城市軌道交通容量的影響因素研究
章云泉
摘 要 闡述了軌道交通容量的概念及其內(nèi)涵,對影響軌道交通容量的因素進(jìn)行了全面的分析,建議應(yīng)該從系統(tǒng)和乘客兩方面深入探討容量問題,從理論上找出最佳容量。
關(guān)建詞 城市軌道交通,容量,停留時(shí)間,發(fā)車間隔時(shí)間,信號系統(tǒng),客流量
1 軌道交通容量的概念 城市軌道交通容量通常指軌道在單方向每小明經(jīng)過某一點(diǎn)的所有列車營運(yùn)的乘客總和,單位為人次/h。軌道交通容量可分為實(shí)際容量、潛在容量和最大(設(shè)計(jì))容量。實(shí)際容量指在某一段時(shí)間內(nèi)(如日、周、月、年)軌道交通實(shí)際所運(yùn)載的乘客人數(shù)的總和;潛在容量指未來可能從其他交通模式轉(zhuǎn)為軌道交通的客流量,可以作為規(guī)劃建設(shè)線路的依據(jù),但它受到許多不確定性因素的制約;最大容量軌道交通在高峰期內(nèi)單向所能運(yùn)載的最大客運(yùn)量,也是設(shè)計(jì)容量。如果實(shí)際容量超過設(shè)計(jì)容量,就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重超載現(xiàn)象。此種情況一般在高峰期或有重大活動(dòng)時(shí)發(fā)生。 軌道交通的容量實(shí)際上包含兩大部分:線路容量和列車/車廂容量。線路容量是指軌道交通單方向每小時(shí)經(jīng)過某一點(diǎn)的車輛數(shù),其影響因素包括發(fā)車間隔和車站停留時(shí)間等。軌道交通系統(tǒng)的容量與線路容量成正比。列車容量指列車能容納的最大乘客數(shù)量,它主要與車廂尺寸、列車編組、車廂內(nèi)座位布置等因素有關(guān)。 2 影響軌道交通容量因素分析 影響容量的因素眾多,主要包括乘客因素和交通系統(tǒng)因素兩個(gè)方面。它們的綜合作用決定了軌道交通系統(tǒng)的容量。 2.1 發(fā)車間隔 發(fā)車間隔是一個(gè)反映發(fā)車頻度的指標(biāo),理論上指一列車從車站出發(fā)到另一列車進(jìn)入該站之間的時(shí)間。一般而言,發(fā)車間隔與系統(tǒng)容量成反比,發(fā)車間隔時(shí)間越短,每小時(shí)經(jīng)過的列車數(shù)目越多,容量也越大。若發(fā)生間隔確定(如2min),則列車規(guī)格尺寸越大,容量也越大。最小發(fā)車間隔一般可由下式表示: Hmin=Tc+Td+2Xmin/Vmin 式中:Hmin為最小發(fā)車間隔,;Tc為列車從離開站臺到達(dá)正常運(yùn)行速度所花時(shí)間,min;Xmin為司機(jī)操作延誤時(shí)間,min;Td為車站停留時(shí)間,min;Xmin為列車相距最小距離,km;Vmin為列車運(yùn)行速度,km/h。 從上式可知,影響發(fā)車間隔的因素有車站停留時(shí)間、列車速度、列車間距、司機(jī)延誤等。由于“一果多因”,因子分析比較困難,特別是因子的權(quán)重常常難以確定。一般來說,即使在最糟糕的情況下,也不可能所有因素都同時(shí)起作用。由于絕大部分系統(tǒng)都在最大容量狀態(tài)下運(yùn)行,因此出現(xiàn)緊急情況時(shí),如突然發(fā)現(xiàn)列車前方有事故或乘客、乘務(wù)員扳下緊急制動(dòng)閘等,還要考慮緊急停車時(shí)間對最小發(fā)車間隔的影響。 2.2 車站停留時(shí)間 最小發(fā)車間隔可以看作是最小在線時(shí)間加上列車車間停留時(shí)間。車站停留時(shí)間是影響城市軌道交通容量的一個(gè)重要因素。停靠時(shí)間過長,不但直接影響列車流量,而且影響列車服務(wù)質(zhì)量,降低吸引力和客運(yùn)量,從而減少列車的容量。 影響停留時(shí)間的因素很多,主要有站臺高度和檢檢票方式,次要的有輪椅通道、車門寬度和位置、乘客沿站臺分布、車內(nèi)擁擠程度、交通管理政策等。例如,加拿大卡爾加里市的輕九系統(tǒng)和多倫多交通委員會(huì)(TTC)管轄下的地鐵系統(tǒng),都要求在列車起運(yùn)前延遲幾秒鐘關(guān)門,以策安全。市郊鐵路的車站停留時(shí)間很大程度上受到國廂設(shè)計(jì)和國站設(shè)施的影響。美國新澤西洲的市郊鐵路,根據(jù)線路和車站的狀態(tài),其列車停站時(shí)間定為0.88~8.00min。 站臺高度影響乘客上下車的快捷程度。地鐵和自動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)已經(jīng)普遍采用各具特色的高站臺,使站臺與車廂地板平齊,提高了乘客上下車的速度。輕軌和市郊鐵路采用商低站臺兩用車門以及繁榮昌盛降階梯的方式,以適應(yīng)不同車站的需要。目前,西歐一些國家已經(jīng)采用了低地板的新型輕軌列車,便于乘客們上下車,減少停留時(shí)間。據(jù)研究報(bào)道,在低載客量時(shí)每名乘客上車需2~3s,每名乘客下車需1.5~2.5s。 檢票系統(tǒng)分為人工檢票和自動(dòng)檢票兩種方式,顯然人工檢票比自動(dòng)檢票系統(tǒng)耽擱時(shí)間更長。 人工檢票有司機(jī)監(jiān)視下的無人售票和售票員售票兩種情況。例如美國克利夫蘭的軌道交通紅線采用司機(jī)在車上檢票的方式,而在芝加哥市和其他市郊鐵路中采用售票員在車上售票,此時(shí)檢票并不影響停留時(shí)間。 所有新型軌道交通系統(tǒng)以及部分市郊鐵路都采用磁卡自動(dòng)檢票系統(tǒng),極大地降低了停留時(shí)間。另外,自動(dòng)售票裝置也加快了售票速度,增加了客流量。 輪椅乘客上下車對停留時(shí)間影響相當(dāng)大,特別是需要升降裝置時(shí)尤為明顯。表1列出了北美部分軌道交通系統(tǒng)輪椅使用便利性情況。
軌道交通類型 線路數(shù) 總計(jì) 不方便 一般 很方便 輕軌 6 3 10 19 地鐵 3 8 7 18 市郊鐵路 2 9 5 16 自動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)(單軌) 0 0 4 4 總計(jì) 11 20 26 57
從表1可見,北美有5/6的軌道交通線路方便輪椅用戶使用,因而增加了殘疾人的乘車量。 2.3 運(yùn)行速度 運(yùn)行速度指車站之間的行車速度,與站距和列車性能有關(guān)。運(yùn)行速度一般通過影響發(fā)車間隔時(shí)間來影響軌道交通系統(tǒng)容量。運(yùn)行速度一般在30~40km/h之間。當(dāng)運(yùn)行速度為44km/h時(shí),最小發(fā)車間隔為71.2s,其中包括通常20s停站時(shí)間。 行車服務(wù)類型影響運(yùn)行速度。跳站停車(大站快車)可以減少軌道交通發(fā)生間隔時(shí)間。 2.4 起始加速度 列車起動(dòng)時(shí)間是構(gòu)成最小發(fā)生車時(shí)間的一部分。在運(yùn)行速度范圍內(nèi),若加速度大,則從停車到正常運(yùn)行速度所花的時(shí)間少,發(fā)車間隔時(shí)間短。但加速度必須符合一定的條件。加速度太高會(huì)使列車猛地向前沖,乘客站不穩(wěn),影響乘車質(zhì)量,從而降低軌道交通的客流量。加速度太低,則列車起動(dòng)到勻速行駛需要的時(shí)間長,增加了列車發(fā)車間隔時(shí)間。 2.5 線路類型 正線數(shù)目對系統(tǒng)容量的影響十分明顯。假設(shè)有足夠的乘客的話,雙線系統(tǒng)比單線系統(tǒng)的客流量多一倍。線路類型一般可以分為:全封閉隔離專用線、大部分路封閉隔離以及少部分/無封閉隔離三種。顯然,線路隔離程度越高,延誤時(shí)間越少,軌道交通的容量越大。
站立 設(shè)計(jì)空間/(M2/人) 坐位 設(shè)計(jì)空間/(M2/人) 徒手站立 0.13~0.16 座位最小空間 0.24~0.30 拿著公文袋 0.25~0.30 雙人座 0.36 扶著柱子 0.26 舒適型座位 0.54
3 結(jié)語 軌道交通容量一般指系統(tǒng)最大容量,具體說指列車在峰期單向每小時(shí)所能運(yùn)載的最大客流量,而不是指最大車流量。顯然,軌道交通容量與列車容量、乘客數(shù)量和時(shí)間有關(guān)。 列車容量一般是定值。而乘客數(shù)量與軌道交通系統(tǒng)的服務(wù)水平、吸引力、人口分布與密度、人口結(jié)構(gòu)、票價(jià)、便捷程度等有關(guān),而且還受到氣候變化、生活方式和行為因素的影響。因此,客流量是一個(gè)波動(dòng)較大的變量。世界上大多數(shù)軌道交通這際客流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)測值的教訓(xùn),應(yīng)當(dāng)引起我們的關(guān)注。 時(shí)間因素涉及范圍很廣,如上面分析的發(fā)車間隔時(shí)間、停留和延誤時(shí)間、營運(yùn)速度、加速度、乘客出行時(shí)間(成本)、高峰期與平峰期等,均是影響容量的因素。 在研究軌道交通容量時(shí),必須從軌道交通系統(tǒng)“硬件”和乘客“軟件”以及相互關(guān)系方面加以考慮,并在總成本(系統(tǒng)營運(yùn)成本和乘客時(shí)間成本)上統(tǒng)一起來,找到的總成本最小時(shí)的最佳容量。 我國天津地鐵的發(fā)車間隔時(shí)間很長,高峰期為15min,非高峰期為35min,這說明系統(tǒng)性能差,交通需求不足,容量低。廣州地鐵度營運(yùn)期間,發(fā)車間隔為12min,正式開通后逐漸減少到2min,按每列車最大載客1800人計(jì),其系統(tǒng)容量為5.4萬人次/h。假使高峰期(小時(shí))其客運(yùn)量占10%,則全天客運(yùn)量為54萬人次,大大低于預(yù)測值113萬人次。通過對城市軌道交通容量的影響因素研究,可以在系統(tǒng)和乘客兩方面找出容量不足的原因,設(shè)法消除影響系統(tǒng)延誤和停留的時(shí)間,提高發(fā)車間隔時(shí)間,充分發(fā)揮軌道交通快捷、安全、大容量的優(yōu)勢。