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城市轨道交通运输能力加强因素分析 西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）摘要随着城市的发展，城市轨道交通的作用日益明显，越来越多的城市开始了轨道交通的规划与建设。由于城市轨道交通建设投资大，需要确定其运输能力以确保建成后的城市轨道交通能够满足近期及远期客流需求。影响城市轨道交通运输能力的因素是多方面的，且各因素之间存在着相互联系的关系，因此运输能力影响因素的确定需要从总体的角度，综合各方面因素进行分析。本文通过对当前国内外城市轨道交通发展现状的分析，从轨道交通网络结构类型及其运输特性、折返站及折返能力、行车交路和车辆选型四个方面进行了分析，探讨提高城市轨道交通运输能力的方法。 关键词： 运输能力，因素- I - III -西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）1.绪论 城市轨道交通作为一种大运量、快速、便捷、准时、环保节能等优点集于一身的交通运输方式，已经被世界上许多国家和城市所证明。发展城市轨道交通是解决城市公共交通运输的根本途径。由于轨道交通系统的低能耗和无污染等特点，发展轨道交通对于二十一世界实现城市可持续发展也具有非常重要的意义。世界许多国家都一直重视快速轨道交通的发展。城市轨道交通之所以在世界范围内得到广泛的发展，一个很重要的原因就在于它具备城市道路交通不可比拟的优势。首先是运量大，城市轨道交通是一种大容量的城市轨道交通系统，单向每小时运输能力可达10000-70000人次左右，而公共汽电车单向每小时运输能力只能在8000人次左右，远小于城市轨道交通，因而在客流密集的城市中心地带建设城市轨道交通可以明显疏散公交客流，分担绝大部分城市公共交通流量；其次是准时和快速，车上轨道交通具有可信赖的准时性和速达性，城市轨道交通线路与道路交通隔绝，有自己的专用线路，不受气候、时间和其他交通工具的干扰，不会出现交通阻塞而延误时间，因而在保证准时快速到底目的地放慢对居民出行具有很的吸引力；第十是安全，由于城市轨道交通大多在地下或高架，因而与其他交通方式无相互干扰，安全性高；第四是噪音小，污染少，对城市环境不造成破坏；地位是节约土地资源，这在一定程度上也刺激了城市轨道交通的发展。基于上述城市轨道交通的优势，目前我国和世界其他国家的很多城市都在大力发展城市轨道交通。然而，在建设和运营过程中也出现了很多问题。如线路规划不够合理、运输能力不够、行车组织方法不够合理等。本文的目的在于通过对国内外城市轨道交通发展现状的分析，从轨道交通网络结构、行车组织方式等影响城市轨道交通运输通过能力的因素入手，探讨国内外城市轨道交通建设和运营中的成功经验以及各项问题，对发展我国城市轨道交通提出值得借鉴的建议。如何做到对城市轨道交通资源的合理、有效利用，提高轨道交通线路运输通过能力，最大限度的节约各项资源，方便市民出行，实现可持续发展，对于我国人口众多，城市化发展迅速的国情来说，具有重要意义。2.国内外城市轨道交通发展状况2.1国外城市轨道交通发展状况目前，世界上机动化水平较高的城市大多有比较成熟与完整的轨道交通系统，有些城市的轨道交通运量占城市公交运量的比重达50以上，有的高达70，而北京仅占15。以下是世界主要大城市轨道交通发展状况：东京：拥有世界大城市中最长的轨道交通线路，全长近2000公里；年运量在100亿人次以上，市郊铁路列车最小运行间隔为2分钟，最大编组为15节，每小时每方向运输能力多达10万人次；近20多年共新建地铁近140公里，总里程达230公里；有7家分布在郊区的私营铁路公司，服务质量优于国有铁路，同时价格较便宜。伦敦：早已实现客运以轨道交通为主的目标。地铁共有9条线路，总长408公里，其中167公里在地下；运行间隔为2-2.5分钟，郊区为10分钟，最大编组为8节；市郊铁路共有650公里，550个车站，市中心有15个终点站，线路呈放射状布置，有的线路直通距市中心40公里以上的新城。巴黎：其轨道交通包括地铁、轻轨铁路和市郊铁路，承担着全市公共交通70的运量，另外的30由市内和郊区汽车承担；有地铁15条，总里程达199公里，是内城公共交通的骨干，乘客徒步5分钟就可到达地铁站；列车最小运行间隔95秒，市郊铁路有16条，长760公里。纽约：公共交通占总交通量的53，到内城的客运80采用包括地铁、市郊铁路和公共汽车在内的大容量交通工具；市区铁路线共有27条，长443公里，所有的车站通宵服务。莫斯科：拥有一个跨及全市的立体交叉地铁网，总长243公里，140多个车站，由1条环线和8条放射线组成；每天运营20个小时，高峰时列车间隔为75秒，时速41公里，日运量高达800多万人次，居世界之首；客运密度为每公里1400多万人次，高于伦敦、纽约、巴黎。纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京等轨道交通较为发达的城市，基本形成一定的轨道交通规模和网络，可以延伸到城市的各个方向。目前，国际上技术比较成熟、已经上线运营的城市轨道交通有地铁、市郊铁路、轻轨、单轨、导轨、线性电机牵引的轨道交通及有轨电车种，发展趋势呈多样化。其中市郊铁路、地铁、轻轨和有轨电车应用最广泛，线性电机牵引系统最有发展前途。纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京等轨道交通较为发达的城市，基本形成一定的轨道交通规模和网络，可以延伸到城市的各个方向。2.2国内城市轨道交通发展状况中国已成为世界上城市轨道交通发展最快的国家。2010年，目前，中国已有10个城市拥有共29条城市轨道交通运营线路(其中北京、上海各8条、广州4条、天津2条、大连、长春、南京、重庆、武汉、深圳各1条)，运营里程771公里，年客运总量达22.1亿人次。中国在世界地铁排行榜（按地铁运营里程排名）中位列第三位，仅在美国和日本之后。并且上海、北京进入世界城市轨道交通运营里程前十位，分别以237公里和200公里列在第七位和第十位。我国城市轨道交通将在2020年左右超过美国，成为全球规模最大、发展最快的轨道交通建设市场，发展前景十分广阔。在“十一五”规划获批的25个城市中，计划到2015年前后规划建成87条，总里程达到2500公里，总投资额将达到1万亿元。据专家咨询机构预计，未来五年中国城市轨道交通的总投资将达到15万亿元，2020年划线路长度达到3000-3500公里，2050年中国城市轨道交通线路总长将超过4500公里。到2010年，中国城市轨道数量将达到55条、1500公里。中国正成为全球发展最快的轨道交通建设市场，发展前景十分广阔。3.影响城市轨道交通运输能力的因素城市轨道交通的运输能力是通过能力和输送能力的总称，而影响城市轨道交通的运输能力的又有诸多因素。下面分别介绍轨道交通网络结构类型及其运输特性、折返站及折返能力、行车交路和车辆选型。3.1轨道交通网络结构类型及其运输特性轨道交通路网的规模与形态虽然各不相同，但其基本结构形态可归结为下面5种各具不同运输特性的类型。3.11星型结构 （见图1）星型结构是指路网中所有线路只有一个交点（换乘站）的结构。其唯一的换乘站一般都位于市中心的客流集散中心。如目前的布达佩斯地铁系统。这种结构中所有线路间都可以实现直接换乘。但换乘站上的客流大，换乘站的设计与施工难度也较大，一般多采用分层换乘。这也使得车站的埋深加大，车站建设费用增加，乘客换乘时间延长，车站通风、排水及运送旅客的运用费用也会有所增加。用于所有线路都通达市中心，使得市郊与市中心间联系便利。市中心可达性极好；但市郊之间联系不便，必须经过市中心的换乘站。图1 星型结构3.12树状结构 （见图2）树状结构是指n条线路只有n-1个交叉点（换乘站）且在网络中没有网格的结构，形同树枝状。这种结构连通性差，线路间换乘不便，两条树枝间至少要换乘2次才能实现互通；此外，线路上客流分布不均，同一线路上两个换乘站之间的路段因为担负着大量的换乘客流，客流量较换乘站外侧路段显著提高，给线路的行车组织带来困难。图2 树状结构3.13栅格网状结构 （见图3）栅格网状结构是指线路（至少4条）大多呈平行四边形交叉、所构成的网格多为四边形的路网结构。这种结构形同棋盘。，从目前已经建成这种结构的大阪和墨西哥城两个城市的情况来看，这种结构的线路在内城区分布比较均匀，但线路深入市郊的不多；由于存在回路，这种结构连通性好，乘客换乘的选择较多；其线路多为平行分布，方向简单，一般只有纵横两个方向，能提供很大的输送能力，线路和换乘站上的客流也能分布得比较均匀；但由于没有通达市中心的径向斜线，市郊到市中心的出行不便。图3 栅格状结构3.14放射网状结构 （见图4）放射网状结构是指线路（至少3条）多为径向线且线路交叉所成的网络多为三角形的路网结构。从目前已经采用这种结构且发展比较成熟的几个系统的情况来看，多数线路都在市中心区发生三角形交叉，是中学区线路和换乘站密集而均匀，网络连通性好，乘客换乘方便，在规模不大的情况下，任意两条线路间都可以实现直接换乘，路网中交织成网的部分影响区范围较小。但伸入市郊的射线很长。这种结构由于各个方向都有线路通达市中心区，市郊到市中心的出行方便，市中心区对市郊的经济辐射距离较远。其缺点是市郊间发生联系时必须到市中心区的换乘站换乘，导致乘客走弯路。图4 放射网状结构3.15放射-环形网状结构 （见图5）放射-环形网状结构是在放射网状结构的基础上增加环形线而成的路网结构，常见于一些规模很大的系统。如莫斯科、巴黎、东京等。其换线一般与所有径向线交叉。这种结构具有放射网状结构的全部优点，同时由于换线与所有径向线都能直接换乘，整个网路的连通性更好，线路间换乘更方便，而且能有效地缩短市郊间乘客利用轨道交通出行的里程和时间。图5 放射-环形网状结构3.2折返站型式城市轨道交通折返车站按照站型来分可以分为侧式站台、岛式站台、岛侧混合式、双岛及多岛式，凹岛式。岛式车站集设备、管理人员、上下车旅客于一个站台面，开阔度大、设备及管理人员少，利用率高，旅客乘降方便、舒适感强。但有些浅埋线路为降低区间造价需要在车站两端将线路收成喇叭口，车站本身土建工程量比侧式大。但如果是深埋线路，区间双单线隧道，线路在车站直线通过，岛式车站不会比侧式造价高。相反，区间双单线隧道本身比双线隧道造价低。如果采用自动步梯等设备，岛式车站明显优于侧式车站。如果经济条件允许优先选用岛式。侧式车站优点是可以做到最浅埋深，可以不设站厅及通道层，比有喇叭口的岛式车站便于改建延长。缺点是站台、设备、人员利用率低、开阔度差。若浅埋不设过街通道，旅客到马路时换乘车需要经过天桥或横穿马路，旅客除不方便之外还容易走错方向(若岛式车站，旅客在地面可不找方向，到站台再看方向就行，坐错车也容易返回)。侧式车站适合于高架车站(占地面积小)、浅埋简易地铁及地面站。图为城市轨道交通折返站常用的折返站型式（图6）图6 常用的折返站型式3.3折返方式选择折返站的通过能力是由折返站到达或出发列车的最小追踪时间间隔决定。如果折返站的接车能力没有受到其他因素的影响，列车在折返站的到达时间间隔和列车在区间的最小追踪时间间隔是相同的，小于列车在折返站的发车时间间隔。发车间隔时间增大是由于折返设备的能力限制，列车在车站或轨道折返线进行等待而造成。因此列车折返能力取列车在折返站的最小发车间隔进行计算。目前城市轨道交通的折返站采用两种站型，站前折和站后折。a 站前折返特点分析以地铁线路为例，站前折返形式使用较少，因为站前折退的列车接发列车进路和折返进路容易交叉形成干扰，不利于提高通过能力。但是站前折返站型占地少，投资小，在地形不允许的情况下可以采用站前折返。使用站前折返的地铁站台有北京地铁五号亦庄线宋家庄站，站前折返往往是在两条地铁线路交叉呈现T字型时，为减少乘客换乘而设计。b 后折返特点分析 站后折返最大的优点就是避免了列车的接发车进路和折返进路之间的交叉干扰，对于地形允许，对于远期客流量大的车站适合采用，但是站后折返线路较长，土建工程多，投资大。北京地铁五号线天坛东门站，大屯站及太平庄北等都采用站后折返方式，广州地铁六号线元岗站和二号线万胜围站也是采用站后折返的方式。3.4 行车交路城市轨道交通行车交路是指列车担当运输任务的固定周转区段。列车交路计划规定列车运行区段、折返车站以及按不同交路运行的列车对数。当轨道交通线路较长，客流分布不均衡时，通过合理、可行的交路组合来安排列车输送能力是一种充分利用有限资源、降低运输成本的常见方法。 图为城市轨道交通常用列车运行交路形式（图7） 图7 列车运行交路形式在确定城市轨道交通列车交路时，需考虑以下因素：1）客流量。客流量是反映了旅客出行需求，由于旅客出行带有很大的主观性，旅客出行需求、出行心理及特点均影响列车交路的形成，即“按流开车”。掌握客流特征，方便乘客在不同时段和区段的出行要求，最大化吸引客流，才能更好的满足乘客的出行需求。2）服务水平。为保证轨道交通服务水平，高峰和非高峰时段列车运行间隔不宜大于6min和10min，即高峰和非高峰小时最少列车对数分别不应少于10对和6对。3）列车配置。交路的选择应该基于车底配置数量最优化的原则。4）通过能力。通过能力是交路选择考虑的主要因素，不同的交路对城市轨道交通的通过能力有影响，下面的小节将详细讲述。城市轨道远期设计列车运行间隔时分不得大于2min。5）折返站能力。采用不同的交路形式，列车在站的折返方式需要进行选择，折返方式分为站前折返和站后折返，其中站前折返间隔时分一般都比较大。当折返能力成为全线控制通过能力时，应调整交路方案，使车站折返能力与线路通过能力相协。6）当有多条轨道线路同时运输时，交路的选捧要满足乘客换乘的需要。3.5车辆选型通过能力反映的是线路所能开行的列车数，它是输送能力的基础。输送能力是运输能力的最终体现，它反映了在开行列车数一定的前提下，线路所能运送的乘客人数。在通过能力一定的条件下，线路的最终输送能力还与车站设备的设计容量、列车定员数、线路的服务定位存在密切的关系。轨道交通线路在单位时间内所能运送的人数，在线路通过能力一定的条件下，主要决定于列车编组辆数和车辆定员人数，即P = nmP车式中：P线路在小时内最大输送能力(人)；P车车辆定员数(人)；n通过能力(对)；m列车编组(辆)；列车编组辆数确定的主要依据是预测的规划年度高峰小时最大断面客流量，计算公式如下： （P是早高峰小时最大断面客流量，P定是每辆车定员人数，n高峰是高峰小时开行列车对数)此外，在确定列车编组辆数时还应考虑如下制约因素：站台长度限制：站台长度通常在设计阶段已经确定，后期难以改变。对线路通过能力的影响：当列车长度接近站台长度时，要求列车准确停车，通常要增加停车附加时间。并且由追踪列车间隔时间的分析计算可知，列车长度也是一个影响变量。经济合理性：采用长编组列车，车辆满载率在非运输高峰时间内一般较低。车辆选型的原则：1）满足运量需求，留有一定的运能储备，符合最基本的动力单位。2）充分考虑各类型车辆的牵引制动特性及动拖比，考虑线路故障，牵引状况。3）考虑列车的最高运行速度，从具体线路车站条件出发，考虑车辆选型是否能够满足列车折返的需要，考虑列车在城市中心运行和在城外运行的不同需要。4）车辆的制造技术先进，设备安全，噪音低，对环境的污染小。图为部分城市地铁车辆尺寸和定员情况（图8）表中所列美国洛杉矶地铁采用大型车辆，但车辆定员人数相对较少，其原因是为了提高乘客的乘车舒适程度，以吸引私人小汽车方面的客流。其他几个城市地铁的资料基本上反映了车辆尺寸和车辆定员人数的关系。20世纪80年代前后修建的新加坡、香港、上海地铁大多采用大容量地铁车辆，车体宽度在30-32m之间。前苏联的莫斯科等城市修建地铁时，尽管各个城市客流量差别较大，但均采用统一的小型车辆。在运输组织方面，通过调整行车密度和列车编组辆数以及改变车辆内的座位数和站位密度等措施都可以实现同样的输送能力水平。车辆选型应该具体到每条线路，根据客流预测，从车辆编组、载客量、运能储备等方面对不同车型的适应性进行分析。选择的车辆类型及编组要保证满足线路客运量的需求，还要留有一定的运能储备，且不能浪费。4.结论城市轨道交通在我国已经进入了快速发展时期，城市轨道交通的规划与建设体系应当越来越完善。城市轨道交通运输能力的计算是城市轨道交通规划与建设的重要方面，保证城市轨道交通规划和建设符合客流需求，避免城市轨道交通建成后的重建与扩建。影响城市轨道交通运输能力的因素是多方面的，各个影响因素之间是互相关联，互相制约和影响的，影响因素的不同取值组成了城市轨道交通不同的运输组织方案，所以对基于运输能力的城市轨道交通运输组织进行评价是很有必要的。本文通过选取影响城市轨道交通运输能力的四个因素进行了浅析，以求能在我国城市轨道交通建设中遵循可持续发展的战略原则，以科学的、合理的思想促成