基于大小交路优化的地铁行车组织方案

李琳选

摘要：多交路运营组织是网络化运营组织的重要组成部分，而其中的大小交路运营方式也是目前我国城市轨道交通使用最为广泛的一种运营组织方式。因此，研究城市轨道交通大小交路列车开行方案的优化编制，实现网络化运营背景下城市轨道交通列车的优化组织，对提高城市轨道交通运营效率和服务水平具有十分重要的意义。

关键词：城市轨道交通；大小交路；列车开行方案

1大小交路列车开行方案影响因素分析

影响和制约列车开行方案的因素众多，本文将其归纳以下几个方面：①客流需求：②运力资源：③行车条件。

1.1客流需求

城市轨道交通的服务对象是乘客，因此客流是影响列车开行方案的核心因素。列车开行方案的制定不仅要根据客流的特征，而且需要考虑乘客出行需求的影响，以最大程度地适应客流需求，提高企业运营效益。其中，客流分布特征主要包括客流的空间分布特征和客流时间分布特征，以下分别详述。

1.1.1客流空间分布特征

客流空间分布特征研究客流在各车站和各区段的分布情况，主要从两方面考虑：一是以车站为单元，主要是乘降量集中率；二是以区段为单元，包括客流强度、需求特征及不均衡性等。车站乘降量集中率反映客流在站点的均衡程度，乘降量集中率越大，表明客流在车站的分布越不均衡，客流主要集中于某几个车站，这些车站往往是换乘站；反之，乘降量集中率越小，表明客流在各车站的分布越均衡。远期高峰小时最大断面客流量是确定城市轨道交通系统规模的基本依据，对车辆选型、运营条件及相关设施的设计标准等具有决定性意义。在确定发车频率时，一般是按照最大断面流量法来计算，但运用这种方法时，如果最大断面客流量没有高断面流量区间的强支撑，则会导致车辆在大部分区段的满载较低。此时，就需要采用基于乘客公里数据的方法来确定发车频率。

1.1.2客流时间分布特征

客流时间分布特征主要研究全日客流量在各時间段上的分布，主要包括高峰小时系数、客流时段分布均衡性以及断面客流时间不均衡性。城市轨道交通车辆段是车辆进行运行管理、日常维护和各级检修的基地，其中的停车场承担着城市轨道交通车辆的停放任务，因此车辆段规模在一定程度上决定了线路运用车数量。在列车交路固定后，运用车数量决定高峰小时开行的最大列车对数，是制约列车发车频率的重要因素。

1.1.3乘客出行需求

乘客是城市轨道交通系统的直接使用者，其出行需求对列车开行方案的编制具有较大影响。科学合理的开行方案要最大程度地满足乘客出行需求，保持对乘客的足够吸引力，以保证良好的社会和经济效益。因此，城市轨道交通系统应从以下几个方面来满足乘客出行需求：1）安全性；2）经济性；3）快速性；4）舒适性。

1.2运力资源

运力资源是指形成运输能力的资金、技术、知识、信息、人员、设施设备等所有元素。本文将影响列车开行方案的运力资源归纳为以下几个部分：①运用车数量；②企业运营成本；③运营组织复杂性；④运营组织经济性；⑤列车定员数。

1.3行车条件

行车条件是列车开行方案的实施平台，也是编制列车开行方案的关键制约因素。在编制列车开行方案时，要充分考虑这些因素对开行方案的影响。行车条件主要包括线路和站台长度、线路通过能力等。

2案例研究

大小交路既能满足运输需求，又可提高运营效益。列车交路计划的确定应充分考虑满足乘客和运营单位的条件，符合客流空间分布特征是制定大小交路的前提条件，此外，影响大小交路的因素包括列车行车间隔、通过能力的适应性、运营的经济性、乘客服务水平、列车编组及停站方案等因素。考虑到大小交路设置的影响因素，为简化问题，同时不失一般性，将交路设置优化的目标函数设为乘客出行时间价值和列车平均满载率。

2.1最优开行方案

以某城市轨道交通线路为例，分别选取工作日早高峰（8：00-9：00）、平峰（12：00-13：00）和晚高峰（18：00-19：00）3个时段客流数据，根据线路站间距和模型参数，本文首先研究不同运营时段的最优列车开行方案，为探讨小交路列车编组对最优开行方案的影响，将小交路列车编组固定为6A后求得的最优开行方案作为对比，结果如表1所示.

由表1可知，在早晚高峰时段，交路模式为大小交路，平峰时段为单一交路.通过计算，早晚高峰最大和最小断面流量差分别达42297人和32622人，而平峰时段最大断面流量仅为10051人.说明在客流差异较大的高峰时段更适合大小交路运营模式.

根据早晚高峰不同开行方案下的列车运行指标及其变化情况.可以看出，当大小交路列车编组均为8A时，早晚高峰乘客等待时间均有所增加，车辆走行公里和车辆运用数均有所减小.早晚高峰单目标函数值分别降低11%和7.8%.表明开行大小交路可以减少车辆运用数，从而降低企业运营成本.所以从企业角度而言，当运用车数量受限时，为保证服务质量，企业可以适当采用大小交路的运营模式.当大小交路列车编组分别为8A和6A时，早高峰和晚高峰的乘客等待时间、车辆走行公里和车辆运用数均有不同程度地减少，单目标函数值分别降低10.2%和7.2%.对比列车发车频率（表1），可知小交路发车频率明显增加.因此，开行大小交路时采用大交路大编组、小交路小编组的方式可以实现乘客和企业双赢，但这是以增加列车发车对数为代价的.从列车满载率变化可以看出，开行大小交路后，列车平均满载率均有所提高，表明开行大小交路可以改善列车满载率较低、运力浪费的现象.

2.2灵敏度分析

以早高峰最优开行方案为基础，固定其他参数，小交路列车发车频率从1～20对/h变化，研究小交路发车频率对小交路区段列车平均满载率的影响：随着发车频率的增大，小交路列车的平均满载率均呈现下降趋势.与大交路列车满载率相比，可以发现：当小交路列车编组辆数小于5辆（大于7辆）时，小交路列车平均满载率均高于（低于）大交路列车满载率；当编组辆数等于6辆时，小交路列车平均满载率呈现先高后低的特点（与大交路相比）.表明小交路采用过大或过小的列车编组都会导致大小交路列车满载率的不均衡性.因此，在大小交路运营模式下，为保证服务水平和车辆运用效率，运营企业要保证大小交路列车编组辆数相差不宜过大.

结束语

列车开行方案是城市轨道交通运输组织的基础，合理的开行方案要求运输能力与客流需求相匹配.一般情况下，城市轨道交通线路采用单一交路运营模式，并以最大断面客流作为确定发车频率的计算依据.但是，针对城市轨道交通直径线和放射线，其客流分布具有城市中心区大、郊区小的特点.如果采用传统的单一交路运营模式，则会导致高峰期中心区满载率较高，而郊区满载率较低、运力浪费的现象.针对这种情形，就有必要采用大小交路运营模式，通过优化列车开行方案，以发挥列车的运输能力，满足不同区段的客流需求。

参考文献：

[1]高毅.市域线快慢车结合多交路开行方案研究[D].北京交通大学，2016.

[2]杨锦明.基于折返效率优化的地铁行车组织方案研究[D].华南理工大学，2016.endprint