的前提下，尽量方便其他区段乘客的出行。 当该交路某端客流较大时，小交路适当延伸，就构成了3 3 交路，是长短嵌套交 路的一种特殊形式，如图所示。 图3 - 3 长短套嵌交路 3 对接交路 对接交路是指在线路上分段运行，列车各自在相应区段运行，在各自折返站折返 的一种交路形式，如图所示。 图3 - 4 对接交路 该类型交路适用于客流不均衡，但在每个区段又有典型向心聚集客流情况。采用 此类型的交路对各区段而言有较高的服务水平，但存在部分乘客需换乘到达目的地的 问题，增加了这部分旅客的出行时间。可以考虑组织不同的编组、不同开行对数的列 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 车运行。但要求中间折返站具备两个方向，该折返方式若在线路中段客流高断面折返， 为运营之大忌。 4 交叉交路 交叉交路是指两个交路的列车分别在相应的区段运行，且两个运行区段部分交叉 的交路形式，如图所示。 图3 5 交叉交路 采用此类型交路形式时，交叉区段一般为客流量较大的区域，多为市区，可开行 最大的列车对数。适用于郊区市区向心客流，当交错范围为一个区间时，可共线 或不共线。该交路可以较好满足不断增长的郊区到中心城区的客流需求，减少了客流 密集区的候车时间，满足中心城区的旅客出行需求，但会增加部分旅客的换乘。 5 组合交路 在实际运输组织中，根据客流需要以及线路设施情况，可以灵活采用以上四种基 本的列车交路形式，也可以几种模式组合，在同一线路上既有相互对接的交路，也有 大小交路的嵌套，形成多种交路组合模式。因列车交路种类太多乘客难以识别，并影 响满载率的均衡，故任何断面上尽量不运行三种及以上的列车交路，如图所示。 图3 - 6 组合交路 合理、可行的列车交路能充分利用资源、降低运输成本，在不降低服务水平的前 提下，提高通过能力和车辆利用率，减少车辆运用数，提高运营效率，降低运营支出。 3 3 不同交路形式的比较 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 表3 - 1 不同交路形式的比较 交路类型 说明优点缺点 适用条件 列车在线路起、终点站运行组织简单，能满增加长途旅整条线路客流都 单一交路 间运行，到达线路终点 足所有旅客的需求 客的旅行时 比较均匀 后折返间 列车运行区段分多个，根据客流需求，组织存在小交路适应客流不均， 长短嵌套 长、短交路的列车在部不同编组、不同开行列车折返问长、短交路重叠区 分区段共线运行，分别对数的列车在对应的题，增加折返段客流量较大的 交路 在终点折返和规定的区段运行，满足不同 站的设置 情况 中间站折返乘客的需求 在线路上分段运行，列对各区段有较高的服存在部分乘适用于客流不均 车各自在相应区段运务水平，可组织不同客换乘，中间衡，但在每个区段 对接交路 行，在各自折返站折返的编组、开行对数的折返站需具 有典型向心客流 列车运行备两个方向 两交路的列车分别在满足中心城区的旅客增加部分乘 适用于郊区一一 交叉交路相应的区段运行，且两出行需求，减少客流客换乘，增加市区向心客流 个运行区段部分交义密集区的候车时间 旅行时间 3 。4 列车运行交路方案评价指标 优化、评价方案的得出主要基于技术指标和客流分布规律，而方案的确定最终影 响线路运营的各个方面，运营过程中既有数量指标、质量指标，又有经济指标，难以 准确确定。根据线路的客流情况、服务水平特性，结合以上设计原则进行交路比选。 目前，应用于综合评价的方法可谓层出不穷，已有几十到上百种之多h 。常见的 有层次分析法m 1 、数据包分析法、灰关联分析法h 9 1 、模糊评价法嘞3 等，各种方法各有 特点。任何一种评价方法，均包含确定权重系数和构造评价函数两个部分，前者决定 了各项指标在综合评价系统中所处的不同地位，后者利用函数关系将各个单项评价指 标值组合得到综合评价指标值。本文采用层次分析法与模糊综合评价法来处理这一复 杂问题，决策流程如图3 7 。 、。， 图3 7 交路方案决策流程图 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 3 4 1 建立评价指标体系 对城市轨道交通交路方案进行评价时，应充分考虑各方面的影响因素，结合交路 设计原则，经分析，选定以下评价指标。 客流量预测：客流量预测是研究交路问题的前提与依据，包含满足客流的出行需 求、结合旅客出行特点及心理最大限度的吸引客流等主要指标。 经济与效益：该指标体系主要是从运输部门内部考虑，尽量的减少车底周转时间， 减少车底的运用数，节省车辆购置费，降低运营成本，避免列车的虚糜，增加运营收 入。因此，主要包括车底运用数、列车满载率等主要指标。 能力适应：列车运行的交路的终端需进行折返作业，折返能力对线路的通过能力 有影响，设置交路方案，应使折返能力与线路通过能力相适应。主要包括折返能力、 线路通过能等主要指标。 运营组织：初、近、远期结合，全线统筹考虑，交路设置尽可能保持连续性，要 考虑运营管理的可操作性和运营组织的灵活性。为此，初、近、远期的连续性、运营 组织的灵活性和方便旅客的程度等指标。 评价指标体系如图3 - 8 所示。 列车运行交路评价指标体系 i 客流量预测 经济与效益运营组织能力适应 i l il l 客吸 车 列 规 组 方 折 通 流引 底 奎划 一 织 便返 过 匹 客 运 满 期 灵 旅能能 用 载 连 配 流 活 客力力 数率 续 性 图3 - 8 列车运行交路评价指标体系 3 4 2 评价指标体系算法 由于该指标体系具有层次性，又由于交路问题本身具有模糊属性，所以宜采用层 次分析法和模糊综合评价方法综解决该问题。该方法相关研究成果较多，例如陈天明 等在城市轨道交通站点衔接规划的模糊评价方法研究、孟润虎等在模糊综合评 价在客运专线速度匹配方案中应用、王利华在硕士论文铁路集装箱运输相关问题 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 研究中都有论述，并解决了实际问题，可依据相关算法解决该问题，本文不再详细 阐述。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 第4 章列车编组方案分析 列车编组方案是轨道交通运输组织的重要内容，也是城市轨道交通设计的主要参 数，依据编组计划来确定车站站坪长度、设备容量、系统运输能力等。编组方案的内 容主要包括两个方面，一是车辆选型问题，二是编组辆数问题。本章在借鉴相关研究 成果的基础上，对上述问题予以分析，建立编组方案优化模型。 4 1 车辆选型 4 1 1 车辆选型原则 城市轨道交通车辆系统选型应遵循以下原则： 首先必须满足运营的要求，即车辆运能应满足高峰小时的运量要求。轨道交通系 统的运输能力是根据客流调查、客流预测提出的，因此，车辆选型时应依据预测的高 峰断面小时单向最大客流量来选择载客量适当、数量合适的车辆，并对近、远期客流 留有足够的扩充余地。 其次技术先进成熟、性能优越；车辆外形美观，适应线路的自然环境和条件，确 定合理的动拖比，满足车辆动力性能要求。 再次是满足城市轨道交通对于车辆制式和主要技术参数的要求；结合轨道交通的 路网规划，考虑车辆运行和检修资源的共享，同一路网尽量采用统一车辆型式。 4 1 2 车辆类型 在建设部颁发的城市快速轨道交通工程项目建设标准中，推荐了彳、b 、f - - 种车辆类型，地铁使用的车辆为彳、b 型，所以，本文只讨论彳、b 型。高运量( 高峰 小时单方向最大断面客流量为5 7 万人次) 的城市轨道交通线路应选择a 型车，大运 量( 高峰小时单方向最大断面客流量为3 5 万人次) 的城市轨道交通线路应选用b ( 或 彳) 型车，中运量( 高峰小时单方向最大断面客流量为卜3 万人次) 的轻轨线路应选用 c ( 或b ) 型车。彳，锣型车辆的容量正常状况下分别为2 6 8 人辆、1 8 0 人辆。 目前地铁系统中所采用的车辆主要是4 、b 两种类型，车辆参数见表4 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 表4 - 1a ，锣两种类型参数 车 宽额定 编组辆数及能力( 人) 型 长( m ) 高( m ) ( m )( 人辆)34 56 7 8 2 2 8 动 彳3 o 3 82 6 88 0 41 0 7 21 3 4 01 6 0 81 6 7 62 1 4 4 2 4 4 拖 1 9 5 2 动1 8 0 头 82 83 85 7 07 8 09 9 01 2 0 0 1 4 1 0 1 6 2 0 1 9 8 2 拖 2 1 0 中间 注：站席5 人f 计算 客流是城市轨道交通建设的一个重要参考因素，也是车辆选型和编组的重要影响 因素，但不是决定因素，在确定轨道交通车辆的选型、编组时，还要考虑其他因素的 影响。同时，还要考虑预留一定的运能储备。 4 2 列车编组原则 列车编组应遵循以下原则： 1 满足预测运输量需要，运输能力应有一定的储备； 2 充分考虑服务水平变化对旅客带来的影响，且服务水平不能逐年降低； 3 注意各规划期间的协调，尽量减少支出； 4 降低运营成本，提高运营效益。 4 3 编组方案优化模型 东南大学严波在硕士论文城市轨道交通运营组织优化研究、西南交通大学田福 生在硕士论文城市轨道交通行车组织的相关问题中都对列车编组方案进行了研究， 得出了一些结论。他们在解决编组方案优化问题时都是以固定时期的编组方案为研究 内容，实际运用中存在规划期编组方案的统筹、协调问题，为此，本文在相关研究的 基础上对综合考虑规划期即初期、近期、远期的编组问题予以研究，更贴近实际，可 操作性更强。 4 3 1 简单化处理 影响车辆编组选择的因素很多，建立优化模型前需要对可变值加以约定，对实际 情况进行简单化处理，减少复杂因素的影响，现作如下假设： 1 全日划分为若干时段，如高峰时段、平峰时段、低谷时段等，但同一时段内， 发车间隔时间不变，停站时间不变，各站单位时间内上下车人数固定； 2 各时段内乘客能接受的候车时间为定值； 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 皇量曼曼曼曼曼曼曼曼i 一_ , i i i 一i i i 一o 鼍 3 区间内车速为定值； 4 同一时段内，乘客的乘车距离相等，相同的平均票价； 5 乘客都能乘车出行，无乘客滞留情况； 6 运营支出的费用涉及因素较多，但集中反映在车辆运用数上，车辆运用越多， 相应的支出越多，此列车开行支出的费用与车辆运用数有相应的比例关系，即支出费 用尺( c ) = 后辅。 i = 1 4 3 2 单一规划期编组方案优化模型 列车合理的编组就是在满足客流需求的条件下，运营企业效益最大化。也就是， 在运能与运量最佳匹配前提下，运营成本最小。即： 目标函数1 ，供求最佳匹配规划模型畸列： 疗m - i m i n z 。= ( p 。 - - i 钉- c ) 2 ( 4 1 ) t = li = 1 以州第f 时段内站点i 至：u i + l 全段车上乘客人数； 刀全日划分时段数； m 线路站点数； c 标准载客量。 目标函数2 ，企业效益最大化： 疗m - 1 s m a x z ，= 生生一( 4 - 2 ) n _ - 式中：朋线路站点数； 庇第t 时段内行车间隔时间，m i r a s ! 第f 时段内站点f 单位时间乘客上车人数，人； p 每人次平均票价收入，元； 厶f 时段，乘客能接受的候车时间；r a i n ； 、l 最大载客量上下限； n ；f 时段，种类型的列车车辆运用数，辆。 其中，有前面简化分析知，同一时段内，车辆载客相同，简化为各时段单车匹配 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 状况总和，目标函数1 表达式子中d 可由下式得出： 一l p ；= p 量- 十s ；一晦。芝二( s ；一x ；) 忽 ( 4 3 ) j = l 目标函数2 中n 车底为与列车载客量有关的运营企业支出的目标函数，从运营 企业的角度而言，应尽量减少运营的支出，增加企业的效益，实现效益最大化，减少 车辆运用数可节省运营支出，增大企业效益。 4 3 3 不同规划期编组方案优化 目前，多数编组方案的研究成果是对固定时期的编组方案的优化，在实际应用中 必须考虑初期、近期、远期编组方案的匹配。各时期的编组方案的匹配主要考虑在满 足旅客需求的条件下，使车辆购置费c 购、旅客时间价值c 赢、回收残余价值c 残、运营 费用魄等支出最少，为此建立模型如下。 一m - i m i n z 。= ( p 乙+ 。- c ) 2 ( 4 4 ) ( c 购+ 一c 旅) c 残c 残 r a i nz ：上生一一上生一一生互一 ( 4 5 ) 。 ( 1 )( 2 )( 3 ) 目标函数2 中，t = 1 , 2 ，3 分别表示初期、近期、远期。三个时期都存在辆购置费c 购、 旅客时间价值c 旅、运营费用c 运。( 1 ) 即表示了在某种编组方案下三个时期三种费用， ( 2 ) 表示某一初期的编组方案到近期、远期的车辆残余值，( 3 ) 表示了某一近期的编 组方案到远期的车辆残余值。因该四项指标都可量化，故采用最小费用年值法 彳= 仍t 进行比较。 两类模型的约束条件为： i m a x ( p 乙+ 1 ) 1 3 2 c s t 0 h t 厶 ( 4 6 ) i c 曲c c 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 第5 章列车停站方案研究 列车停站方案是在确定了交路形式、列车编组方案后，根据满足客流的需求，确 定各个列车停站站点，也即各列车的停站序列的问题。 目前，列车的停站方案总体上有两大类，即站站停方案和非站站停方案。相比而 言，站站停方案行车组织简单，无需换乘，能满足所有乘客的基本需求。因在每个车 站都停站，必然会造成长距离乘客在途时间增加。断面客流量若在空间上不均衡性较 大时，为满足乘客的需求仍需按照最大断面客流量确定列车开行的对数，必然会造成 部分区段上上座率的虚糜，造成浪费。 与站站停相比，非站站停的停站次数相对减少，部分乘客的在途时间会相应减少， 当然也缩短了旅行时间，提高了旅行速度，也会减少列车的周转时间，节约了成本。 当然，也存在行车组织相对困难，乘客识别相对困难，增加部分旅客的换乘时间等问 题。 传统的城市轨道交通停站方案一般按照站站停方案设计，但从优化列车运行组织、 提高旅行速度、减少部分旅客出行时间出发，根据具体客流情况，可比选采用