【《城市轨道交通Y型线路列车交路方案的编制案例分析》7200字】

III城市轨道交通Y型线路列车交路方案的编制案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u28844城市轨道交通Y型线路列车交路方案的编制案例分析 1225671.1线路概况 183181.1.1线路区间相关参数 1213961.1.2客流情况分析 3155391.2交路方案求解 4179511.2.1参数设置 4142561.2.2交路方案分析 5258411.3支线独立运营方案对比 1053781.4支线全直通运营方案对比 13我国城市轨道交通Y型线路的发展已经逐步成熟。北京、上海、广州、深圳等大城市的轨道交通都出现了Y型线形式。本章以某市的Ｙ型线路L号线为例，采用第４章提出的列车交路方案优化模型，对L号线的列车开行方案进行研究。1.1线路概况L号线属于该市城市轨道交通线网中的一条地铁主干线路，一共26座车站，且都是地下车站。主线全长21.93公里，共设车站21座。支线全长7.25公里，共设5座车站。L号线呈南北走向，为B市的骨干线路。区间1-20为主线区段，从新开发工业区到城市重点高校，沿线跨越居民居住区、长途汽车客运站、大型高铁站、CBD商圈以及城市行政中心等，区间21-25为支线区段，主要通往休闲景点，沿线有较多中小学校、公园以及新建住宅区等。1.1.1线路区间相关参数（1）线路布置L号线的主线和支线分别有一个车辆段和停车场。中间站5、8设置了折返线，列车可在上述中间站进行折返作业。主线与支线的接轨站为车站12，为直通加折返式的节点站布置形式。图5-1L线配线布置示意图（2）线路区间里程和运行时分L号线共含有26座车站，区间25个。主线包括21个站点和20个区间；支线共5个车站（不含接轨站），5个区间。编号主线为区间1至区间20，支线为区间21至区间25。主线和支线的区间长度和运行时分如表5-1所示。表5-1区间参数设置区间编号区间长度(m)运行时分(s)区间编号区间长度(m)运行时分(s)区间编号区间长度(m)运行时分(s)1962841016291151810528221563110111867127199358331035811217501202011338746245813200413121123593589781142854173221903123续表5-1区间编号区间长度(m)运行时分(s)区间编号区间长度(m)运行时分(s)区间编号区间长度(m)运行时分(s)672166151469105231269957756691616931172412989789988817926742515201089106583利用以上表5-1的数据进行仿真实验，得到主线旅行速度为37.12公里/h，主线单程运行时长为41min；支线线旅行速度为37.85公里/h，支线单程运行时长为11min。1.1.2客流情况分析本文选取L号线早高峰小时流量为研究对象数据进行客流情况分析，研究对象数据早高峰小时时段为8:00~9:00，主、支线的早高峰OD与断面客流情况分别见表5-2、5-3。主、支线的总客流量为86719人次，下行客流量为44282人次，上行方向42437人次。主线下行方向40519人次，主线上行方向30326人次；支线下行方向3763人次，支线上行方向12111人次。表5-2主线早高峰断面客流量下行车站编号上行上车断面客流下车上车断面客流下车865010250928652509625825632836965602870263515303108123676653998361029354203375883407553563338695953236910104896990116986113620469307987910681236716421378913996151623100581213162097591002210451169926843015续表5-2下行车站编号上行上车断面客流下车上车断面客流下车9633103533762326410369443561101510131569320351115321807137891129023653684121640139812470110483691265132364120411574988869889914369869811373688856323541516997239582591263445621615326585654503836925111779634535124614203205188635933510434421310241963223626993948129632010521917482877017482128770表5-3支线早高峰断面客流量下行车站编号上行上车断面客流下车上车断面客流下车186910706169112256983811023108846835635493222124098565876580103632652332461698435850322091369241369163198367914112025698820922989020922629890绘制上下行各区间的早高峰小时断面客流量图如图5-2所示。从图中可以看出，上下行各自的最大客流断面均位于第11号区间，L号线下行早高峰小时的最大客流断面共计13789人次，上行早高峰小时的最大客流断面共计11290人次。上下行方向的客流不均衡程度并不大，但为了更加精准的计算列车输送能力利用率，本文采用早高峰小时的上行和下行客流完成模型的求解和指标分析。从图中还可以看出，L号线的主线下行断面客流在很长的区段内保持了一个较高状态，直至到了主、支线连接站过后，断面客流开始大幅下降。而上行方向的客流则是慢慢升高直至到达主、支线连接站后的区间才开始呈现长区段的高客流现象。L号线支线的下行方向的断面客流由主线到支线呈现高客流平稳过度，然后出现大幅下降现象。支线上行方向的断面客流则由支线到主线均匀升高过渡。图5-2L号线早高峰小时区间断面客流量1.2交路方案求解1.2.1参数设置本文第4章建立的城市轨道交通Y型线路列车交路方案优化模型涉及到多项参数，在案例线路最优列车交路方案求解过程中，以线路的技术条件为基础，结合相关规范和实际运营状况，对有关参数的取值如表5-4所示。表5-4模型参数参数取值参数取值列车定员1860人同站台换乘走行时间0s列车编组辆数6辆列车满载率上限130%每节车厢车门数5个折返最小时间间隔150秒列车在车站停留时间上限70秒列车最小追踪间隔150秒列车在车站停留时间下限30秒最小发车频率5对/h乘客人均上车时间1.5秒运用列车数量上限90列依照《地铁设计规范》(GB50157-2013)的规定，在设有站台门的地铁车站，地铁列车在车站开关门时间不宜超过17秒，由于L号线全线车站均设有站台门，所以本案例的列车车站开关门时间设置为17秒。结合相关运营实际，将列车在车站停留时间上限设置为70秒，列车在车站停留时间下限设置为30秒，乘客平均上车时间设置为1.5秒。对于Y型线路，乘客在同方向列车的换乘一般不需要更换站台，乘客换乘走行距离仅为上下车的距离，所以本文将乘客在同站台换乘走行时间设置为0秒。同时考虑输送能力利用率和乘客出行时间失衡度，本文将列车满载率上限阈值设定为130%。按照《地铁设计规范》(GB50157-2013)规定，本文将全线最小发车频率设为5对/小时，列车最小追踪间隔设定为150秒。1.2.2交路方案分析通过第4章的求解方法，可以得到L号线在不同列车输送能力利用率权重取值下的最优列车交路方案。目标函数的权重影响最优方案的选取，当列车输送能力利用率权重取值从0变化至1时，交路方案求解结果如表5-5所示。表5-5不同权重下的多目标最优列车交路方案权重主线交路主线发车频率支线交路支线发车频率列车输送能力利用率(%)乘客出行时长失衡度(10-3)企业运营成本(元)乘客广义出行费用(元)0.0(1,21)16(1,26)1652.679.76382537.234584737.620.1(1,21)16(1,26)160.2(1,21)16(1,26)160.3(1,21)16(1,26)160.4(1,21)11(5,26)1171.2213.15275437.145238976.730.5(1,21)11(5,26)110.6(1,21)11(5,26)110.7(1,21)11(5,26)110.8(1,21)12(8,26)683.2717.84223782.585873451.980.9(1,21)12(8,26)61.0(1,21)12(8,26)6由表5-5可知，列车输送能力利用率权重取值不同时，列车交路方案求解结果也会发生改变，主要有以下3个方案。方案1：当列车输送能力利用率权重取值0.0~0.3时，最优列车交路方案为：支线与主线均采用全线直通运营，主线与支线列车均在车站１折返，主、支线的开行频率均为16对/ｈ。此时最优列车交路方案为全线直通运营方案，具体交路方案如图5-3所示。图5-3列车输送能力利用率权取值0~0.3时的交路计划方案2：当列车输送能力利用率权重取值0.4~0.7时，最优列车交路方案为：主线和支线的开行频率均为11对/ｈ，支线交路在车站5折返。此时最优列车交路方案为支线部分共线运营方案，具体交路方案如图5-4所示。图5-4列车输送能力利用率权重取值0.4～0.7时的交路计划方案3：当列车输送能力利用率权重取值0.8~1.0时，最优列车交路方案为：主线的开行频率均为12对/ｈ，支线的开行频率均为6对/ｈ，支线交路在车站8折返。此时最优列车交路方案为支线部分共线运营方案，具体交路方案如图5-5所示。图5-5列车输送能力利用率权重取值0.8～1时的交路计划由表5-5可知，方案3的支线交路折返站设置在车站8，与方案2相比，乘客出行时长失衡度大幅增加，企业运营成本减少1.17万元，此时输送能力利用率高达83.27%，但该交路计划和发车频率配置下，有限的运能供给不能满足旺盛的客流需求，乘客出行时间失衡度较高，部分乘客花费的出行时间过高，处于非理想的交路配置状态。与方案2相比，方案1的支线交路折返站设置在车站1，主线、支线的发车频率均为16对/h，乘客出行时长失衡度有效降低，然而此时企业运营成本高达38.25万元，比方案2增加10.71万元，在一味提升运力的条件下，列车输送能力利用率仅为52.67%，造成大量运力不必要的浪费。（1）目标函数值的变化情况当列车输送能力利用率权重的权重从0到1变化时，对应的列车输送能力利用率和乘客出行时长失衡度这两项目标函数值的变化情况如图5-6所示。图5-6不同权重下目标函数值变化情况随着列车输送能力利用率权重的增加，主线和支线总的发车频率随之不断降低。支线交路也在不断缩短，先从(站1~站26)变到(站5~站26)，,再逐渐向(站8~站26)转变。随着列车输送能力供给不断紧缩，列车输送能力利用率也在不断提高，然而带来的负面结果是乘客出行时长失衡度不断提高，部分乘客的出行时间会被严重延长，影响乘客的整体出行体验。（2）费用指标值的变化情况图5-7不同权重下费用指标值变化情况企业运营成本的大小主要由列车的总走行距离决定，而列车的总走行距离又与列车交路长短和发车频率紧密联系。由上图5-7可以看出，随着列车输送能力利用率权重的增加，企业运营成本表现出下降趋势，当列车输送能力利用率权重从0.3变为0.4时，支线交路折返站由站1变成站5，发车频率也大幅降低，从而企业运营成本快速下降；当列车输送能力利用率权重大于0.6时，支线交路折返站由站5变成站8，通过列车交路的缩短和发车频率的降低，使得企业运营成本均不断降低，然后随之带来的负面影响是乘客出行广义费用均不断增加。（3）乘客候车时间的变化情况随着列车输送能力利用率权重逐步增加，乘客总出行时间的重要性会被逐渐忽略。在运力不断紧缩的情况下，乘客需要付出更多的时间完成出行，乘客总候车时间表现出明显的上升趋势。乘客平均候车时间为乘客总候车时间除以换乘乘客人数，换乘乘客数量不变时，平均候车时间也会出现上升趋势。在列车输送能力利用率权重逐步增加时，乘客总候车时间、平均候车时间的取值和变化情况分别如表5-6、图5-7所示。表5-6不同权重下的乘客总候车时间和平均候车时间变化情况权重主线交路主线发车频率支线交路支线发车频率总候车时间(h)平均候车时间(s)0.0~0.3(1,21)16(1,26)161287.3103.00.4~0.7(1,21)11(5,26)111947.6151.80.8~1.0(1,21)12(8,26)62221.4177.7图5-7不同权重下乘客候车时间变化情况当列车输送能力利用率权重为0.0~0.3时，乘客的总候车时间为1287.3小时，平均候车时间为103.0秒；乘客的出行时间权重为0.4~0.7时，乘客候车时间和平均候车时间均表现出明显的增长，其中乘客总候车时间为1947.6小时，增加了660.3小时，平均候车时间增加52.8秒；权重为0.8~1.0时，乘客的总候车时间为2221.4小时，平均候车时间为177.7秒，比方案2增加了约14.1%。（4）乘客换乘时间的变化情况随着列车输送能力利用率权重逐步增加，会通过缩短支线交路和减小发车频率的方式避免部分区间运力资源浪费的情况。部分在主线和支线车站间出行的乘客，需要进行换乘才能完成整体出行过程，进而导致乘客换乘时间增加。在列车输送能力利用率权重变化时，乘客总换乘时间、平均换乘时间的取值和变化情况分别如表5-7、图5-8所示。表5-7不同权重下的乘客总换乘时间和平均换乘时间变化情况权重主线交路主线发车频率支线交路支线发车频率总换乘时间(h)平均换乘时间(s)0.0~0.3(1,21)16(1,26)1667.442.60.4~0.7(1,21)11(5,26)11147.486.30.8~1.0(1,21)12(8,26)6276.3131.6图5-8不同权重下乘客换乘时间变化情况由图5-8可以看到，当列车输送能力利用率权重从0增长至1.0时，乘客换乘时间和乘客平均换乘时间均表现出明显的上升趋势。当列车输送能力利用率权重为0~0.3时，主线与支线全采取直通运营的方式，仅有车站（12,21）到车站（12,26）之间出行的乘客需要在接轨站12进行换乘，此时乘客换乘时间最小。当列车输送能力利用率权重为0.3~0.7时，支线交路为车站（5，26），车站（5，12）处于共线区段。乘客在车站（1，4）、车站（13，21）与支线区间之间出行时，需要换乘一次。在此情况下，乘客总换乘时间为147.4小时，对比方案1上升幅度为119.7%，平均换乘时间为86.3秒，对比方案1上升幅度为102.6%。当列车输送能力利用率权重为0.8~1.0时，支线交路为车站（8，26），其中车站（8，12）处于共线区段。乘客在车站（1，7）、车站（13，21）与支线区间之间出行时，需要换乘一次。在此情况下，乘客总换乘时间为276.3小时，对比方案1上升幅度为310.0%，平均换乘时间为131.6秒，对比方案1上升幅度为218.3%。1.3支线独立运营方案对比对于本文的案例L号线路来说，当支线独立运营时，求解得到此时的最优列车运行交路方案如表5-8所示。表5-8支线独立运营时的最优列车交路方案主线交路主线发车频率支线交路支线发车频率列车输送能力利用率(%)乘客出行时长失衡度(10-3)企业运营成本(元)乘客广义出行费用(元)(1,21)14(12,26)774.4811.38294573.375436844.28支线独立运营时，主线列车开行频率为14对/ｈ，支线在接轨站车站12折返，支线列车开行频率为7对/ｈ，此时所以在主线和支线之间出行的乘客都需要在接轨站进行换乘。具体交路方案如图5-9所示。图5-9支线独立运营交路计划结合上一节的3种交路方案求解结果，分别对比这4种交路方案的列车输送能力利用率、乘客出行时长失衡度、企业运营成本、乘客广义出行费用等指标如下：（1）列车输送能力利用率表5-9支线独立运营交路方案列车输送能力利用率对比交路方案列车输送能力利用率（%）变化率（%）支线独立运营74.48-方案152.67-29.17方案271.22-4.38方案383.27+11.80对比支线独立运营方案，见表5-9。方案１主线交路长度不变，发车频率由14对/ｈ增加至16对/ｈ；支线交路折返站由接轨站12变到车站1，支线交路长度大幅增延长，同时支线交路发车频率由7对/ｈ增长至16对/ｈ，线路整体运力得到大幅提升，但是列车输送能力利用率降低了29.17%，运力浪费明显。对比支线独立运营方案，方案2主线交路长度不变，发车频率由14对/ｈ降低至11对/ｈ；支线交路折返站由接轨站12变到车站5，支线交路长度得到较大延长，同时支线交路发车频率由7对/ｈ增长至11对/ｈ，由于支线交路较支线独立运营时更长，线路整体运力得到一定的提升，但是列车输送能力利用率略微降低了4.38%。对比支线独立运营方案，方案3主线交路长度不变，发车频率由14对/ｈ降低至12对/ｈ；支线交路折返站由接轨站12变到车站8，支线交路长度得到一定的延长，同时支线交路发车频率由7对/ｈ降低至6对/ｈ，虽然支线交路比支线独立运营时交路略长，但由于主线和支线发车频率都有所降低，线路整体运力被大幅削减，列车输送能力利用率提高了11.80%。（2）乘客出行时长失衡度表5-10支线独立运营交路方案乘客出行时长失衡度对比交路方案乘客出行时长失衡度（10-3）变化率（%）支线独立运营11.38-方案19.76-36.54方案213.15-14.50方案317.84+16.00对比支线独立运营方案见表5-10，方案1和方案2的乘客出行时长失衡度均有所降低，这表明通过延长支线交路和适当增加发车频率可以有效缓解乘客出行时长的失衡度。方案3的乘客出行时长失衡度增加了16.00%，这是因为方案3支线交路相对较短、发车频率较低、运能大幅下降，导致部分乘客需要花费更多的出行时间，从而出现乘客出行时长失衡的现象。（3）企业运营成本表5-11支线独立运营交路方案企业运营成本对比交路方案企业运营成本（元）变化率（%）支线独立运营294573.37方案1382537.23+29.86方案2275437.14-6.50方案3223782.58-24.03对比支线独立运营方案表5-11，方案2和方案3的企业运营成本均有所增长，方案1的企业运营成本大幅增加了29.86%，这是因为方案1支线交路长、发车频率高、运能充足，最为关注乘客广义出行费用的节省，而方案3支线交路相对较短、发车频率较低、运能大幅下降，最为关注企业运营成本的节省。（4）乘客广义出行费用表5-12支线独立运营交路方案乘客广义出行费用对比交路方案乘客广义出行费用（元）变化率（%）支线独立运营5436844.28方案14584737.62-11.67方案25238976.73+3.64方案35873451.98+8.03对比支线独立运营方案见表5-12，方案2和方案3的乘客广义出行费用均有所增长，方案1的乘客广义出行费用缩减了11.67%，这是因为方案1支线交路长、发车频率高、运能充足，最为关注乘客广义出行费用的节省。1.4支线全直通运营方案对比当列车输送能力利用率权重为0时，即完全忽略列车输送能力利用率的情况下，此时支线交路为全直通运营方案，所有乘客无需增加额外换乘次数，且此时主、支线共线的长度最大，发车频率最大，乘客候车时间也会大大缩短。即上文求解得到的方案1，此时企业运营成本最高，而乘客广义出行费用最低。结合上第2节的方案结果，分别将方案1和方案2与支线全直通运营方案的列车输送能力利用率、乘客出行时长失衡度、企业运营成本、乘客广义出行费用等指标如下：（1）列车输送能力利用率表5-13支线独立运营交路方案列车输送能力利用率对比交路方案列车输送能力利用率（%）变化率（%）支线全直通运营方案52.67-方案271.2231.22方案383.2758.10对比支线全直通运营方案见表5-13，方案2主线