城市轨道交通系统开行“短列”可行性分析
提 要: 分析我国城市轨道交通系统客流特点, 以及非高峰运营时段列车运行的虚糜现象, 论证开行编挂辆数少的“短列”的可行性和经济效益。关键词: 城市轨道交通; 行车组织; 短列; 可行性分析
1 概述
我国是一个人口众多的国家, 随着国民经济蓬勃发展, 各地城市化在加速发展, 城市人口和车辆急速增长, 致使城市道路交通堵塞日趋严重, 加重了城市空气污染。为解决这些问题, 贯彻执行“ 公交优先”的政策, 大力发展快速、安全、洁净、准时的大容量城市轨道交通系统已成为社会各界的共识。近年来, 北京、上海、广州等城市先后建成“ 复八”线、上海一号线、上海二号线、上海明珠线及广州一号线, 其它地铁项目仍在建设中。此外, 天津、深圳、武汉、大连、长春、成都、西安等许多城市的城市轨道交通项目在建设和规划之中。由于城市轨道交通项目社会效益显著、投资大、投资回报周期长等特点, 筹集建设项目建设基金困难, 这是影响城市轨道交通建设发展的主要因素。如何降低工程造价、降低地铁运营成本、提高项目的投资效益、更好地融资建设城市轨道交通项目, 目前已成为地铁建设研究的重点。本文通过分析城市轨道交通客流特点, 提出在非高峰运营时段开行“ 短列”编组的列车方案, 克服列车运行虚糜现象、减少列车牵引能耗、降低列车运营成本, 从而提高建设项目运营的经济效益、提高建设项目的融资能力。
2 地铁客流的特点及现行的运行组织
1.2. 1 客流的特点
2.2. 1. 1 日客流的特点
城市轨道交通系统每日的客流同沿线居住小区人口数量、居民出行强度、沿线道路交通情况所导致交通方式的分担比例、土地使用开发规划, 以及沿线政治、经济、文化设施的分布相关。不同的城市, 不用的线路, 产生的日客流量也不同。但是, 相同的工作时间、相似的作息时间和生活方式, 使得各个城市轨道交通系统日客流量的时间分布比例基本相同, 其特点如下:
(1) 双高峰客流
我国城市居民出行产生的原因有上班、上学、出差、购物和娱乐等, 其中主要客流是由上班和上学产生的。由于我国各大城市居民上班、上学的时间都是早晨7: 30～ 8: 00, 中午绝大多数单位和企业的休息时间为1h 至1. 5h, 通常居民中午不回家, 在单位就餐, 下午5: 00～ 5: 30 下班。因此, 产生全日两大高峰客流时段, 第一次高峰产生在早晨上班时刻的前后各两个小时, 第二次高峰在下午下班时刻的前后两小时。第一次客流高峰时段的客流, 因居民出行集中, 产生全日最大高峰客流, 经我国各大城市统计, 最大单位小时客流占全日客流的15%～ 20% ; 第二次高峰客流时段因各单位工作性质不同, 居民外出购物、娱乐等原因, 居民回家产生的客流较第一次离散度大, 产生的单位小时高峰客流没有早晨的高。
(2) 平峰客流和低谷客流
在第一次高峰和第二次高峰之间的客运时段, 除下午1: 00～ 2: 00 时段产生部分近距离的居民上班客流, 客流有所回升外, 其它时段没有上班和上学的客流, 产生的客流主要有居民购物、出差、旅游及娱乐等, 其特点是客流平稳, 通常单位小时客流在全日客流的4% 左右。
在城市轨道交通运营的第一个小时及全日第二个高峰后的4 个小时的运营时段, 由于时间太早或偏晚, 客流稀少, 单位小时客流量占全日客流量的2% 左右, 全日运营时段客流占全日客流比率详见下图:
图1
2. 1. 2 初、近期客流的特点
城市轨道交通系统建设的设计年限分初期、近期和远期, 初期为建成通车后第3 年, 近期为第10 年, 远期为第25 年。区间通过能力、车站的形式和规模、通风系统及牵引供电系统按远期高峰客流要求设计。车辆按初期要求购置, 近期、远期根据运量增加。由于客流预测的不确定性和城市轨道交通系统客流变化的客观规律, 初期和近期的实际客流较预测客流往往相差很大, 有的项目经运营后调查预测与实际值相差50% 以上, 远低于设计的运量, 这样按照原设计的编挂辆数运营, 列车在非高峰时段运行时, 每辆车所乘载的乘客很少, 列车虚糜现象突出。
2. 2 现行的行车组织
目前设计实施的行车组织计划是根据日客流分布时段的客流量, 计算开行相应的列车对数, 全线按照日单位小时最大客流量配属车辆运营车数, 当每天城市轨道交通系统运营到非高峰时段, 将列车从运营线路上退下来, 撤到车辆段中进行修理和停放。当客流量下降到一定值时, 配属的列车编挂辆数不变, 车上乘客很少, 列车就会出现运行虚糜的现象。在这种情况下, 行车组织设计有两种方案, 其优缺点如下:
(1) 减少列车对数
当客流量降到一定值时, 为了减少列车虚糜, 减少列车开行对数, 加大列车开行的间隔, 例如每小时开行2 对～ 3 对。此运行方案的优点是减少列车运行虚糜, 但减少列车对数, 增加了乘客的侯车时间, 降低了整个运营系统的服务质量。
(2) 开行最低列车对数
另一种运营方案, 也是现行的列车开行方案, 是在全日非高峰运营时段, 开行最低列车对数, 将列车的最大间隔定为10m in 或12m in, 也就是每小时开行6 对或5 对列车。此运行方案是确保了整个系统的服务质量, 但由于列车编挂辆数不变, 车辆的空载率很高, 相当于部分车辆在无效地运行, 增加了城市轨道交通系统的运营能耗。
如果在非高峰运营时段开行编挂辆数少的“ 短列”, 就可以实现开行最低列车对数, 保证列车的最大间隔时间不超过合理的时间10m in 或12m in, 确保整个系统的服务质量。同时, 减少编挂辆数的列车, 又不存在车辆运行的现象, 降低系统的运营能耗。
3 开行“短列”的必要性及经济性
3. 1 节约能源降低运营成本
城市轨道交通系统列车的牵引能耗与系统的线路特性、每日的开行列车对数、列车的编挂辆数、车辆特性和客流量等因素有关。不同的线路, 其吨公里耗能也不相同, 以铁一院设计的某城市轨道交通系统为例, 初期为60 对、近期有48 对、远期有30 对车可行“ 短列”, 初期每年可节约电费143 万元, 近期节约115 万元, 远期节约71 万元。在30 年的车辆寿命期内, 全线可节约电费2 660 万元, 如果线路运营里程长, 其节约的费用将更加可观。
3. 2 减少车辆走行距离, 减少维修次数
由于采用了编挂辆数少的“ 短列”, 提高了车辆的使用效率, 同现有运营方案比较, 减少了车辆的走行距离, 按车辆30 年的使用寿命计算, 仍以上述某城市为例, 全线可节约走行公里543. 12 km, 减少5 个大修和架修, 以及相应的定修和月修工作量。
3. 3 增加车辆维修时间
由于线路上运行的“ 短列”是通常列车一列分解成两列或两列分解成三列的, 这样原来在线路上运行的其它车辆就可以更多地从线路上退下来, 从而增加了车辆的维修及非运营时间, 便于车辆段组织维修整个系统的车辆。
3. 4 高峰时段充分利用远期运能
对于初期、近期编挂辆数为6 辆, 远期编挂辆数为8 辆的城市, 因车站和牵引设施是按照远期客流及编挂辆数设计的, 还可开行编挂4 辆的“ 短列”, 高峰小时客流时段, 可合二为一, 组成编挂辆数为8 辆的列车。充分利用远期运能, 满足高峰小时客流对运力的要求, 减少高峰小时客流时段的列车对数。
4 开行“短列”的可行性
4. 1 车辆选型的可行性
目前, 我国绝大部分城市轨道交通系统都是采用6 辆编组, 根据不同的线路情况, 列车编组有动拖结合的单元式编组和拖动动相结合的编组。前者可采用两列6 辆编组的列车改编成三列4 辆编组“ 短列”; 后者可采用一列6 辆编组的列车分解成两列3 辆编组的列车。两种方案均需在原编组列车中, 增加两辆带司机室的车辆, 增加司机室, 对于车辆牵引动力及控制系统不产生影响, 只增加部分仪表和控制元件, 国内有成熟的技术, 在一次性购车时, 增加上述部分, 对车辆购置费影响不会很大。对于列车解编使用的自动车钩, 目前车辆上都使用了自动车钩, 完全能够满足技术要求, 在购车时车辆购置费不会增加。
4. 2 运行方案的可行性及实施方案
“ 短列”列车在早晨投入运营以后, 当列车运营至高峰客流时段, 二合一的列车可直接在折返线上连接, 变成大列投入高峰运营, 三列合成二列的列车返回到车辆段进行连接作业, 再投入到高峰客流的运营, 待高峰客流运营完成以后, 一列分成二列的分解作业可在折返线上完成, 二列分解成三列的作业可返回到车辆段完成。在下午的高峰运营时, 当客流量不需要“ 短列”合成大列时,“ 短列”车可返回车辆段进行检查维修, 再投入到晚间非高峰时段的运营; 当需要合面大列时, 仍可按上述方法进行连接, 第二次高峰客流运营后, 再分解投入到晚间的非高峰时段的运营, 待夜间收车后, 返回车辆段进行检查和维修, 以保证第二天的正常运营。
为保证上述运营方案能够可靠的实施, 需要有6 对“ 短列”投入运营, 即需要2 对或3 对的大列。考虑到检修, 实际需要3～ 4 对的可分解的大列列车。
通过上述的分析, 在行车组织上, 开行“ 短列”是可行的, 能够满足全天乘客运输的要求。新建城市轨道交通系统时, 可在初期购车时, 购买带驾驶室且可分解的列车。在既有城市轨道交通线上实施时, 可在客流增长需要购买新车时实施, 也可在旧车需要更新时实施。
5 需要研究的问题
当城市轨道交通系统采用自动驾驶A TO 系统时, 需要处理轨边设备和列车上的设备接口问题。在大列变成“ 短列”时, 应根据现场情况, 确定是否需要改变或确定改变的数据。
6 结论及建议
通过上述分析, 在我国城市轨道交通系统中非高峰时段, 开行“ 短列”列车是可行的, 能够满足运输乘客的要求, 该方案可以应用在现有城市轨道交通系统中, 也可以在新建项目上实施。建议城市轨道交通系统的管理部门给予重视和研究, 开行“ 短列”的经济效益是显著的。
