交流制式下重庆市域(郊)铁路与轨道交通网络化运营灵活编组方案研究

Flexible Formation Scheme of Chongqing Urban (Suburban) Railway and Rail Transit Network Operation under AC System

摘要

灵活编组已成为轨道交通提升运营灵活性、缓解运营负担的重要手段，广泛应用于众多既有线路和规划线路。为促进市域(郊)铁路良性发展，落实节能、提质、增效理念，论证灵活编组对于市域(郊)铁路的适应性及合理方案至关重要。立足于重庆市域(郊)铁路与轨道交通线路网络化运营，以重庆市郊铁路C1线—重庆轨道交通28号线—重庆市郊铁路C5线通道为例，分析灵活编组对于长大贯通线路的必要性，并从运能适应性、运输经济性、电分相设置、运营影响等方面对灵活编组方案进行比选。研究结果表明：灵活编组对于长大贯通线路匹配运输需求、降低运输成本意义重大；交流制式轨道线路受电分相影响，应审慎采用重联编组；长短编组混跑方案对于市域(郊)铁路网络化运营适应性更强。

Abstract

As an important means to improve flexibility and ease the burden in rail transit operations, flexible formation has been widely used in many existing and planned lines. To promote the harmonious development of urban (suburban) railways and implement the concepts of energy conservation, quality improvement, and efficiency enhancement, it is crucial to demonstrate the adaptability and reasonability of flexible formation for urban (suburban) railways. Based on the network operation of urban (suburban) railway and rail transit in Chongqing, this paper took Suburban Line C1-Rail Transit Line 28-Suburban Line C5 transportation corridor as an example, analyzed the necessity of flexible formation for the long and continuous transmission lines, and selected the flexible formation plan from the aspects of capacity adaptability, transportation economy, neutral section setting, operational impacts and so on. The results show that the flexible formation is of great significance for the long and continuous transmission lines to match the transportation demand and reduce the cost of transportation; reconnection formation should be carefully adopted because of the neutral section in AC power railway; the long and short mixed formation is more adaptable for the network operation of the urban (suburban) railway.

Graphical abstract

关键词

灵活编组 / 市域(郊)铁路 / 长大线路 / 电分相设置 / 运营影响

Key words

Flexible Formation / Urban (Suburban) Railways / Long Line / Neutral Section Setting / Operational Influence

0　引言

随着《关于促进市域(郊)铁路发展的指导意见》(发改基础〔2017〕1173号)、《关于推动都市圈市域(郊)铁路加快发展的意见》(国办函〔2020〕116号)等文件的印发，我国市域(郊)铁路规划及建设进程不断加快^[1-3]。作为衔接城市发展中心与周边卫星城的轨道交通线路，市域(郊)铁路一般具备空间跨度大、设站密度低、速度标准高等特征，且串联地区经济体量普遍较低、客运需求相对不高^[4-6]。为推动市域(郊)铁路可持续发展、减轻地方运营补贴压力，可对市域(郊)铁路进行灵活编组，以提升其运营效率、降低运营成本。

目前，相关学者及专家针对灵活编组的研究已经取得了诸多成果。其中，马雪娇等^[7]对比研究了不同编组运营模式下地铁运力供给与客流需求的匹配度，得出灵活编组模式能够有效匹配客流需求、提升运营灵活性与列车满载率的结论；韩宝明等^[8]分析了虚拟编组技术对于市域铁路运输组织优化的积极作用，并通过车辆走行公里、乘客等待时间、乘客旅行时间和列车平均满载率等方面对比，证明虚拟编组技术的核心优势；段博韬^[9]在明确列车解体与重联作业流程及时间的基础上，根据全日客流形态提出了城市轨道交通列车灵活编组转换衔接方案，并针对重联列车救援疏散问题研究了解决方案；霍亮^[10]在分析了城际铁路8辆兼顾4辆编组列车主要技术参数的基础上，论证了城际线路公交化开行的技术优势，并通过经济分析得出了8辆兼顾4辆的列车编组方式可有效节省运营成本；李团社^[11]针对地铁重联编组车门与站台门的对位问题提出了车辆改造、站台门改造及设置柔性站台门3种解决方案，在综合考虑改造成本、运营影响与施工难度的前提下，得出站台门改造方案是现阶段较为理想的解决方案。

既有研究成果侧重于灵活编组在城市轨道交通运营层面的应用，鲜有针对市域(郊)铁路灵活编组的研究，尤其是交流制式轨道线路的灵活编组方案^[12-13]。考虑到灵活编组对于市域(郊)铁路运营的重大作用与现有理论成果尚不完善的背景，立足于重庆市域(郊)铁路互联互通规划，以重庆市郊铁路C1线—重庆轨道交通28号线—重庆市郊铁路C5线通道(以下简称“C1—28—C5通道”)为例，分析灵活编组对于长大贯通线路的必要性，并针对运能适应性、运输经济性、电分相设置、运营影响等方面比选灵活编组方案，旨在为类似项目提供参考。

1　重庆C1—28—C5通道分析

1.1　通道概况

重庆轨道交通28号线规划于银翔城站与C1线互联互通，于学堂湾站与C5线互联互通，满足綦江区、万盛经开区、合川区客流快速通达主城核心区的运输需求以及沿线的客流交换需求^[14]。通道构成如图1所示，线路概况如表1所示，C1—28—C5通道全长184 km，设站32座，平均站间距5.93 km，各线路主要技术标准基本一致，具备互联互通条件。C1—28—C5通道空间跨度大，串联区域广，客流差异显著，具有典型的长大线路运营特征。从保障线路可持续发展，降低运营成本，提升运输效能角度考虑，有必要进行灵活编组适应性研究。

1.2　功能定位

28号线是一条串联城市核心区、加速南北快速通达、实现内外快速联动的纵向轨道快线，以承担中心城区的通勤、通学客流为主，运营特征为大运量、高频率、多换乘；C1线、C5线作为衔接周边卫星城、加速同城化发展、引导产业要素集聚的市域(郊)铁路，以服务区域客流和入城客流为主，运营特征为中低运量、高频率、少换乘。分析可知，28号线与C1线、C5线的功能定位、服务对象及运营特征均存在较大差异，单一的编组方案难以满足多元化运输需求，因此灵活编组极为必要。

1.3　客流特征

根据客流预测，市域范围客流特征具有同一性，均体现为：跨组团长距离出行客流为主且向心性突出；市域客流高峰小时最高断面约为中心城区高峰小时最高断面的1/2，运输需求呈阶梯式增长，于城区内达到最大需求；高平峰客流相差大，潮汐特征明显，且同时段客流上下行方向差异明显，出城/入城客流不均衡。远期高峰小时客流断面(上行方向)如图2所示，远期高峰小时客流断面(下行方向)如图3所示。从匹配客运需求、提升运营灵活性角度分析，市域范围与主城范围应采用差异化编组，在兼顾贯通需求与地区服务的前提下，保证资源的有效利用。

2　灵活编组方案设计

2.1　运能适应性及车辆配属

结合客流预测，28号线近、远期客流高峰小时最大断面分别为2.29万人/h、3.04万人/h；C1线近、远期客流高峰小时最大断面分别为0.83万人/h、1.06万人/h；C5线近、远期客流高峰小时最大断面分别为1.45万人/h、1.80万人/h^[15]。不同编组方案系统运能如表2所示，6辆编组方案能够满足28号线近、远期运能需求，4辆编组方案仅满足28号线近期运能需求，从保证方案设计延续性、避免土建设施改造角度分析，28号线应按6辆编组控制土建规模。为满足跨组团、长距离客运需求，通道内贯通交路编组以不折损28号线运输能力、不干扰28号线运营组织为原则，宜采用6辆编组方案，即6辆固定编组或3辆编组重联(以下简称“重联编组”)。市域客流级差明显，市域范围编组方案应统筹贯通交路编组分析。

从匹配市域范围客流出行角度分析，C1线、C5线范围存在2种编组方案。方案1：市域小交路3辆编组、贯通大交路重联编组混跑。方案2：市域小交路4辆编组、贯通大交路6辆编组混跑。结合客流特征分析成果，运营交路方案对比如图4所示。

市域范围运能适应性及车辆配属如表3所示。分析可知，方案1、方案2均能满足市域范围运输需求，其中方案1服务频率最高，但应对客流风险能力较差；其次，相较于方案2，方案1可有效节省系统内运用车16辆，投资节省效果明显。

2.2　运输经济性分析

结合图4运营交路方案，分别对方案1、方案2中的市域小交路和贯通大交路进行牵引仿真计算，近、远期高峰小时牵引能耗及成本如表4所示。分析可知，方案1与方案2近期高峰小时总能耗和电力成本相差较小，节能效果近乎相同；远期方案1较方案2高峰小时总能耗节省5 155 kW·h，电力成本节省3 195元，方案1节能效果更优。

2.3　电分相设置及运营影响

2.3.1　电分相设置

有别于既有、规划采用重联编组的地铁线路，C1—28—C5通道采用AC 25 kV供电制式，不同供电区段间存在电分相，对轨道线路的设计及运营提出了更高要求^[16]。

《轨道交通客运列车断电过分相系统相互匹配准则》(GB/T 36981—2018)规定：电分相无电区长度应大于运行双弓间距或中性段距离不大于运行双弓间距^[17]。结合车辆参数及既有研究成果，不同编组方案的电分相设置要求及影响如表5所示^[18]。分析可知，相较于方案2，方案1的分相区长度更长，受坡度限制范围更大，线路选线及供电方案要求更高。

2.3.2　运营影响

（1）正常工况。为保证线路运输效率与乘坐舒适性，列车惰行通过电分相延时不宜超过10 s，速度折损不宜大于30 km/h；临时停车工况下，为保证站间运营的灵活有效，区间禁停总长(含分相区长度)占比不宜大于15%，为保证启动连续性、节省加速时间，出口速度不宜低于20 km/h^[18]。运营影响分析如表6所示。分析可知，相较于方案2，方案1在正常工况及临停工况下，对分相区位置及禁停长度的要求均有所提高，运输组织难度增大。

（2）救援工况。分相区内的故障救援是限制编组方案的主要因素^[18]。结合既有研究成果及车辆性能，针对救援场景、救援要求、救援方式及救援风险对比，得到分相区救援分析如表7所示。方案1中电分相绝对无电区长度大于双弓间距，重联列车在分相区救援故障列车时，存在救援列车掉入分相区无法取电的可能，此工况下需要组织第二列救援列车救援第一列救援列车及故障列车，救援风险和救援影响不可控。方案2中，其双弓间距大于电分相绝对无电区长度，当列车前弓/后弓处于无电区时，可通过后弓/前弓转换使救援列车全动力救援，救援风险及时间可控。

2.4　综合分析

除受供电制式影响外，方案1与方案2对于车辆参数、站台规模、配线设置、站台门、场段规模等方面也需满足一定要求，结合我国轨道交通灵活编组运营经验、既有研究成果与本项目特点，综合分析如表8所示。

方案1中，城市轨道交通重联编组技术目前仅应用于直流供电制式，而针对交流制式重联编组中的电分相设置、联挂/解编流程及时长、配线设置要求、故障救援等方面的研究尚不完善，此次研究从满足运输需求、避免资源浪费、提升运营经济性及可持续发展角度分析，推荐市域范围采用方案2，即4辆编组与6辆编组混跑。

3　研究结论

立足重庆市域(郊)铁路与轨道交通互联互通，以C1—28—C5通道为例，在运能适应性及运输经济性分析的基础上，充分论证电分相设置对于灵活编组方案的影响，旨在为同类型项目提供一定参考。

（1）对于长大贯通线路而言，灵活编组是匹配运输需求、提升服务质量的重要手段，是有效降低运营成本、贯彻绿色发展理念的核心抓手，在设计阶段应充分论证灵活编组的重要性及必要性，做深做实灵活编组方案比选。

（2）有别于既有城市轨道交通直流供电，市域(郊)线路往往因高速度标准而采用交流制式，电分相的存在对于灵活编组方案的选择至关重要，设计过程中应结合运营方案强化对电分相影响的分析，审慎采用重联编组方案。

（3）论证分析长大贯通线路灵活编组的必要性及方案比选，为交流制式下的灵活编组选择提供了研究思路，对类似项目具有一定参考价值。

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基金资助

中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司科研项目(CQGSKJ2023-02)