城市軌道交通既有線路開行快慢車方法研究

聞 千，付義龍，荊 敏

（1.中國交通建設股份有限公司，北京 100120；2.北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037）

1 研究背景

隨著人民生活水平的提升，城市軌道交通乘客的需求也發生了變化，從開始追求“基本的乘車功能”到現在要求“快速”“便捷”“舒適”的服務品質。國家相關部門多次倡導，應根據客流需求推行“站站?！迸c“大站?！毕嘟Y合的靈活運營組織模式，提供多樣化、便捷化出行服務[1]。

為滿足乘客需求、響應國家倡導、解決實際運營問題，城市軌道交通運營部門積極探討相關對策，努力提升軌道交通的運營服務品質。既有線路開行快慢車在多條運營線路進行實踐。北京地鐵運營公司于2020 年3 月在昌平線、八通線等線路上客流量比較小的區段開行大站快車，減少列車停站時間，加速列車周轉，滿足了疫情防控需要[2]；南京地鐵于2020 年5 月在機場線和寧溧線利用較大的行車間隔開行大站快車，快車較常規列車節省約7 min，取得了一定的社會經濟效益[3]；劉炳強針對哈爾濱地鐵1 號線上下行客流不均衡性問題，研究了無越行快慢車運行的可能性與適用性[4]；代然然以天津地鐵3 號線為研究對象，針對其現有的上下車人數、斷面客流量、不均衡系數、列車站停時間和列車區間運行路程等相關數據，探討地鐵3 號線實行快慢車組合運營后為乘客創造的最大單位時間價值和企業節省的最大車體成本[5]。日本橫濱市營地鐵BLUE-Line，利用新羽站和踴場站既有的配線條件開行兩種小交路列車，實現了快慢車運營的功能。

雖然既有線路開行快慢車進行過以上種種嘗試，但是應用范圍有限，所采用的方法未形成體系。本文結合國內外相關運營經驗，針對既有線路開行快慢車的方法進行了系統梳理和研究。

2 既有線路開行快慢車的方法

本文主要研究目標是規劃設計階段未考慮快慢車運營組織模式，投入運營后具有開行快慢車需求的線路。由于土建已實施完成，為避免對既有運營造成較大的影響，應遵照不改造或盡量少改造土建工程的原則。在線路不具備常規避讓條件下，實現快慢車運營，主要有兩種思路，一是利用較大的行車間隔開行快車，快車追蹤慢車運行，慢車不需避讓快車；二是利用非常規避讓條件開行快車，快車追蹤慢車運行，慢車可避讓快車?；趦煞N思路，提出以下4 種方法。

2.1 方法1：利用大的行車間隔開行快車

利用大的行車間隔開行快慢車是目前國內應用最多的方法，已在南京地鐵市域線、鄭州地鐵城郊線得到了應用，深圳地鐵14 號線也有所研究[6]。

1) 適用條件。主要適用于無任何避讓條件，行車間隔大、系統能力富余，且有明顯點到點跨站客流的線路。比如城區外圍的市域線、機場線，平峰時段的市區線，以及上下行客流不均衡的線路等。

2) 開行原理。該方法利用過站不停車節約旅行時間形成快車，快車追蹤前序列車直至兩者以最小行車間隔運行，快車并未越行前序列車。假定發車間隔為T1，最小行車間隔為T2，快車相對于普通車節約的時間為T3。

在發車間隔較大，即T1≥T2+T3時，起點站快車和普通車可均衡發車，此時快車與前序普通車發車間隔T11等于普通車之間的發車間隔T12，即T1=T11=T12≥T2，快車相對普通車節約時間T3=T11–T2，如圖1 所示。

圖1 發車間隔較大時列車運行示意Figure 1 Schematic illustration of train operation at large departure intervals

在發車間隔較小，即T1＜T2+T3時，需調整起點站列車的發車間隔T1，通過不均衡發車實現快車運行，即拉大快車和前序普通車發車間隔到T11，壓縮普通車之間的發車間隔到T12，此時T11＞T1＞T12≥T2，快車相對于普通車節約的時間T3=T11–T2，如圖2 所示。

圖2 發車間隔較小時列車運行示意Figure 2 Schematic illustration of train operation at small departure intervals

3) 優缺點分析。由于采用追蹤運行，快車僅僅是越行了部分車站，并未越行慢車，因此該種模式不需要避讓條件。同時，為保證快車運行效果，即快車盡量節約更多時間，需要拉大發車間隔T1，這時會導致系統能力損失嚴重。另外，針對快車越行車站，行車間隔必然存在不均衡，會導致各車站列車的到達、發出時刻不具有規律性。

4) 運營要求。為解決列車到達、發出時刻不規律性問題，一般可以通過發布時刻表等措施加強信息傳播，實現乘客按時乘車，避免長時間等待。

2.2 方法2：利用交替式跨站停車開行快車

利用交替式跨站停車開行快車是在不設置越行線的情況下，唯一可使得列車旅行速度提高，并保持高發車頻率和高線路能力的運營組織模式，適用于既有線路的改造運營，目前已在鄭州地鐵10 號線等線路進行過研究，在韓國首爾地鐵5 號線等得到了應用[7]。

1) 適用條件。該方法適用于無任何避讓條件、通過能力要求較高，并有明顯的點到點跨站客流的線路?？缯就ＤＪ竭m宜在高峰時段實行，由于平峰時段客流量較小，行車間隔大，采用跨站停行車后導致行車間隔更大，服務水平差，不利于吸引客流，影響運營經濟性。

2) 開行原理。該方法的基本原理是2.1 介紹的第一種情況，即利用大的行車間隔開行快車。但為了彌補系統能力損失嚴重的缺陷，進行了部分優化調整。該方法選擇全線乘降量較小的車站A-B 組對，并設置A-B 兩種列車，采用“由遠及近”的方式分別?？?，乘降量較大的關鍵車站兩種列車均停車。

根據客流特點將全線車站分為A、B、AB 三類，全線列車分為A、B 兩類。其中A 類列車在A 和AB類車站?？?，在B 類車站跨站不停車；B 類列車在B和AB 類車站?？?，在A 類車站跨站不停車[7]。

A、B 兩種列車跨站次數相同，由于部分車站過站不停車，節約了停站時間和啟停時間，因此旅行速度均有明顯提高，A-B 車站組對越多，提速效果越明顯，如圖3、4 所示。

圖3 交替式跨站停車方法列車組織方式示意Figure 3 Schematic illustration of train organization of alternate skip-station stopping method

圖4 交替式跨站停車方法列車運行示意Figure 4 Schematic illustration of train operation of alternate skip-station stopping method

3) 優缺點分析。由于A、B 兩種列車無速差且采用由遠及近的停站方式，限制系統能力的點仍在AB大站上，因此線路的通過能力無折減，對于常規地鐵可實現30 對/h。

對于AB 大站而言，列車的行車間隔無影響；但對于A、B 小站，行車間隔加倍。對于AB 大站而言，可實現對所有車站的直達化運輸，但對于A、B 小站之間的交流，需要在AB 大站換乘一次才可到達。

該方法適應性強，可根據客流情況靈活選擇跨停車站，但由于不同車次的停車方案均有所不同，車站客運組織稍有復雜，乘客需接受的信息較多，容易引發混亂。

4) 運營要求。由于開行跨站停列車會使A、B 類車站之間交換的客流不能直達，只能在AB 類車站換乘，因此車站需要提供完備和人性化的服務系統，借助列車車底標識、車站廣播、車站人工導向、車站電子顯示屏、列車上的廣播通知讓所有乘客明確本次列車及下次列車的列車種類、停站信息等，使乘客能選擇適合乘坐的列車，尤其要對需繞行并換乘的乘客加強引導。

同時，針對跨站停引起的小站點發車頻率低、發車間隔大的情況，建議在相應站點執行時刻表模式，降低乘客的等候時間。編制時刻表時需注意連續的兩列車不能在同一站點跨站不停車，即A 類列車和B 類列車需間隔發車。由于A 類列車或B 類列車在運行中存在跨站停站點，若A 類列車或B 類列車連續發車會造成某些站點的發車頻率加大，服務水平降低。因此，A 類列車和B 類列車要間隔發車，才能保證列車的服務水平不受過大影響。因此，在跨站停運營時段，運營部門要根據列車種類調整信號模式，保證不同列車在不同的跨站不停車站點的正常運行。

2.3 方法3：利用小交路折返開行快慢車

鑒于利用故障停車線開行快慢車存在載客停車時間過長，通過能力有影響等問題，對于客流分段分布特征較為明顯的線路，可利用小交路折返開行快慢車。

1) 適用條件。該方法適用于具有明顯的點到點跨站客流，客流分段分布特征較為明顯，全線設置有故障停車線和小交路折返線，并分布在合適車站的線路。

2) 開行原理。根據客流分段特征，利用既有的折返線、停車線或段場出入線，開行一種或多種小交路列車，通過運行圖的鋪畫，在小交路列車后方設置快車，并將快車越行慢車的車站調整到小交路折返站。在快車追蹤小交路列車到最小行車間隔時，小交路列車在折返站清客，并離開正線進入折返線，實現避讓快車。具體原理如圖5 所示。

圖5 利用小交路折返開行快慢車原理Figure 5 Schematic illustration of the principle of using part route shuttle to run fast and slow trains

3) 優缺點分析。該方法通過小交路折返站清客的手段有效避免了慢車載客在停車線長時間停車帶來的管理問題和安全問題，但由于開行了小交路列車，導致小交路以外區段服務水平有所降低。

4) 運營要求。為解決小交路以外區段服務水平較低的問題，可以通過調整快車的停站方式實現，將快車在小交路以外區段車站調整為站站停，增加列車的覆蓋密度，保證服務水平。目前該方法在國內并無實際應用，國外應用較多。典型的案例有日本橫濱市營地鐵BLUE-Line，如圖6 所示，從2015 年7 月18 日(周六)起，正式開行快慢車。

圖6 日本橫濱市營地鐵藍線線路示意Figure 6 Schematic illustration of Yokohama Blue-Line

該線路規劃時并未設置避讓線，開通運營后也并未開行小交路列車。后續為滿足客流需求，利用新羽站和踴場站既有的配線條件開行兩種小交路列車，實現了快慢車運營的功能。為保證小交路以外區段的服務水平，快車在新羽站和踴場站以外車站均為站站停，如圖7、8 所示。

圖7 日本橫濱市營地鐵藍線快慢車停站方案Figure 7 Express/local train stop scheme of Yokohama Blue-Line

圖8 日本橫濱市營地下鐵藍線快慢車開行方案Figure 8 Plan for running fast and slow trains on the Blue Line of Yokohama

2.4 方法4：利用故障停車線開行快慢車

既有線路由于無常規避讓條件，采用追蹤運行模式時會存在線路運輸能力降低、快車提速效果不明顯、運營組織復雜等問題。為此，可嘗試利用線路的既有工程條件，即區間的故障停車線。

1) 適用條件。該方法適用于具有明顯的點到點跨站客流，全線設置有故障停車線，并分布在合適車站的線路。

2) 開行原理。根據《地鐵設計規范》(GB50157—2013)第6.4.3 條規定：正線應每隔5～6 座車站或8～10 km 設置停車線；停車線應具備故障車待避和臨時折返功能；停車線尾端應設置單渡線與正線貫通。因此，我國已建的軌道交通線路，基本上每隔8～10 km都設置有與正線貫通的停車線，如圖9 所示。

圖9 地鐵常見停車線示意Figure 9 Schematic illustration of common metro stop lines

慢車避讓的本質是慢車離開正線，以空出正線的通過進路，在固定停車線上停車，等待快車通過，然后再進入正線正常運營。因此，常規停車線具備慢車停車避讓的功能，對于開行快慢車需求較為強烈的線路，可以利用故障停車線作為慢車待避線，以實現快慢車的開行。開行原理如圖10 所示。

圖10 故障停車線作為待避線原理Figure 10 Schematic illustration of the principle of failure train stop lines as waiting tracks

3) 優缺點分析。利用故障車停車線作為慢車待避線為既有線路開行快慢車提供了新的思路，是對既有設施的最大化利用。但仍存在部分問題需要解決：一是慢車載客長時間在區間停車，降低了慢車的運行效率，影響線路的通過能力；二是慢車在車站和停車線兩次停車，乘客等待時間長，客運管理難度大；三是對于單列位停車線，上下行無法同時開行快慢車。

以國內運營最多的6 輛編組地鐵B 型車線路為例，開行快慢車后慢車車站作業時間達到211 s，普通車僅為107 s，也就是開行快慢車后，慢車旅行時間增加104 s，乘客需要多等104 s，如圖11、12 所示。

圖11 慢車待避站作業流程Figure 11 Flowchart of waiting stations for slow trains

圖12 普通車車站作業流程Figure 12 Flowchart of stations for ordinary trains

4) 相關要求。在實際運營和規劃過程中可采取如下措施：①實際運營前進行相關保障設施的改造和升級。故障車停車線上增設照明和疏散平臺等，安撫和切實保障乘客在非站臺區域避讓等待引起的不適感。②運營過程中加強管理措施，人性化服務乘客。對于常規避讓站(雙島四線型式等)，慢車一般在車站停車開門待避，乘客容易接受，但對于既有線路利用停車線開行快慢車，慢車需要載客關門在區間長時間停車，容易導致乘客投訴等問題。

一般可以通過加強運營管理措施進行緩解。如拓寬乘客信息發布渠道，優化乘客界面；強化客流組織，深化客流引導；加強宣傳推廣，人性化服務乘客等[8]。針對僅設置有單停車線的既有線路，可以結合線路客流的潮汐特征，單方向開行快慢車。③規劃線路采用多功能故障停車線配線型式。針對后續的規劃線路，根據對城市規劃發展的判斷和客流預測成果，如果存在開行快慢車的可能性，故障停車線的配線型式可以由傳統的單列位停車線和雙列位停車線(見圖9)，調整為一島四線停車線(見圖13)，該配線形式具有故障車待避的功能，同時還可以預留后期開行快慢車的條件，而且在采用9 號道岔的情況下，工程規模比單列位停車線和雙列位停車線要小。但如果后續存在作為小交路折返站的可能性，則還是適宜采用雙列位停車線。

圖13 一島四線故障車停車線示意Figure 13 Schematic illustration of failure train stop lines for one island and four lines

3 既有線路開行快慢車的改造內容

既有線路開行快慢車，為避免對既有運營造成較大的影響，應遵照不改造或盡量少改造的原則。但由于多數線路規劃建設時并未考慮快慢車運營組織模式，因此仍需對部分設備系統進行升級改造，主要涉及信號系統和通信系統。

3.1 信號系統升級改造

對于常用的基于通信的移動閉塞CBTC 系統，主要涉及中心軟件修改。ATS 列車自動監控子系統在定義列車運行交路時，增加列車交路的快慢車屬性，系統通過列車運行交路識別相應的快慢車屬性，并自動匹配相應的交路控制列車運行。ATS 子系統需要將乘降和跳停的站臺固定，作為系統對快車的缺省設置。在ATS 人機界面中對快慢車應有明顯的區分顯示，對外部其他系統接口中應提供相應的快慢車屬性。

3.2 通信系統改造升級

快慢車開行并不影響無線通信系統的使用，但對于PIS 乘客信息系統來說，PIS 的相關信息均來自ATS系統。由ATS 系統確定快慢車的相關信息，PIS 系統根據ATS 信息進行播放。若不涉及對PIS 軟件版面進行修改，快慢車不影響PIS 的正常顯示。若由于快慢車導致PIS 軟件版式發生變化，軟件需進行部分修改，相關版式變化根據具體需求來確定。

對于廣播系統來說，廣播的相關信息也均來自ATS 系統。由ATS 系統確定快慢車的相關信息，廣播根據ATS 信息進行播報。由于存在過站不停車的相關情況，車站廣播軟件要做部分修改。

3.3 其他方面改造升級

除信號系統及通信系統有所調整外，由于開行了快慢車，導致原發車時刻和行車間隔有所調整，一般根據客流特征和需求進行快慢車開行時刻表的調整。為解決列車到達、發出時刻不規律性問題，運營公司應提前采取各種途徑向乘客發布時刻表等措施加強信息傳播，實現乘客按時乘車，避免長時間等待。因此還會增加時刻表發布等改造內容。

以南京地鐵寧溧線為例，線路全長30.16 km，共設置9 座車站，列車采用B 型鼓形列車4 輛編組，土建預留6 輛編組，列車最高運行速度100 km/h。線路規劃設計階段未考慮快慢車運營組織模式，為實現快慢車運營，對全線的信號、通信、時刻表等系統進行了改造，改造周期約4 個月，合計改造費用約260 萬元。除改造費用外，加開快車后還會增加一定的運營成本，經核算，合計增加運營成本約2.6 萬元/d，約949 萬元/a[3]。

4 結束語

既有線路為滿足客流需求開行快慢車是城市軌道交通實現高質量發展的重要途徑，能夠為乘客帶來便捷的乘車體驗，同時也會帶來較為可觀的社會效益。根據南京地鐵寧溧線的運營成果，寧溧線每日開行2 對大站快車，可實現南京南站、以北站點出發到達空港江寧站—翔宇路南站范圍以及寧高線各站的乘客節省約6.5 min 的出行時間，南京南站及以北站點出發到達溧水站及以南站點能節省約15.7 min 的出行時間。根據調查，乘客及相關部門對開行的快慢車方案相當滿意，對地鐵運營部門積極研究開行快慢車的工作給予了充分的肯定和鼓勵。另外，經核算該線路開行快慢車能帶來的社會效益為4.05 萬元/d，約1 478 萬元/a。

本文針對既有線路開行快慢車的適用條件、開行方法、運營要求等進行了研究，供相關運營單位參考借鑒。本文探討的是在不改造或盡量少改造土建工程的原則下開行快慢車的方法，后續相關城市可在有客流需求的前提下，根據自身的運營條件，研究改造土建工程條件下開行快慢車的方法，以進一步完善既有線路開行快慢車的方法體系。