城市轨道交通行车组织

1,城市轨道交通行车组织若干问题探讨,沈景炎2009.11,2,大纲,一、运行组织基础条件与分析二、运能设计（车辆编组与行车密度）三、正常运行组织模式（一）交路运行大小交路选择、运行经济性与灵活性（二）长短列车运行（三）快线运行（超长线路，大站距运行，越站运行）（四）支线运行（Y形，支线独立运行，贯通正线混合运行）（五）共线运行（双Y形，两条正线局部共线运行）（六）跨线运行（两条线路之间，采用不同制式车辆跨线互通运行）四、故障运行组织（故障分类，处理模式）五、旅行速度与车辆配置六、配线与功能（配线功能、原则、型式）七、运行经济（人公里/车公里）,3,第一章运营组织基础条件与分析,4,（一）基本要素与条件,1、基本要素人乘客。运载对象。需求为出发点。按客流预测、确定设计客流和运营规模。车车辆。运载工具。车辆选型、定员、速度、与编组，实现运能设计。路线路。运载路线。运行的线路和车站，配置运行交路和运行模式信信息。运载调度。信息传输，运行控制、安全间隔，实现最大运能。由此可见，线路、客流是行车组织的基础和目标；线路是轨道交通设计的方向，乘客是服务对象；而行车组织是实现目标的措施。,5,2、设计基础条件与准备（1）线路与线网规划：线网：认识本线地位与线网上相邻线路关系，从网络化运行理念，注意与换乘线路和站点的关系，两线换乘客流的不对称性，运行密度的不对称性。线路：确定线路走向与起终点，稳定线路长度、曲线限速、长大坡段地段。是确定工程和运营规模的基础，是速度目标的出发点。车站：分析车站站间距和速度目标。选择车辆最高速度，确定旅行速度目标的基础。（2）客流预测：确定线路运能设计规模与运行模式，以及组织行车交路的基础和依据。沿线土地规划和发展特征，分析车站设计客流和未来客流风险的敏感性分析。(3)车辆选型：选择合适的车型和编组长度，满足运能要求选择合理的速度目标，确定旅行速度（4）信号制式：在高速运行条件下，高密度运行的安全保证。,6,（二）行车组织的基本原则,1、讲安全与功能：把握高峰小时最大运能设计：（1）必须满足客流预测需求，并应留有余量与储备量（2）必须满足一定行车运行的安全间隔和服务水平（3）必须讲运营功能和运营经济2、讲节能与效益：把握全日客流运能与效益的平衡设计（1）高峰与平峰的效益平衡（2）服务水平与效益的平衡（3）满载率与舒适度的平衡（4）最高速度与节能的平衡,7,（三）客流预测与特征分析,1、全日客流：对选择线路的客流特征和效益的基本评价，对大客流车站对全线客流的的支撑作用分析评价。2、客流断面：初近远期高峰小时设计运能依据，高峰小时的前三位断面分析，上下行不均衡分析,最大断面位置判断。对线路的客流规模、量级、特征的基本评价。3、车站客流：选择车站设计客流，应注意车站本身的高峰小时与全线高峰时间的差异。对车站的双休日客流，节假日突发客流分析。对车站的客流规模基本评价。4、换乘客流：根据换乘站在线网上的位置分析，换乘客流一般为四个方位、八个方向；还应对相应换乘车站上的运行列车密度的不对称性，造成车站乘降客流的冲击而发生的增加系数。5、全日分时段客流：对高峰与平峰时段的客流差异，对运行组织和效益基本评价。6、OD客流分析：对中间交路折返点选择评价。7、客流敏感性分析：对运能储备与抗风险设计评价。,8,（四）车型选型与运量目标,1、车辆选型配置与运能匹配,9,（五）速度与站间距,车辆的最高速度目标定为80km/h时，站间距大部分在1.21.5km，可以满足旅行速度35km/h。站间距大部分在2.02.5km，可以满足旅行速度4045km/h；车辆的最高速度目标定为100km/h时，站间距2.53.0km，可以满足旅行速度4555km/h。对于站间距普遍大于3.0km的线路，可能属于城郊组团之际快速线路，可以追求最高速度120km/h，可有效地提高旅行速度60km/h。,10,参考资料：铁路动车组加减速与距离,11,表4.3-1,12,第二章运能设计,13,一、运能设计的控制因素,（一）车辆选型与列车编组长度（二）车辆定员、拥挤度、容忍度、满载率（三）运能余量和运能储备（四）运行密度与停站时分（五）其他控制因素（道岔与折返线）,14,（一）车型与编组长度,注：1、列车编组均按两端车为驾驶室，中间车为无驾驶室。2、运能均按30对/h计算。单轨车按24对/h计算。,15,车型、编组与运能适用选配表,从服务水平考虑，22.5min的运行间隔是在一个量级的水平上。,16,结论：1、在运行密度在3024对/h的一定的适应范围内，列车长度以“短”为宜。2、A型车列车编组为68辆，长度为140m184m，适用运能规模为4.57.0万人次/h，属于高运量等级。3、B型车列车编组为47辆，列车长度为80140m，适用运能规模为2.35.0万人次/h。属于大运量等级。4、B型车为24辆/列，列车长度为4080m，列车适用运能规模为1.02.8万人次/h。属于中运量等级。(若B型车小于4辆编组时，实际上不太适用),17,（二）车辆定员与拥挤度概念,定员：由座席位和站席位的总和确定，为正常情况下载客能力的计算依据。并应符合下列规定：座席：车辆的座位数宜占总定员的1520。当全程线路大于35km，平均运距大于12km时，根据客流性质，宜适当降低车辆定员。座席区：每位座席区面积计算范围包括座椅横截面宽度（0.450.5m）和座前区（0.200.25m），席区横截面总宽按0.7m计。,站席：车内面积扣除座席区及相关设施的面积后，按6人/m2计。在高峰运行时段，在单向运行各区段内，列车乘客站席最大密度为56人/m2的区间数量（或里程），不宜大于全程的20。超员：每辆车的超员，按座席不变，站席以9人/m2计。超员系数（超员与定员的比值）不宜小于1.4，与车站客流的超高峰系数相适应，并应作为车辆构造强度和制动力计算的依据。,18,拥挤度标准站席密度,乘客站席密度宜分为以下几个等级：（1）舒适度标准：3人/m2及以下为舒适度标准，乘客可自由移动，舒适满意。（2）拥挤度标准：46人/m2为拥挤度标准。有拥挤感，在站席的静态计算面积内可能实现。由于在座席前的弹性区域内略有调节，实际上会降低站席计算密度。（3）超定员标准：79人/m2为明显拥挤状态，在计算站席范围内，乘客需突破站席区，侵入座区空间面积，对坐席乘客感到不便。（4）超载级标准：10人/m2及以上为极度拥挤，难以忍受，不允许采用。,19,日本地铁拥挤度标准,清明节北京八宝山车站客流拥挤实况,20,我国车辆站立人员密度的评价标准（推荐）,注：表中乘客占有面积是立席区分配的计算面积,21,乘客拥挤的容忍度与定员概念差别,1、定员与拥挤度：站席标准为6人/m2拥挤度为56人/m2站席标准为5人/m2拥挤度为45人/m2。上述两者1人之差，运能相差14。2、忍耐度：（1）拥挤是有忍耐度，按全线比例评价，即：拥挤度为56人/m2的单向区间数量不宜大于全线的20。或连续5区间6km。（2）当全程线路大于35km，平均运距大于12km时，根据客流性质，宜适当降低车辆定员。（即对于站立时间约20min以上时，应适当提高座位率，或降低拥挤度，而重新计算车辆定员）,当前对定员中站席标准为6人/m2，或5人/m2尚有有争议。应明确：定员是允许载客能力，拥挤度是舒适性，是两种概念和标准。,22,（三）车辆定员、拥挤度与满载率de关系表,23,2,人/m2,5,4,3,万人次h,3.8,3.2,2.6,2.0,B型车6辆编组，30对/h，高峰区间断面客流的拥挤度形象图,1,1.4,6,4.3,24,高峰小时、站席乘客拥挤度计算指标实例,25,（三）运能余量与储备,运能余量:是按各个阶段的设计客运量，应大于相同阶段的客流预测最大值，并留有一定余量。运能余量（万人次/h）高峰小时设计运量高峰客流预测最大断面流量运能储备（对/h）设备最大通过能力设计通过能力储备系数（）（设备最大通过能力设计通过能力）/（设计通过能力）注：1、运能余量一般为310为宜。因为仅指最大断面一处。若大于14意味着立席定员标准由6人/m2提高至5人/m2。2、设备最大通过能力主要指车站线路配线、道岔和信号设备控制计算。一般应大于设计能力1015，作为客流预测风险应对能力。,26,（四）运行密度与停站时分,1.运行密度：城市轨道交通工程项目建设标准规定：1）全封闭线路，列车发车密度：初期：高峰时段不宜小于12对/h（5min间隔）。平峰时段宜为610对/h（106min间隔）。远期：高峰时段钢轮钢轨全封闭系统应不小于30对/h。高峰时段单轨胶轮系统不应小于24对/h。平峰时段均不宜小于10对/h。2）在部分封闭型，路段的平交道口应采用“列车优先通过”措施、做好路口交通组织设计，并确保安全的前提下，设计行车密度不应小于10对/h，一般运行时段不应小于6对/h。3）当线网中采用相同车辆制式的若干条线路，远期运量级相差较大时，宜采用相同或相近的发车密度，不同的列车编组长度；4）当运量级相差较小时，经过论证，也可采用相同列车编组长度，不同发车密度。但不小于24对/h。即：列车编组与运行密度的合理组合。,27,停站时分开关门时间上下客时间开关门时间3s6s3s2s（3s）14s（17s）上下客时间一侧车门上下客人数0.6其中：3s列车到达开门动作时间6s列车出发关门动作时间3s各车门的乘客上下车的不均衡延误附加时间2s列车启动延缓反应时间（3s）带有屏蔽门的车站，增加屏蔽门开闭门时间，初期为5s，近、远期为3s。0.6s/人乘客上下车速度。,2.停站时分计算：,28,3.停站时分与发车间隔：（1）据莫斯科地铁介绍，发车密度达到40对/h时，停站时间控制在20s。当前我国地铁运行经验和计算，30对/h的停站时分宜控制在3540s内。（2）根据各设计单位的计算统计，2min发车间隔的停站时间宜控制在3540s以内。列车开关门时间，应为1417s。即留给上下客时间仅有351718s，每个车门的最大上下客量为18/0.630人。（3）若按6辆B型车计，18s内最大上下客量为24门30720人。相当列车定员的1/2。若按6辆A型车计，18s内最大上下客量为30门30900人。接近列车定员的1/2。（4）由此推理：作为中间折返站，或终点站的停站时间：在2min发车间隔时间内，存在清客时间的控制因素，即，清客量列车进站的载客量（客流预测的区间断面流量）。清客量应小于列车定员量的1/2。结论：在30对/h高密度运行条件下，停站时分应控制在3540s。每个车门的上下客量应在30人以内。折返站和终点站的列车进站客流应小于列车定员的1/2。,29,停站时分表,30,（五）其他控制因素,1）列车长度：对于列车折返走行距离和时间有关，即影响折返能力。由于列车长度长，意味了走行距离加长，折返时间加长，故对于每一条折返线的折返能力降低。2）折返形式：一般站后折返时，折返列车与车站到发车可以形成平行进路，故站后折返能力大于站前折返。站前折返形式可节省折返时间和运用车列数。如果行车密度较低，采用单线站前折返（2420对/h以下），站前折返占有优势。3）道岔限速：道岔侧向通过速度与道岔导曲线半径大小密切相关。当前采用9号单开道岔，导曲线半径为200m，侧向通过速度为35km/h。一般道岔位置离开站台端部为530m范围，列车速度较低。同时应考虑折返线长度有限，保证列车制动停车距离控制，速度不宜太高。是否要提高过岔速度（采用大号码道岔），列车越长才有优势。4）信号控制：道岔信号和联锁的布置和动作时间，以及响应延缓时间的控制，对最大限速规定有一定影响。5）折返能力控制计算，根据道岔布置和限速规定，按列车编组长度，计算折返能力。,31,6）最高速度的限值，建议考虑“瞬间速度”的新概念，发挥车辆的速度效率。即：将未被平衡横向加速度由0.4提高到0.5m/s2。（提高4.3%）,32,第三章正常运行模式,33,（一）独立运行与运行交路,1.每条线路应设双线，应按右侧行车规则，组织上下行独立运行，根据全线客流的不均衡性和站间OD特征，宜组织列车不同交路折返运行。2.组织交路运行的短交路长度不宜小于15km。长交路运行时间不宜大于1h。中间交路的折返点距离终点不宜小于3km。3.设置长、短交路的行车对数，按1：1为宜，高峰小时单交路段不得小于12对/h。4.中间折返点的选择，应保证折返列车停站和清客时间，不影响下次列车进站的正常运行。5.在30对/h运行条件下，停站清客时分应控制在3540s内。平均每个车门的上下客量应在30人以内。,34,6.中间折返点不宜设在车辆段接轨站之后，但可同站。7.中间折返交路，宜尽量包容线网上的主要线路的换乘点，有利换乘线之间的行车密度水平较高，减小换乘客流的不对称性。8、适应网络运行平衡性设计形成基本线网规模时，应注意各条线路的换乘点客流交流（尤其高峰小时），避免增加对车站和列车的压力。两车站的发车密度不一致时，或列车编组长度不一致时，优先采用相等密度为主。同时验算换乘客流的接受能力。当一线的终点站与二线的中间站构成的换乘站，是最不利条件，尤其是同站台换乘时，终点下车客流中的换乘客流（至中间站）比例和量值应予验算。,35,（二）不同编组列车长度混合运行,不同编组列车长度混合运行是运能适应性匹配设计一种模式。主要适应如下运行条件：1、初期/近期/远期的长短列车设计运能过渡和组合：2、车辆编组与发车密度的组合。3、高峰与平峰的适应性运能组合。,36,1、适应不同期运能设计固定编组：当初、近期客流量级变化较快，且近期与远期客流量级相近，初期开通即采用远期列车编组长度。两种编组：当初期与远期客流量级相差较大，采用列车编组不同时，则存在短编组与长编组列车过渡性的混合运行。2、适应不同编组与密度组合固定编组：从线网运行资源共享规划考虑，某些线路须采用统一的列车车型和编组长度，仅采取不同行车密度，达到运能需求。但某些线路难免会降低发车密度的服务水平。两种编组：当初、近期客流发展不快，并与远期客流预测量级相差较大时，或远期客流预测风险较大时，应予既要为远期预留运能储备，又要考虑初近时期的运营经济性，可采用不同列车编组长度，以提高初、近期的的服务水平和运营效益。但尽量不考虑短编组列车的扩编改造。,37,3、高峰与平峰运行长短列车运行,1.根据全日客流分时段分布，确定高、平、低峰的设计运能，即车辆编组发车密度。2.规定高峰和平峰的运行密度初期：高峰不得小于5min。平峰不小于610min。远期：高峰不宜小于2min（30对h）。平峰不宜小于6min（10对/h）3.如平峰值与高峰断面相差较大，运行列车在平峰时段采用小编组，也可提高运行密度，具有优势。,38,5、适应高、平峰差别性设计运营正式时段，按开始或停运前各12h；保证列车进入运行的最低服务水平，46对/h（即：15min10min间隔）长编组列车运行：平峰时段运行以调整行车密度为低密度运行为主，但必须保证最低服务水平，即：6min间隔。短编组列车运行：若平峰客流量级比高峰较低，应考虑对平峰时段运行采用短编组运行对策。,39,高峰与平峰不同列车编组应用(适应范围：初期客流1.1，远期客流3.6万人次/h),40,（三）快线运行,1.快线分类（1）直达型：大站距、直达型，起终点明确，中间车站较少或无。均匀发车。如：市域线、郊区线、机场线。（2）混合型：区间线路快慢混合共线，车站设置配线、慢车会让、快线越行条件。相间发车运行。（3）分开型：快慢车分开线路运行、按四线式布局。在慢车站快线无站台，在快车站分用岛式站台两侧，可相互换乘（如图）。,41,日本市域快线,日本市域快线的设计仍应遵循居民出发地到达目的地不超过1h的原则，尽可能提高列车最高运营速度和旅行速度。如果要更多照顾沿线居民需要，则可在部份车站设置待避停车股道，实现快慢车混合运营。这在发达国家郊区线的设计和运营中已有成熟的模式。如日本东京中央线全长53km，设站24个，普通列车站站停，全程运行71min，旅行速度44.9km/h，快车只停9站，运行53min，旅行速度可达60.1km/h。注：但没有说明正常运营模式的运行时间和运能的差异。,42,东京城市轨道交通的网络结构,43,日本成田机场快线运行线路,44,2、快线运行基本特征,45,3.北京6号线快线运营模式,26座车站，普通运营模式（站站停）,加大站间距，最高运行速度100km/h,快慢车共轨运营模式：快车全线越行慢车站站停,运营模式比选,快慢车共轨运营模式：快车东部越行慢车站站停,运营模式比较基础：（1）列车采用8辆车编组，区间最高运行速度100km/h。（2）快车不停车通过车站的最高速度80km/h。（3）高峰开行24对列车，采用一个大交路运行。,46,4、北京6号线快线方案全线越行示意图,快线停站模式图,快、慢线停靠站及避让站示意图,47,北京6号线快线方案东部越行,快线停站模式图,快、慢线停靠站及避让站示意图,48,快慢车共轨运营模式与普通地铁模式的比较：40km线路作快线并无明显优势。,49,间隔式越站提速运行模式,50,超长线路上海地铁R线，分段实施情况,51,（四）支线运行Y形，支线独立运行，贯通正线混合运行,支线运行必须注意以下问题1、支线在正线上的接轨点的车站配线，应设置单向进站方向的平行进路。2、支线接轨站，相当为折返站或换乘站。从正线运行至接轨站时，列车分为两个方向的路线运行，总可能有一部分乘客发现乘错了车，在此站下车换乘。3、支线的接轨点，必须相当于中间折返点。最好为小于最大断面的1/2点。4、支线不宜过长，以保证从支线列车向正线会合时，进站断面小于最大断面1/2。5、支线与正线的运营模式，应以贯通运行为主。当支线长度大于15km以上，远期应具备可能独立运行条件。,52,（五）共线运行双Y形，两条正线局部共线运行,1、共线运行是两条正线之间，客流明显较小的区段，组织部分路段作为两条线路共用运行线路地段。形成双Y形，两条正线局部共线运行2、在正线上的交会点的车站配线，应设置进站方向的平行进路。3、接轨点，必须相当于中间折返点。最好为小于最大断面的1/2点。4、两线共运的交会站之前，应考虑有折返站。5、共线运行的最大风险，是客流突破线路最大运载能力。6、两线共线运行与支线贯通正线运行的差别在于车站配线的形式不同。,53,（六）跨线运行,跨线运行是指：在钢轮/钢轨系统中的两条线路之间，采用不同车型和供电制式制式的车辆，实现跨线局部互通运行。跨线运行模式有：前提条件轨距和限界一致。若有站台屏蔽门，则车辆车门的间距模数保持一致。或屏蔽门后退站台边缘，加大车体与屏蔽门间距（约1.5m），但影响列车停站时间加长。不同条件两线供电电压不同，授电（架空与三轨）方式不同。措施：车辆设置双电压，双受流装置。车辆宽度不一，造成车体与站台间隙不一。措施：车门处伸出小平板。,54,第四章故障运行,55,故障运行（故障分类，处理模式）,1、运行模式：地铁的基本运营状态应包含正常运营状态、非正常运营状态和紧急运营状态。系统的运营，必须在能够保证所有使用该系统的人员和乘客以及系统设施安全的情况下实施。2、车辆故障运行：车辆的编组和动力（牵引和制动）性能，应满足在长大陡坡线路上正常安全运行，并应符合下列故障情况时的运行要求：（1）在定员（AW2）工况下，当列车丧失1/4或1/3动力时，列车仍能维持运行至线路终点。（2）在定员（AW2）工况下，当列车丧失1/2动力时，列车仍能在正线最大坡道上起动，并行驶至就近车站，列车清客后返回车辆段。（3）在定员（AW2）工况下，当列车丧失全部动力时，应能由另一列相同空载列车（AW0）在正线最大坡道上牵引（或推送）至临近车站，列车清客后被牵引至车辆段。,56,3、列车故障状态下，紧急运行模式：（1）列车运行中发生火灾，只要动力系统未受破坏，不得在区间停车，列车应驾驶到车站，从站台疏散乘客。（2）列车在区间发生故障，应由另一列车（清客后）救援推送(牵引)至就近车站疏散，随后送入就近车站的待避线停放。（3）故障列车被迫区间停车，可采用就地疏散方案，车辆或隧道内应备有下车设施，并按应急预案规定，有序地组织乘客从列车下车，向轨道区疏散。4、乘客疏散经过的轨道区应属于安全区，并应具备以下条件：（1）接触轨或接触网设有停电保护设施而及时停电，轨道上无任何列车运行；（2）隧道内设有应急照明、事故通风与排烟系统的设备已被自动控制系统启动；（3）轨道中间或旁侧设有通向车站的步行通道，有利乘客逃生和外来救援。5、在长大区间隧道内，应充分研究最不利情况下的救援和疏散模式。按设计运行密度计算，出现在同一区间、同一方向上有2列或3列车同时运行时，应在区间中间设置中间风道或直通地面的专用疏散出口，或其他安全疏散措施。,57,58,59,60,61,第五章旅行速度与配属车,62,一、牵引计算速度、时间与节能的平衡高峰小时快速运行模式平峰时段节能运行模式注：法国巴黎地铁采取降速节能措施，将最高速度100km/h降低至70km/h，节省能耗30。二、旅行速度距离产生速度效益主要与车站站间距大小有关。与发车密度和停站时分有关。牵引计算的最高运行速度，与信号制式有关。在ATP防护下，如何运用瞬间超速概念，确定最高运行速度。三、运用车计算根据以上因素，计算旅行速度，计算运用车辆。线路长度固定下，速度确定运用列车数，编组确定车辆总量。,63,运用车辆和配属车辆估算,配属车辆计算配属车辆运用车辆备用车检修车运用车（取整）1.2（取整）注：（备用车检修车）为运用车的202.运用车M计算按全程计算：M=T/t=（3600L2）/vt1+t2/t7200L/（vt）+2其中：T全程单向正线运行时间（s）。L线路全单程运行距离（km），V旅行速度（km/h），t发车间隔（s）t1t2分别为线路每端列车折返时间（s）之和，设定t1t2t,64,结论：配属车辆列数，与运行里程长度、旅行速度和发车间隔，三个元素有关。若按全程单交路运行，旅行速度为一定值（35km/h）时：当初期高峰小时运行间隔为5min（300s）时，全线配属列车为1列/km。当远期列车运行密度为2min时，按全程运行计算，配属列车为2.25列/km。若考虑可能组织大小交路运营，一般可以按80计，故修正为：1.8列/km。（1.71（3024）/2）21.21.71271.255.4/301.84列/km,65,第六章配线功能与形式,66,配线原则,1.车站配线应按全网、全线分层布局和配置。（1）按线网规划确定设置正线间联络线及其渡线；支线与正线接轨站的配线；确定车辆段（或停车场）与正线接轨站的配线，（2）按列车运行交路选定起终点与中间折返站及其配线。应适应各设计年限的客流特征及其设计运行交路要求，并具有良好的适应性和灵活性。（3）按列车非正常运行选定待避线、停车线、渡线（4）按其他运行功能运行存车功能和夜间维修车运行折返2.在折返站应设置折返线。为满足故障运行工况，每隔56座车站（或810km）应设置故障列车待避线，其间每相隔23座车站（约35km）应加设渡线。3.当故障列车待避线设在折返站时，应与折返线分开设置，在正常运营时段，不宜兼用。待避线尾端应设置单渡线与正线贯通。,67,4.当载客运行的两条正线或支线交会共线运行时，其交会点必须设在车站，并在进站方向设置为同站台两侧平行进路。车辆出入线（非载客运行线）接入正线的接轨点宜设在站端，并应具备站外一度停车的条件；否则，在接入正线前，应设置安全线。5.折返站的折返能力应与线路的运营间隔时间相适应。中间折返站宜采用站后折返，当折返列车的计算停站时间（含清客时