基于前期规划视角的城轨运营模式影响因素研究

郑凯文

(广州地铁设计研究院股份有限公司,广州 510010)

引言

随着都市圈和城市群理念的提出,区域交通一体化进程加快,城市范围迅速向外扩张,城市中心和城郊之间的界限变得难以界定[1]。 另一方面,坐落于远郊的机场等大型综合交通枢纽的重要性日益凸显,人们对出行时效性和便捷性的需求也日益增加[2]。 因此,互联互通是未来城市轨道交通(以下简称“城轨”)发展的重点方向之一[3]。 该模式可以减少换乘次数,有效缩短旅客在途时间,增加线路客流吸引力,缓解同走廊线路和换乘站客流压力,减轻长距离线路市郊段满载率偏低和“快线不快”等问题,为运营机构和旅客提供双向便利[4-5]。 然而,互联互通对线路信号系统和供电制式等设备设施兼容性提出更高要求,并会提高牵引能耗和运营成本,一定程度上增加运营组织复杂度[6-7]。

国内外已有许多学者开展相关研究,张安锋等依托国内外运营案例分析城轨互联互通运营常见的4 种模式及各自特点[8];王修华对国内外多层次轨道交通互联互通实践进行分析,提出新规划多层次轨道交通应结合事权和财权资源整合,通过行车调度和运营组织管理创新实现轨道交通的“软联通”[9];仲建华等通过分析互联互通运营的目标和思路,给出城轨互联互通运营的基本条件,并对国内具体案例进行分析[10];罗华朋以苏虞张市域线为例,从多个角度分析其与苏胡城际、城区10 号线贯通运营的优缺点,并给出推荐方案[11];马小薇通过研究城轨跨区域互联互通的影响因素,提出区域互联互通在规划设计层面的建议[12]。

不难看出,已有许多学者从不同视角对城轨互联互通宏观层面进行大量研究,但对前期规划阶段影响运营模式选择的微观因素研究较少。 基于此,以苏州轨道交通16 号线为例,对规划层面影响运营模式选择的微观因素进行研究,以期为类似城轨前期规划的运营模式选择提供参考。

1 项目概况

1.1 功能定位

苏州轨道交通16 号线为市域快线A 类,是苏州主城西侧环太湖重要板块间南北向轨道直连市域快线[13]。 该线旨在实现狮山CBD、太湖新城吴中片区和太湖新城吴江片区三大核心区的快速直达联系,提升太湖新城吴中片区、吴江片区等核心区和苏南硕放国际机场联系的时效性,兼顾服务苏锡间跨区域出行。

1.2 线路概况

苏州轨道交通16 号线初期北起望亭站,南至体育公园站,全长43.6 km,设站18 座,平均站间距2.56 km。 南延段起自体育公园站,终至苏州南部吴江区震泽站,全长41.1 km,设站9 座,平均站间距4.57 km。 南延段建成通车后,全线运营长度为84.7 km,共设站27 座,平均站间距3.25 km,采用全地下敷设,苏州轨道交通16 号线线路方案示意见图1。

图1 苏州轨道交通16 号线线路方案示意

2 项目难点及对策

2.1 难点分析

轨道交通工程项目前期规划旨在对全线工程投资和用地规模等重要经济和社会指标进行预控。 不同运营组织模式会影响线路条件、设施设备兼容性、运用车数、牵引能耗、接轨站配线形式、站台形式和段场规模[14],进而影响投资和用地,前期对苏州轨道交通16 号线线路建成通车后是否采用贯通运营进行研究,以期实现“降本增效、节能环保、绿色低碳、服务社会”的总体目标。

2.2 解决对策

如图1 所示,苏州轨道交通16 号线在起点望亭站与3 号线西延望亭—硕放机场段存在“Y” 形贯通运营(以下简称“方案一”)和同台换乘(以下简称“方案二”)2 种运营模式选择,重点围绕客流需求、系统兼容性、服务水平、时空目标、工程代价、购车成本、运营效益和社会效益等因素进行对比分析,以期得出规律性结论。

3 贯通运营影响因素研究

3.1 客流需求

根据《苏州轨道交通16 号线预可行性研究客流预测报告》 (以下简称“客流预测”)[15],采用不同运营模式对客流总体指标的影响见表1。

表1 客流预测总体指标比较

由表1 可知,相较于方案二,方案一各设计年限客流量分别提高5.2 万人/d、6.5 万人/d 和9.3 万人/d,分别增加19.3%、15.9%和15.6%;高峰期最大客流分别提高0.2 万人/h、0.27 万人/h 和0.41 万人/h,分别增加18.2%、17.5%和18.2%。 可以看出,采用贯通运营,往来于硕放机场和市区的客流无需在望亭站换乘,有利于提高线路的客流吸引。

3.2 系统兼容性

3 号线西延线采用与既有3 号线一致的列车运行控制系统(CBTC)和直流供电120 km/h 的6 编组B 型车。

苏州轨道交通16 号线远期高峰最大断面客流2.2 万人/h,属中运量线路,根据《城市轨道交通工程项目建设标准》[16],结合线网资源共享,推荐采用B型车。 目前国内尚无直流供电制式140 km/h B 型车应用案例,应用城轨列车牵引计算仿真系统(以下简称“列车牵引计算”),对直流供电100 km/h、直流供电120 km/h 和交流供电140 km/h 3 种速度目标值进行模拟运行,得到3 种速度列车的旅行时间(见表2)。

表2 3 种速度目标值旅行时间比较

由表2 可知,对于初期和远期贯通交路旅行时间,120 km/h 列车较100 km/h 列车分别节省2.8,6.4 min,节时效果明显;140 km/h 比120 km/h 仅分别节省1.2,2.4 min, 受站间距分布和曲线条件制约,140 km/h 列车速度优势未能充分发挥,时间节省较少。 结合本线市域快线A 类的功能定位,推荐采用直流供电制式120 km/h 列车。

结合3 号线西延线系统选型,苏州轨道交通16 号线和3 号线西延线系统兼容性对比见表3。

表3 贯通运营系统兼容性比较

由表3 可知,苏州轨道交通16 号线与3 号线西延线在信号系统、供电制式、车型和最高速度等方面具有良好的一致性。

3.3 服务水平

根据客流预测,以运能满足客流需求为前提,对不同运营模式对服务水平的影响进行比较,结果见表4。

表4 远期高峰小时全线服务水平比较

由表4 可知,苏州轨道交通16 号线高峰小时客流区段分布不均衡特征显著,适合开行大小交路(开行比例2:1),小交路开行范围为体育公园站—望亭站。受3 号线既有段线路能力制约,3 号线西延望亭—硕放机场段远期高峰最高可开行6 对/h,相比方案二,方案一远期主城区服务水平提高6 对/h,望亭—硕放机场段服务水平提高18 对/h,望亭—硕放机场段行车间隔缩短7.5 min,可有效缩短市区至硕放机场乘客的候车时间,同时,方案一无换乘候车时间,服务水平显著提升。

3.4 时空目标

根据《苏州市综合交通体系规划(2017 ~2035)》[17]要求,昆山、常熟至市中心45 min 可达,张家港、太仓至市区邻近功能组团45 min 可达。 根据《城市轨道交通线网规划标准》[18],机场与城市主中心之间轨道出行时间不宜大于40 min。 狮山CBD 至硕放机场40 min 可达,古城出发在西津桥站换乘苏州轨道交通16 号线至硕放机场40 min 可达,吴中太湖新城至硕放机场45 min 可达,吴江太湖新城至震泽45 min 可达。

应用列车牵引计算,模拟运行直流供电制式120 km/h 列车贯通运营,得到2 种方案旅行时间对比(见表5)。

表5 2 种方案时空目标可达性比较 min

由表5 可知,方案一满足建议时空目标,方案二由于需在望亭站换乘3 号线西延线列车,3 号线西延望亭—硕放机场段远期高峰行车间隔10 min,同台换乘候车时间取行车间隔平均值5 min,则古城—硕放机场、吴中太湖新城—硕放机场旅行时间分别为42.2,49.8 min,分别超出建议时空目标2.2,4.8 min,乘客出行时间较长。

3.5 工程代价

不同运营模式对配线功能性要求不同,2 种运营方案下,望亭站配线形式、车站规模和投资概算见表6。

“Y” 形贯通运营接轨站宜采用双岛四线站台形式,相比方案二,方案一需在两线正线间增设2 条单渡线,车站建筑面积增加约4 079 m2,增加了21.1%,投资提高约2 900 万,提高约23.4%。 由此可见,贯通运营模式会导致车站建筑规模和投资增加。

3.6 购车成本

基于客流预测和运营模式,根据列车牵引计算仿真结果,2 种方案苏州轨道交通16 号线初、近期均采用4 编组,远期均采用4~6 编组混跑。 2 种方案初期分别购买4 编组列车39 列和27 列,合计156 辆和108 辆,远期分别购买4 编组列车72 列和58 列,6 编组列车19 列和13 列,合计402 辆和310 辆(单价取800 万元)[19],2 种方案各年限车辆购置费见表7。

表7 各设计年限配属车及购置费比较

相较于方案二,方案一初、近、远期车辆购置费分别增加3.84 亿元、4.48 亿元和7.36 亿元,分别提高44.4%、24.1%和29.7%。 不难看出,贯通运营方案中,由于运行交路长度和开行对数以及小交路开行对数相较同台换乘方案有所增加,因而,所需配属车数明显增加,车辆购置费用提高。

3.7 运营效益

除车站周边商业化经营收益外,运营效益应主要考虑年电费支出和年票价收益等方面。 年牵引电费与单向一列牵引能耗、全日列车开行计划和一般工商业用电价格有关;票价收益主要由客流量和当地城轨票价标准决定。 结合苏州轨道交通16 号线高峰小时设计行车交路,2 种方案各设计年限全日列车开行计划见表8。

表8 各设计年限全日列车开行计划比较 对

根据苏州市轨道交通集团有限公司规定,地铁起步价2 元可乘6 km,6 km 以上部分,6~16 km 每1 元可乘5 km,2 种方案各设计年限平均运距均介于10~13 km,故票价取3 元/(人·乘次),根据《江苏省电网销售电价表》关于一般工商业用电的规定,苏州地铁电价取0.67 元/(kW·h),结合客流预测、全日列车开行计划和列车牵引计算,各设计年限电费和票价见表9。

表9 年电费增加与年票价收益对比

由表9 可知,方案一较方案二初、近、远期年电费分别增加1 836 万元、3 755 万元和4 958 万元,分别增长29.0%、29.6%和31.5%。 方案一较方案二初、近、远期年票价收益分别增加2 847 万元、3 559 万元和5 092 万元,分别增长23.9%、19.0%和18.5%。 因此,贯通运营一方面会导致年牵引电费明显增长,另一方面,客流吸引提高会带来年票价收益提高。

3.8 社会效益

根据客流预测结果,近期乘本线前往硕放机场客流量达到1.24 万人次/d,结合3 号线西延近期高峰开行对数5 对/h,行车间隔12 min,望亭站同台换乘候车时间取行车间隔平均值6 min,得到2 种方案近期时间效益对比(见表10)。

表10 时间效益比较

由表10 可知,采用贯通运营,近期每日乘本线至硕放机场的1.24 万人次客流共可节省同台换乘候车时间约1 240 h,贯通运营时间效益明显,社会效益显著。

4 结语

基于苏州轨道交通16 号线起点站望亭站与3 号线西延线望亭—硕放机场段,对采用“Y” 形贯通运营和同台换乘2 种方案进行对比研究,结果表明,贯通运营模式能够减少换乘次数,显著节省换乘候车时间,至机场旅行时间节省5~10 min,可保障线路时空效率,提高运营服务水平,增加线路客流吸引力和运营单位效益。 另一方面,“Y” 形贯通对贯通线路的系统兼容性要求更严格,在一定程度上增加运营组织复杂度,对贯通接轨站配线功能性要求较高,提高购车和运营成本。

对于城轨工程前期规划是否应采用贯通运营模式,应综合考虑国内各地城轨运营发展现状,城市在区域内所处空间位置和功能定位以及城市空间总体规划和交通专项规划等宏观因素,并结合客流需求、系统兼容性、服务水平、时空目标、工程代价、购车成本、运营效益和社会效益等与工程技术、降本增效和绿色低碳密切相关的微观因素,经综合比选后确定。