城市轨道交通复合型需求线路运营设计应对策略研究——以上海轨道交通21号线为例

城市轨道交通复合型需求线路运营设计应对策略研究——以上海轨道交通21号线为例

张喆

上海市隧道工程轨道交通设计研究院

摘要：本文以上海21号线为例，对复合型需求的长大线路运营设计应对措施展开了研究。研究以提升轨道交通系统运行效率，提高市民出行体验，支撑城市发展为目标，提出了多种运营模式相融合的解决方案，并在车站配线的建设形式上进行了分析对比，以提升工程整体效益。通过本次线路运营复合功能强化策略的研究，在有限投资下展现出了工程项目的适应性及灵活性，对城市轨道交通的建设提出了新的思路，并可为后期类似轨道交通项目建设提供理论和实践参考。

关键词：城市轨道交通、复合型需求、运营模式、复合功能、强化策略

引言：

随着城市化进程的加速，城市轨道交通作为城市交通的重要组成部分，其运营效率和服务质量直接影响着城市的发展活力和居民的生活质量。轨道交通项目应基于日益增长的多样化客运需求，严格落实精细化设计的目标。对于城市内的长大线路，既要稳步提升市民出行品质，又要做到建设及运营成本的节省，往往是很难同时实现的。因此，本文以上海21号线为例，着重分析探讨了轨道交通线路从运营需求定位，到多种运营模式融合，以及车站配线配套设置形式等一系列问题，在提升线路运营复合功能的同时，得到了一些可参考、借鉴的结论。

一、上海21号线项目概况

轨道交通21号线作为上海市轨道交通网络的重要组成部分，串联浦东新区至宝山吴淞各大规划板块，是构建浦东南北向干线通道的重要市区级线路。本线全长58km，设站29座。连接浦东机场、上海东站、迪士尼旅游渡假区、张江科学城、金桥、外高桥、吴淞邮轮码头等多个重要区域。如图1、如图2所示。

图1  21号线线路走向示意图             图2  21号线相邻线网构架图

二、城市轨道交通线路运营需求分析

轨道交通线路行车组织设计的目标，是紧跟线路的规划定位，以客流预测数据为基础，对全线运营组织模式、行车交路方案、车站配线等方案进行研究设计，使线路具备良好的运营的灵活性，客运服务水平、工程的经济性，最终能有力支撑沿线地区及城市的发展。

城市里的长大轨道交通线路，在网络规划层面上通常有几种形式：一种是穿越城市中心城区，两端衔接城市近郊的穿心线；一种是主城区外围枢纽节点与城市远郊组团之间的郊区放射线；还有一种是用于城市与城市之间连接的市域线。

上海21号线规划定位为轨道交通快线，该线作为一条关键的市区级南北向骨干线，承担着连接浦东新区至宝山吴淞地区的重要任务，途经浦东综合交通枢纽、国际旅游度假区、张江科学城、金桥保税区、外高桥石化、宝山吴淞游轮码头等重要功能区，形成了浦东中部的发展轴线。因此，总体看来本线属于一条穿心快线。

21号线的在服务要求上，不仅要满足日常浦东新区内部通勤客流，还特别需要对游客和机场、铁路等商务客流提供快速、舒适、高品质的轨道交通服务。本线远期客流预测指标如表1所示。

表1   21号线远期客流总体指标表

图3  21号线高峰小时客流断面分布图     图4  21号线高峰小时站点乘降量分布图

1. 干线运营需求

本线远期高峰小时客流断面量达到3.09万人次/小时，对照《地铁设计规范》（GB 50157-2013）相关规定，本线属于大运量轨道交通线路。如图3、图4所示。

结合本线高峰小时客流断面分布规律可见，由于线路的中部区段，贯穿张江、金桥等浦东核心区域，岗位聚集区，通勤客流出行需求旺盛，在客流断面分布上也体现为高断面区域。同时，该中心区域内，本线与2、9、14号线等多条东西向骨干线路需要实现高效换乘。为实现与相邻线的换乘匹配与衔接顺畅，运营组织上高峰时段需要同步匹配高频次的行车密度。综上，本线具备大运量干线特征，可选择采用地铁A型6辆编组列车系统，线路中心区域在高峰时段具备高密度的行车需求，宜采用站站停的行车组织模式。

2. 快线运营需求

本线的两端连接浦东机场、上海东站、吴淞邮轮码头，主要为旅游、商务出行乘客。参照规划要求，本市外围各类交通枢纽进入主城区的时间目标需控制在30分钟，因此本线具备高速通达的快线功能属性，除选用高速的地铁车辆外，运营组织模式上还应考虑远端向心跳站运行，宜采用快慢车的运行模式。

综合以上分析可见，长大轨交线路由于其覆盖范围广，沿线的客运出行需求呈现出多样性的特点。因此，在客流出行特征的研究中，应当采用分段研究的策略，对不同区段客流的特征进行逐类分析，对各区段的最佳运营模式给与初步的定位。

多样的客流需求对本线行车组织模式研究提出了更高的要求。以21号线为例，线路核心区域站点密集，客流强度高，换乘频繁，通勤客流占比高，市区线特征突出，站站停的运营模式是该区段更为合理的运营组织形式。核心区外围，站点稀疏，客流强度低，并衔接重要对外枢纽，商务、旅游客流占比高，市郊快线特征突出，快慢车的运营模式是线路两端应重点考虑的运营组织形式。

三、城市轨道交通线路运营复合功能强化措施

行车组织模式的设计，应最大限度的适应客运需求。轨道交通线路通常为独立贯通运营，在具体行车组织方案设计上应全线统筹进行总体设计。

轨道交通线路沿线客运需求较大差异时，所对应最佳的运营模式也存在多样性。对于长大线路，依照线路复合型需求，整合多样的运营模式，并有效控制建设成本，是该类线路行车组织设计中的关键点。

21号线沿线客运出行需求多样，因此运营复合功能提升主要从行车交路、快慢车的开行方案、车站配线几个方面进行深入研究。解决方案的基本思路是：本线高峰时段满足大客流出行，线路两端有条件的组织快速出行；平峰时段兼顾运能与快速，可考虑组织开行全线快车，同时结合常规配线需求，设置可停车或越行的配线站，不过多增加工程投资。

1. 常规运营模式

城市中的长大线路，沿线客流强度差异较大，因此多采用常规的嵌套组合的交路形式，即大小交路形式。大小交路方案中，大交路为全线开行，保证全线基础服务水平；小交路与大交路局部叠加开行，用于提升局部运能和服务频次。因此，小交路的开行范围，需要通过全线客流断面的分布特征进行界定。

以21号线高峰小时为例，常规运营模式下，全线列车采用站站停的形式，远期高峰小时最大设计行车对数为30对/小时，设计采用了15+15对/h的大小交路开行方案。如图5所示。

图5  21号线常规运营模式下大小交路开行方案

2. 快线运营模式

快线运营模式源于铁路运输，多为快慢车开行形式。快慢车方案中，快车停靠沿线重点车站（包括枢纽站、换乘站或周边岗位及人口聚集度高的车站），慢车维持站站停的全线服务。参照《市域(郊)铁路设计规范》（TB 10624-2020）有关规定，快慢车组合运行时最大通过能力不宜高于24对/h，这与常规站站停30对/h的最大设计通过能力存在较大差异。

21号线规划定位为轨道交通快线，线路远端机场、铁路车站、邮轮码头的商务、旅游乘客有快速进城的需求，选用快慢车的运营模式符合客流出行需求。远期高峰时段，若全线采用快慢车的运营模式，最大的开行对数要从30对/h降低到24对/h，这将大大降低小交路核心区段内的系统运营弹性和换乘服务稳定性。远期平峰时段，全线列车开行对数降低至15对/h，则通过能力上具备了全线快慢车的开行条件。综上分析，本线需要对高峰、平峰不同的运营模式进行整合，在行车组织上对本线运营复合功能进行强化。因此，本次提出了“高峰时段小交路两端越行，平峰时段全线越行”的解决方案。

高峰时段大站车运行模式及全线交路方案，如图6所示：

图6  21号线高峰时段列车开行方案

平峰时段大站车运行模式及全线交路方案，如图7所示：

图7  21号线平峰时段列车开行方案

表2     不同运行模式下列车运行旅速统计

经运行图验证，“高峰时段小交路两端越行，平峰时段全线越行”的运营组织模式为可行方案。由上表2列车运行时分统计可见，大站快车可明显缩短沿线客流的出行时长。机场进入线路核心区域的旅时，高峰、平峰时段分别有5.1分钟和9.7分钟的时间节省，进城效率分别提升14.0%和26.6%；全线单程旅时，高峰、平峰时段分别有8.8分钟和17.6分钟的缩短，效率分别提升12.7%和25.4%。

3. 越行站配线设置形式

    车站的配线是行车功能得以实现的关键因素，同时车站的站型也将直接影响到工程的规模、投资和项目整体的经济性。快慢车共线运行时，不同车种的旅速不同，故而存在快车对前方低速普通车持续追近直至发生越行的情况。因此，为确保设计的行车组织方案成立，需要通过运行图铺画出的选取越行站点（参考图6、图7标注站点），并设置相应的越行配线。

表3  越行站配线方案比选

注：上述方案投资计算基于地下二层停车配线站。

通过上述表3站型对比可见，方案1为常规停车线站，不具备越行功能，难以适应快慢车运营模式。方案2为单岛四线越行站，是在方案3的基础上，整合进了渡线转线功能。此类站型可以同时兼顾快慢车模式下的越行需求，也能在常规站站停运营模式下实现临时停车功能。

以21号线为例，康南路站与云桥路站为小交路范围内的停车线站。高峰时段，小交路范围内为站站停的运营模式，该两站需要具备备用车临时停放功能；平峰时段，该两站在全线快慢车越行模式下，需要具备越行站功能。因此，如小交路范围内的停车配线站，调整为方案2的配线形式，就可支撑高峰、平峰全线不同运营模式的实现，且在土建投资上也没有发生增加，确保了本项目的经济性。

四、总结

地铁项目中的运营方案设计，基于城市规划要求，包括了沿线客运需求分析、多种运营模式整合、车站功能配套等多项内容的研究。对于客流需求分析，应多采用分时段、分区段的研究策略，从而使得客流特征的研究结论更贴近沿线市民的出行需求；多样的出行需求，势必会引出多样的运营模式，结合运行图铺画和行车调度的可操作性，在全线范围内对多种运营模式进行整合，从而在系统设计层面实现了外部需求与服务输出的精准对接；站型及配线上，合理选择功能丰富且造价经济的建造形式，为最终实现运营复合功能提供有力保障。

本次通过引例上海市轨道交通21号线工程，展示了复合需求线路的运营方案设计过程。经方案的研究和优化，本工程在投资未发生变化的基础上，实现了运营功能的多样化，可为沿线出行提供了丰富的出行选择，并在服务质量提升上取得了良好的效果。本次的研究成果，为城市轨道交通可持续发展及地铁运营高质量发展，提供了新的解决思路和建设方案，对于国内大中型城市的轨道交通的规划与建设提供案例参考和经验借鉴。

参考文献

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