突破折返能力制约实现客流精准匹配的运营组织方案优化研究.pdf
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1、第6 期百家伦运突破折返能力制约实现客流精准匹配的运营组织方案优化研究葛世平(上海申通地铁集团有限公司,2 0 1 1 0 3,上海/正高级工程师)摘要传统运营组织模式下,城市轨道交通长大线路运能不能满足高峰时段超高峰客流需求,需要通过优化运营组织方案提升长大线路运能。分析了上海轨道交通长大线路客流特征,以及传统运营组织模式下长大线路运能供给与客流需求之间的主要矛盾;介绍了以客流为核心的长大线路运能精准匹配策略;以上海某轨道交通线路为例,分析了突破折返能力制约的极限运能运营组织方案。研究结果表明:传统运营组织模式下,高峰时段断面运能受线路折返能力制约,采用存车线插车方式增加运能,也只能做到少量
2、非连续增能;长大线路的高峰时段高断面客流区间相对固定、超高峰持续时间较短,可通过停车场ATC(列车自动控制)改造、优选插车地点、缩短行车间隔、不对称运行交路、远端停车场收车等综合策略,形成以单向运营为特征的运营方式,突破线路折返能力制约,实现高峰时段局部区段、连续超高密度的行车组织方案,进而实现线路运能精准匹配高峰期超高峰客流需求。关键词城市轨道交通;长大线路;运营组织方案;折返能力;超高峰客流;不对称交路中图分类号U292.4DOI:10.16037/j.1007-869x.2023.06.001Operation Organization Scheme Optimizationfor Br
3、eaking through Turn-back CapacityConstraints and Achieving Precise PassengerFlow MatchingGE ShipingAbstractUnder conventional operation organization mode,the transportation capacity of urban rail transit long-large linescant meet the passenger flow demand during peak and superpeak hours.It is necess
4、ary to improve long-large line transpor-tation capacity by optimizing operation organization scheme.The passenger flow characteristics of Shanghai rail transit long-large lines are analyzed,as well as the main contradiction be-tween the supply of long-large line transportation capacity andthe demand
5、 of passenger flow under conventional operation or-ganization mode.A precise matching strategy for the long-large line transportation capacity centered on passenger flow isintroduced.Taking a certain line of Shanghai rail transit as ex-ample,the operation organization scheme of extreme transpor-tati
6、on capacity that breaks through turn-back capacity con-straints is analyzed.Research results show that under conven-tional operation organization mode,the sectional transportationcapacity during peak hours is limited by turn-back capacitywhile adopting storage track insertion method can only increas
7、elittle capacity discontinuously.The long-large line interval ofhigh sectional passenger flow during peak hours is relativelyfixed,and the duration of super peak hours is short.Compre-hensive strategies can be adopted,such as depot ATC(auto-matic train control)transformation,train insertion location
8、 op-timization,train headway reduction,asymmetric routing opera-tion,and train collection at remote depots,to form a one-wayoperation mode and break through the line turn-back capacityconstraints,constituting an operation organization scheme forpeak hour segments and continuous super-high density.Th
9、isenables precise matching of line transportation capacity withpassenger flow demands during peak and super peak hours.Key wordsurban rail transit;long-large line;operation or-ganization scheme;turn-back capacity;super-peak hour pas-senger flow;asymmetric routingAuthors addressShanghai Shentong Metr
10、o Group Co.,Ltd.,201103,Shanghai,China随着我国城市化进程的高速推进,城市建设面积快速扩展,许多城市在极短的时间内完成了蔓延式扩张,城市中心区面积越来越大且出现圈层化特点。中心城区与近郊的界限不甚清晰,传统中心城区与毗邻新建区之间的联系较为紧密,实际城区面积不断扩大。为了适应这种城市发展特征,城市轨道交通线路不断向外延伸,出现了许多长度达40km及以上的长大线路。在上海轨道交通线网的2 1条线路中,长度超过3 0 km的线路占比超过8 0%。1口城市道交通翼以上海轨道交通1 号线为例,该线先后经历了南延伸、北延伸和北北延伸。在高峰时段,这些长大线路更容易在中
11、心城区大型换乘枢纽、商圈集中区或商务办公区所在车站的前一个区间,形成全线的高峰时段高断面客流量。一般而言,传统行车组织应对高峰时段高断面客流量的方案是通过开行大小交路、配合存车线加车等方式增加行车密度。然而受折返能力、可上线车辆数量及插车点车站配线等条件制约,使行车密度超过3 0 对/h的难度极大。本文针对该问题,结合上海轨道交通实际案例,研究通过配置ATC(列车自动控制)停车场、车站多点发车,以及优选插车地点、缩短追踪间隔、优化停站时分、远端车场收车等综合措施,形成以上、下行单侧运营为特征的运营方案,可精准匹配高峰时段高断面客流量的运能需求。1上海轨道交通线网特点及其客流特征上海轨道交通线网
12、中的长大线路占比较高,除环线之外,这些长大线路基本属于穿越市中心、连接近郊的穿心线,还有一些是连接城市中心和远郊的放射线。从客流角度来看,具有以下特征:1)放射线越远离市中心,线网密度越低。放射线是城市外围客流进人市区的主通道,客流积聚效应明显。线路沿线的一些超大型住宅区也是流动人口的集聚地,在这些区域的车站,通勤客流是客流的绝对主体。在早高峰时段,放射线的高峰客流相较普通线路能更快达到极值(一般1 h之内客流快速达峰登顶),其中的极端超高峰客流(2 min行车间隔运能都不能满足需求的客流)会持续一段时间,往往持续3 0 min 左右。2)上下行线路客流量差异大。在早高峰时段,往中心城区方向的
13、客流量大,往城市郊区方向的客流量小;在晚高峰时段,客流流向则与早高峰时段的相反。部分远郊线路客流的高峰和非高峰差异明显,峰值回落速度快。高峰时段客流量较大,随着高峰极值时段的过去,客流往往在1 h之内快速回落,非高峰时段客流量会降至极低水平。2传统运营组织模式下长大线路运能供给与客流需求的矛盾一般来说,长大线路往往设置有两个以上车场,并分设于线路两端。传统的运营方案是:在早22023年高峰到达前,线路两端车场连续双向发车,列车运行到线路另一端再折返,并通过陆续出库列车加车,形成线路的高峰列车运行图。常规6 节编组列车很难突破2 min行车间隔,运营阶段采用如增加编组(如日本)、停车线插车等提高
14、运能的措施,其效果是有限的,运能增加量不大。因此,传统运营组织模式主要存在如下问题:1)极限运能与极端高峰客流不匹配。受制于折返能力的限制,大部分有人驾驶线路的折返时间往往在2 min甚至更长,而折返能力制约了正线列车运行密度,造成车站限流、列车超载、早高峰运行时段长等问题。在极端高峰客流的冲击下,运能不能很好满足客流需求,部分区段列车满载率超过130%,对乘客的出行造成较大影响。2)运能增减与客流增减不匹配。传统的运营组织模式受线路长度和停车场人出库能力制约,通常需要停车场提前发车,在早高峰到达前达到高运能状态,在此过程中运能浪费较大。且受制于折返站折返能力,行车密度极难提高,难以应对陡增的
15、极端超高峰客流。3)运能均衡与客流不均衡不匹配。采用交路折返的运营方式,只有在低密度运行时有条件形成存车线插车的零星上下行不对称运行方案;但在高峰期,由于列车行车间隔小,再加之折返能力的制约,难以实现稳定的上下行不对称运行方案。上、下行运能相同,而上、下行客流存在明显差异,导致一侧运能浪费,另一侧运能不足,且上线运用车数较高。3以客流为核心的长大线路运能精准匹配策略运能精准匹配运输组织,就是聚焦超高峰客流,以使直接体现乘客乘坐舒适度水平的列车满载率指标达到最优为目标,最大程度实现客流需求与运能供给的精准匹配,满足客流需求的同时减少运能浪费,达到运能的高效利用。运能精准匹配策略的核心在于针对超高
16、峰客流,以上、下行线单侧运营为特征,不受折返能力极限制约,形成小间隔、高密度、大运量的极端不对称交路运输组织方案。实现这一方式的瓶颈在于如何突破两个极值,即运能极值和运能增减极值。一般来说,国内大部分新建线路均采用CBTC(基于通信的列车控制)信号系统,列车追踪间隔理第6 期论上能够达到9 0 s,但该运能极值要充分发挥出来,还与其他各专业设施设备的能力有关。传统运营组织模式下要实现9 0 s的行车间隔,对折返能力、配属车辆数等要求更高,运能浪费会更大,因此还要实现运能增减极值。运能增加及能力极值的形成受制于折返能力和停车场出人库能力。折返能力受制于信号系统、配线及管理模式约束。停车场出入库能
17、力受制于其信号系统控制能力:普通停车场出入库能力为6 8 min/列;ATC停车场出人库能力为3 min/列,如果采用双线出车,出人库能力可以提升至2min/列。突破折返能力约束的核心在于将折返能力+出库能力提高到极致,通过在折返间隔插入1 列出库列车的方式,实现9 0 s或更低的行车间隔,以及在线路另一端通过快速收车的方式实现运能增减极值。综上所述,在运能极值和运能增减极值实现的前提下,可在超高峰客流时段前的高峰客流时段内,形成以客流需求为导向的上、下行不对称(行车间隔为3 4 min)行车方案,再以“折返+出库”方式形成单向超高密度(行车间隔为9 0 1 2 0 s)行车方案,以应对超高峰
18、时段客流。高峰客流时段运营表1 上海某轨道交通线路早高峰时段下行方向核心区段5min断面客流量Tab.1 5-min sectional passenger flow of downward direction focal segment of a Shanghai rail transit lineduring morning peak hours时段区间1区间2区间3区间4区间5区间6区间7区间:区间9区间1 0区间1 107:5507:59191308:0008:042.12308:0508:092.05708:1008:142.22208:1508:192.62008:2008:242
19、.30908:2508:292.10708:3008:34197208:3508:392.08108:4008:44196008:4508:49184008:5008:54152208:5508:59132509:0009:041713百家坛组织模式为:当列车运行至线路另一端,部分列车折返,部分列车直接人库,将线路的行车间隔调整到 2 3 min。另外,相较普通线路,列车运用计划也存在较大不同。以1 条长度为40 km的线路为例按照3 5km/h的旅行速度,全程单向运行时长超过1 h,而此时段已经涵盖了线路的超高峰客流时段。列车运行到终点站时,整条线路客流已呈现高峰客流态势。因此,并不要求所有
20、列车折返后持续运行,可以选择运行至终点后回库退出正线运营。4上海某轨道交通线路极限运能运输组织方案研究4.1线路基本情况及运营现状上海某轨道交通线路是1 条穿越市中心向近郊延伸的长大线路,全长3 7 km。目前,该线路采用大小交路运行模式,最小行车间隔为2 min15s。早高峰时段,该线路下行方向部分区段5min断面满载率超过1 3 0%,列车拥挤度极高,既有运能已无法满足客流需求;而上行方向的5min最大断面满载率不足8 5%,列车拥挤情况相对平稳。该线路核心区段早高峰时段下行方向5min断面客流量和5min断面满载率分别如表1 和表2 所示。不同区间5min断面客流量/人次2.4942.5
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