可持续发展条件下的地铁行车组织设计

　　摘要：目前地铁建设的高投资及高能耗已经让城市财政吃紧，也影响到了地铁的可持续发展。本文从行车的角度出发，对行车工作中涉及影响地铁前期投资及后期成本的因素进行了概括分析，力求为将地铁的高投入、高能耗降低到最低限度这一目标提供一定的理论支持。 　　关键词：地铁；行车；可持续发展 　　一、引言 　　地铁以其运量大、速度快、准时、舒适、污染少等优点受到越来越多城市青睐，但高投入、高能耗也为其可持续发展带来了隐忧。随着经济和社会发展，地铁建设投资由10年前每公4～7亿元上升到现在10亿元左右；电力消耗数量也巨大，据有关资料推算[1]，一个地铁线网300km的城市年耗电量约9亿kW.h～15亿kW.h。地铁高昂的建设和运营成本不利于资源和能源节约，也使得我国相当一部分快速发展城市财政吃紧、甚至不堪重负，地铁的可持续发展面临威胁。 　　行车组织作为地铁设计的灵魂专业，把控着制式、速度目标值、车型、编组、交路、配线等主要技术标准，直接或间接影响着地铁建设和运营成本，是地铁可持续发展的关键专业之一，责无旁贷地肩负着地铁可持续发展的任务，由此提出可持续发展条件下的地铁行车组织设计的议题。 　　二、“功能优先”理念 　　功能是地铁设计最核心的要素、最基本的要求，行车设计贯彻“功能优先”理念，完善的运营功能是线路可持续发展的前提。行车设计主要从宏观、中观和微观层面贯彻“功能优先”的设计理念。 　　宏观层面：结合线网规划，考虑线路在线网中的功能定位，选择怎样的系统制式更适合城市；结合线网资源共享，研究线路场段及联络线布局；结合线路走向及车站分布，协调相关专业，把握线路的客运功能和城市功能的实现程度。 　　中观层面：确定速度目标值；依据客流预测资料，分析客流特点，结合线网资源共享，合理选择车型、编组和交路，满足客流特点及规模，并考虑客流预测风险。 　　微观层面：在车型、编组和交路基础上，根据线路条件，按照各种辅助线的功能，协调线路、信号等专业，按规范要求进行车站配线设计及落地，并核算配线能力。 　　三、贯彻资源共享 　　资源共享是地铁可持续发展的重要手段。资源共享在不仅是在设计接口上考虑与相关专业资源共享问题，更是在设计内容、设计全过程中贯彻资源共享。 　　在技术领域，行车从制式选择至行车计划，全程贯彻资源共享。在制式选择方面，主要是车辆及维修资源共享，对新建地铁城市考虑与铁路及其车辆段资源的共享，对已建设地铁城市主要考虑与已建设地铁的资源共享，同时需要结合区域或城市地铁产业资源共享综合考虑制式；如成都把地铁作为发展的四大支柱产业之一，建立了相关的三大园区，在成都市主城及卫星城地铁制式选择上，原则上要考虑与三大园区资源共享问题，选择成都没有规划的制式是难以被接受的。在车型和编组方面，主要考虑线网车辆维修、互联互通、转移线路使用（4、4、6编组方案）等资源共享，往往维修资源的共享水平在很大程度上决定了车型。在交路设计中，在大、小交路和场段规模的匹配上，仍需要考虑资源共享，合理确定场段的车辆配置规模。在配线设计中，考虑线网资源及本线故障车停放、救援和维修等资源共享。在行车计划方面，依据交路、场段规模和分时段客流出行等因素，从资源共享和资源利用最大化角度安排开行计划。 　　四、把握车型、编组和交路 　　（一）车型及编组 　　1.车型 　　（1）客流规模的适应性。根据客流预测规模，按照地铁成熟实用车型，以备选车辆满足客流规模、满足线路设计功能为判据，初步筛选备选车型。 　　（2）线网资源共享水平。备选车型是否满足线网资源共享条件，并能提供较大资源共享水平是确定车型的重要条件。如某线网中某条线路客流量级偏小，按照其客流规模采用C型车就能满足需求，但线网中多数线路均采用B型车，若仅该线采用C型车，则因其不能与线网中B型车大架修基地共享设备设施，则需新建大架修基地，势必增加工程投资。 　　（3）对工程投资的影响。备选车辆对工程投资规模影响应从系统角度统筹研究，需要车辆、土建、机电专业密切配合，考虑备选车辆在工程投资、设备投资、运营费用等方面的影响，为车型决策提供依据。如某线客运需求既满足A型车4 辆编组，又满足C型车6 辆编组，虽然采用A型车时列车的编组数较C型车的编组少（如4 辆编组的A型车与6 辆编组的C型车运能几乎一样，分别为3.72、3.82 万人/ h） ，站台有效长度短（分别为94.4、116.7m），车站投资规模小，车站环控等机电系统投资和运营费用小，但是A型车辆限界大，线路区间断面积大，区间工程投资大，因此要系统比较A、C型车方案的建设投资，并结合线网资源共享，在项目寿命期内选择投资总规模最小的车型方案。 　　2.编组 　　（1）远期编组方案。远期编组方案控制全线投资规模，行车设计必须重点把握、科学论证。远期编组方案重点考虑满足线网功能、满足客流需求并给予适当运能预留、资源共享、线路车辆需求及投资、土建及机电投资规模，在车辆寿命期内系统的分析选择投资总规模最小的编组。并非仅列出车辆投资就可判断远期编组，也不是仅从土建工程投资就能确定，比如杭州某线采用B型车6辆编组，标准站土建投资约为14000万元，而采用5辆编组土建投资约为12500万元，5辆编组节省投资约12%，可事实上并未选择5辆编组。 　　（2）初、近期编组方案。在远期编组方案确定基础上，在考虑满足一定的服务水平和运能储备条件下，资源共享是约束初、近期编组方案的重要因素。只要线网存在4或5辆车转移使用的条件，那么初、近期就存在选择4或5辆编组方案，否则初、近期列车编组一般与远期列车编组方案一致。 　　（二）交路 　　交路是运营成本的决定性因素，在满足客流需求条件下，行车设计需把握交路的经济合理性。 　　1.客流特征 　　分析线路早晚高峰客流断面特征、客流组团交流特点，解析客流断面突变，找准1/2客流断面规律，分析远端组团之间的客流交流量比，为交路方案研究做铺垫。 　　2.远期小交路折返点 　　把握远期小交路折返点，通常按1/2客流断面，并在线路、土建等专业配合下落实小交路折返点工程可实施性，在满足可实施条件下确定折返点。 　　图2.3-1 合肥2号线远期早高峰小时客流断面图[2] 　　按照高峰断面特点，线路远期小交路的西端折返点宜选择在玉兰大道及以西车站，东端折返点宜选择在王岗大道及以东车站。由于东端王岗大道站离终点仅一个区间，东端折返点延伸至终点站，西端折返点经与线路建筑会商，玉兰大道站可实施，由此拟定如下远期交路。 　　图2.3-2 合肥2号线远期交路[2] 　　3.小交路设置与场段配合 　　设置小交路的线路需关注小交路设置与场段的配合，原则上在小交路范围应要求布置段或场，减少列车空走。主要在于判断交路的合理性、经济性和全日计划的可行性。以下为某单位设计的合肥3号线交路，其中方兴大道接停车场，相城路站接车辆基地。 　　图2.3-3合肥3号线远期交路[2] 　　按照高峰小时客流断面特征，线路远期选择的交路形式是合理的，但是设计过程中未能在小交路之间布设段或场。根据行车计划，高峰与平峰过渡的6-7、9-10点大小交路行车对数分别为12、6对，高峰小时大小交路均为14对。为满足高峰小时小交路14对列车，需从起终点接发列车，造成列车大量空走，显然不是经济合理方案。 　　4.交路方案比选 　　在选择远期交路折返点基础上，分析选择交路方案。通过对客流的分析，拟定出小交路设置范围、按行车量配比（1：1、2：1）或者其组合拟定交路方案。在满足客流需求的条件下，从经济角度及车辆使用寿命年度内，对综合车辆购置费、列车走行公里和场段投资规模进行分析，选择总规模最小的方案。 　　五、协调落地车站配线 　　车站配线在满足规范要求的前提下，以最小的代价布设符合功能需求的配线，需要与多专业密切配合，行车人员需要了解设置配线的车站采用的工法、投资规模，将满足功能及有灵活性的配线落到实处，选择满足功能、投资最小的方案。比如单列位和双列位停车线方案，在确认满足停车功能条件下，需要与多专业了解，如设置2条停车线的条件，施工方法，土建规模和对周边环境影响，接轨道岔信号控制的可行性、信号反应时间和停车安全距离等，决定采用方案。 　　六、结束语 　　城市地铁可持续发展是地铁行车设计的重要任务，只要我们一贯坚持功能优先、资源共享，把握好车型、编组和交路，协调落地配线，注重降低工程投资和运营成本，我们就可以将地铁的高投入、高能耗降低到最低，为地铁可持续发展做出应有的贡献，发挥地铁设计灵魂专业的作用。 　　参考文献： 　　[1]张燕燕.城市地铁系统牵引及车站能耗研究[M].北京：北京交通大学出版社，2008. 　　[2]合肥2、3号线工程可行性研究.