（交通运输规划与管理专业论文）北京市城市铁路列车运营组织模拟研究.pdf

、 耗蛮交通 学硕 。学位论立 摘要 摘要 随着我国经济的飞速发展，城市化进程不断的加快，城市交 通状况不断的恶化。尽管大量的市政资金投资于城市道路建设， 但交通拥挤的状况并没有明显的改观。城市轨道交通以其运量大、 速度快、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。 城市轨道交通投资巨大，动辄几十亿，为了使这巨大的投资 发挥最大的作用，使城市轨道交通项目最大程度的改善交通状况， 前期设计和可行性研究显得尤为重要。然而城市轨道交通在我国 尚属探索实践阶段，针对城市轨道交通的研究，大多停留在工程 设计阶段，很少有对运营管理的研究。本文以北京市城市铁路为 背景，以系统模拟的方法，对城市铁路的运营组织方案进行研究， 希望能够起到抛砖引玉的作用。厂1 本研究以客流为基础，用模拟的方法，着重研究运营可控变 量调整下的方案选优问题。在给定的客流条件下，模拟系统不断 的逼近适合客流条件的最优方案，并记录各方案的相关评价指标。 针对城市铁路的特点，本系统兼顾了运营方案的数量指标、质量 指标、经济指标，采用层次分析法对各方案进行综合评价，从而 得到最有利的运营组织方案。 论文主要包括六个部分：第一章介绍选题的背景和意义以及 国内外城市轨道交通发展现状：第二章介绍了城市轨道交通的相 关概念及分类；第三章对越直搬备的运输能力进行了系统的分析； 第四章对北京市城市铁路的硬件环境进行了分析：第五章着重论 述了韭室市城市铁路运营组织模拟系统的结构功能，设计原则和 方法等：第六章介绍北京市城市铁路运营模拟系统的功能及界面 操作。 关键词：轨道交通运营组织系统模拟层次分析法 北方交通大学硕i 学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h es i t u a t i o no fu r b a nt r a f f i ca g g r a v a t e dm o r ea n dm o r e ，a l o n gw i t h t h eb u r g e o n i n ge c o n o m ya n dp r o g r e s so fu r b a n i z a t i o n a l t h o u g hl o t s o fm u n i c i p a lf u n d i n gh a sb e e ni n v e s t e di n t ou r b a nt r a f f i cp r o j e c t s ， t r a 币ci a m sd i dn o tm i t i g a t ea p p a r e n t l y u r b a l lr a i lt r a n s i tb e c o m e st h e b e s ts o l u t i o nt om o s tu r b a nt r a f f i cp r o b l e m s w i t hi ta d v a n t a g e ss u c ha s g r e a tc a p a c i t y , h i g hs p e e d ，n op o l l u t i o na n d s oo n - i n v e s t m e n t st ou r b a nr a i lt r a n s i tp r o j e c t sa r eu s u a l l yi m m e n s ea b o u t s e v e r a lt h o u s a n dm i l l i o nr m b i no r d e r t om a k et h ei m m e n s e i n v e s t m e n ta se m c i e n ta sp o s s i b l ea n di m p r o v et h el r a m cs i t u a t i o na s m o r ea sp o s s i b l e ，w em u s tp l a c em o s te m p h a s e so nt h ef o r m e rd e s i g n a n d f e a s i b i l i t ye v a l u a t i o n h o w e v e ri no u rc o u n t r yu r b a nr a i lt r a n s i ti s s t i l lo nt h es t a g eo fs t u d ya n dp r a c t i c e a n dm o s ts t u d i e sc o n c e r n i n g u r b a nr a i lt r a n s i to n l yf o c u so nc o n s t r u c t i o ne n g i n e e r i n g t h e r ea r e l i t t l e s p e c i a ls t u d i e so nt h eo p e r m i o na n dm a n a g e m e n to fu r b a nr a i l t r a n s i t t h i s s 3 s t e m i sb a s e do nt h e b a c k g r o u n d o f b e i j i n g m e t r o p o l i t a nr m l w a y a n d s t u d i e st h e o p e r a t i o n o f b e i j i n g m e t r o p o l i t a nr a i l w a yu s i n gs i m u l a t i o nm e t h o d s y s t e mf o c u s e s o ns c e n a r i o se v a l u a t i o n u s i n g s i m u l a t i o nm e t h o d ， w h i c hi so p e r a t e db yc h a n g i n gc o n t r o l l a b l ev a r i a b l eo ft r a i no p e r a t i o n b a s e do nr e a lt i m ep a s s e n g e rf l o w g i v e nc e r t a i np a s s e n g e rf l o w , s y s t e ma p p r o a c h e sb e r e rs c e n a r i oa n dr e c o r dc o n c e r n i n ge v a l u a t i n g i n d e x e so fe a c h s c e n a r i o a i m i n g a tt h ef e a t u r e so f b e i j i n g m e t r o p o l i t a nr a i l w a y , s y s t e mp e r f o r m sc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no n s c e n a r i o sb yu s i n ga n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s f u l lc o n s i d e r e dt h e q u a n t i t yi n d e x e s q u a l i t yi n d e x e sa n de c o n o m yi n d e x e so fs c e n a r i o s a n da o p t i m a ls c e n a r i ow i l 【b ed e c i d e d k e y w o r d sr a i lt r a n s i tt r a i n o p e r a t i o ns y s t e m s i m u l a t i o n a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s 乾方交通大学张上学位诧史绪论 第一章绪论 1 1 选题的背景及意义 1 1 1 选题的背景 改革开放以来，随着我国经济的发展，越来越多的城市，尤 其是百力| 人口以上的大城市，在发展过程中都遇到了城市交通运 输拥堵问题。为缓解城市交通运输的压力，我国的许多城市都做 了大量的工作，但城市交通拥挤现象仍十分普遍，而且还有更加 恶化的趋势。北京市是全世界城市大型道路立交最多、占地面积 最大的城市，建设速度之快，也是世界少见。但如此规模的城市 立交系统，并没有根本解决北京市的交通拥挤状况，市区道路面 积平均每年递增4 ，而机动车的增长速度高达每年1 5 川。我 国许多大城市都新建和扩建了道路，修建了高架路、立交桥，但 机动车增长速度更为迅速，车仍挤，路仍堵。 对于大城市，以发展地面机动车运输( 公共汽车、出租汽车、 私人汽车) 为主来满足城市的运输需求是不现实的，因为城市不可 能永远提供充足的土地来建设足够的道路，这已被国内外城市交 通发展的实践所证明。城市交通的发展必然树立以人为本的思想， 要为人服务。城市交通要满足庞大人流上下班和日常出行的需要， 要做到能力强大、快速准时、保证安全，同时还必须有良好的环 境保护特性，能够较好的节约土地资源等，而轨道系统所具有的 技术经济特点，完全符合城市对交通运输的要求，在世界范围内 成为不同城市的共同选择。 现代城市交通结构合理性的重要特征在于它的便捷可达性及 其对城市环境的适应性。高效率、低污染的公共交通方式应是城 市交通发展的方向所在。与其他公共交通系统比较，轨道交通系 北方交通夫学碗0 学位论文 绪论 统无疑是理想的选择，它有如下特点：( 1 ) 容量大、速度快、节 约能源；( 2 ) 乘坐舒适，安全性能好；( 3 ) 能源清洁，对外部环 境影响小；( 4 ) 道路利用率高。 轨道交通较好地解决了大、中城市交通日益增长的供需矛盾 问题，并满足了城市化的要求。对一个城市整体而言，大力发展 轨道交通，不但可以改善交通状况，而且对城市交通结构起到一 种立体化、合理化、现代化的作用，势必影响到该城市经济及社 会结构的调整，最终实现一个城市的城市化进程的协调、配合、 促进与完善的作用。 面对r 益加剧的城市乘车难的问题，我国主要大城市几乎毫 无例外地提出了修建地铁的对策。但是由于建设资金困难，修建 轨道交通的计划在不少地方都演变为修建城市铁路或轻轨的计 划。目前在长春、北京、大连等城市轻轨交通建设都已破土动工。 城轨交通的出现使城市交通的发展不再以满足数量上需求为主要 功能定位，而是转向以质量上的改进作为新的功能定位，从而使 城市交通向安全，快速，舒适，便利和捷运方向转变。这会促使 这些城市按主要交通轴线带状分布的形成，使城市化进入一个新 阶段，促使城市文明的进一步扩散；还会促使城市人口向城市周 边地区移动，形成人口在城市中的均匀分布及城市功能和经济结 构的优化调整。 目前，北京市的第一条城市铁路已经破土动工，预计三年竣 工并投入运营。因而对于城市铁路的运营组织研究已经提上了议 事日程。我们的这项研究将以北京市城市铁路建设为背景和基础， 通过对城市铁路交通运营的具体研究，做出较合理、高效、经济 的运营方案，为实践中的运营管理决策提供依据和推荐方案。 1 1 2 选题研究的意义 目前城市轨道交通在我国尚属探索实践阶段，在几个大城市 中n i j 冈l j 开始了城市轨道交通的建设和筹建工作。虽然国内对于城 2 北方交通大学颈土学位论文 市轨道交通的客流预测、路网规划、车站设计、车辆控制系统方 面都有了一些较深入的研究，但是主要是从设计角度出发对硬件 设施的研究，而从运营管理角度出发对城市轨道交通的研究却很 少。许多人认为城市轨道交通主要是研究硬件设备，而轻视对于 运营组织的研究。但运营组织的研究对于提高城市轨道交通运营 的高效性、经济性有着不可低估的作用，因而应给予足够的重视。 我国在铁路运输组织方面己积累了丰富的经验，但城市轨道 交通的运营组织与铁路运输有着明显的不同，有自身的特点。虽 然我国地铁的运营已有了二十几年的经验，但是对于地铁运营的 深入性研究进行的还不很多，因而与国外地铁公司的运营组织管 理相比我们还有许多需要改进的地方。 城市轨道交通投资巨大，动辄几十亿，为了使这巨大的投资 发挥最大的作用，使城市轨道交通项目最大程度的改善交通现状， 准确的前期设计和可行性研究是至关重要的。车站的选址车辆段 的选址，折返站的确定及购买车底的数量等都应经过严格的计算 和研究，以保证即满足近期及远期的运输需求又能最大可能的节 约成本开支。 城市轨道交通日常运营管理及检修费用巨大，经营方鲜有盈 利者，多靠政府财政补贴，才能维持日常运营。而城市轨道交通 项目，往往与城市的繁荣和健康发展息息相关，因而城市轨道交 通的科学运营组织和管理就显得尤为重要。 本系统就是采用计算机仿真技术对城市轨道列车运营这一动 态过程进行辅助分析，对于已投入运营的线路有助于优化管理， 对于筹建中的城市轨道交通工程，可增强规划及可行性研究的科 学性。本系统将着重研究城市铁路运营的优化仿真问题。 托方交通天学硕士学位论文 1 2国内外城市轨道交通发展现状综述 1 2 1 国外城市轨道交通发展概况 目前，世界主要大城市均建设发达的城市快速轨道交通系统， 作为城市公共旅客运输的骨干。而且经济越发达，小汽车普及率 越高的城市，轨道运输系统也越发达。如伦敦拥有人口7 0 0 万， 是世界性大都市，目前共建设有1 0 0 0 余公里的快速轨道系统，其 中总长4 0 0 公里的地下铁路每天运送乘客达3 0 0 万人次：东京 1 3 0 0 万人口，快速轨道系统达2 0 0 0 余公里，每天运送乘客达3 0 0 0 余力人次。巴黎、莫斯科、纽约、柏林、芝加哥等城市的城市轨 道运输系统也都在几百到上千公里以上。 不仅经济发达国家建设了大量的城市轨道系统，些新兴的 发展中国家和地区也在大力发展城市轨道运输。墨西哥从6 0 年代 开始，在短短十几年间修建了1 5 0 公里地铁，到2 0 0 0 年墨西哥城 已有2 1 条地铁线路，全长4 0 0 公里，在全市客运中承担的比例将 上升到5 8 。香港城市铁路系统目前已达1 0 0 多公里，近期又投 资6 0 0 多亿港元，发展香港的西部铁路。汉城1 9 7 4 年开通了第一 条地铁，目前运营里程也已达1 0 0 多公里。其他如新加坡、台北 等国家和地区也都修建了规模不同的城市轨道系统。 目前，世界上已有1 0 0 多个城市修建了地下铁路，其中战后 开始建设的有8 0 个左右，许多是发展中国家的城市。发展中国家 的经济发展到一定水平，其主要城市的交通需求将有较大幅度的 增长，建设城市轨道交通就成为经济发展的新增长点，如果不重 视这个问题，将会严重制约城市经济的发展。曼谷在经济发展以 后，没有重视城市轨道运输的发展，导致交通严重拥挤。我国的 许多城市与以上这些城市经济起飞时的情况相差无几，明确城市 轨道运输系统对城市发展的重要作用，确立符合城市发展规律的 交通运输发展道路，对于我国城市的健康发展至关重要。 - k 五交通a - 学硕l - 学垃论文绪论 1 2 2 我国城市轨道交通发展现状及展望 1 9 9 9 年在我国城市轨道交通发展史上是值得记载的一年。全 国上下对轨道交通在大城市交通运输中的地位有了致的认识， 对它在大城市产业和城市区域结构的重要作用有了体会。已经建 成地铁并投入运营的城市，更深刻地领悟到了城市轨道建设和运 营在解决城市交通和拉动城市经济方面所起的重大作用。1 9 9 9 年 继北京、上海、广州三大城市之后，又有9 个城市( 含三大城市) 的l o 个轨道交通项目出国家计委报经国务院批准建设。其中不仅 有广州地铁2 号线、南京地铁1 号线、深圳地铁1 号线等地铁项 目，还有北京的西直门东直门4 3 k m 近郊城市快速轨道线、 武汉高架城市快速轨道线、重庆单轨运输线等。地铁造价已由6 亿8 亿元k m 下降到4 亿5 亿元k m 。长春市地面一高架城轨 线的造价甚至控制在l 亿2 亿k i n 左右。此外，有1 0 座城市1 4 条线路的工程项目已在筹划。 未来1 0 年，城市建设越来越重视城市规划，城市规划成为城 市建设的核心和准则。城市建设是资金积累和国力的体现，建设 好坏是一个涉及全局的战略问题。城市发展受到城市空间条件的 制约，对有限的空间进行科学、合理的安排是规划的灵魂，如何 确定这个空间的形状及大小是规划的关键。 城市的发展，水、交通、环境是3 个基本要素，城市交通在 规划中占有举足轻重的地位。目前我国公共汽车、电车是城市客 运主体，承担城市公共交通运量的8 5 ，小运量出租车约占到1 0 。大运量城市轨道交通不足2 ，而世界不少大城市占到7 0 ，有的高达9 0 。可以预测，城市轨道交通在未来1 0 年将得 到长足的发展，政府会出台相应的政策，给城市轨道交通以政策 定位，未来城市规划和交通规划将是立体网络规划，上至城市上 部空间，下至地下2 0 m 深度空间，均是规划要涉及的范围，在交 通规划方面，很多城市轨道交通将成为主体。 北方交通人学颇 学位论殳绪论 未来中国城市化的步伐，城市规模的扩大是人们预料不及的， 城市轨道交通的发展，人们的思想准备也是不充分的，但其发展 是不以人们的意志为转移的，我们有责任引导它健康发展。除了 建设新的轨道交通外，随着市场经济的发展，铁道部政企分开， 市郊既有铁路加盟城市轨道交通网，形成城区、市郊、城际交通 环境同步改善，城市轨道交通企业和铁路企业共同受益的一举多 得的局面。 北方交通天学硕士学位论2 -城市轨道交通的概念及分类 第二章城市轨道交通的 概念及分类 2 - 1 城市轨道交通的由来及其名称的变化 城市轨道交通的发展起源于1 8 6 8 年伦敦建成第一条地下铁 道，到现在世界上已有3 6 个国家和地区的1 0 0 多个城市修建了地 下铁道，总营运线路长达5 5 0 0 k m 。但由于缺乏统一的标准，地 下铁道有许多不同的名称。英国的第一条地铁由于完全修建在地 下，所以叫做u n d e r g r o u n dr a i l w a y ，译为地下铁道，后来又叫做 m e t r o p o l i t a nr a i l w a y ，译为都市铁道：德国则称为u n d e r g r o u n d b a h n ，简称u b a h n ，翻译过来也叫做地下铁道：日本叫地下铁道 ( 汉字) ，也称为都市高速铁道：本世纪初，纽约开始修建地铁， 叫做s u b w a y ，后来又有称为r a p i dt r a n s i t ，是指快速交通，r a i lr a p i d t r a n s i t ，简称r r t ，是指快速轨道交通，也有的文献称为h e a v yr a p i d t r a n s i t ，译为重型轨道交通。为了降低地下铁道工程造价，许多城 市增加了地铁的高架部分，甚至有的城市地铁以高架为主，出现 了e l e v a t e dr a i l w a y ，译为高架铁道。 本世纪6 0 年代，由于汽车的过度发展，使城市交通日益恶化， 导致道路阻塞，车速下降，能源消耗、交通事故增加，促使人们 重新评价无污染、经济的有轨电车。德国首先将部分有轨电车线 路移到地下，称为s t a d t b a h n ，简称s - b a h n ，后来在文献中陆续出 现s e m i m e t r o 、i n t e r m e t r o 、p r e m e t r o ，分别译为半地铁、过渡地 铁和准地铁。加拿大称为l i g h tr a p i d t r a n s i ts y s t e m ，译为轻型快速 轨道交通系统。而在日本，这一系统被称为轻快电车。在德国出 现的这一轨道交通，由于其运量介于有轨电车和地铁之间，具有 较强的适应性，逐渐得到了发展。1 9 7 8 年国际公共交通联盟正式 7 北方交通人学硕 ? 学位论楚城市轨道交通的概念及分类 命名为l i g h t r a i lt r a n s i t ，国内译为轻轨交通。 2 2 国外城市轨道交通的分类 2 2 1 城市轨道交通系统的界定范围 1 、城市轨道交通的牵引方式 在城市轨道交通的发展过程中，牵引方式始终处于非常重要 的地位，牵引动力是城市轨道交通完成运输的基本源动力，其技 术水平的高低、能耗和运价的大小，一直在轨道交通的发展中占 主导地位，影响着轨道交通运输成本、运行安全及其发展，最早 的地下铁道采用的是蒸汽机车牵引。随着科学技术的发展，大功 率电力电子器件和电子计算机的出现，很快出现了电力牵引的地 铁列车。当前世界各国地下铁道和其他城市轨道交通普遍采用直 流牵引的馈电方式。这种方式具有调速范围大、调速方便、易于 控制、车辆起制动平稳、投资省等优点。它不但适用于车辆上采 用的电阻控制，也适用于斩波调压和变频调压等不同牵引传动系 统。只在客流较少的非电气化市郊铁道线路上采用内燃动车组， 以节省投资费用。 2 、线路的专用程度 城市轨道交通按线路的专用程度基本上可分为三种类型：一 是完全隔离的专用线路，包括隧道和高架，与其他交通方式互不 影响，因此，这种系统的车辆具有较高的运行速度，可以保持较 高的准时性和安全性；二是采用部分隔离的专用线，这类系统存 在部分平面交叉路口，如轻轨交通在城市中心采用隔离的隧道和 高架运行方式，而在郊区交通并不繁忙的区段，允许轻轨在地面 行驶，少数平交道1 2 可设置信号装置，保证轻轨车辆优先通过； 三是采用非隔离的全路面系统，这是一种混合交通，如有轨电车， 城市机动车辆可以进入该系统，由于轨道车辆和机动车混杂行驶， 北方交通大学硕士学垃论叟城市轨道交通的概念厦分类 运行时间增加，安全也难以保证。 线路的专用程度决定了轨道交通的运营性质、建设投资和系 统的服务质量，比较这三种类型，具有全隔离专用线路的系统由 于可以采用较多的编组辆数、完善的信号控制、高站台、密闭式 车站和先进的自动售检票，使其具有如下优点：( 1 ) 系统运输能 力较大，运行速度较高，运营效率较高：( 2 ) 系统服务质量好， 对乘客具有较大的吸引力：( 3 ) 系统安全性最好：( 4 ) 运营费用 最低；( 5 ) 更有利于城市的发展，节省有限的地面空间，合理地 利用地下空间和城市的上部空问；( 6 ) 有利于实现轨道交通系统 的自动控制。 全隔离的轨道交通系统最大的缺点是投资费用大，隧道部分 的费用又高于高架部分。正因为这个原因，全隔离系统的轨道交 通路网在城市中延伸的范围受到一定限制。部分隔离的轨道交通 系统和全路面系统之间并无明显的界限，但部分隔离的轨道交通 的优点还是比较明显的。 3 、城市轨道车辆的导向方式 城市轨道车辆的导向方式基本上分为两种类型：一种是由司 机操纵在道路上运行的方式；另一种类型是轮轨导向，轮轨导向 又分为钢轮钢轨导向方式和胶轮导向方式两种。市郊快速铁道、 地铁、轻轨、线性电机牵引的系统和有轨电车等均属于钢轮钢轨 导向方式，单轨、导轨交通则是一种特殊的胶轮导向系统。导向 方式是城市轨道交通重要的特性之一，影响着轨道交通系统的结 构、运行和建设费用。 轮轨导向与司机人工导向系统相比具有如下优点：( 1 ) 线路 宽度尺寸较小：( 2 ) 车辆结构较简单，特别是钢轮钢轨导向：( 3 ) 车辆运行性能较好：( 4 ) 噪声较小；( 5 ) 运行阻力小，能耗低， 运营成本低；( 6 ) 安全性、可靠性较高，容易实现自动控制和自 动驾驶。 轮轨导向系统的缺点是与其他交通工具的兼容性较差，所需 建设费用高，对城市而言缺乏灵活性，系统改造和建设都有一定 9 托杰交通大学硕士学位论空城市轨道交通的概念及分类 i 难度。 比较钢轮钢轨导向和胶轮导向系统，在正常气候条件下，胶 轮导向系统牵引性能较好，线路最大坡道可达7 0 ，而且噪声较 小，但胶轮导向在雨雪潮湿的情况下牵引性能并不理想，运行阻 力大，能耗较高，导向及转折装置比较复杂，建设费用较高，胶 轮导向方式只能适用全部专用的线路。 4 、车辆的编组形式 所有的城市轨道交通系统车辆都可以采用编组运行的方式， 不同的轨道交通系统编组辆数不同。如地下铁道编组可达1 0 辆， 而有轨电车通常采用单车运行或最多2 辆编组。车辆编组形式影 t j j n 轨道交通系统的规模、设备容量及车辆检修用地面积，影响 到轨道交通系统的建设费用，是轨道交通系统的重要特性之一。 车辆的编组形式受车辆类型和运量的影响，考虑到客流量将逐年 增加，按不同设计年限可以采用不同的编组形式。车辆编组形式 通常有全动车编组、动拖车混合编组和单元车组3 种方式。 全动车编组可以根据客流变化，灵活调整车辆编组辆数，而 且具有整车性能不降低的优点，轴重分布均匀，全部可以采用电 制动，易于控制，反应快，机械磨损小。但这种编组形式要求每 辆都有独立的牵引控制系统，轴重较大，电机总功率较大，耗电 量增加，维修和保养工作量增加。 动拖车混合编组可以根据具体情况，适当地增加动车和拖车， 电机功率利用率较高，设备集中，维修方便，维修工作量小。但 车辆种类增加，动车轴重较大，拖车轴重较小，全列车重量分配 不均匀。 所谓单元车组，是将几辆动车和拖车通过半永久式车钩固定 连接成为一个车组，根据客流量确定列车单元个数的多少。这种 编组形式，可以统一考虑设备布置，设备数量减少，设备能得到 充分利用，重量分配均匀，维修工作量减少。由于列车由几个单 元车组组成，可能造成满载率过高和过低的现象。 5 、城市轨道交通系统的运输能力 1 0 托杰交通夫学碗t 学位论史城市轨道交通的概念厦分类 t 城市轨道交通系统的运输能力是系统的主要技术指标之一， 是系统选型的主要依据。按运输能力分类，目前各国还没有统一 的标准，大致可以区分为大运量、中运量和小运量3 个系统。市 郊快速铁道、地下铁道属大运量轨道交通系统，单向高峰小时运 量在4 万人次以上；轻轨、单轨、导轨和线性电机牵引的系统均 属于中运量系统，单向高峰小时运量在1 万人次4 万人次之间； 有轨电车则是小运量轨道交通系统。 2 2 2 城市轨道交通的分类定义 针对国外各种轨道交通方式的特点，根据城市轨道交通的界 定范围，将那些技术成熟、已经作为城市公共交通正式运营的轨 道交通区分为6 种类型，并定义如下。 l 、城市市郊快速铁道 城市市郊快速铁道是由电力或内燃牵引，轮轨导向，车辆编 组运行在城市中心与市郊、市郊与市郊、市郊与新建城镇间，以 地面专用线路为主的大运量快速轨道交通系统。 2 、地下铁道 地下铁道是由电力牵引、轮轨导向、车辆编组运行在全封闭 的地下隧道内，或根据城市的具体条件，运行在地面或高架线路 上的大容量快速轨道交通系统。根据资料分析，为了降低工程费 用，地铁系统中地面和高架线路所占的比重越来越大。在世界范 围内，地下铁道地下部分约占7 0 ，地面和高架部分约占3 0 ， 甚至有的城市地铁系统全部采用高架形式，只有部分城市地下铁 道系统是完全在地下的。地下铁道是历史遗留下来的一个专有名 词。 3 、轻轨交通 轻轨交通是在有轨电车基础上发展起来的电力牵引、轮轨导 向、车辆编组运行在专用行车道上的中运量城市轨道交通系统。 轻轨交通的运量在公共汽车和地铁之间，它可以根据城市的特点 托方交通a 学袱t 学证论殳 城市轨道交通的概念及分类 和具体情况，采用地下、地面及高架相结合的形式进行建设，可 以降低建设费用，具有很大的灵活性和适应性。轻轨交通还可以 根据客流的需要采用不同车型，如单车和铰接车组成不同的编组 方式。轻轨交通可以按照德国的方法进行分类。 4 、单轨交通 单轨交通是由电力牵引、具有特殊导向和转折装置、列车编 组运行在专用轨道梁上的中运量轨道交通系统。通常分为跨座式 和悬垂式2 种形式，车辆重心在运行轨面之上的称为跨座式单轨， 在运行轨面之下的称为悬垂式单轨。 5 、城市铁路 城市铁路在国外并无专指某一种轨道交通的专用名称。一般 把它理解为是城市客运轨道交通( 包括地铁、轻轨、市郊铁路等) 中一种新型的模式，它不同于普通铁路，也有别于普通轻轨，它 是建立在既有铁路枢纽线路和重要的换乘车站基础之上，利用枢 纽铁路线的富余能力，通过与城市道路规划和其他交通工具的有 机衔接，建立市中心区内、中心区与边缘集团的交通走廊。由于 能充分利用铁路枢纽内既有线路，所以建设城市铁路可以达到投 资省、工期短、见效快、大运量、高密度的目的，可大大缓解城 市交通紧张状况和降低城市空气污染。 6 、有轨电车 有轨电车是由电力牵引、轮轨导向、单车或两辆编组运行在 城市路面线路上的低运量轨道交通系统。 现代有轨电车由于采用整体道床，轨面和路面保持同一水平， 因此机动车辆和行人可以进入，是一种混合交通。车辆运行速度 较低，行车安全和准时性较差，运量较小，单向高峰小时运量通 常在1 万人左右。 2 2 3 地铁、轻轨、城市铁路的主要特征 ( - - ) 地铁 托方交通太学硕士学位论文城市轨道交通的概念度分粪 l ( 1 ) 运输能力 地铁每小时单方向最大运输能力约为4 0 0 0 0 6 0 0 0 0 ，为大运 量城市轨道交通，以北京地铁为例，最大运输能力如按6 节车编 组、每列车定员1 4 2 8 人、最小行车间隔9 0 秒计，为5 7 1 2 0 人次。 如最小行车间隔按现行地铁设计规范规定2 分钟计，则为4 2 8 4 0 人次。欧美一些城市地铁列车设计的最小行车间隔多为9 0 秒，莫 斯科地铁现实际为7 5 秒，巴黎地铁试验的最小行车间隔可达5 8 6 1 秒。 ( 2 ) 空间布置 早期地铁线路多修建于地下，近年来除市中心区仍多修建于 地下外，郊区线路则一般多修建于地面或高架桥上，有的甚至全 线大部或全部均修建于地上。如美国克利夫兰地铁线路全长3 0 7 公里，地面线即占2 9 9 公里。巴西的阿雷格里港、累西腓和贝洛 奥里藏特等城市，均利用原有铁路用地，改建为全部在地上的地 铁线路，称为s u r f a c em e t r o ( 地面地铁) 。 ( 3 ) 车辆 地铁列车采用电动车组，一般由4 节至8 节车厢组成，个别 的如纽约地铁，有的线路列车编组长达1 1 节。电动车组有的全部 为动车，有的为部分动车、部分拖车。车厢每节长度一般为1 5 2 3 米，宽度约2 6 3 0 米。 ( 4 ) 供电方式 地铁列车牵引用电般由三轨或架空接触网提供，三轨授流 的一般为6 0 0 v d c 8 2 5 v d c ，多数为7 5 0 v d c ，个别的如旧金山 地铁，由于通过海峡及山岭隧道，变电站间隔达6 公里以上，因 而采用了1 0 0 0 v d c 。架空接触网授流的一般为1 5 0 0 v d c ，个别 由于线路大部处于地上，而采用了3 0 0 0 v d c 。日本有的地铁采用 架空刚体以代替柔性接触网，用以减小隧道净空高度。 ( 二) 轻轨 ( 1 ) 运输能力 轻轨用于中等运量的城市轨道交通，其运输能力在有轨电车 - l 奇交通又学硕士学位论文城市轨道交通的概念及分类 i 和地铁之间。现代化的轻轨，其最大运输能力已与地铁相接近， 因而联邦德国根据各城市的人口和客流量大小，采取不同的修建 标准和隔离程度，将轻轨分为四级。其最高一级( 第四级) 的运 输能力每小时单方向定为3 7 0 0 0 人次，而实际上国外有的城市， 其新建轻轨的最大运输能力已达到每小时4 0 0 0 0 人次。 ( 2 ) 空间布置 早期修建的轻轨，多数均由有轨电车改建而成，为了减少投 资，线路往往大部、甚至全部修筑在地面，有的还在道路上与汽 车混合运行，或设简易的专用道。近年来，有的城市由于客流量 较大，为了提高运输能力，采用了全封闭的办法，线路全部设于 高架桥上，或部分高架、部分地下。 ( 3 ) 车辆 轻轨车辆有四轴单节、六轴单节和八轴双铰等几种型式，以 后两种为主。车体宽度约2 2 2 7 m ，六轴单绞车长度约2 2 2 7 m ， 八轴双铰车长度约2 7 3 0 m ，车辆采用高强轻质材料及空心车轴 等办法制成轻型车辆。为了适应不同的站台高度，车厢地板面高 度由原来9 0 0 m m 左右的高地板，并在车门口用折叠式踏步；逐 步发展为门口为低地板，转向架上部为高地板的不等高地板；再 进一步采用小电机、小车轮，向全部为3 5 0 m m 左右的低地板发 展。 ( 4 ) 供电方式 轻轨车辆由架空接触网供电，供电电压为6 0 0 v d c 左右或 7 5 0 v d c 。由有轨电车改建的轻轨，一般沿用其原来的电压6 0 0 v 左右，新建轻轨一般采用7 5 0 v 。 ( 三) 城市铁路 以联邦德国的s - b a h n 和巴黎的r e r 为代表的城市铁路，主 要由郊区地面铁路改建而成，以后新建的线路，也是按城际铁路 规格修建的，因而其主要特征与城际铁路基本相同。 ( 1 ) 运输能力 城市铁路的运输能力与地铁运输能力相近，也属于大运量的 1 4 北方交通大学碗t - 学位论史-城市轨道交通的概念厦分类 l 城市轨道交通系统。以联邦德国为例：s - b a h n 运行速度为1 0 0 公 里；列车编组为6 8 节；运行最小间隔时间为9 0 秒；每小时单 方向运输能力为4 0 0 0 0 6 0 0 0 0 人次。 ( 2 ) 车辆 s - b a h n 与p e r 均采用与城际电气化铁路同样规格的客运列 车。 ( 3 ) 供电方式 s - b a l m 与p e r 的供电方式，均与其本国的城际电气化铁路 相同，采用高压交流，德国为1 5 0 0 0 v a c ，法国与我国相同，为 2 5 0 0 0v a c 以架空接触网向列车供电。 2 3 北京城市铁路名称评议 现根据上述三种城市轨道交通的主要特征，与北京新建轨道 交通的具体特征相比较，如下： ( 1 ) 运输能力 该线车站站台的有效长度为1 2 0 m ，为远期发展6 辆编组作 了预留，6 辆编组的载客定员为1 4 2 8 人，如远期最小行车间隔按 2 分钟计，则其运输能力可达4 2 8 4 0 人次，超过了目前国外轻轨 运能的最高值，因此该线似不能称为轻轨。 ( 2 ) 空间布置 该线绝大部分为地上线路，与早期的轻轨及s - b a l m ，r e r 等 相似。而目前国外亦有大部或全部修筑于地面的地铁，因而对该 线的名称，不能据此作出评定。 ( 3 ) 车辆 该线采用与北京地铁相同的车辆，与国外轻轨或城市铁路所 用车辆完全不同。因而该线似以称地铁为宜。 ( 4 ) 供电方式 该线采用北京地铁车辆，其供电方式自然也与北京地铁相同。 而国外城市铁路均采用高压交流供电，因而该线如称为城市铁路， ：t y y 霓i f f + 擎砑扣笋岔越卫城市轨道交通的概念及分类 似不相宜。 综上所述，该线似应定名地铁为宜。但考虑到该线系利用北 京北部地区京包、东北内环和望和支线三条地面铁路部分线段的 铁路资产改建而成，命名为城市铁路，也有其一定的原因。 乾方交通大学硕上学垃论文城弃铁路运输能力分瓶 第三章城市铁路运输能力分析 3 1 城市轨道交通通过能力 城市轨道交通运输能力取决于列车的最大载客量和列车的 最小运行间隔时间。列车最大载客量则由车辆定员和列车编组辆 数决定，而车辆定员又因考虑车辆线性尺寸、座席比、每平方米 站立人数等舒适性参数有较大差异。最小列车间隔时间则受线路 条件、信号设施及控制系统的制约。运输能力与列车运行间隔有 极大的关系，如果最小运行j 、日j 隔缩短，则列车通过能力提高，此 时编组辆数减少，亦可达到相应的运输能力。当然，这对列车信 号控制要求也相应提高。如果说公共交通系统的客流量反映了城 市公共交通的客观需求，运输能力则表示交通系统的实际适应能 力，它取决于列车编组、车辆定员、行车间隔及公共交通系统的 服务质量。 理论研究表明，列车运行间隔和车辆定员还影响到系统的建 设费用和乘客的费用。如采用较长的间隔时间和较长的编组则建 设费用降低，但乘客候车时间将增加；当列车载客量保持一定， 利用缩短列车运行间隔时间增加运输能力时，系统的平均费用基 本保持不变，但乘客的平均候车时间减少，随着行车间隔时间的 继续缩短，列车行车频率太高时运营费用开始增加，准时性和可 靠性下降。 3 2 折返能力 3 2 1 列车折返方式 列车折返方式分为站前折返和站后折返( 如图3 2 - 1 所示) 。 托志交通大学硕：学位论文城市铁路运输能力分析 站前折返 站后折返 幽3 - 2 1州乍折返方式示意图 采用站前折返时，列车在到达股道停车，上、下完乘客后， 直接经由车站前方道岔发出。采用站后折返时，乘客下车后，列 车经由车站后方的道佾进入折返线，然后折回至发车股道，上完 乘客后再发车。 3 2 2 折返能力计算方法 图3 2 2 是利用i i 道进行站前折返时，各项作业的分析图。 由于北京市城市铁路的线路和车辆设计与北京市地铁采用相同的 设计原则和标准，因而本节中对于城市铁路折返站各项作业时分 的讨论均采用北京市地铁现行的作业时分标准。 由图3 2 2 可以看出。按假定的各项作业时分，相邻两列车 间的最小折返间隔为前行列车头部驶过a 点到续行列车头部到达 a 点之间的最小间隔，其值为1 3 4 秒，而折返能力为： 3 6 0 0 秒1 3 4 秒= 2 7 ( 对小时) 托力交通九学礁1 学位论堑城市铁路运输能力分析 ；序号内容作业时间 【1 列车头謦i ：! ! 一 由a 至b - 2上、下旅客i 兰旦 3列车换头i 譬 f a 差嚣：二：篓鐾l 4 ； ! 进路b c 建立：! ： ： 一 + ：5 ： 5a t p a t o 动作 一 一 6 列王尾部 由d c 进路b c 解锁 1 4 9 * 仃，u 牛 立a b 进路 ：5 7 p a t o 动作 ； r ? 续行列车 ：4 5 由a b ： - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。一 折返间隔 图3 - 2 2 站前折返作业分析图 3 2 3 提高列车折返能力的措施 列车最小折返间隔时间应保证列车不会因为前方迸路未开通 而影响其正常运行，它取决于列车接近车站的速度和信号制式， 在这些条件己定的情况下，这一段时分与车站进路终端保护距离 的长度及过岔速度有关。因此，第一，必须保证进路终端有足够 长度的保护距离，以便列车能以较高的速度和大的制动率驶至b 点：第二，加大道岔号码提高过岔速度( 采用较大号道岔虽会增 t1 一 l 7 89一o ：卜0 我方交通 学硪学位论爻城市铁路运输能力分析 i 加走行距离，但总的走行时分将减少) 。 图3 2 2 中2 5 项是相互平行的作业，其中时间较长而起控 制作用的是第2 和第3 项，取消2 、3 项作业时分的方法是交替使 用i 、i i 道进行折返，即在列车进入i i 道前，i 道己预先停有列 车，并已完成第2 、3 项作业而处于“待发”状态。这时，车站折 返作业将按图3 - 2 3 的方式进行。 序号内容作业时间 列车2 头部 矿9 0 l 由a 全b i 列车2 在i i 道 i 4 0 i 2 上、下旅客 乃7 7 r 7 7 l 开通进路 3 il q 。 d n c a t p a t o j 5 i 4 动作厂 1 列车l 尾部 0 哇。o 5 由d 到c i i 开通进路 i 1 4l 6 帅 ， a l j d b 到c a t w a t o 15 i 7 动作 叩i 列车3 头部 i 4 0 l 9 08 jh 1 川州l f 。 由a 到d 9 列车2 尾部 l i 3 0 i 由b n cl9 7 7 7 刁 开通进路 l _ i 1 0 由a 到b a t p a t o ：型 1 1 动作 1 2 列车4 头部 i 由a n b 折返间隔 一1 1 3 s 粜9 0 s 一j ： 图3 - 2 3 提高站前折返能力示意图 注：1 列车2 接入i i 道前，列车l 已停在i 道待发。 2 区间闭塞间隔假设为9 0 秒。 靶力交通夫学碗 。学位论文城市铁路运输能力分析 i 由图3 - 2 3 可以看出，列车3 和列车2 之间的折返间隔为1 1 3 秒，在列车4 和列车3 间的折返间隔为9 0 秒，产生这个差别的原 因是第9 项列车2 的发车进路b c 和第8 项列车3 的接车进路a d 是平行的：但是为了调度便于掌握和作为设计的依据，应采 用较大的1 1 3 秒”1 。 为了减少联锁设备的动作时间，应改变我国现行交叉渡线 的惯用控制方法，这种方法是将交叉渡线的4 组道俞组成二个双 动道翁( 二组渡线) ，不允许二组道岔同时反位( 丌通侧向) 而形 成二条交叉的进路。为了适应运营的特点，应将交叉渡线，分成 四个单动道岔和一个固定交叉，并相应设置五段轨道电路，必要 时( 可用所谓的车站终端模式控制) 允许道岔处于开通二条交叉 进路的位置( 但应增加交叉轨不允许二个交叉进路同时建立的联 锁关系) 。这时，当列车2 经过道岔1 3 反位进入i i 道时，道岔 5 ，7 已处于反位，在原进路a b 解锁和对经5 7 道岔发车的进 路d c 进行锁闭后，即可发出i 道的列车1 。由于节省了扳动道 岔的时间( 6 9 秒) ，从而可使折返间隔由1 1 3 秒减至1 0 5 秒左 右。 3 2 4 北京市城市铁路折返能力计算 北京市城市铁路基本上采用与地铁相同的线路和信号设计 标准，因而各项作业时分基本相符。下面以东直门为例，来分析 站后折返能力。 站后折返能力的分析方法和站前折返的情况是样的。列车 在东直门的折返过程如图3 2 4 所示经过分析计算可知站后折返 的折返间隔为9 4 秒。则