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摘要:分析了連通型城市軌道交通網絡的線路結構、技術設備特點和運輸組織特點.以上海軌道交通明珠線為背景,分析了上海軌道交通明珠線的線路結構.在既有客流預測數據基礎上,利用O2D矩陣推算方法,分析了環線網絡的客流特點.提出了可能的共線運營方案,并分析了各個方案的優缺點和適用條件.

城市中使用車輛在固定導軌上運行并主要用于城市客運的交通系統稱為城市軌道交通.軌道交通具有大容量、快速、準時、安全、舒適、清潔等特點,是解決大城市尤其是特大城市道路交通擁擠和交通污染的有效運輸方式.軌道交通建設需求資金巨大、建設周期長,城市軌道交通線路逐漸接線成網,將最終構成一個軌道線路縱橫交錯、錯落有致、銜接換乘方便的軌道交通網.

目前,世界上已有100多個城市軌道交通系統,而且許多大城市如倫敦、巴黎、柏林、慕尼黑、紐約、東京、莫斯科等已形成網絡.上海市軌道交通網已經建成和即將建成1號線、2號線、明珠線一期工程都是放射線,明珠線二期工程建成后將與一期共同組成環線,初步構成放射線-環線軌道交通網絡.世界上許多大城市均采用放射線-環線的軌道網絡.

上海軌道交通明珠線一期工程線路和二期工程線路接軌后并不是一個完好的圓環形,圓環上存在著一期工程線路的向北和向南的延伸段.可以看作是放射線和環線部分線路重合的情形,不同線路的列車在線路重合的區段部分共線運營.這種獨特的軌道交通共線運營在國內外的軌道交通網絡中是罕見的,其運輸組織具有一定的難度,同時提出了要進行深入探討研究的問題.

1連通型城市軌道交通網絡特點

1.1連通型城市軌道交通網絡技術設備特點

世界上有很多城市都采用連通型城市軌道交通網絡[1],如德國的柏林、慕尼黑,美國的亞特蘭大,以及我國的上海等城市.連通型軌道交通網絡與一般軌道交通網絡相比具有以下幾個方面的特點:

(1)各軌道交通線路之間接軌點多.連通型軌道交通網絡各軌道交通線路相交時盡可能地相互接軌,使得接軌點較多.以德國慕尼黑城市軌道交通網絡為例(如圖1所示),其軌道交通網絡僅由6條線構成,各線接軌點多達8處,這為列車跨線運營提供了條件,使線路客運功能得到最大程度的發揮,也能最大限度地滿足旅客出行需求.(2)線路輔助線設施配置完備.連通型軌道交通網絡中各線輔助線配置完備,這些輔助線包括渡線、存車線、折返線以及聯絡線等,這不僅為提高線路通過能力奠定了基礎,更為列車跨線共線運營提供了保障.圖1慕尼黑城市軌道網絡示意圖

(3)車輛基地集中.連通型軌道交通網中,多條軌Fig.1SketchmapofMunichurbantransitsystemnetwork道交通線甚至全網共用同一車輛基地,如慕尼黑軌道交通網只設一個車輛基地和一個小型的停車場.由于各軌道交通線相互接軌,列車可以方便地通過與車輛基地直接相接的線路出入車輛基地,從而達到共享設施和資源的目的.

(4)車輛及機電設備制式相同或相容.軌道交通網絡要成為連通型,不僅要求各線路設施相互連接,而且要求車輛及機電設備系統具備統一性.因此,連通型軌道交通網絡中各軌道交通線的車輛及機電設備制式必須相同或相容.

(5)全網共用同一控制中心,由同一管理機構管理.連通型軌道交通網中相互聯軌的軌道交通線甚至全網線路共用同一控制中心,并由同一運營機構管理.網絡運營組織要求統一調度指揮.

(6)網絡運營車底減少.連通型軌道交通網絡不僅有利于車輛基地集中設置、共用控制中心,以及車輛及機電設備等系統日常維修共享資源和設施,而且由于線路相互連通,車輛可以統一調配,備用車輛可以大大減少,從而有利于節省車底.

1.2連通型城市軌道交通網絡運輸組織特點

對于連通型城市軌道交通網絡,相鄰線路在交匯站接軌,相互線路間存在著直接聯系.因此不同線路上運營的列車可跨線運營.此時列車運營組織可采用分線獨立運營、共線運營和獨立-共線運營相結合的方法.城市軌道交通系統的獨立運營是指列車在各自的線路上運行,列車在交匯站折返,旅客在交匯站換乘其它線路的列車.城市軌道交通系統的共線運營則是指在連通型城市軌道交通網絡中,組織不同線路上的列車通過交匯站運行,形成不同線路運營的列車跨線運行,并在部分線路的部分區段共線運營.

共線運營的運輸組織方法與獨立運營相比具有以下優點:①最大限度地方便了旅客的出行,旅客不需換乘即可到達旅行目的地;②充分地利用通過能力,采用共線運營的方式,可使得共線區段的線路通過能力得到充分發揮;③有效地利用列車車底,減少車底折返作業.但是,共線運營也存在著以下的缺點:①由于共線運營時,該軌道交通網絡系統的能力將主要取決于共線區段線路的通過能力,因此會造成線路列車運營不均衡;②非共線區段列車運營間隔較長,將影響到非共線客流的出行;③列車運營組織復雜,列車在交匯站存在較多的交叉干擾,相鄰線路的列車運營相互影響較大.城市軌道交通網絡各線所銜接的城市小區旅客出行需求上存在差別,客流在不同時段、不同區段上的分布不同,為最大限度地滿足客流需求,采用合理、靈活的運輸組織方式十分重要.因此,應根據各軌道交通線路的客流量、旅客出行特點、交匯站的線路連接方式等條件,確定列車運營組織方式.

2上海軌道交通明珠線網絡客流特點

2.1上海軌道交通明珠線網絡特點

明珠線一期工程是上海城市軌道交通網中的南北向直徑線,是聯系南北輔城的城市軌道交通骨架線路.線路走向南起閔行,經吳涇、滬杭鐵路內環線、上海火車站、鐵路客技站、凇滬鐵路、逸仙路、吳淞鎮、北止于寶鋼,全長約60km.明珠線一期工程充分利用了經過市區內的滬杭鐵路內環線及松滬鐵路線,在原有鐵路用地范圍內修建高架軌道交通,徹底解決了既有市內鐵路與城市道路的42處平交道口嚴重阻塞交通的局面,給城市道路交通帶來了通暢,沿線土地得到了開發.

明珠線二期工程起自老北站地區,經浦東新區至徐匯區虹橋路,所經地區有多個大型客流集散點,如寶山路、長陽路、張楊路、南浦大橋、上海體育場等.明珠線二期工程與明珠線一期工程接軌成環,從而與運營中的地鐵1號線和地鐵2號線及明珠線一期工程構成“申”字形的軌道交通基本網絡.明珠二期與一期西部線路相接成環是上海地鐵系統中的唯一城市環線.它是聯系其他線路的紐帶,也是城市各個副中心之間聯系的交通干道.因此,其主要功能是將其他軌道交通線聯系起來,使整個軌道交通網絡成為一個有機的系統,加強城市區域間的聯系,使城市土地得到合理、高效的開發利用,促進城市健康發展.

明珠線二期工程和明珠線一期工程接軌,利用明珠線一期西部區段(中段)構成城市環線.共線區段為虹橋路站至寶山路站(遠期可能為上海火車站站)的線路,有9座共線車站.國外的軌道交通網絡也存在著共線區段,但那是樹枝狀的線網,共線區段在枝狀線路的末端,像明珠線射線與環形線共線,并且共線車站達9座之多的情況并不多見.在明珠線這樣的連通型城市軌道交通網絡中,具備了組織不同線路上的列車通過交匯站運營,形成不同線路的列車跨線運營,并在部分線路的部分區段共線運營的線路基礎.

2.2上海軌道交通明珠線客流特點

明珠線一期上行客流方向為上海南站站至江灣鎮站(遠期至寶鋼站).下行客流方向為江灣鎮站(遠期為寶鋼站)至上海南站站.根據明珠線二期與一期連接形成環形網絡的特點,本文把線路分為以下3段:虹橋站以南為南段,虹橋站—寶山站為中段,寶山站以北為北段.

根據文獻提供的明珠線一期和二期線路各車站上下車預測客流量,利用線路O2D矩陣推算方法,計算出明珠線一期和二期線路的O2D客流量,然后根據線路分段情況進行客流量統計,得出了明珠線一期和共線運營環線的分段客流量.表1明珠線一、二期全線下行方向全日客流量

注:表中百分比是西半環到東半環客流量與東半環客流量的比值.分析表1可以看出明珠線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為1∶20,說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著明顯的年份變化,北段客流量基本穩定,中段和南段客流量急劇增加,反映出了中段客流到南段客流的增加.可以看出明珠線一期工程主要服務線路南北端區域通學通勤進入市中心的交通需求.

明珠線二期工程和明珠線一期工程在一期線路寶山路站至虹橋路站共線.明珠線二期線路為東半環,明珠線一期共線9座車站線路為西半環,東、西半環組成一個整環.定義共線上行方向為從寶山路站順時針經虹橋路站再回到寶山路站.共線下行方向為從寶山路站逆時針經虹橋路站再回到寶山路站.分析表2和表3可知,明珠線二期工程上行方向東半環客流量大于西半環,東半環到西半環的客流量占了東半環客流量50%以上的份額,且還有增長的趨勢.下行方向西半環到東半環客流量是逐年增加的,這說明了環線的功能在不斷地加強.總之,從明珠線一期工程和明珠線二期工程的客流分析來看,雖然兩線有9座車站的線路是重復的,但兩線都具有各自的客流服務對象,即都有各自客流的主流向需求量,因此共線運營的方案既能滿足客流需求,也能節省工程投資.

3上海軌道交通明珠線運營方案

軌道交通工程建設投資巨大,每公里的軌道線路的資金需要7億多元,難以一次性建成投入使用,一般是采取邊建設邊運營的方法.軌道交通促進了沿線區域的發展,運輸需求也不斷變化.因此,軌道交通運營方案需要不斷地調整以適應客流的變化.根據線路技術設備和客流特點,明珠線網絡存在多種運營方案,下面對幾個有代表性的運營方案進行分析.

3.1共線運營方案

(1)明珠線一期按現在南北向運營(上海南站站—江灣鎮站),明珠線二期線路與一期西半環線共線9座車站(寶山路站—虹橋路站),按環線運營.運營方案示意圖如圖2所示.本方案特點是在明珠線西半環產生9座共線車站,按連通型網絡共線運營.本方案要求明珠線南北向的客流較大,東西向的客流次之,在共線的9個車站中客流最大.為了采用此方案,在寶山路、虹橋路站需設換乘站(平面或立體換乘),在虹橋路站設停車場和折返線.本方案對一期的運營組織不會產生太大的干擾,二期的運營方案也很易實施,使環線和一期線路上任意兩車站旅客乘車方便.本方案既節省了明珠線二期工程在西段工程建設投資,也實現了明珠線環線功能.但共線車站運輸組織較為繁忙,

行車間隔的不同會造成輸送能力的不均衡,非共線段能力利用率較低.一期南北段到東半環旅客要換乘兩共線車站的客運組織工作要加MingzhuLine強,提供列車導向信息,組織好旅客換乘.

(2)一期全線運營,二期環線運營和東半環運營相結合.運營方案的示意圖如圖3所示.本方案特點是明珠線二期長短交路結合,共線運營.此方案的客流特點是南北客流各區段均勻,中段客流較大,且東西環的客流相差不大,東西向的客流與南北向的客流相當.方案要求一期的信號系統必須可以保證二期車輛在共線區段的運行.本方案各段發車密度均勻,銜接方式多,可大大方便旅客.但本方案組織不便,對車站的組織工作增大了難度,其中列車的導向服務應加強.應采取加強運營組織和導向系統等措施配合.在上述方案基礎上,還能形成多種共線運營方案,在此不再贅述.

3.2獨立運營方案

明珠線一期在南北分段運營(上海南站站—虹橋路站,寶山路站—江灣鎮站),明珠線二期按環線運營.運營方案示意圖如圖4所示.本方案特點是不產生共線運營.此方案要求明珠線一期南北兩端之間直達客流較小且均勻,環線到一期兩端的客流較小,環線的客流較大,3條交路上的客流比較均勻.本方案要求在寶山站和虹橋路站都應設換乘站,在上海南站站、江灣鎮站、寶山站、虹橋站都要設折返線,一、二期信號及車輛系統要能相互兼容.方案不產生共線運營,二期的運營方案也很易實施.但是,虹橋路站以南的旅客到其他車站必須換乘,尤其是到寶山站以北的旅客要換乘兩次;同樣寶山站以北的旅客到其他車站也必須換乘,到虹橋站以南的旅客要換乘兩次;環線上的旅客到一期南北兩端也必須換乘.這樣會增加旅客的旅行時間,給這部分旅客帶來不便.如果采用此方案,應加強運營組織,認真設計好換乘站.

4結語

明珠線二期工程的建成標志著上海市放射線-環線軌道交通網絡初步形成,從而促進城市副中心及邊遠地區的相互聯系.由于我國軌道交通線網規劃工作還處于起步階段,共線運營還是個新課題,本文僅對明珠線這種特殊的共線情形進行了運營方案的分析,有待于深入理論研究和進行實際運營檢驗.限于篇幅,關于共線運營的通過能力問題研究,另撰文敘述.