摘要:分析了连通型城市轨道交通网络的线路结构、技术设备特点和运输组织特点.以上海轨道交通明珠线为背景,分析了上海轨道交通明珠线的线路结构.在既有客流预测数据基础上,利用O2D矩阵推算方法,分析了环线网络的客流特点.提出了可能的共线运营方案,并分析了各个方案的优缺点和适用条件.

城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统称为城市轨道交通.轨道交通具有大容量、快速、准时、安全、舒适、清洁等特点,是解决大城市尤其是特大城市道路交通拥挤和交通污染的有效运输方式.轨道交通建设需求资金巨大、建设周期长,城市轨道交通线路逐渐接线成网,将最终构成一个轨道线路纵横交错、错落有致、衔接换乘方便的轨道交通网.

目前,世界上已有100多个城市轨道交通系统,而且许多大城市如伦敦、巴黎、柏林、慕尼黑、纽约、东京、莫斯科等已形成网络.上海市轨道交通网已经建成和即将建成1号线、2号线、明珠线一期工程都是放射线,明珠线二期工程建成后将与一期共同组成环线,初步构成放射线-环线轨道交通网络.世界上许多大城市均采用放射线-环线的轨道网络.

上海轨道交通明珠线一期工程线路和二期工程线路接轨后并不是一个完好的圆环形,圆环上存在着一期工程线路的向北和向南的延伸段.可以看作是放射线和环线部分线路重合的情形,不同线路的列车在线路重合的区段部分共线运营.这种独特的轨道交通共线运营在国内外的轨道交通网络中是罕见的,其运输组织具有一定的难度,同时提出了要进行深入探讨研究的问题.

1连通型城市轨道交通网络特点

1.1连通型城市轨道交通网络技术设备特点

世界上有很多城市都采用连通型城市轨道交通网络[1],如德国的柏林、慕尼黑,美国的亚特兰大,以及我国的上海等城市.连通型轨道交通网络与一般轨道交通网络相比具有以下几个方面的特点:

(1)各轨道交通线路之间接轨点多.连通型轨道交通网络各轨道交通线路相交时尽可能地相互接轨,使得接轨点较多.以德国慕尼黑城市轨道交通网络为例(如图1所示),其轨道交通网络仅由6条线构成,各线接轨点多达8处,这为列车跨线运营提供了条件,使线路客运功能得到最大程度的发挥,也能最大限度地满足旅客出行需求.(2)线路辅助线设施配置完备.连通型轨道交通网络中各线辅助线配置完备,这些辅助线包括渡线、存车线、折返线以及联络线等,这不仅为提高线路通过能力奠定了基础,更为列车跨线共线运营提供了保障.图1慕尼黑城市轨道网络示意图

(3)车辆基地集中.连通型轨道交通网中,多条轨Fig.1SketchmapofMunichurbantransitsystemnetwork道交通线甚至全网共用同一车辆基地,如慕尼黑轨道交通网只设一个车辆基地和一个小型的停车场.由于各轨道交通线相互接轨,列车可以方便地通过与车辆基地直接相接的线路出入车辆基地,从而达到共享设施和资源的目的.

(4)车辆及机电设备制式相同或相容.轨道交通网络要成为连通型,不仅要求各线路设施相互连接,而且要求车辆及机电设备系统具备统一性.因此,连通型轨道交通网络中各轨道交通线的车辆及机电设备制式必须相同或相容.

(5)全网共用同一控制中心,由同一管理机构管理.连通型轨道交通网中相互联轨的轨道交通线甚至全网线路共用同一控制中心,并由同一运营机构管理.网络运营组织要求统一调度指挥.

(6)网络运营车底减少.连通型轨道交通网络不仅有利于车辆基地集中设置、共用控制中心,以及车辆及机电设备等系统日常维修共享资源和设施,而且由于线路相互连通,车辆可以统一调配,备用车辆可以大大减少,从而有利于节省车底.

1.2连通型城市轨道交通网络运输组织特点

对于连通型城市轨道交通网络,相邻线路在交汇站接轨,相互线路间存在着直接联系.因此不同线路上运营的列车可跨线运营.此时列车运营组织可采用分线独立运营、共线运营和独立-共线运营相结合的方法.城市轨道交通系统的独立运营是指列车在各自的线路上运行,列车在交汇站折返,旅客在交汇站换乘其它线路的列车.城市轨道交通系统的共线运营则是指在连通型城市轨道交通网络中,组织不同线路上的列车通过交汇站运行,形成不同线路运营的列车跨线运行,并在部分线路的部分区段共线运营.

共线运营的运输组织方法与独立运营相比具有以下优点:①最大限度地方便了旅客的出行,旅客不需换乘即可到达旅行目的地;②充分地利用通过能力,采用共线运营的方式,可使得共线区段的线路通过能力得到充分发挥;③有效地利用列车车底,减少车底折返作业.但是,共线运营也存在着以下的缺点:①由于共线运营时,该轨道交通网络系统的能力将主要取决于共线区段线路的通过能力,因此会造成线路列车运营不均衡;②非共线区段列车运营间隔较长,将影响到非共线客流的出行;③列车运营组织复杂,列车在交汇站存在较多的交叉干扰,相邻线路的列车运营相互影响较大.城市轨道交通网络各线所衔接的城市小区旅客出行需求上存在差别,客流在不同时段、不同区段上的分布不同,为最大限度地满足客流需求,采用合理、灵活的运输组织方式十分重要.因此,应根据各轨道交通线路的客流量、旅客出行特点、交汇站的线路连接方式等条件,确定列车运营组织方式.

2上海轨道交通明珠线网络客流特点

2.1上海轨道交通明珠线网络特点

明珠线一期工程是上海城市轨道交通网中的南北向直径线,是联系南北辅城的城市轨道交通骨架线路.线路走向南起闵行,经吴泾、沪杭铁路内环线、上海火车站、铁路客技站、凇沪铁路、逸仙路、吴淞镇、北止于宝钢,全长约60km.明珠线一期工程充分利用了经过市区内的沪杭铁路内环线及松沪铁路线,在原有铁路用地范围内修建高架轨道交通,彻底解决了既有市内铁路与城市道路的42处平交道口严重阻塞交通的局面,给城市道路交通带来了通畅,沿线土地得到了开发.

明珠线二期工程起自老北站地区,经浦东新区至徐汇区虹桥路,所经地区有多个大型客流集散点,如宝山路、长阳路、张杨路、南浦大桥、上海体育场等.明珠线二期工程与明珠线一期工程接轨成环,从而与运营中的地铁1号线和地铁2号线及明珠线一期工程构成“申”字形的轨道交通基本网络.明珠二期与一期西部线路相接成环是上海地铁系统中的唯一城市环线.它是联系其他线路的纽带,也是城市各个副中心之间联系的交通干道.因此,其主要功能是将其他轨道交通线联系起来,使整个轨道交通网络成为一个有机的系统,加强城市区域间的联系,使城市土地得到合理、高效的开发利用,促进城市健康发展.

明珠线二期工程和明珠线一期工程接轨,利用明珠线一期西部区段(中段)构成城市环线.共线区段为虹桥路站至宝山路站(远期可能为上海火车站站)的线路,有9座共线车站.国外的轨道交通网络也存在着共线区段,但那是树枝状的线网,共线区段在枝状线路的末端,像明珠线射线与环形线共线,并且共线车站达9座之多的情况并不多见.在明珠线这样的连通型城市轨道交通网络中,具备了组织不同线路上的列车通过交汇站运营,形成不同线路的列车跨线运营,并在部分线路的部分区段共线运营的线路基础.

2.2上海轨道交通明珠线客流特点

明珠线一期上行客流方向为上海南站站至江湾镇站(远期至宝钢站).下行客流方向为江湾镇站(远期为宝钢站)至上海南站站.根据明珠线二期与一期连接形成环形网络的特点,本文把线路分为以下3段:虹桥站以南为南段,虹桥站—宝山站为中段,宝山站以北为北段.

根据文献提供的明珠线一期和二期线路各车站上下车预测客流量,利用线路O2D矩阵推算方法,计算出明珠线一期和二期线路的O2D客流量,然后根据线路分段情况进行客流量统计,得出了明珠线一期和共线运营环线的分段客流量.表1明珠线一、二期全线下行方向全日客流量

注:表中百分比是西半环到东半环客流量与东半环客流量的比值.分析表1可以看出明珠线一期上行客流集中在中段和北段,南段、中段和北段的客流比例大致为1∶20,说明上行客流主要是中段到北段的客流量.下行方向每段客流量有着明显的年份变化,北段客流量基本稳定,中段和南段客流量急剧增加,反映出了中段客流到南段客流的增加.可以看出明珠线一期工程主要服务线路南北端区域通学通勤进入市中心的交通需求.

明珠线二期工程和明珠线一期工程在一期线路宝山路站至虹桥路站共线.明珠线二期线路为东半环,明珠线一期共线9座车站线路为西半环,东、西半环组成一个整环.定义共线上行方向为从宝山路站顺时针经虹桥路站再回到宝山路站.共线下行方向为从宝山路站逆时针经虹桥路站再回到宝山路站.分析表2和表3可知,明珠线二期工程上行方向东半环客流量大于西半环,东半环到西半环的客流量占了东半环客流量50%以上的份额,且还有增长的趋势.下行方向西半环到东半环客流量是逐年增加的,这说明了环线的功能在不断地加强.总之,从明珠线一期工程和明珠线二期工程的客流分析来看,虽然两线有9座车站的线路是重复的,但两线都具有各自的客流服务对象,即都有各自客流的主流向需求量,因此共线运营的方案既能满足客流需求,也能节省工程投资.

3上海轨道交通明珠线运营方案

轨道交通工程建设投资巨大,每公里的轨道线路的资金需要7亿多元,难以一次性建成投入使用,一般是采取边建设边运营的方法.轨道交通促进了沿线区域的发展,运输需求也不断变化.因此,轨道交通运营方案需要不断地调整以适应客流的变化.根据线路技术设备和客流特点,明珠线网络存在多种运营方案,下面对几个有代表性的运营方案进行分析.

3.1共线运营方案

(1)明珠线一期按现在南北向运营(上海南站站—江湾镇站),明珠线二期线路与一期西半环线共线9座车站(宝山路站—虹桥路站),按环线运营.运营方案示意图如图2所示.本方案特点是在明珠线西半环产生9座共线车站,按连通型网络共线运营.本方案要求明珠线南北向的客流较大,东西向的客流次之,在共线的9个车站中客流最大.为了采用此方案,在宝山路、虹桥路站需设换乘站(平面或立体换乘),在虹桥路站设停车场和折返线.本方案对一期的运营组织不会产生太大的干扰,二期的运营方案也很易实施,使环线和一期线路上任意两车站旅客乘车方便.本方案既节省了明珠线二期工程在西段工程建设投资,也实现了明珠线环线功能.但共线车站运输组织较为繁忙,

行车间隔的不同会造成输送能力的不均衡,非共线段能力利用率较低.一期南北段到东半环旅客要换乘两共线车站的客运组织工作要加MingzhuLine强,提供列车导向信息,组织好旅客换乘.

(2)一期全线运营,二期环线运营和东半环运营相结合.运营方案的示意图如图3所示.本方案特点是明珠线二期长短交路结合,共线运营.此方案的客流特点是南北客流各区段均匀,中段客流较大,且东西环的客流相差不大,东西向的客流与南北向的客流相当.方案要求一期的信号系统必须可以保证二期车辆在共线区段的运行.本方案各段发车密度均匀,衔接方式多,可大大方便旅客.但本方案组织不便,对车站的组织工作增大了难度,其中列车的导向服务应加强.应采取加强运营组织和导向系统等措施配合.在上述方案基础上,还能形成多种共线运营方案,在此不再赘述.

3.2独立运营方案

明珠线一期在南北分段运营(上海南站站—虹桥路站,宝山路站—江湾镇站),明珠线二期按环线运营.运营方案示意图如图4所示.本方案特点是不产生共线运营.此方案要求明珠线一期南北两端之间直达客流较小且均匀,环线到一期两端的客流较小,环线的客流较大,3条交路上的客流比较均匀.本方案要求在宝山站和虹桥路站都应设换乘站,在上海南站站、江湾镇站、宝山站、虹桥站都要设折返线,一、二期信号及车辆系统要能相互兼容.方案不产生共线运营,二期的运营方案也很易实施.但是,虹桥路站以南的旅客到其他车站必须换乘,尤其是到宝山站以北的旅客要换乘两次;同样宝山站以北的旅客到其他车站也必须换乘,到虹桥站以南的旅客要换乘两次;环线上的旅客到一期南北两端也必须换乘.这样会增加旅客的旅行时间,给这部分旅客带来不便.如果采用此方案,应加强运营组织,认真设计好换乘站.

4结语

明珠线二期工程的建成标志着上海市放射线-环线轨道交通网络初步形成,从而促进城市副中心及边远地区的相互联系.由于我国轨道交通线网规划工作还处于起步阶段,共线运营还是个新课题,本文仅对明珠线这种特殊的共线情形进行了运营方案的分析,有待于深入理论研究和进行实际运营检验.限于篇幅,关于共线运营的通过能力问题研究,另撰文叙述.