青岛地铁M1线快慢车运行模式分析

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　　摘  要：青岛地铁M1线是跨海连接胶州湾西海岸新区与东岸青岛主城区的南北向长距离干线，预测远景年客流强度为1.8万人次/公里·天。分析了快慢车运行模式的特点及其对于青岛地铁M1线适用性，确定了M1线快慢车运行交路及快车停站;依据国内外运营经验及其计算原理，估算了M1线初期、近期、远期的快慢车开行密度比例，提出了M1线快慢车越行组织方法。对于青岛市、山东省乃至全国的城市轨道交通长大线路的行车组织具有极大的理论与实践借鉴意义。
　　关键词：青岛地铁M1线;快慢车;运行交路与停站;列车密度;越行组织
　　中图分类号：U293.5         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）10-0053-05
　　Abstract： The Qingdao Metro Line M1 is a south-north bound backbone line connecting the west coast new district and the main district in the east coast of Qingdao across the sea. The density of the passenger volume is predicted as 18000 people per day kilometer in the long run. The characteristics of the express/local train mode and its adaptability to M1 are analyzed at first， and then the train routes and the stops of the express train are determined. According to the national and abroad operation practices as well as the computing principles， the number and proportion of the express/local train pairs are estimated in the short， mid and long term. Also the method for overtaking organization is proposed. This study is very instrumental to the operation of the long-distance urban rail transit in Qingdao， Shandong even the whole nation in the sense of theory and practice.
　　Keywords： Qingdao Metro Line M1; express/local train; train routes and stops; density of trains; overtaking
　　截至2019年底，全國共有40个城市开通城市轨道交通，线网运营里程达6730.27公里，50多个城市在建线路达6000多公里，城市轨道交通成为城市公共交通的骨干，呈现出信息化、多样化、密集化、高速化、智能化和网络化的特征，其中部分线路适宜采取快慢车的运行模式，以有效减小轨道交通线网不同区间客流特征及列车频繁停站对运输的影响。
　　1 快慢车运行模式的特点与适用性分析
　　1.1 快慢车开行模式的特点
　　快慢车运行模式是从运输组织适应客流特征的角度出发，通常快慢车最高速度相同，根据线路的长、短途客流特点和通过能力利用情况，主要利用列车停站方案的不同实现列车以不同速度运行，即在开行站站停慢车的基础上，同时开行越站快车的列车开行方案[1];慢车在沿线各站均停车，满足短途客流需求并增大运营服务的可达性，快车则在客流集散较大的车站停车，提高长距离出行乘客的旅行速度[2];是在长距离线路为提高长距离出行乘客旅行速度并兼顾短距离乘客直达性的一种运输组织方法[3]，适用于不均衡客流分布比较分散的线路，是满足乘客出行时间需求差异的重要途径[4]。根据快车是否需要越行前行慢车或线路是否具有越行条件，快慢车运行方案可分为：（1）无越行模式（即快车部分车站不停站，但不越行前行慢车），我国多数长距离城市轨道交通采用复线形式，且不具备越行条件，在客流平峰期发车间隔较大时，可能具备追踪运行快慢车的条件;在高峰期发车间隔较小时，可能不再具备追踪运行快慢车的条件，或者快车的跨站数量减少;（2）有越行模式（即快车部分车站不停站，导致与前行慢车追踪间隔小于最小追踪间隔，快车越行前行慢车），在发车频率较高、通过能力较为紧张时，有越行条件提高了开行快慢车的可能性。在有越行模式下，快慢车运行模式具体细分如表1所示。常见的快慢车组合形式[5，6]有（1）快车+慢车;（2）特快车（直达车）+快车+慢车，其中特快车仅停靠起终点和乘降量很大的车站或者仅在起终点站停站，其余车站越站不停，快车则在日均乘降量不足5万人次的车站越站不停，慢车则站站均停;也可在第二种形式的基础上，增开多种类型快车方案，进而衍生出多种快慢车组合方案。快车停靠车站选择、快车越行慢车方式、快慢车开行比例是确定城市轨道交通快慢车开行方案时需解决的关键问题。
　　城市轨道交通线路长度大于30km、乘客平均乘距不小于线路长度1/4、客流集中分布在几个主要站点的长大线路具有开行快慢车的必要性[7]。城市轨道交通快慢车运行模式在国外已经有很多成功的案例，例如日本的筑波快线、JR中央快速线等;在国内，北京（6 号线、1号线早高峰开行从苹果园至玉泉路的快车）、上海（16号线快慢车单程运行时间较站站停慢车缩短约12min[8];6号线早高峰开行了在草房、常营站跨站通过的快车，其快慢车比例为1：3）、香港（香港地铁机场线/东涌线）、广州（广州地铁14号线[5]、成都、重庆等地也开始了快慢车运营模式的尝试[9]。与平行成对的站站停运营模式相比，快慢车运营模式更加适应客流特征、遵循更加人性化的运营理念以满足不同乘客出行需求，其优点在于快车乘客出行时间减少、列车速度快配属少、运营能耗小，其缺点在于建设成本高、慢车乘客出行时间增加等。 　　1.2 青岛地铁M1线开行快慢车适用性分析
　　快慢车组合运营的影响因素主要涉及列车停站时间、起停时分、最小追踪间隔时间、快慢车开行比例、越行站设置位置、越行站配线方案、折返站的折返能力等，快慢车运行模式的适用性的基本依据是符合客流的空间分布特征;越站、快速列车通常只有在线路较长（里程超过35km的城市轨道交通线路为长大线路）、存在长距离出行需求（如远郊通勤、跨区/跨城出行）时，才有必要研究设置。不同的客流条件下，快慢车运营组织模式亦不同，根据文献[3]的研究结论，当客流较小、发车频率小于16列/h时，无越行的快慢车模式效果更优;当客流适中、发车频率在16～22列/h时，有越行的快慢车模式更优;当客流较大、发车频率大于22列/h时，站站停模式效果更优。
　　2015年12月，随着地铁M3线的开通运营[10]，青岛进入“地铁时代”;截至2019年底，青岛城市轨道交通运营里程达174km，位居全国第11位，车站86座，线路4条;到2021年年底，青岛轨道交通将开通运营9条线路，运营线路长度将超过420km，实现城市轨道交通网络化运营[11]。青岛地铁M1线预计于2020年12月底开通，属于市域线，为南北走向直线型骨干线路，原规划线路起自黄岛峨眉山路站终至城阳东郭庄站，形成了贯通青岛市南北的快速轨道交通走廊，可与轨道线网中11条线路换乘，形成线网的互联互通和资源共享，是重要客流通道，是近期线网中唯一跨海连接胶州湾西海岸新区与东岸青岛主城区的城市轨道交通干线;原规划线路全长60.11km，共设站41座，全部为地下车站，平均站间距1.50km，据《青岛市城市轨道交通第二期建设规划调整方案（2013～2021年）》，将兴国路站至东郭庄站一段拆分纳入M7线一期运营，调整后的M1线路起自黄岛区峨眉山路站，止于李沧区兴国路站，线路长42.7公里，设站29座，途经黄岛现状区（含12座车站）、青岛现状区（含市南区、市北区、李沧区共计17座车站）的南北向骨干线路，连接了青岛站、青岛北站、流亭国际机场、黄岛汽车站等重要交通枢纽，以及黄岛中心区、薛家岛、团岛、中山路商圈、台东、海泊桥、沧口公园等重要客流聚集区，预测远景年客流强度为1.8万/公里·天[12]，同时服务于市中心短途客流和跨海长途客流。
　　青岛市人口在不断扩大，区域城市化在扩张;青岛城区道路网络骨架由“四横三纵”的快速网构成，黄岛城区道路网络骨架由“四横两纵”的快速网络构成，从道路组成结构看，作为连接组团和对外联络的快速通道，主要集中在外围地区，中心城区内部与东部新区、黄岛西海岸中心组团间缺乏快速的连接通道;从公交线网密度看，最高的市南区仅有2.81km/km2，距离规范要求尚有一定距离，而黄岛区仅为1.581km/km2。目前青岛市辖区连接青岛——黄岛间现有交通体系中主要交通方式有海底隧道、跨海大桥、环胶州湾高速公路、轮渡，这几条交通路线所提供的运输服务供给仍不能有效满足两地间的交通出行需求，在平日上下班通勤（早上7：00至下午19：00之间12小时占全天出行量比例为82.7%，早高峰和晚高峰现象明显）、节假日探亲旅游出行（客流量呈爆发式增长）中两地间人流、车流拥堵排长队的现象时有发生，尤其是隧道1路公交车拥堵现象尤为严重，而地铁M1线的建设运营对于缓解青岛——黄岛两地间的运力紧张局面将起到至关重要的作用。国内外相关运营经验表明，较长的线路通常对旅行时间有较高要求[7]，青岛地铁M1线预计采用6节编组B型列车，M1线距离长、站点多、客流时空分布不均衡，如果采用传统的站站停模式，其运行效率和服务水平都得不到保证。因此，参照国内外大都市圈（如北京、上海、纽约、伦敦、巴黎、东京）城市轨道交通运行组织方式，从客流条件（客流量大、长短途客流混杂）、行车条件、线路条件[13]几方面来看，快慢车、多交路的运营组织模式更适合青岛地铁M1线沿线城区发展和客流特征，以满足乘客多样性的出行需求，减少乘客出行时间和城市轨道交通运营成本，较好的实现综合社会效益[4，14，15]。
　　2 青岛地铁M1线列车运行交路与快车停站的确定
　　2.1 快慢车运行交路的确定
　　长距离市域线的客流具有两类需求特性[16]，一方面，从郊区到市中心的长距离通勤乘客希望提高旅行速度、减少出行时间;另一方面，沿线各站间乘客希望无换乘地直达目的地。列车运行交路的设置取决于断面客流量空间变化情况，断面客流不均衡程度越大，则越倾向于开行多交路列车。按照线路地理位置、多组团的城市空间结构和客流特性，可将青岛地铁M1沿线组团划分为黄岛现状城区、薛家岛、团岛、青岛站、中山路商圈、台东、海泊桥、中心医院、青岛北站、沧口公园等重要客流聚集区，沿线各城区组团交流往来日益频繁，但总体客流需求并非均匀分布，对比日本筑波线及上海地铁16号线，M1线应开行多交路快慢列车;快车大交路设定为峨眉山路站——兴国路站（贯通全线），慢车大交路设定为峨眉山路站——台东站（连接青岛——黄岛两区，重点解决青黄交通），慢車小交路设定为台东站——兴国路站，慢车大小交路在台东站衔接，M1线列车运行交路如图1所示。
　　2.2 快车停站的确定
　　快车停站的确定需要综合分析快慢车的越行行为，以及判定列车越行的条件[17，18]。不能在每一个可能发生越行的车站均设置越行线，需要通过考虑土地利用、客流特征、列车开行密度（在采用一种越站方案的情况下，一般不宜设置连续越行2站以上的快车）、列车在首末站始发/终到的均衡程度（影响起/终点站的配线设置）、乘客时间效益、运营成本收益等条件在土建设计施工中综合确定越行站点，或在运营中根据非平行运行图的技术特征，通过调整列车在始发站的发车间隔改变列车的越行地点（如在列车运行过程中，慢车提前等待快车越行）。基于全线出行时间效益最大化的快车越站选择，首要目标是最大化乘坐快车的乘客的出行时间节约（这是开行快车的初衷）;其次是最小化慢车乘客的出行时间增值（在线路通过能力一定的条件下，由于越站快车的开行，导致在越行站乘降的慢车乘客候车时间延长）。 　　按照列车跨站停车方式划分，快慢车组合运行可分为区段跨站停车和AB跨站停车两类，前者是快慢车组合运行中使用最为灵活的方法[4]。快车停靠点主要取决于站点集散量，集散量较大的车站（如日均乘降量5万人次以上的车站）应设为快车停靠站，满足组团中心与组团中心之间长途旅客的上下车要求，尽量将组团中心站、重要换乘站、重要客流集散点等节点强度高的站点确定为快车停靠站[19]，同时，为了方便乘客换乘，小交路的折返点也应设为快车停靠站;据此，结合青岛地铁M1线站间距及各站的节点强度与节点介数[20]，青岛地铁M1线大交路快车停站应主要设置在峨眉山路站、井冈山路站、天目山路站、薛家岛站、青岛站、江苏路站、台东站、海泊桥站、中心医院站、青岛北站、兴国路站，其中峨眉山路站与兴国路站为首末站。通常将越行站设置在客流较小的车站，具体需从发车间隔的均衡性、越行位置的兼容性、配线分布的合理性和工程实施条件等方面进行综合比选，最终确定越行站设置数量和越行位置。
　　3 快慢车开行密度比例估算
　　列车开行对数主要取决于线路的最大断面客流量，在设计快慢车开行比例时，需要考虑组团客流交互比例及快慢车能力等因素。快车不停站节约的时间按1min计[9]，系统最小行车间隔按2min或可取90s考虑，考虑因开行快慢车模式对系统能力造成的损失，国内外经验表明（如上海地铁16号线、香港地铁机场线/东涌线、巴黎RER A线、日本筑波线）[7]，开行快慢车的线路系统设计能力不大于24对/h。在已知单位时间T内通过的所有类型的列车对数C、最小发车间隔hmin（通常取120s）、最小追踪间隔I（通常取90s）的条件下，根据文献[7]可推导出快慢车开行比例P的计算公式（1）。另一方面，快车主要服务于中长距离出行的乘客，也可根据出行距离大于5个区间的乘客数量Qij与出行距离小于等于5个区间的乘客数量Qij的比值，按公式（2）来估算快慢车开行比例P[21]。
　　在快慢车实际运营组织过程中，为了方便运行图的铺画，一般将快慢车的开行比例设为整数比[2]，文献[18]对快慢车的各个开行比例分别进行了相关讨论，给出了特定快、慢车比例组合下的列车开行方案。依据公式（1）（2）计算原理推测，参照重庆轨道交通5号线[4，21]，上海地铁16号线[8，18]，结合组团间的客流交互比例，为满足客流输送需求，并保证一定的运能储备，估算青岛地铁M1线初期、近期、远期快慢车开行密度比例如表2所示。根据建设运营工期，将M1线设计年限的初期定为2023年，近期定为2030年，远期定为2045年。
　　4 快慢车越行组织方法
　　以乘客出行感知时间、企业车底购置费用和车公里费用三者最小为目标，根据客流初期培育期、近期成长期、远期成熟期的发展规律，青岛地铁M1线近期非高峰时段组织区间快慢车无越行均衡发车追踪运行，根据线路土建工程预留条件，远期考虑扩建越行站，组织均衡发车车站越行，配置越行线的车站应位于两座大站之间的慢车停靠站，并依据快慢车模式下越行站流程图[22]，在铺画运行图阶段选择判断具体的越行站使慢车被快车越行。通常城市轨道交通的快慢车模式只允许发生简单越行[21]，即快车每次只能越行一列慢车，慢车每次只能被一列快车越行。青岛地铁M1线简单越行方案包括快车不在越行站停车上下客（图2）和快车在越行站停车上下客（图3）两种情况，在快车区段跨站停车运行的区间采取图2方式的越行方案，在大交路慢车、小交路慢车的折返站（台东站），采取图3方式的越行方案。
　　 5 结束语
　　快慢车的开行在一定程度上能节约长距离出行乘客的旅行时间，但在共线共轨运行条件下会造成通过能力的损失，增加运营组织的复杂程度，并且在快车越行时增加了慢车乘客的等待时间，需要合理优化设置。文献[13]提出在M1 线市中心段设置并行线路的方案，并行线路命名为M1辅线，与M1 线共用车站;并行线路的形式可以更好的实行快慢车与多交路运行方案，便于分离长短途客流，提高网络换乘便捷性。多交路快慢车行车组织复杂，需通过标志标识、乘客信息系统PIS等加强乘车组织引导，避免乘客搭错车。根据山东省“十三五”规划，山东省将加快以轨道交通为主体的城市快速通道建设[23]，青岛地铁处于初期建设、运营阶段，发展历史短，成网速度快，研究M1线的多交路快慢车开行模式对于青岛市、山东省乃至全国的城市轨道交通长大线路的行车组织具有极大的理论与实践借鉴意义。
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