节能思路在地铁列车运行图编制中的应用

1、节能思路在地铁列车运行图编制中的应用赵兴东( 北京京港地铁有限公司 北京 100068)就高达上百万元。通过运行图编制达到节约运营成本的主要思路如图 2 所示。摘 要 结合北京地铁 4 号线、大兴线的运行图编制，阐述节能思路在列车运行图编制过程中的实际应用及产生的效果。列车运行图相关技术指标对运营成本的 控制至关重要，一次列车运行图调整所产生的年成本费 用可能会高达上百万元。通过运行图编制达到节约运营 成本的主要思路为: 通过交路模式选择、行车间隔合理过 渡、不成对开行等手段，实现降低列车走行里程、减少人员 配置、降低维修成本，从而达到节省运营成本的目的。 关键词 地铁; 节能思路; 列车运行

2、图; 牵引能耗; 运营 成本中图分类号 U231 92文献标志码 A图 1 地铁能耗比例文章编号 1672-6073( 2014) 06-0036-051能耗成本概述中国的城市 轨 道 交 通 发 展 至 今 已 有 40 多 年 的 历史，各城市的运营模式及成本补偿方式也基本相似，各运营企业基本都 面 临 如 何 提 高 企 业 经 济 效 益、降 低 运 营成本方面的问题。在地铁运 营 成 本 中，能 耗 所 占 的 比 例 一 般 在 1 /4 左右，而列车牵引能耗一般占总能耗的 50% 左右( 详见 图 1) ，节能潜力较大。因此，列车牵引能耗的控制一直 是运营企业重点 关 注 的 问

3、 题 之 一，如何降低列车牵引 能耗是解决城市轨道交通运营成本较高问题的关键。图 2 运行图编制节能思路3运行图编制节能思路应用在北京地铁 4 号 线、大 兴 线 列 车 运 行 图 编 制 和 调整过程中运用了 多 种 手 段，利 用 现 有 运 营 资 源 在 保 证运营服务水平的 前 提 条 件 下，力 争 将 列 车 牵 引 能 耗 的 运营成本最小化，采取 的 节 约牵引能耗思路主 要 有以 下几个方面。2运行图编制主要节能思路列车运行图相关技术指标对运营成本的控 制 至 关重要，一次列车运行图调整所 产 生 的 年 成 本 费 用 可 能3 1行车交路选择根据客流分布及线路布局情况

4、采取合理的运行交收稿日期: 2014-07-31修回日期: 2014-08-14作者简介: 赵兴东，男，大学本科，工程师，运营计划经理，主要从事城 市轨道交通行车组织策划、列车运行图编制、客流及运营指 标统计分析、运营成本分析等工作，zxd1264163 com路。北京地铁 4 号 线、大兴线区段平日早晚 高 峰 期 间的小时断面客流分布如图 3、4 所示。36节能思路在地铁列车运行图编制中的应用图 3 周一早高峰小时断面客流量图 4周五晚高峰小时断面客流量结合 4 号线、大兴线客流特征及线路布局情况，可以选择的交路类型主要有如图 5 7 所示的 3 类。3 类交路各有优缺点:1) 单一大 交

5、 路，行 车组织方式非 常 简单，列 车 运行图编制、行车调度等工作也相对容易，但存在明显的运能浪费情况。图 5 单一大交路2)衔接短交 路，列 车 运 行 图 编 制 比 较 简 单 ( 两 个圈内的列车运行基本互不干扰) ，也容易根据客流特征有效控制行车 间 隔。但从统计数据来看，大 兴 线 区 段 的乘客有 85% 以上 会 进 入 4 号 线 区 域，如 果 采 用 此 种 交路，大部分乘客需要在新宫车站进行换乘，不利于乘 客服务水平的提升。3) 大小交 路，运 行 图编制相对复 杂 一些，但 有 利 于乘客出行，也能够有效减少列车运行里程，节约能耗成本。从牵引能耗的角度来讲 ，大小交

6、路套跑的行车组 织模 式 其 牵 引 能 耗 最 低 ，具 体 的 测 算 结 果 如 表 1 所示。图 6 衔接短交路图 7 大小交路37都市快轨交通·第 27 卷 第 6 期 2014 年 12 月表 1 不同交路列车牵引能耗对比车后跟随 1 个小 交 路 列 车，依 次 循 环 ) ，这 样 的 安 排 也有利于不同行车 间 隔 的 过 渡 调 整，但 这 种 处 理 方 式 可能会导致部分区段运营服务水平下降或者整体运营成 本增加，因此需要结合客流等实际需求，在不同时段采 取不同的大小交路开行比例。以 4 号 线、大 兴 线 平 峰 间 隔 为 例，部 分 时 段 采 取1

7、1开行比例，实现 4 号 线、大 兴 线 区 段 的 行 车 间 隔 分别为 3、6 min; 部分 时 段 采 取 2 1 开 行 比 例，实 现 4 号线、大兴线区段的行车间隔分别为 4、6 min( 详见图 8) 。上行西红门至新宫通过扣停实现大兴线上行列车顺利进入 4 号线的目的，扣停在时刻表 ATS 文 档 中 设 置，不需要人工干预。下行西红门 至 新 宫 通 过 扣 停 方 式，实 现 大 兴 线 行 车间隔均匀的需求，扣停在时刻表 ATS 文档中设置，不 需要人工干预。这样的安排 虽 然 会 大 大增加编图调整难度，但 可 以在保证各区段运营服务水平的基础上最大限度地降 低运营

8、成本。经 测 算，此 类 处理方式全年可节 省 的列 车牵引电耗约为 713 万 kW·h( 折合电费约 613 万元) ， 计算结果如表 2 所示。注: 1) 以上测算基于 4 号线、大兴线平日期间各时段行车间隔确定;2) 衔接短交路与单一大交路的里程数差异主要体现在新宫折 返区域;3) 列车牵引单耗按照 2 1 kW·h / 车公里进行测算。由表 1 可以看出，采用大小交路套跑运行模式 ( 小交路折返点在 新 宫) 相比采用单一大交路运行模 式 全年可节省的列车牵引电耗约为 2 482 万 kW·h，折合电 费约 2 133 万元( 牵引电费按照 0 859

9、5 元 / kW·h 进行 测算) 。3 2 行车间隔过渡行车间隔过渡就是根据全日客流变化规律及运营 服务水平需求，分时段采 取合理的列车开行比例。对 于大小交路套跑 运 行 的 线 路 来 讲，列车运行图大小交 路套跑比例按照 1 1 编排比较理想( 即 1 个大 交 路 列图 8 大小交路 4 min /6 min 开行方案384 号线区段 大兴线区段 列车运行 列车牵引 交路类型 最小行车 最小行车 里程 / ( 万车 能耗 / ( 万 间隔 / min间隔 / min公里 / d) kW·h / d)单一大交路 2218 639 1衔接短交路 2415 632 8大

10、小交路 2415 432 3节能思路在地铁列车运行图编制中的应用表 2 4 min /6 min 行车间隔节能测算结果日开行车次及在线列车数量，达到降低运营成本的目的。按照常规编 图 思 路，列 车 开 行 计 划 使 用 以 下 公 式3进行测算 ，有大兴线)对数( 对 / h)公里 / d)Pmax，i( 2)ni = ( c )p注: 平日平峰按照 5 h 计算，小交路区域长度按照 31 km 进行计算，牵引单耗按照 2 1 kW·h / 车公里计算，电价按照 0 859 5 元 / kW·h 进行 计算。N = n( 3)ii式中: n 某小时 i 内应开行的列车数

11、;iPmax，i 某小时最大客流断面旅客数量; cp 列车的设计载客能力; 列车满载率; N全日列车开行对数。对于列车配 备 数 量 来 讲，通 常 使 用 以 下 公 式 进 行 计算，有3 3高峰不成对开行即根据北京市 区线路明显的潮汐客流特征、段 场 布局及系统设计 能 力 等 因 素，采取上下行不成对开行 的方案。4 号线、大兴线早高峰期间上行方向 ( 由 南 向 北) 的客流压力远远大于下行方向 ( 由北向南) 的 客 流 压力，上行方向的列车最大满载率会超过 100% ，但下 行方向的列车最大 满 载 率 一 般 不 会 超 过 70% ，方 向 不 均衡系数在 1 51 左 右

12、( 定义 及计算 公式详见下文及 公式( 1) 所述) ，具有明显的潮汐客流特征。方向不均衡系 数 k 表 述 在 一 条 线 路 的 断 面 上，单 向最大断 面 客 流 量 Pmax 与 双 向 客 流 量 平 均 值 ( P上 +N = n高峰 列 m /60高峰小时开行的列车对数;( 4)式中: n高峰列 列车周转时间;m平均每列车编组辆数。上述计算方法在成对开行模式且最大上线列车可 以在全周转时间范围内以最小行车间隔运行的情况下 是完全适用的，但 是在 不 成 对开行运行图编制 模 式及 在全周转时间范围内列车不全部以最小行车间隔运行 的情况下不能简单地应用。京港地铁列车配备数量有

13、限，为了在现有运 营 资 源 基 础 上 最 大 化 提 升 运 营 服 务 水平，结合高峰客流特点及持续时间，对不成对开行等 方案进行 多 次 测 试，最 终 确 定 合 理 的 开 行 方 案。图 9 为不成对开行方案列车运行图铺画示意图。表 3 为成对开行和不成对开行方案中有关列车使 用数量及全日开行列次的比较结果。2P下 ) /2 之比 。k 趋于 1，表明上下行方向客流比较均衡，当 k1 5 时，说明上下行方向的不均衡 程 度 比 较大，其计算公式1为2Pmaxk = P( 1)+ P上 下结合北京地铁 4 号线、大兴线客流特征、段场布局及系统设计能力 等 实 际 情 况，在列车运行

14、图编制过程 中充分使用上下行不成对开行方案( 例如，平日早高峰 上行方向图定最小行车间隔为 2 min 且适当加开临客， 下行方向平均最小行车间隔约为 2 min30 s) ，从而降低全图 9 不成对开行方案39平峰行车 4 号线区域 可节省运营间隔( 4 号线 / 列车开行 可节省对数 里程( 车 年节省电( 5 h 合计) 费 / 万元3 min /6 min20259 3004854 min /6 min15都市快轨交通·第 27 卷 第 6 期 2014 年 12 月表 3 成对和不成对开行方案相关数据测算结果功能，在晚点情况下可以将列车速度等级调整至“加速”模式) ，也有利

15、于列车在平峰及低峰期间采用能耗较低的级 别运行( 如果运行图 ATS 文档不强制设置该时段运行等 级，则控制中心可人工设置6) ，从而达到节能的目的。经测算，如果在低峰期间采用节能模式 ( 低峰每日 按照 4 h 计算，全 天 运 行 时 间 按 照 19 h 计 算 ) ，全 年 可 节省的牵 引 能 耗 约 526 万 kW·h，电 费 约 为 452 万 元( “节能”等级相比“中间 1 ”等级 可节 约牵引能耗的比 例约 25% ，全年牵引耗电量按照 1 亿 kW·h 考虑，电价 按照 0 859 5 元 / kW·h 计算) 。说明: 1) 不成对开行方

16、案的顺利实施与线路段场布局、尖峰持续时长、折返能力等多种因素有关，并非所有线路都适用; 2) 表 3 的测算以 4 号线、大兴线目前的行车 组织方案为基础，早晚高峰期间采用不成对开行方案。经测算，此类处理方式全年可节省的列车牵引电耗 约为 506 万 kW·h( 折合电费约为 435 万元) ，且可以降 低高峰上线列车数量，节省司机等人力成本( 可节省列 次运行长度按照 50 km 计算，牵引单耗按照 2 1 kW·h / 车公里计算，电价按照 0 859 5 元 / kW·h 进行计算) 。3 4速度等级选择根据客流压力及列车运行参数选择合理的速度等 级，从而优

17、化列车距离-速度曲线，增加列车惰行距离， 达到节约牵引能耗的目的。在 4 号线和大兴线的 ATS 系统中，列车可以按照 5 种运行等级行车 ( 分 别 为: 节 能、中 间 2、中 间 1、正 常、 加速) 4，在 列 车 运 行 图 编 制 过 程 中，一 般 采 用“中 间1”速度等级( 中等速度) 进行编图，此类参数 可 以 在 时 刻表 ATS 文件中进行设定5，如图 10 所示。3 5其他影响说明列车运行图的编制及调整除对列车牵引能耗成本产生很大的影响之外，也对司机配置数量、维修费用等运营成本产生了长远的影响，此类运营成本影响因素需要企业 结合实际运营情况综合考虑并应用在成本控制过程

18、中。4结论将节能思路应用到列车运行图编制过程中，可以利用现有运营资源，在保证运营服务水平的前提下，最大限度地降低运营成本。同时，列车运行图的编制及调整对司机 配置数量、维修费用等运营成本产生了长远的影响。参考文献1 北京市轨道交通指挥中心 北京市轨道交通路网 2013 年度运营报告 北京: 20132 DB11 / T 8142011 城 市 轨 道 交通路网运营指标体系 S 北京: 北京市质量技术监督局，20113 毛保华 城市轨道交通系统运营管理M 北京: 人民交通出版社，20064 Thales Beijing Daxing Line project performance analys

19、isG Beijing，20105 Thales Timetable compiler user manualG Beijing，20096 Thales Daxing Line signaling system contract: ATS operatormanualG Beijing，2010( 编辑: 曹雪明)图 10 列车运行 ATS 速度等级设定在运行图编制 过 程 中 采 用“中 间 1”速 度等级，既有利于列车在高峰期间赶点( ATS 具备调整列车运行等级Energy Saving Ideas for Drawing Train Working DiagramZhao Xingdong( Beijing MT Co，Ltd，Beijing 100068)With the compilation of train working diagram for Beijing metro line 4, Daxing line as the background, practical application ofAbstract:energy saving ideas and its effect in the process of compilation are illustrated. Certain speci